[发明专利]混合双层地图的构建方法及装置

说明书

本发明提供了一种混合双层地图的构建方法及装置，该方法包括：获取栅格地图中的空白栅格区域；去除空白栅格区域中的孤立区域，得到可行区域；通过谱聚类算法对可行区域进行处理，得到多个拓扑区域；根据拓扑区域之间的连接性确定拓扑连接关系，以得到混合双层地图。本发明的混合双层地图的构建方法中，构建得到的栅格‑拓扑地图具有栅格地图可精确定位的优点，也兼备了拓扑地图可进行区域化的环境表达的优点，也就是既能够实现粗定位，也能够实现精确定位，定位灵活，为进一步添加语义标签和认知导航提供了依据，缓解了现有技术中构建的环境地图无法兼备区域化的环境表达和精确定位的技术问题。

技术领域

本发明涉及移动机器人的技术领域，尤其是涉及一种混合双层地图的构建方法及装置。

背景技术

随着社会信息化程度的提高，智能移动机器人逐渐在社会发展中担当重要的角色。移动机器人构建环境地图是其完成导航和服务任务的基础。有了环境地图，机器人才能实现路径规划、避障，实现自主移动。

目前，移动机器人最为常用的地图表达方式为栅格地图或拓扑地图。栅格地图采用平面栅格覆盖的形式描述环境，能够精确的度量环境，易于构建和维护，能够计算出最短路径。但是，栅格地图的分辨率必须足以捕捉到环境的重要细节，存储量大，路径规划效率低，复杂度高；更为致命的是，这种散点式的度量型地图抽象程度低，缺少真实环境中区域的概念，无法建立环境的语义，不利于人机交互和人性化导航(如，基于栅格地图的导航任务无法识别人类指令“去卧室”)。拓扑地图采用节点和边的形式描述环境，节点对应着特定的区域、位置或者标记点，边对应着节点间的通路，能够进行区域化的环境表达，更接近于人的直观认识，在此基础上的导航复杂度更低更加自然。但是，拓扑地图存在定位困难的问题，并且，现有的拓扑地图大都采用在线增量式构建方法，即需要机器人在移动(接受运动指令移动或自主漫游)的过程中，通过定义拓扑节点来构建，形式单一，呆板。

综上，现有技术中构建的环境地图无法兼备区域化的环境表达和精确定位的功能，也就是无法实现灵活的定位，不利于场景语义地图的构建和基于语义的导航。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种混合双层地图的构建方法及装置，以缓解现有技术中构建的环境地图无法兼备区域化的环境表达和精确定位的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种混合双层地图的构建方法，所述方法包括：

获取栅格地图中的空白栅格区域，所述空白栅格区域表示不存在障碍物的区域；

去除所述空白栅格区域中的孤立区域，得到可行区域，其中，所述孤立区域为移动机器人不能到达的区域，所述可行区域为所述移动机器人可到达的区域；

通过谱聚类算法对所述可行区域进行处理，得到多个拓扑区域，其中，每个拓扑区域表示一种区域类别；

根据所述拓扑区域之间的连接性确定拓扑连接关系，以得到所述混合双层地图，其中，所述混合双层地图为栅格-拓扑地图。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，去除所述空白栅格区域中的孤立区域，得到可行区域包括：

根据所述移动机器人的半径对所述空白栅格区域进行削减，得到削减后的空白栅格区域；

在所述削减后的空白栅格区域中，通过连通区域分析算法提取面积最大的连通域；

将所述面积最大的连通域作为所述可行区域。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，通过谱聚类算法对所述可行区域进行处理，得到多个拓扑区域包括：

对所述可行区域中的采样栅格点进行分析，得到所述采样栅格点的相似度矩阵，其中，所述相似度矩阵用于表示所述采样栅格点之间的关联程度；