[發明專利]無GPS信號下二維碼、激光雷達與IMU融合定位系統及方法

有效

• 申請號: 202210148657.7
• 申請日: 2022-02-18
• 公開（公告）號: CN114199240B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 陳志軍;汪鵬飛;吳超仲;錢闖;吳曦曦
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01S17/86;G01S17/89
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 徐瑛

1.無GPS信號下二維碼、激光雷達與IMU融合定位系統，其特征在于，所述系統應用于礦下場景，所述系統包括：

采集模塊，用于獲取路側端的二維碼圖像、車道線圖像、車輛的激光雷達數據及IMU數據；所述采集模塊包括圖像采集裝置，用于獲取路側端的二維碼圖像及車道線圖像；激光雷達，用于獲取車輛的激光雷達數據以及探測車輛與目標物之間的相對距離；IMU，用于獲取車輛的IMU數據；所述二維碼圖像布設有多個，且多個所述二維碼圖像沿礦下路徑的路側端間隔布設；構建模塊，用于根據車輛遍歷礦下所有路徑時所獲取的激光雷達數據，構建礦下場景的高精地圖；

車輛初始位置獲取模塊，用于根據采集的二維碼圖像識別當前二維碼所處目標物在高精地圖上的絕對位置，并基于所述絕對位置和車輛與目標物之間的相對距離得到車輛在高精地圖中的初始位置；

車輛實時位置更新模塊，用于在車輛行駛過程中，將車輛的激光雷達數據與IMU數據進行融合，并將融合后的IMU數據、車輛當前位置的激光雷達點云數據及車道線圖像分別與高精地圖進行匹配，在匹配成功時進行車輛實時位置的更新；

聯合標定模塊，用于根據ICP迭代最近點法對激光雷達和IMU進行標定以獲取激光雷達與IMU之間的外部參數，以及根據在線自標定方法對圖像采集裝置和IMU進行標定以獲取圖像采集裝置與IMU之間的外部參數；

控制模塊，用于在車輛行駛過程中，按照預設周期控制采集模塊重新獲取路側端的二維碼圖像；

在初始階段，目標車輛遍歷礦下所有路徑，采集模塊采集車輛的激光雷達數據并輸送至構建模塊，構建模塊基于該激光雷達數據構建礦下場景的高精地圖；

在車輛啟動時，采集模塊采集二維碼圖像、激光雷達數據并輸送至車輛初始位置獲取模塊，車輛初始位置獲取模塊結合這些數據和高精地圖確定車輛的初始位置；

在車輛行駛過程中，采集模塊采集激光雷達數據、IMU數據、車道線圖像并輸送至車輛實時位置更新模塊，車輛實時位置更新模塊結合這些數據和高精地圖確定車輛的實時位置。

2.根據權利要求1所述無GPS信號下二維碼、激光雷達與IMU融合定位系統，其特征在于，所述車輛實時位置更新模塊進一步包括：數據補償單元，用于獲取激光雷達點云數據的畸變部分并進行補償；預處理單元，用于在激光雷達數據與IMU數據融合前通過IMU預積分進行IMU數據預處理；融合單元，用于采用ESKF算法將補償后的激光雷達數據與預處理后的IMU數據進行融合，并將融合后的車輛位置信息、車輛當前位置的激光雷達點云數據及車道線圖像分別與高精地圖進行匹配，在匹配成功時完成車輛實時位置的更新。

3.無GPS信號下二維碼、激光雷達與IMU融合定位方法，采用權利要求1-2中任一項所述的系統實現，其特征在于，所述方法包括：

構建礦下場景的高精地圖；

獲取路側端的二維碼圖像、車道線圖像、車輛的激光雷達數據及IMU數據；

根據獲取的二維碼圖像識別當前二維碼所處目標物在高精地圖上的絕對位置，并基于所述絕對位置和車輛與目標物之間的相對距離得到車輛在高精地圖中的初始位置；

在車輛行駛過程中，將車輛的激光雷達數據與IMU數據進行融合，并將融合后的IMU數據、車輛當前位置的激光雷達點云數據及車道線圖像分別與高精地圖進行匹配，在匹配成功時進行車輛實時位置的更新。

4.根據權利要求3所述無GPS信號下二維碼、激光雷達與IMU融合定位方法，其特征在于，所述方法進一步包括：在車輛啟動前，對安裝在車輛上的圖像采集裝置、激光雷達和IMU進行聯合標定，分別獲取圖像采集裝置與IMU之間的外部參數、激光雷達與IMU之間的外部參數。

5.根據權利要求3所述無GPS信號下二維碼、激光雷達與IMU融合定位方法，其特征在于，所述方法進一步包括：在車輛行駛過程中，按照預設周期獲取路側端的二維碼圖像，并基于獲取的二維碼圖像，重新確定車輛的當前位置。

6.根據權利要求3所述無GPS信號下二維碼、激光雷達與IMU融合定位方法，其特征在于，所述方法進一步包括：利用目標車輛遍歷礦下所有路徑，并在遍歷過程中，獲取車輛的激光雷達數據，利用所述激光雷達數據構建礦下場景的高精地圖。