交通工具环境地图生成和更新的方法和系统技术方案

一种用于动态生成和更新一个或数个移动交通工具(10)周围环境的全局三维地图的系统和方法，其中，N个三维传感器(21)安装在交通工具上且与中央处理单元(22)通信。每个传感器(21)与其他传感器并行且异步地生成点云帧的连续流，点云帧代表每个传感器周围环境的局域体中的物体表面。中央处理单元从传感器连续接收连续流，将其存储在存储器中，且对于每个流的每个新接收的点云帧，通过在环境的全局坐标系中确定已对准的点云帧，通过合并已对准的点云帧更新全局累积三维地图，以生成或更新所述至少一个交通工具环境的全局累积三维地图。

Method and System for Generating and Updating Vehicle Environment Map

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】交通工具环境地图生成和更新的方法和系统
本专利技术涉及一种用于动态生成和更新至少一个移动交通工具周围环境的全局三维地图的方法。本专利技术还涉及用于交通工具车队的全局三维地图生成和更新系统和包括该系统的自动或半自动交通工具的车队。
技术介绍
本专利技术属于三维环境地图生成领域，所述三维环境地图代表一个或数个移动交通工具的周围环境。这些地图使用安装在所述交通工具上的三维传感器动态生成和更新。三维传感器获取数据点集，称为点云，其代表传感器周围环境的局域体中的物体。常用的三维传感器的一个例子是激光测距仪，诸如使用旋转激光束周期性地扫描其环境的光探测和测距(LIDAR)模块。提供使用三维传感器的单个交通工具或交通工具车队有许多有趣的应用。在行程过程中为了测绘的目的，获取的点云可用于生成交通工具所见环境的3D地图。3D地图还可用于辅助或自动操作交通工具的驾驶，特别是自动操作单个交通工具的驾驶或自动操作交通工具车队的驾驶。使用多个三维传感器，通过扩大地图的范围和提高地图的分辨率，避免阴影效应的方式，大大提高了可通过所述点云生成地图的精度和覆盖范围。传感器可安装在交通工具车身和/或交通工具车队的每个交通工具的各种位置。但是，将独立三维传感器产生的点云组合，是一个非普通的过程，因为每个三维传感器生成的原始数据零散、嘈杂且离散。US7,652,238和US9,151,446描述了设计用于将数个3D传感器的信息进行组合的系统和装置。在这些装置中，为系统的所有3D传感器限定统一坐标系，且在这一公共坐标系中对传感器的位置和方向进行校准。在这种系统中，每个传感器的相应位置必须随时间固定且稳定，以能够以可靠的方式合并测量。这限制了多个传感器系统对安装在单个刚性结构上传感器的可用性，且阻碍了其于独立移动交通工具的车队情况下的使用。此外，传感器相对位置和方向的精确确定，需要使用3D测量工具和3D输入接口，这对于外行操作员的管理存在难度。因此，如果传感器偏移，即由于冲击、老化或与天气有关情况，通常没有简单方法可以纠正偏移，只能更换具有传感器的安装台或将交通工具返厂重新校准。美国申请2013/0242285A描述了一种自动调整两个三维传感器的相对校准的方法，尤其是当对一个传感器的位置或方向进行了更改，且传感器出现上述偏移时。根据该方法，将两个三维传感器同时获取的两个点云进行比较，以更新两个传感器的局部坐标系之间的变换函数，确定其中一个传感器相对于另一个传感器的潜在位移。然而，为了能够使用这种方法，必须小心地同步传感器，这样可以同时获得对比的点云帧。否则，一旦安装传感器的交通工具开始移动，每个传感器的不同获取时间将导致传感器之间错误位移的计算。而且，两个传感器的视野必须重叠，以便能够比较获取的点云。在实践中，这两个条件很难满足，尤其是当传感器安装在交通工具车队中远隔的交通工具上时。特别地，交通工具车队中远隔的交通工具，通常在行驶期间出现明显的相对运动，且安装在不同交通工具上的传感器视野通常不重叠。当第一交通工具越过一个角但第二交通工具没有越过时，会出现一种常见的不重叠情况。安装在第一和第二交通工具上的视野通常不重叠，即使传感器小心同步，也不会有获取点云的组合。随后，一种解决方案可以使用其他定位设备来组合不同的传感器获取的点云。附加定位设备的一个示例是全球定位系统(GPS)。这些让步解决方案并未能令人满意，因为它们让系统更加复杂，错误源和角落情况也增多(例如，GPS不能在隧道和地下运行，它们的准确性会受到限制)。
