[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

本發明公開一種無GPS信號下二維碼、激光雷達與IMU融合定位系統及方法，該方法以預先采集的高精地圖為基準，對相機、激光雷達和IMU進行聯合標定，通過識別二維碼，結合激光雷達的探測距離，得到車輛在高精地圖上的初始位置；在運動過程中，以IMU為主，激光雷達為輔，利用激光雷達探測到的位置數據去修正IMU解算出的導航參數，再將導航參數、激光雷達點云數據和車道線圖像分別與高精地圖進行匹配，完成車輛實時位置的更新。本發明解決了無GPS信號環境下無人車初始位置無法確定的問題，同時在運動過程中利用多傳感器數據融合對慣性導航累積誤差進行修正，提高了定位系統的可靠性、穩定性和精度，可廣泛地應用于礦下以及GPS信號弱的室內、地下等多種場景。

技術領域

本發明涉及導航定位技術領域，尤其涉及無人車在礦下場景的導航定位，具體為一種無GPS信號下二維碼、激光雷達與IMU融合定位系統及方法。

背景技術

目前，室外導航定位技術已經發展的比較成熟，如全球衛星導航系統（GlobalNavigation Satellite System, GNSS）在室外場景中，能夠提供準確的地理位置、行車速度等信息，給人們的日常生活帶來極大的便利。但是在室內或地下等無GPS（GlobalPosition System，全球定位系統）信號環境下，由于障礙物的遮擋，GNSS無法提供可靠、連續的定位服務。而隨著我國對在室內和地下等無GPS信號環境下的需求日益增多，如室內導航、室內移動測圖系統、地下交通導航定位、地下作業安全等領域，因此，研究一種無GPS信號環境下的多源傳感器融合的無人車定位方法對于地下隧道開挖、礦產資源的勘探、礦山開采和事故應急等應用具有重要意義。

經檢索，公開號CN113566833A的中國專利于2021年10月29日公開了一種多傳感器融合的車輛定位方法，該方法對于可以接收GPS信號的場景，則融合GPS裝置和IMU慣性傳感器進行車輛的定位，使用激光雷達進行障礙物檢測，實現車輛的定位導航；對于不能接收GPS信號的場景，則使用激光雷達構建柵格地圖，融合IMU慣性傳感器和相機進行車輛的定位和障礙物檢測，實現車輛的定位導航。該專利申請在無GPS信號場景下，需要重新構建柵格地圖、再融合多傳感器數據實現定位導航，計算量較大且實時性難以滿足實際需求，不適用于礦下場景。

公開號CN113160400A的中國專利于2021年7月23日公開了一種地下地形的定位方法，包括：獲取地下空間的三維實體化地圖，所述三維實體化地圖中記錄有地下空間的空間特征信息；車輛在所述地下空間行駛時，獲取所述車輛所在環境的空間特征；將所述空間特征與所述空間特征信息進行比對，根據比對結果確定所述車輛在所述地下空間的位置。該專利申請通過開采過程中根據井下實際環境探測到的空間特征信息的比對來定位車輛的實際位置，對于有相似空間特征信息的井下路徑，則存在車輛實際位置難以準確定位的問題。

因此，提供一種無人車定位方法，能夠實現礦下場景的準確定位導航是至關重要的。

發明內容

為克服上述現有技術的不足，本發明提供一種無GPS信號下二維碼、激光雷達與IMU融合定位系統及方法，以解決礦下無人車輛的導航定位問題。

根據本發明說明書的一方面，提供一種無GPS信號下二維碼、激光雷達與IMU融合定位系統，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；

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；