一种基于坡度基线的多模态信息融合导航定位方法技术

本发明专利技术提出了一种基于坡度基线的多模态信息融合导航定位方法，能够减小累计误差的产生，实现定位精度的提高和抗干扰能力的增强。本发明专利技术利用多种传感器信息和坡度信息进行多模信息融合计算实现定位导航，实时检测载体作业面上不同坡度基线结合林间树木的感知，把载体约束到更合理的作业区域再进行精确导航，减小累计误差的产生；基于多模态信息融合的多任务检测通用架构与传统定位在智慧农业、林业等实际应用中的有机结合，弥补了定位误差与精准移动作业之间最后一道鸿沟。移动作业之间最后一道鸿沟。移动作业之间最后一道鸿沟。

【技术实现步骤摘要】
一种基于坡度基线的多模态信息融合导航定位方法


[0001]本专利技术涉及测量控制
，具体涉及一种基于坡度基线的多模态信息融合导航定位方法。

技术介绍

[0002]导航技术可分为航位推算导航、无线电导航、惯性导航、地图匹配、卫星导航和组合导航等等多种。
[0003]当前比较流行的是组合导航技术方案，即把两种或两种以上不同导航系统以适当的方式综合在一起，使其性能互补、取长补短，以获得比单独使用单一导航系统时更高的导航性能。由于单一导航系统都有各自的独特性能和局限性，把几种不同的单一导航系统组合起来，采用先进的信息融合技术，运用一些先进的智能算法，以到最佳的组合状态。组合导航系统具有系统精度高、可靠性好、多功能、实时、对子系统要求低等特点，此外，组合导航系统还可大大提高系统的可靠性和容错性能，因此，被广泛采用且成为导航技术的一个明显发展方向。
[0004]当前，自主移动机器人已经在医学领域、军事领域、工业领域、空间领域、农业领域等多个应用领域开始普及应用。特别是自主导航功能可以让移动机器人自行到达任何需要的地方执行作业任务，可以显著提高其性能。
[0005]然而在农业和林业应用场景中，自主移动机器人在林间坡度的区域导航定位存在一定的困难，主要因为地形不规则、高低起伏因素导致通讯信号遮挡、干扰。已有的坡度导航定位方法包括基于GPS、基于惯性导航仪、基于现场密布传感器等方法，然而，这些方案在准确性、实用性、适用范围等方面存在一定的局限性，例如在林间坡度由于树木遮蔽等原因GPS信号易受干扰、定位精度差；而基于惯性传感器的导航存在位置漂移问题；采用密布传感器的方式带来部署和维护成本高以及精度较差等诸多问题。即便采用了多系统组合导航的方式，也依然存在累积误差所导致的定位导航精度变差的问题。因此需要一种更为精确、实用、广泛适用的导航定位方法。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提出了一种基于坡度基线的多模态信息融合导航定位方法，能够减小累计误差的产生，实现定位精度的提高和抗干扰能力的增强。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0008]一种基于坡度基线的多模态信息融合导航定位方法，采用载体作业面上地形所形成坡度基线作为参考，将载体的姿态信息、地磁信息以及周围地形环境信息融合，实时检测载体作业面上不同坡度基线；其中，坡度基线是指以某一个起点为基准，沿着地垄、沟渠或坡面的连续地表面上的一条线性测量线；结合林间树木的感知，把载体约束到合理作业区域再进行精确导航；其中，所述合理作业区域为在导航过程中利用感知到的林木位置信息确定载体自身所在位置，通过检测到的坡地基线特征信息，结合载体自身姿态和方位拟合
出的载体在林间道路上的区域。
[0009]其中，所述精确导航具体过程为：
[0010]根据实时感知的树上作业位置，结合作业执行机构的作业范围，在合理作业区内规划出作业目标点；通过导航算法引导载体到达规划的作业点位，同时在导航过程中根据实时感知的坡度基线，为组合导航定位提供参考依据，得到定位结果。
[0011]其中，通过惯性传感器获取载体的姿态信息，通过磁力计获取地磁信息，计算出载体在水平面上的方向；通过包括3D激光雷达以及摄像头的视觉传感器获取周围地形环境信息。
[0012]其中，在鸟瞰图视角下将包括姿态信息、地磁信息以及周围地形环境信息的多模态信息融合，实现坡度基线实时检测。
[0013]其中，多模态信息融合前，对不同传感器获取的数据进行预处理，包括数据清洗、去噪和滤波。
[0014]其中，所述载体为自主移动机器人或者车辆。
[0015]有益效果：
