一种定位方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种定位方法和装置，涉及计算机技术领域。该方法的一具体实施方式包括：获取基础数据集，所述基础数据集包括：定位对象与环境特征之间的测量距离、所述环境特征的坐标；基于所述基础数据集，通过加权线性最小二乘法确定所述定位对象的第一坐标估计值；将所述第一坐标估计值作为迭代初值，基于所述基础数据集，通过非线性最小二乘法迭代获得所述定位对象的第二坐标估计值，以通过所述第二坐标估计值定位所述定位对象。该实施方式能够快速且精确的进行定位。

A positioning method and device

【技术实现步骤摘要】
一种定位方法和装置
本专利技术涉及计算机
，尤其涉及一种定位方法和装置。
技术介绍
目前，自动导引运输车(AutomatedGuidedVehicle，AGV)已经广泛应用于无人化生产系统中。在AGV的运行过程中，一个重要环节是对AGV进行实时的定位。其中，对于AGV的定位是基于AGV坐标系和AGV所处环境的全局坐标系实现的，AGV坐标系是以AGV车体中心为原点，AGV前进方向为坐标轴构建的坐标系，AGV车体中心设置有激光扫描仪，激光扫描仪对周围环境特征进行扫描，每次扫描后，激光扫描仪都会获得一个环境特征与激光扫描仪间的距离值ρ。通过激光扫描仪扫描AGV周围环境的n个环境特征获得的n组数据ρi，和每个环境特征在全局坐标系中的坐标(xi,yi)，即可求得AGV在全局坐标系下的位姿(xL,yL)，从而实现对于AGV的定位。在实现本专利技术过程中，专利技术人发现现有技术中至少存在如下问题：由于在实际应用中，激光扫描仪存在测量误差和估计误差，因此距离值ρi可能不是真实的距离值，传统的计算位姿方法是通过线性最小二乘法或非线性最小二乘法来计算AGV的坐标估计值其中，线性最小二乘法计算速度快，但估计值的精度不够。非线性最小二乘法通常涉及到一些迭代搜索技术，需要以不同的迭代初值进行反复迭代，计算代价高，速度慢。因此，亟需一种快速且精确的定位方法和装置。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供一种定位方法和装置，能够快速且精确的进行定位。为实现上述目的，根据本专利技术实施例的一个方面，提供了一种定位方法，包括：获取基础数据集，所述基础数据集包括：定位对象与环境特征之间的测量距离、所述环境特征的坐标；基于所述基础数据集，通过加权线性最小二乘法确定所述定位对象的第一坐标估计值；将所述第一坐标估计值作为迭代初值，基于所述基础数据集，通过非线性最小二乘法迭代获得所述定位对象的第二坐标估计值，以通过所述第二坐标估计值定位所述定位对象。进一步的，所述测量距离是由定位设备测量得到的，所述加权线性最小二乘法的权重根据所述定位设备在不同测距范围的测量精度确定。进一步的，所述基础数据集包括n个环境特征所对应的n组基础数据，n为正整数，所述n组基础数据中的第i组基础数据包括：所述环境特征的坐标(xi,yi)，定位对象与该环境特征之间的测量距离ρi，i为小于或等于n的正整数；基于预定义的定位模型：和所述基础数据集，通过加权线性最小二乘法确定所述第一坐标估计值为(ATWA)-1ATWB，其中，εi为第i组基础数据的测量距离ρi的测量误差，di为第i组基础数据对应的环境特征与定位对象的实际距离，(xL,yL)为定位对象的实际坐标，对角矩阵W＝diag{w1,w2,...,wn}，其中，第i组基础数据的权重系数wi与定位设备在第i组基础数据的测量距离ρi处的测量精度正相关。可选的，所述测量误差服从正态分布N(0,h2(di))，h(di)为正态分布的尺度参数函数，或可选的，所述定位设备在距离其h0处测量精度最高，若ρi≥h0，则若ρi＜h0，则可选的，所述基础数据集包括n个环境特征所对应的n组基础数据，n为正整数，所述n组基础数据中的第i组基础数据包括：所述环境特征的坐标(xi,yi)，定位对象与该环境特征之间的测量距离ρi，以及所述环境特征的方位角θi，i为小于或等于n的正整数；所述方法在确定所述第二坐标估计值之后，还包括：根据下述表达式确定第i组基础数据对所述定位对象的方向角的估计值其中，为所述第二坐标估计值；根据下述表达式确定所述定位对象的方向角的估计值可选的，所述方法在确定所述定位对象的方向角的估计值之后，