技术实现思路
本专利技术旨在改进这种情况。为此，本专利技术的第一目标是一种用于动态生成和更新至少一个移动交通工具周围环境的全局三维地图的方法，其中，N个三维传感器安装在所述至少一个移动交通工具上，且与至少一个中央处理单元通信，其中：a)N个三维传感器中的每个传感器与这些三维传感器的其他传感器并行且异步地生成点云帧的连续流，所述流的每个点云帧包括所述传感器在时间获取的一组三维数据点，在所述传感器的局部坐标系中，所述三维数据点代表在所述时间位于所述传感器周围环境的局域体中的物体表面，b)所述中央处理单元从N个三维传感器连续接收N个连续流，将这些流存储在存储器中，且对于这些流中每个流的每个新接收的点云帧，通过如下方式生成或更新所述至少一个交通工具环境的全局累积三维地图：b1)通过将所述点云帧与环境的全局累积三维地图进行比较，在所述至少一个交通工具环境中的全局坐标系中确定已对准的点云帧，以及b2)通过将所述已对准的点云帧与所述全局累积三维地图合并，更新所述累积三维地图。在一些实施例中，还可以使用以下特征中的一个或多个：-全局累积三维地图包括至少一个全局坐标系和至少一个相关分区，其中所述相关分区包括所述全局坐标系中的多个数据点，确定已对准的点云帧的步骤b1)包括：b11)尝试对准所述点云帧，使得通过将所述点云帧与所述环境的全局累积三维地图的各个分区进行比较，将已对准的点云帧的至少一部分与全局累积三维地图的所述至少一个分区的至少一部分匹配；更新环境的全局累积三维地图的所述步骤b2)包括：b21)如果所述点云帧能与环境的全局累积三维地图的至少一个分区对准，将已对准的点云帧与全局累积三维地图的所述至少一个分区合并，b22)如果所述点云帧不能与环境的全局累积三维地图的至少一个分区对准，生成附加全局坐标系和全局累积三维地图的相关附加分区，全局累积三维地图的所述附加分区与先前包含在全局累积三维地图中的分区分开，且包含所述点云帧；-如果全局累积三维地图包括数个分区，尝试对准点云帧的步骤b11)进一步包括：在多次扫描对准步骤中，尝试对准所述分区和所述点云帧，使得已对准的点云帧的至少一部分与全局累积三维地图的至少一个分区匹配；且如果点云帧能与全局累积三维地图的多个分区对准，所述多个分区和所述点云帧在与单个全局坐标系相关的全局累积三维地图的单个分区中对准和合并；-N个三维传感器包括安装在第一移动交通工具上的至少一个第一三维传感器及安装在第二移动交通工具上的至少一个第二三维传感器，且所述至少一个第一三维传感器和所述至少一个第二三维传感器通过无线方式与共同的中央处理单元通信，且全局累积三维地图包括代表第一移动交通工具周围环境和第二移动交通工具周围环境的共同分区；-全局累积三维地图包括与代表第一移动交通工具周围环境和第二移动交通工具周围环境的共同分区相关的共同全局坐标系，且由所述至少一个第一三维传感器生成的点云帧和由至少一个第二三维传感器生成的点云帧转换；-为N个连续流的流的新接收的点云帧确定已对准的点云帧的所述步骤b1)，包括在至少一个时间，在环境的全局坐标系中确定生成所述流的传感器的三维位置和方向；-在至少一个时间，对所述传感器的三维位置和方向进行确定，仅通过流的新接收的点云帧和全局累积三维地图进行计算，不需要至少一个交通工具的或这些三维传感器的附加位置信息；-至少在一段时间段T期间，N个三维传感器的第一传感器和第二传感器不同步；特别地，在所述时间段T期间获取的第一传感器和第二传感器的各自的流的点云帧，在不同时间获得，诸如-至少在一段时间段T期间，N个三维传感器的第一传感器和第二传感器具有不重叠的各自的视野；特别地，在所述时间段T期间获取的第一传感器和第二传感器各自的流的点本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于动态生成和更新至少一个移动交通工具周围环境的全局三维地图的方法，其中，N个三维传感器(3DS1，...，3DSN)安装在所述至少一个移动交通工具上，且与至少一个中央处理单元通信，其中：a)所述N个三维传感器(3DS1，...，3DSN)中的每个传感器(3DSi)与这些三维传感器中的其他传感器并行且异步地生成点云帧

