基于北斗与制造技术

本发明专利技术的一种基于北斗与

【技术实现步骤摘要】
基于北斗与3D点云的融合定位方法、设备及存储介质


[0001]本专利技术涉及智能机器人和
SLAM
领域的定位
，具体涉及一种基于北斗与
3D
点云的融合定位方法
、
设备及存储介质
。

技术介绍

[0002]随着现代技术的不断发展，机器人在各个行业的应用越来越普遍
。
而作为智能机器人，其利用所携带的传感器，对其所在的环境进行感知，并完成自主定位的能力显得十分重要，目前利用激光雷达距离传感器可以实现基于点云地图的定位，而利用小型的
GNSS
接收机则可以实现基于卫星的定位
。
前者多作为室内机器人的解决方案，而后者则多在室外空旷等场景下使用
。
在室内外都需要工作的机器人目前多采用切换地图的方式来实现在不同的场景中的运动
。
并且由于涉及到地图的切换，不同的场景，本职上没有之间联系，反复多次的切地图动作会影响到机器人整体的运动效率
。
[0003]同时搭载两种传感器，机器人可以做到各个场景的无缝切换，并且可以提高系统整体的运动稳定性
。
在点云地图发生变化，或者
GNSS
信号被遮挡的场景中，本专利技术可以实现机器人的正常运行，保证工作的稳定，提高工作的效率
。
这为各类机器人的定位提供了一种可能性
。
[0004]基于
3D
点云地图的定位，在环境发生变化时，可用性差，需要重新建图以满足实际需要，而
GNSS
定位属于有源的绝对定位系统，与环境变化无关，只要可以接收到足够的
GNSS
信号即可完成定位工作
。
[0005]总的来说，目前智能机器人技术迅速发展，能够自主感知环境
、
自主完成定位是智能机器人的一大特点
。
目前包括全球卫星导航系统（
GNSS
）和
3D
点云等技术已经广泛应用于各个领域
。
但是，
GNSS
在城市峡谷等信号遮挡的环境下，定位误差较大，甚至无法使用，而
3D
点云需要场景中有足够的地标或特征点，但是对空旷环境以及环境变化频繁的场景则又不能较好的应对
。
因此，需要一种能够克服
GNSS
和
3D
点云各自局限性的融合定位系统
。

