[发明专利]目标即时定位和构建地图的方法与系统

说明书

技术领域

本发明涉及室内定位及地图构建领域，特别涉及将室内目标的定位和地图构建相结合的方法及系统。 

背景技术

同时定位与地图构建的问题是目标利用具有噪声的传感器数据，既要构建出环境中物体的分布情况，同时还要确定自身的位置。同时定位与地图构建的问题的解法可使目标实现真正的自主导航。在过去的十几年里，同时定位与地图构建的问题逐渐成为移动机器人领域的研究热点。通常的做法是利用EKF(Extended Kalman Filter：扩展卡尔曼滤波器)对机器人位置和地标进行同时估计。但是，当地标位置增多，机器人移动的范围变大时，该方法相应的计算量会变大，实时性变差。此外，该方法且需要事先对环境进行部署，布置好路标点，耗费人力，物力。 

发明内容

针对上述现有技术的缺陷，本发明提供了目标定位与地图构建的方法，该方法采用运动模型，通过对当前地磁场的测量，对当前位置进行矫正，和利用空间插值算法对局部地图数据进行更新，并融合到全局地图，达到了目标定位和地图构建的同步进行，同时大大减小了运算量，也不需要事先对环境进行部署，节省资源。 

根据本发明的一个方面，提供一种目标定位与地图构建方法，包括：1)对在活动范围内移动的目标进行即时定位；2)根据对所述移动目标的定位，即时更新目标所在活动范围的地磁场地图；3)根据所述更新的地磁场地图，对所述目标移动的下一位置进行定位；重复执行步骤2)和3)，直到目标停止移动。 

在上述方法中，步骤1)可包括：初始化目标在活动范围内的位置和活动范围内的全局地磁场地图，所述目标设置有测量目标运行的距离和转动的角度值和磁场值的传感器；将目标初始位置的地磁场值通过空间插值法加入所述初始化所述全局地磁场地图；测量所述目标运行的控制变量和所述目标当前位置的地磁场值；采用粒子滤波算法对随机移动的目标进行位置估计。 

在一些实施方式中，所述初始化目标在活动范围内的位置和活动范围的地磁场地图的步骤包括：将目标活动的室内范围抽象化为网格坐标，将网格坐标的大小与活动室的实际大小按比例设置。目标在活动室内的初始位置是由目标的内部传感器确定的。 

在一些实施方式中，通过空间插值法如克里金插值法将测得的地磁场值加入初始地图，对目标周围的测量值进行加权以得出未测量位置的预测，其中各参数的含义是：λ_i为第i个位置处的测量值的未知权重，S₀是预测位置，N是测量值数目。使用克里金方法时，权重λ_i取决于测量点、预测位置的距离和预测位置周围的测量值之间空间关系的拟合模型。 

在一些实施方式中，所述将地磁场值使用插值算法加入地图的步骤包括：目标位置估计确定后，在地磁网格地图中抽取位置目标点周围的第一预定范围的网格点数据以将测得的地磁场值插值，然后将插值后得到的所述第一预定范围的网格点融合到第二预定范围的网格地图中。 

同时，本发明还提供了目标定位和地图更新系统，包括：定位模块和地图更新模块，其中所述定位模块对目标在活动范围内的移动进行即时定位；所述地图更新模块根据对目标的定位即时更新目标所在活动范围的地磁场地图，所述定位模块进一步根据所述更新的地磁场地图，对目标下一位置进行定位校正，直到目标停止移动。 

在一些实施方式中，其中所述定位模块包括：初始化模块，配置为对目标初始位置和地磁场网格地图进行初始化；位置估计模块，配置为使用粒子滤波算法和运动学模型对目标初始位置和运动中的位置进行估计，所述地图更新模块包括：插值模块，配置为利用空间插值算法将测得的所述目标活动范围的地磁场值进行插值，和将局部地图融合到全局地图。 

所述位置估计模块可以基于粒子滤波实现，包括：粒子滤波算法模块，配置为对目标的位置估计进行校正；运动模型模块，配置为对目标在活动范围内的移动通过预定数学模型进行分析。 

在一些实施方式中，在所述权重的确定中，采用与磁场的方向和强度向量<H_x，H_y，H_z>相应的网格地图构成数据库，分别表示对应的向量分布。由此，可以增加地图的特征，有利于定位。 

在一些实施方式中，所述构建地图模块中包括：插值模块，在目标位置估计确定后，在地磁网格地图中抽取位置目标点周围的预定范围的网格点数据将所测得的地磁场值插值，和融合模块，将插得的预定范围网格点融合到预定范围的网格地图中。