还包括通过下述步骤确定定位对象的位姿估计值的协方差矩阵：确定协方差矩阵和方差其中，根据下述表达式确定函数D(bi)：其中，根据下述表达式确定方差Cov(Bi,Bi)：其中，r为小于或等于n的正整数；根据下述表达式确定方差Cov(Bi,Bj)：其中，j为小于或等于n的正整数，i≠j；根据下述表达式确定的近似协方差矩阵其中，矩阵B＝[B1,B2,...,Bn]T；根据下述表达式确定方差根据下述表达式确定方差根据下述表达式确定方差进一步的，所述通过非线性最小二乘法迭代获得所述定位对象的第二坐标估计值包括：步骤1，定义迭代初始值当迭代次数k＝0时，迭代值z(0)＝z0，k为正整数；步骤2，根据所述基础数据集为迭代值z(k)、梯度函数函数S(z(k))以及梯度函数赋值，其中，迭代值步骤3，若则令z(k+1)＝z(k)+γΔz(k)，然后执行步骤4，否则令然后执行步骤3，其中，γ和β为预定义参数；步骤4，判断||γΔz(k)||∞≤ε是否成立，若是，则确定第二坐标估计值否则令k＝k+1，然后执行步骤2，其中，ε为预设精度。为实现上述目的，根据本专利技术实施例的另一个方面，提供了一种定位装置，包括：获取模块，用于获取基础数据集，所述基础数据集包括：定位对象与环境特征之间的测量距离、所述环境特征的坐标；第一确定模块，用于基于所述基础数据集，通过加权线性最小二乘法确定所述定位对象的第一坐标估计值；第二确定模块，用于将所述第一坐标估计值作为迭代初值，基于所述基础数据集，通过非线性最小二乘法迭代获得所述定位对象的第二坐标估计值，以通过所述第二坐标估计值定位所述定位对象。进一步的，所述测量距离是由定位设备测量得到的，所述第一确定模块进一步用于根据所述定位设备在不同测距范围的测量精度确定所述加权线性最小二乘法的权重。进一步的，所述基础数据集包括n个环境特征所对应的n组基础数据，n为正整数，所述n组基础数据中的第i组基础数据包括：所述环境特征的坐标(xi,yi)，定位对象与该环境特征之间的测量距离ρi，i为小于或等于n的正整数；所述第一确定模块进一步用于基于预定义的定位模型：和所述基础数据集，通过加权线性最小二乘法确定所述第一坐标估计值为(ATWA)-1ATWB，其中，εi为第i组基础数据的测量距离ρi的测量误差，di为第i组基础数据对应的环境特征与定位对象的实际距离，(xL,yL)为定位对象的实际坐标，对角矩阵W＝diag{w1,w2,...,wn}，其中，第i组基础数据的权重系数wi与定位设备在第i组基础数据的测量距离ρi处的测量精度正相关。可选的，所述测量误差服从正态分布N(0,h2(di))，h(di)为正态分布的尺度参数函数，或可选的，所述定位设备在距离其h0处测量精度最高，若ρi≥h0，则若ρi＜h0，则可选的，所述基础数据集包括n个环境特征所对应的n组基础数据，n为正整数，所述n组基础数据中的第i组基础数据包括：所述环境特征的坐标(xi,yi)，定位对象与该环境特征之间的测量距离ρi，以及所述环境特征的方位角θi，i为小于或等于n的正整数；所述装置还包括：第三确定模块，用于根据下述表达式确定第i组基础数据对所述定位对象的方向角的估计值其中，为所述第二坐标估计值；根据下述表达式确定所述定位对象的方向角的估计值可选的，所述装置还包括：第四确定模块，用于通过执行下述步骤确定定位对象的位姿估计值的协方差矩阵：确定协方差矩阵和方差其中，根据下述表达式确定函数D(bi)：其中，根据下述表达式确定方差Cov(Bi,Bi)：其中，r为小于或等于n的正整数；根据下述表达式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种定位方法，其特征在于，包括：获取基础数据集，所述基础数据集包括：定位对象与环境特征之间的测量距离、所述环境特征的坐标；基于所述基础数据集，通过加权线性最小二乘法确定所述定位对象的第一坐标估计值；将所述第一坐标估计值作为迭代初值，基于所述基础数据集，通过非线性最小二乘法迭代获得所述定位对象的第二坐标估计值，以通过所述第二坐标估计值定位所述定位对象。

【技术特征摘要】