技术实现思路

[0006]本专利技术提出的一种基于北斗与
3D
点云的融合定位方法
、
设备及存储介质，可至少解决
技术介绍
中的技术问题之一
。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种基于北斗与
3D
点云的融合定位方法，包括以下步骤，建立机器人工作场景的
3D
点云地图
Mp
以及建立机器人工作场景的北斗导航地图
Mg
；在场景中均匀的选择
N
个公共点，
N
大于3；根据上述
N
个位置的公共点坐标，基于间接平差原理，利用布沙尔模型来求解上述两个地图之间的坐标变换七参数；依据匹配度来判断
3D
点云定位结果的可用性，当
3D
点云定位模块给出的定位结
果，其匹配度大于
0.8
时，直接利用上述七参数，将其转换到北斗所在的坐标系下，再根据匹配度，得到对应的三轴定位方差的经验值；根据北斗定位的方差来判断定位结果的可用性，在北斗的差分报文中，根据
BESTPOSA
协议，获取其定位结果的同时，获得该定位结果的三轴定位方差，当其误差都小于
0.03m
时，认为其定位可靠；当上述两个定位方式都有可靠的定位结果时，即可进行融合定位工作
。
[0008]又一方面，本专利技术还公开一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如上述方法的步骤
。
[0009]再一方面，本专利技术还公开一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如上方法的步骤
。
[0010]由上述技术方案可知，本专利技术的一种基于北斗与
3D
点云的融合定位方法，包括建立机器人工作场景的
3D
点云地图
Mp
以及北斗导航地图
Mg
；利用布沙尔模型来求解上述两个地图之间的坐标变换七参数；当
3D
点云定位模块给出的定位结果，其匹配度满足要求，直接利用上述七参数，结合对应的三轴定位方差的经验值；在北斗的差分报文中，根据
BESTPOSA
协议，获取其定位结果的同时，得到该定位结果的三轴定位方差，并且根据其方差来判断该定位结果的可用性，当三轴定位方差误差都小于
0.03m
时，认为其定位可靠；当上述两个定位方式都有可靠的定位结果时，即可进行融合定位工作
。
本专利技术可以让机器人始终在同一个参考系下进行定位导航
。
这使得系统整体的一致性与稳定性都有所提高
。
[0011]本专利技术的基于北斗与
3D
点云的融合定位方法及系统，旨在当地图场景变化，导致
3D
点云定位精度下降时，可以使用
GNSS
完成定位工作，以避免了对环境重新进行地图构建，可以在不影响原地图的其他区域和实施信息，减少了重复工作量，并且
GNSS
定位可以保证在较为空旷环境中也可以达到较高的定位精度，来弥补环境特征较少时，
3D
点云定位的劣势
。
[0012]同时搭载
GNSS
接收机与激光测距传感器的机器人，在本专利技术的支持下，可以解决在复杂环境下，单一传感器失效的问题，并且在涉及到室内外连续的运动时，本专利技术可以让机器人始终在同一个参考系下进行定位导航
。
这使得系统整体的一致性与稳定性都有所提高
。
[0013]综上所述，与现有技术相比，本专利技术的优点如下：
1、
本专利技术融合北斗卫星定位技术与
3D
点云定位技术，使得机器人可以以更高精度的位姿进行运动控制，而高精度的定位也将提高实际机器人的到位精度
。
[0014]2、
相对
3D
点云定位技术，在空旷且无明显特征的场景中，北斗定位技术的优势明显
。
相对的在室内等无北斗信号的地方，
3D
点云定位技术则是无源定位技术，可以仅依赖自身所携带的距离传感器完成复杂场景下的定位工作
。
得益于本专利技术将两种定位方式相结合，可以显著扩展相关机器人的应用场本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于北斗与
3D
点云的融合定位方法，其特征在于，包括以下步骤，建立机器人工作场景的
3D
点云地图
Mp
以及建立机器人工作场景的北斗导航地图
Mg
；在场景中均匀的选择
N
个公共点，
N
大于3；根据上述
N
个位置的公共点坐标，基于间接平差原理，利用布沙尔模型来求解上述两个地图之间的坐标变换七参数；依据匹配度来判断
3D
点云定位结果的可用性，当
3D
点云定位模块给出的定位结果，其匹配度大于
0.8
时，直接利用上述七参数，将其转换到北斗所在的坐标系下，再根据匹配度，得到对应的三轴定位方差的经验值；根据北斗定位的方差来判断定位结果的可用性，在北斗的差分报文中，根据
BESTPOSA
协议，获取其定位结果的同时，获得该定位结果的三轴定位方差，当其误差都小于
0.03m
时，认为其定位可靠；当上述两个定位方式都有可靠的定位结果时，即可进行融合定位工作
。2.
根据权利要求1所述的基于北斗与
3D
点云的融合定位方法，其特征在于：北斗定位模块给出的定位结果步骤具体包括，在机器人上搭载北斗信号接收机，通过网络
RTK
技术来完成机器人的高精度定位；式中：为接收机到卫星的距离，为信号从卫星到接收机的用时，为接收机的钟差，
c
为光速；在进行
RTK
测量时，基准站通过数据通信链路实时地把载波相位观测值和已知点的站点坐标信息发送给流动站，机器人作为流动站，则根据自己采集到的载波信息与基准站进行实时动态相对定位，此时得到流动站与基准站之间相对位置，将实时定位精度提高到厘米级；将
GNSS
定位得到的大地坐标
BLH
转换到空间直角坐标
XYZ
系下，公式如下：系下，公式如下：系下，公式如下：式中，为参考椭球长半轴，为参考椭球短半轴，为第一离心率，
B
为大地纬度，
L
为大地经度，
H
为大地高；计算出工作场景的平均位置坐标后，将所有的坐标都归一化到工作场景附近，选择场景中某一个位置为原点（），将空间直角坐标系下的绝对坐标归一化到实际的工作场景附近，把每个点的原始
XYZ
坐标下标
G
分别减去上述即可，如公式：式中，下标
G
表示
SLAM
过程得到的原始空间直角坐标系，下标0表示在工作场景附近的某个位置，下标
u
表示，归一化后的坐标，这样就得到了
GNSS
设备所给出的三维空间定位结
果
。3.
根据权利要求2所述的基于北斗与
3D
点云的融合定位方法，其特征在于：根据上述
N
个位置的公共点坐标，基于间接平差原理，利用布沙尔模型来求解上述两个地图之间的坐标变换七参数，包括，先通过采集一定数量的公共点坐标，计算出两种定位结果所处坐标系统之间的转换七参数，该参数定义了两个坐标系之间的尺度
、
方向
、
原点的转换关系，在求解七参数时，在环境中均匀的选择3组以上公共点的坐标数据进行解算；利用该七参数，根据以下公式将基于
3D
点云坐标系下的定位结果转换到北斗坐标系下，其中：其中：其中：式中，下标
G
和
P
分别表示在同一个位置上，北斗与
3D
点云定位程序给出的对应的定位结果
。
表示两个坐标系之间的平移量，则表示两个坐标系之间的旋转矩阵，
、、
为对应的欧拉角，而为二者之间的尺度因子
。4.
根据权利要求3所述的基于北斗与
3D
点云的融合定位方法，其特征在于：融合定位工作包括以下步骤，采用误差取倒数的方式来确定该结果在融合时的权重；
3D
点云定位的精度可以由其匹配度间接体现出来；在静止状态下，
MCL
定位的位置波动与匹配度有明显的负相关关系，该定位的误差根据经验来确定，匹配度
c
与三轴定位误差
(m)
大致关系如下：这样就在定位的同时，得到二者的方差分布，然后基于最小二乘原则，对两种结果基于其方差分布进行融合其中，为两种定位方法分别得到的位姿，为其对应的权重，由其误差取倒数得到；北斗的定位误差...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘闹，褚衍超，章海兵，汪中原，夏磊，
申请(专利权)人：科大智能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：