一种面向矿区的制造技术

本发明专利技术属于智能体的多传感设备联合标定的技术领域，涉及一种面向矿区的

【技术实现步骤摘要】
一种面向矿区的Lidar
‑
GNSS/IMU自动标定方法


[0001]本专利技术属于智能体的多传感设备联合标定的
，涉及一种面向矿区的
Lidar
‑
GNSS/IMU
自动标定方法
。

技术介绍

[0002]随着智慧矿山建设的兴起，露天矿无人运输也成为矿山发展的重中之重
。
面对复杂的矿车结构和道路运输环境，利用多传感器融合来实现矿卡的环境感知和定位是十分必要的
。
在进行多传感器数据融合前，首先要对各传感器进行时间同步和空间同步
。
[0003]目前空间同步即传感器标定方法大致可分为：标定物辅助标定
、
手眼标定
、
点云优化标定和概率标定
。
标定物辅助标定需要人为设置特定形状或特征的标定物进行标定，标定精度相对较高，但需要摆放特定的标定物，且标定结果受标定物的影响较大；手眼标定通常分为
eye
‑
to
‑
hand
和
eye
‑
in
‑
hand
，分别将一个“手”(GNSS/IMU)
和一个“眼”(Lidar)
都固定在一个机器上，那么当机器运动之后，“手”和“眼”发生的姿态变化一定满足一定的约束关系，但该种方法获得的标定结果存在多个，很难适应实际工程需求；点云优化标定主要根据周围环境的平面
、
角点等特征，利用不同的特征提取法和点云匹配法进行配准，但需要较为丰富的环境特征，但矿区环境难以满足；概率标定加入传感器的噪声引起的不确定性，从而保证标定的精度，但相反传感器噪声的不确定性也影响其标定精度
。
[0004]传感器标定方法目前虽已广泛适用于自动驾驶和机器人领域，但大多数都需要标定环境具备比较丰富的特征或者人工设置标定物
。
目前矿山环境相对比较单一，现有环境无法满足有效结果的输出；而矿车结构又相对复杂，视野盲区较大，人工设置标定物以及人工标定均相对比较危险
。

技术实现思路

[0005]鉴于上述问题，本专利技术提供了一种面向矿区的
Lidar
‑
GNSS/IMU
自动标定方法，能够适应矿区实际环境，能够降低标定对环境特征以及人力成本的要求，提高自动驾驶矿车标定的安全性与有效性
。
[0006]本专利技术提供了一种面向矿区的
Lidar
‑
GNSS/IMU
自动标定方法，具体步骤如下：
[0007]步骤
1、
构建车辆标定坐标转化关系；
[0008]步骤
2、
设定
Lidar
‑
GNSS/IMU
的外参优化初值，其中，
Lidar
‑
GNSS/IMU
的外参包括车辆标定转化关系欧拉角的俯仰角
pitch、
翻滚角
roll
和偏航角
yaw
，以及
Lidar
坐标系到
imu
坐标系时在车体坐标系中
X
方向和
Z
方向的平移距离
x
值和
z
值；
[0009]步骤
3、
采集关键帧点云数据，获取标定数据；
[0010]步骤
4、
基于步骤3获得的标定数据优化
Lidar
‑
GNSS/IMU
的外参；
[0011]步骤
5、
通过优化的
X
轴方向的
x
值
、Z
轴方向的
z
值
、
俯仰角
pitch、
滚转角
roll
和偏航角
yaw
实现
Lidar
‑
GNSS/IMU
自动标定
。
[0012]可选地，步骤1构建的车辆标定坐标转化关系具体为：
[0013]步骤
11、
将车辆
GNSS
定位坐标转换为车辆
GNSS/IMU
坐标；
[0014]步骤
12、
构建
imu
坐标系与车体坐标系的转化关系
[0015]步骤
13、
构建车体坐标系与世界坐标系的转化关系
[0016]步骤
14、
构建
Lidar
坐标系与
imu
坐标系的车辆标定坐标转化关系
[0017]步骤
15、
基于
Lidar
坐标系与
imu
坐标系的车辆标定转化关系解耦获取
Lidar
‑
GNSS/IMU
自动标定的外参：
[0018][0019]其中，
t
＝
[xyz]T
为坐标转化平移向量，
x、y、z
分别为
Lidar
坐标系到
imu
坐标系时在车体坐标系中
X
轴方向
、Y
轴方向和
Z
轴方向的平移距离值；
R
为
Lidar
坐标系到
imu
坐标系时的旋转矩阵
。
[0020]可选地，将雷达安装于车辆上，利用地面点云获取雷达安装的俯仰角
pitch
’
和翻滚角
roll
’
，偏航角
yaw
’
；根据雷达出厂安装角度设定，分别作为车辆标定转化关系欧拉角的俯仰角
pitch、
欧拉角的翻滚角
roll
和欧拉角的偏航角
yaw
的优化初值
。
[0021]可选地，将雷达安装点至车辆
GNSS
定位点在车体坐标系中的
X
方向和
Z
方向的距离值作为
Lidar
坐标系到
imu
坐标系时在车体坐标系中
X
方向和
Z
方向的平移距离值
x
值
、z
值的优化初值
。
[0022]可选地，步骤3中采集关键帧点云数据，获取标定数据的具体步骤为：
[0023]矿车在矿区的装载区和卸载区之间的矿区行驶路径上往返运行一次获取车辆在矿区行驶路径的
GNSS/IMU
定位点坐标数据；
[0024]将车辆在矿区行驶路径上采集的第一帧数据设为第一帧关键帧，并根据实际情况设置距离阈值
distance_thr<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种面向矿区的
Lidar
‑
GNSS/IMU
自动标定方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤
1、
构建车辆标定坐标转化关系；步骤
2、
设定
Lidar
‑
GNSS/IMU
的外参优化初值，其中，
Lidar
‑
GNSS/IMU
的外参包括车辆标定转化关系欧拉角的俯仰角
pitch、
翻滚角
roll
和偏航角
yaw
，以及
Lidar
坐标系到
imu
坐标系时在车体坐标系中
X
方向和
Z
方向的平移距离
x
值和
z
值；步骤
3、
采集关键帧点云数据，获取标定数据；步骤
4、
基于步骤3获得的标定数据优化
Lidar
‑
GNSS/IMU
的外参；步骤
5、
通过优化的
X
轴方向的
x
值
、Z
轴方向的
z
值
、
俯仰角
pitch、
滚转角
roll
和偏航角
yaw
实现
Lidar
‑
GNSS/IMU
自动标定
。2.
根据权利要求1所述的
Lidar
‑
GNSS/IMU
自动标定方法，其特征在于，步骤1构建的车辆标定坐标转化关系具体为：步骤
11、
将车辆
GNSS
定位坐标转换为车辆
GNSS/IMU
坐标；步骤
12、
构建
imu
坐标系与车体坐标系的转化关系步骤
13、
构建车体坐标系与世界坐标系的转化关系步骤
14、
构建
Lidar
坐标系与
imu
坐标系的车辆标定坐标转化关系步骤
15、
基于
Lidar
坐标系与
imu
坐标系的车辆标定转化关系解耦获取
Lidar
‑
GNSS/IMU
自动标定的外参：其中，
t
＝
[x y z]
T
为坐标转化平移向量，
x、y、z
分别为
Lidar
坐标系到
imu
坐标系时在车体坐标系中
X
轴方向
、Y
轴方向和
Z
轴方向的平移距离值；
R
为
Lidar
坐标系到
imu
坐标系时的旋转矩阵
。3.
根据权利要求1所述的
Lidar
‑
GNSS/IMU
自动标定方法，其特征在于，将雷达安装于车辆上，利用地面点云获取雷达安装的俯仰角
pitch
’
和翻滚角
roll
’
，偏航角
yaw
’
；根据雷达出厂安装角度设定，分别作为车辆标定转化关系欧拉角的俯仰角
pitch、
欧拉角的翻滚角
roll
和欧拉角的偏航角
yaw...

【专利技术属性】
技术研发人员：张帅，段星集，李德志，张明磊，王杰，
申请(专利权)人：北京踏歌智行科技有限公司，
类型：发明
国别省市：