1.一种定位方法，其特征在于，包括：获取基础数据集，所述基础数据集包括：定位对象与环境特征之间的测量距离、所述环境特征的坐标；基于所述基础数据集，通过加权线性最小二乘法确定所述定位对象的第一坐标估计值；将所述第一坐标估计值作为迭代初值，基于所述基础数据集，通过非线性最小二乘法迭代获得所述定位对象的第二坐标估计值，以通过所述第二坐标估计值定位所述定位对象。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量距离是由定位设备测量得到的，所述加权线性最小二乘法的权重根据所述定位设备在不同测距范围的测量精度确定。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基础数据集包括n个环境特征所对应的n组基础数据，n为正整数，所述n组基础数据中的第i组基础数据包括：所述环境特征的坐标(xi,yi)，定位对象与该环境特征之间的测量距离ρi，i为小于或等于n的正整数；基于预定义的定位模型：和所述基础数据集，通过加权线性最小二乘法确定所述第一坐标估计值为(ATWA)-1ATWB，其中，εi为第i组基础数据的测量距离ρi的测量误差，di为第i组基础数据对应的环境特征与定位对象的实际距离，(xL,yL)为定位对象的实际坐标，对角矩阵W＝diag{w1,w2,...,wn}，其中，第i组基础数据的权重系数wi与定位设备在第i组基础数据的测量距离ρi处的测量精度正相关。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述测量误差服从正态分布N(0,h2(di))，h(di)为正态分布的尺度参数函数，或5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述定位设备在距离其h0处测量精度最高，若ρi≥h0，则若ρi＜h0，则6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基础数据集包括n个环境特征所对应的n组基础数据，n为正整数，所述n组基础数据中的第i组基础数据包括：所述环境特征的坐标(xi,yi)，定位对象与该环境特征之间的测量距离ρi，以及所述环境特征的方位角θi，i为小于或等于n的正整数；所述方法在确定所述第二坐标估计值之后，还包括：根据下述表达式确定第i组基础数据对所述定位对象的方向角的估计值其中，为所述第二坐标估计值；根据下述表达式确定所述定位对象的方向角的估计值7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法在确定所述定位对象的方向角的估计值之后，还包括通过下述步骤确定定位对象的位姿估计值的协方差矩阵：确定协方差矩阵和方差其中，根据下述表达式确定函数D(bi)：其中，根据下述表达式确定方差Cov(Bi,Bi)：其中，r为小于或等于n的正整数；根据下述表达式确定方差Cov(Bi,Bj)：其中，j为小于或等于n的正整数，i≠j；根据下述表达式确定的近似协方差矩阵其中，矩阵B＝[B1,B2,...,Bn]T；根据下述表达式确定方差根据下述表达式确定方差根据下述表达式确定方差8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述通过非线性最小二乘法迭代获得所述定位对象的第二坐标估计值包括：步骤1，定义迭代初始值当迭代次数k＝0时，迭代值z(0)＝z0，k为正整数；步骤2，根据所述基础数据集为迭代值z(k)、梯度函数▽f(z(k))、函数S(z(k))以及梯度函数▽S(z(k))赋值，其中，迭代值步骤3，若S(z(k)+γΔz(k))≤S(z(k))+2βγ(Δz(k))T▽f(z(k))，则令z(k+1)＝z(k)+γΔz(k)，然后执行步骤4，否则令然后执行步骤3，其中，Δz(k)＝-[(▽f(z(k)))T▽f(z(k))]-1▽S(z(k))，γ和β为预定义参数；步骤4，判断||γΔz(k)||∞≤ε是否成立，若是，则确定第二坐标估计值否则令k＝k+1，然后执行步骤2，其中，ε为预设精度。9.一种定位装置，其特征在于，包括：获取模块，用于获取基础数据集，所述基础数据集包括：定位对象与环境特征之间的测量距离、所述环境特征的坐标；第一确定模块，用于基于所述基础数据集，通过加权线性最小二乘法...

【专利技术属性】
技术研发人员：余卫勇，张强，马晓辉，
申请(专利权)人：北京京东尚科信息技术有限公司，北京京东世纪贸易有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11