[0016]1、本专利技术利用多种传感器信息和坡度信息进行多模信息融合计算实现定位导航，实时检测载体作业面上不同坡度基线结合林间树木的感知，把载体约束到更合理的作业区域再进行精确导航，减小累计误差的产生，实现定位精度的提高和抗干扰能力的增强；基于多模态信息融合的多任务检测通用架构与传统定位在智慧农业、林业等实际应用中的有机结合，弥补了定位误差与精准移动作业之间最后一道鸿沟。基于多模态信息融合完成地垄线沟渠线等坡度基线检测、树木检测等多重下游任务，可以获得更准确、更稳定的定位和导航数据，从而提高了整个系统的精度和可靠性，避免由于定位误差导致的地图与真实环境不匹配，最大限度地完成传感器测量
‑
感知理解
‑
定位导航
‑
精准作业整个闭环。
[0017]2、本专利技术中，作业目标点不再是简单的一个位置，而是先确定一个合理的作业区域，在合理区域内根据实时感知来确定精确的作业点，保证了机器人自主移动和自动作业的安全。
[0018]3、本专利技术采用多种传感器的数据，可以增加系统对异常情况的适应能力，提高了系统的鲁棒性，如在GPS信号失效或现场通讯受到干扰的情况下，仍然可以保持高精度的定位和导航。适用于农业、林业等地形复杂的环境下载体的精确导航定位，可见本专利技术适用范围广，在林间、山区等环境下，当卫星定位精度较差且无线通讯受到干扰时，能够准确、实用地提高定位精度和导航效果，对于实际运用具有重要的应用价值，适用于各种类型的车辆或航空器在山地林间区域的导航定位，具有广泛的应用前景和市场前景。
[0019]4、本专利技术根据激光雷达与摄像头信息融合，所需的硬件设备相对简单，常用的激光雷达、惯性导航仪、坡度传感器等都是通用的传感器，可以降低系统的成本。
附图说明
[0020]图1为本专利技术流程示意图。
[0021]图2为本专利技术作业场景示意图。
具体实施方式
[0022]下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。
[0023]在山地林间执行作业任务的自主移动机器人，需要确保在行进过程中实时保持高精度的定位和导航，使机器人不会走迷路、不会被阻断的准确到达指定位置。同时考虑到后期技术和产品的市场推广，因此需要具有精度高、鲁棒性强、成本低和适用性广等优点，在坡度区域的导航定位领域得到广泛应用。
[0024]本专利技术提供了一种基于坡度基线的多模态信息融合导航定位方法，采用载体(自主移动机器人或者车辆)作业面上不同坡度、地垄、沟渠等特殊形态地形所形成坡度基线作为主要参考，将多个传感器的数据融合在一起，实现定位精度的提高和抗干扰能力的增强。其中，坡度基线是指以某一个起点为基准，沿着地垄、沟渠或坡面等连续地表面上的一条线性测量线。具体实现是根据激光雷达与摄像头信息融合，实时检测载体作业面上不同坡度基线(林间地垄以及沟渠等所形成的基线)，结合林间树木的感知，把载体约束到更合理的作业区域再进行精确导航，减小累计误差的产生，实现定位精度的提高和抗干扰能力的增强。本专利技术流程如图1所示，作业场景如图2所示，方法实施具体步骤如下：
[0025]步骤一：通过惯性传感器(如加速度计和陀螺仪)获取载体的姿态信息(即方位角、俯仰角和翻滚角)，通过磁力计获取地磁信息，计算出载体在水平面上的方向。
[0026]通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于坡度基线的多模态信息融合导航定位方法，其特征在于，采用载体作业面上地形所形成坡度基线作为参考，将载体的姿态信息、地磁信息以及周围地形环境信息融合，实时检测载体作业面上不同坡度基线；其中，坡度基线是指以某一个起点为基准，沿着地垄、沟渠或坡面的连续地表面上的一条线性测量线；结合林间树木的感知，把载体约束到合理作业区域再进行精确导航；其中，所述合理作业区域为在导航过程中利用感知到的林木位置信息确定载体自身所在位置，通过检测到的坡地基线特征信息，结合载体自身姿态和方位拟合出的载体在林间道路上的区域。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述精确导航具体过程为：根据实时感知的树上作业位置，结合作业执行机构的作业范围，在合理作业区内规划出作业目标点；通过导...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄少琴，孙尧，
申请(专利权)人：自走科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：