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.18 EP 16306517.01.一种用于动态生成和更新至少一个移动交通工具周围环境的全局三维地图的方法，其中，N个三维传感器(3DS1，...，3DSN)安装在所述至少一个移动交通工具上，且与至少一个中央处理单元通信，其中：a)所述N个三维传感器(3DS1，...，3DSN)中的每个传感器(3DSi)与这些三维传感器中的其他传感器并行且异步地生成点云帧的连续流(STi)，其中，所述流(STi)的每个点云帧包括所述传感器(3DSi)在时间获取的一组三维数据点，在所述传感器的局部坐标系(CSi)中，所述三维数据点代表在所述时间位于所述传感器(3DSi)周围环境的局域体中的物体表面，b)所述中央处理单元从所述N个三维传感器(3DS1，...，3DSN)连续接收N个连续流(ST1，...，STN)，将这些流存储在存储器中，且对于这些流中每个流(STi)的每个新接收的点云帧通过如下方式生成或更新所述至少一个交通工具环境的全局累积三维地图：b1)通过将所述点云帧与所述环境的全局累积三维地图进行比较，在所述至少一个交通工具环境的全局坐标系(GCS)中确定已对准的点云帧以及b2)通过将所述已对准的点云帧与所述全局累积三维地图合并，更新所述累积三维地图。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述全局累积三维地图包括至少一个全局坐标系(GCS1)和至少一个相关分区(SA1)，其中所述相关分区包括所述全局坐标系中的多个数据点，其中，确定已对准的点云帧的步骤b1)包括：b1-1)尝试对准所述点云帧使得通过将所述点云帧与所述环境(E)的全局累积三维地图的各个分区进行比较，将所述已对准的点云帧的至少一部分与所述全局累积三维地图的所述至少一个分区的至少一部分匹配，其中，更新所述环境(E)的全局累积三维地图的所述步骤b2)包括：b2-1)如果所述点云帧能与所述环境(E)的全局累积三维地图的至少一个分区对准，将所述已对准的点云帧与所述全局累积三维地图的所述至少一个分区(SAk)合并，b2-2)如果所述点云帧不能与所述环境的全局累积三维地图的至少一个分区对准，生成附加全局坐标系(GCS2)和全局累积三维地图的相关附加分区(SA2)，全局累积三维地图的所述附加分区与先前包含在所述全局累积三维地图中的分区分开，且包含所述点云帧3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，如果所述全局累积三维地图包括数个分区(SA1，...，SAM)，尝试对准点云帧的步骤b1-1)进一步包括：在多次扫描对准步骤中，尝试对准所述分区(SA1，...，SAM)和所述点云帧使得已对准的点云帧的至少一部分与所述全局累积三维地图的至少一个分区(SA1，...，SAM)匹配，其中，如果所述点云帧能与所述全局累积三维地图的多个分区(SAm，SAm')对准，所述多个分区(SAm，SAm')和所述点云帧在与单个全局坐标系(GCSm”)相关的所述全局累积三维地图的单个分区(SAm”)中对准和合并。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述N个三维传感器(3DS1，...，3DSN)包括安装在第一移动交通工具上的至少一个第一三维传感器(3DSi)及安装在第二移动交通工具上的至少一个第二三维传感器(3DSi')，且其中，所述至少一个第一三维传感器(3DSi)和所述至少一个第二三维传感器(3DSi')通过无线方式与共同的中央处理单元(22)通信，其中所述全局累积三维地图包括代表第一移动交通工具周围环境(E)和第二移动交通工具周围环境的共同分区(SAk)。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述全局累积三维地图包括与代表第一移动交通工具周围环境(E)和第二移动交通工具周围环境的共同分区(SAk)相关的共同全局坐标系(GCSk)，其中由所述至少一个第一三维传感器(3DSi)生成的点云帧和由所述至少一个第二三维传感器(3DSi')生成的点云帧转换。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，为N个连续流的流(STi)的新接收的点云帧确定已对准的点云帧的所述步骤b1)，包括在至少一个时间在所述环境的全局坐标系中确定生成所述流(STi)的传感器(3DSi)的三维位置和方向。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在至少一个时间对所述传感器(3DSi)的三维位置和方向...

【专利技术属性】
技术研发人员：劳尔·布拉沃奥雷拉纳，奥利维厄·加西阿，
申请(专利权)人：迪博蒂克斯公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR