[发明专利]一种基于激光雷达和先验地图的实时定位系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于激光雷达和先验地图的实时定位系统及方法，该系统包括点云注册模块(100)、激光雷达里程计模块(200)、地图配准定位模块(300)和定位融合模块(400)；提取为特征点云数据；进行第t个时间戳激光雷达里程计；进行地图配准定位，在第k周期，获取地图片段关键帧特征点云和里程计的航迹推算结果后，通过NDT配准得出车辆相对准确的定位在第t个时间戳将10Hz的航迹推算结果与1Hz的地图定位结果融合计算，得到10Hz的车辆定位与现有技术相比，本发明能够在无卫星信号和基站信号的封闭环境中，实现车道级的车辆定位；满足自动驾驶实时性的要求；实现了长距离和长时间行驶环境下仍维持在车道级以内的漂移误差。

技术领域

本发明涉及无人驾驶车辆定位技术领域，特别是涉及一种基于激光雷达和先验地图的实时定位系统及方法。

背景技术

智能网联汽车及自动驾驶技术是《中国制造2025》的重要领域，近年来其相关领域和技术得到了快速发展，其中就包括车辆定位技术。作为车辆环境感知的重要组成部分，同时也是一切自动驾驶技术的出发点，车辆定位技术面临着越来越高的要求。

现有车辆可选的定位方案包括：全球卫星导航系统GNSS、地面站定位系统、车辆惯性导航系统IMU、车轮定位技术、二维码定位技术、WiFi指纹定位技术、基于激光雷达的建图和定位技术(LiDAR-SLAM)、地图配准(MM)定位技术等方案。各种方法的优缺点描述如下：

(1)全球卫星导航系统GNSS、地面站定位系统在开阔地带可以实现车辆的厘米级的高精度实时定位；但是不适用在高楼群、隧道、地下停车场等相对封闭的环境中，因信号遮挡问题。

(2)车载惯性导航系统IMU依靠内置的加速计和陀螺仪得出车辆的实时位置，但IMU比较容易受到外界环境干扰，如磁场、温度，此外IMU的漂移误差问题也同样严重。

(3)车轮定位技术可以依靠车轮转速和行驶中的车轮角度变化来计算车辆位置，对路面平整情况要求严格，在凹凸不平的地面环境中误差较大，此外还存在车轮打滑、漂移误差等难以解决的难题。

(4)二维码定位技术依靠二维码图片来实现车辆定位，技术简单快速，车辆扫描到二维码的同时，即可快速计算车辆的真实位置；但如果要满足车辆定位实时性的要求，则需要保证驾驶场景中有足够的二维码图片密度，同时，二维码图片的识别也不是完美可靠的，易受障碍物遮挡、环境光照因素影响。

(5)WiFi指纹定位技术同样需要大量的前期布置计算，并且同时为所有非开阔地带布置WiFi是不切实际的。

(6)W基于激光雷达的建图和定位技术(LiDAR-SLAM)由机器人领域扩展而来，可以同时实现车辆定位和周围地图构建，但是缺点在车辆领域十分致命：它只能保证短距离或短时间内定位的实时性和定位精度，系统运行的时间越长其漂移误差越大，通常需要轨迹闭环来进行矫正；

(7)地图配准(MM)定位可以保证车辆长时间内的定位精度，但是其短时间内的实时性和定位精度无法保证。

面向未来智能网联汽车和自动驾驶技术应用需求达到“车辆在封闭环境下定位保证10Hz及以上的定位频度以及至少车道级以内的定位精度”这一技术问题，目前尚不存在有效的解决方案。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提出了一种基于激光雷达和先验地图的实时定位系统及方法，实现了基于激光雷达里程计和先验地图就能车道级的车辆定位，从而改善了在封闭环境下的车辆定位问题。

本发明的一种基于激光雷达和先验地图的实时定位系统，该系统包括点云注册模块100、激光雷达里程计模块200、地图配准定位模块300和定位融合模块400；其中：

所述点云注册模块100，该模块用于提取激光雷达点云帧中的特征点云；