[发明专利]一种基于激光雷达的室外大环境下的地图拼接定位方法

权利要求书

1.一种基于激光雷达的室外大环境下的地图拼接定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：将作业区域分割成多个子区域，分割时要保证每个子区域与其他子区域存在足够的重合区域，以保证后期每个子区域合并时能匹配成功；

步骤S2：派遣多辆建图车对每个子区域进行激光建图操作，每隔0.3m记录一个关键点并储存到每个子区域对应的地图中；

步骤S3：依据地图信息，构建位姿图，提取地图中关键点处建图车的位姿为节点，以相邻关键点的相对变换为边，完成所有子地图的位姿图构建；

步骤S4：依据GPS信息，对所有的位姿图进行坐标系粗对齐；

步骤S5：搜索位姿图之间存在的潜在回环节点对，建立潜在回环节点对信息；

步骤S6：依据步骤S5建立的潜在回环节点对信息，添加位姿图之间的回环节点边约束，构建出新的全局位姿图；

步骤S7：采用GTSAM对构建出新的全局位姿图进行全局优化求解，获得拼接后的全局地图。

2.如权利要求1所述的基于激光雷达的室外大环境下的地图拼接定位方法，其特征在于，步骤S4的具体过程为：

位姿图中的节点p_i在map坐标系下表示为的表达式为：表示在map坐标系下的平移量，表示在map坐标系下的旋转量，m表示位姿图的初始地图坐标系，在建图车上设置激光雷达和GPS接受器，GPS接受器用于获得节点p_i在GPS坐标系下的表示的表达式为：表示在GPS坐标系下的平移量，挑选出GPS信号质量高的节点，获得点集P_G，P_G的表达式为：点集P_G依据位姿图信息获得在map坐标系下的表示P_M，其表达式为：P_G和P_M表示同一节点集在不同坐标系下的表示，忽略P_M中的旋转量，将P_G和P_M看作两帧点云集，通过ICP匹配得出map坐标系下的位姿图在GPS坐标系下的相对变化为具体表达式为其中，t表示齐次变换矩阵中的平移变换量，R表示齐次变换矩阵中的旋转变换量，计算出map坐标系下的所有位姿图在GPS坐标系下的相对变化，实现所有位姿图坐标系间的粗对齐。

3.如权利要求2所述的基于激光雷达的室外大环境下的地图拼接定位方法，其特征在于，步骤S5的具体过程为：

根据步骤S4得到的map坐标系下的所有位姿图在GPS坐标系下的相对变化和旋转平移矩阵投影公式，将第i个位姿图中的节点k投影至GPS坐标系，具体表示为：其中，表示map坐标系下的第i个位姿图中的节点k在GPS坐标系下的相对变化，表示map坐标系下的第i个位姿图中的节点k与map坐标系下的第i个位姿图中的初始节点的相对变化，表示map坐标系下的第i个位姿图中的初始节点在GPS坐标系下的相对变化，将所有位姿图的节点都投影至GPS坐标系，然后对位姿图之间的节点进行搜索匹配，当两节点之间的GPS距离小于一定阈值时，则认为是一对潜在的回环节点对，记录两节点之间的索引关系，建立潜在回环节点对信息。

4.如权利要求3所述的基于激光雷达的室外大环境下的地图拼接定位方法，其特征在于，步骤S6中添加位姿图之间的回环节点边约束的具体过程为：

首先对步骤S5中的潜在回环节点对进行处理，将潜在回环节点对中的一个节点的前后25帧激光点云往该节点投影，构成融合帧，再对融合帧进行kfpcs和ICP匹配，获得相对变化的初始猜测，每次匹配都会获得残差得分项，当残差得分项满足一定分值时认为是回环节点对，最后依据初始猜测，采用点线面特征进行匹配优化，求解出回环节点对之间的相对变化，添加边约束，当所有潜在回环节点对遍历完后，所有位姿图的回环节点边约束添加完毕。