[发明专利]无GPS信号下二维码、激光雷达与IMU融合定位系统及方法

权利要求书

1.无GPS信号下二维码、激光雷达与IMU融合定位系统，其特征在于，所述系统应用于矿下场景，所述系统包括：

采集模块，用于获取路侧端的二维码图像、车道线图像、车辆的激光雷达数据及IMU数据；所述采集模块包括图像采集装置，用于获取路侧端的二维码图像及车道线图像；激光雷达，用于获取车辆的激光雷达数据以及探测车辆与目标物之间的相对距离；IMU，用于获取车辆的IMU数据；所述二维码图像布设有多个，且多个所述二维码图像沿矿下路径的路侧端间隔布设；构建模块，用于根据车辆遍历矿下所有路径时所获取的激光雷达数据，构建矿下场景的高精地图；

车辆初始位置获取模块，用于根据采集的二维码图像识别当前二维码所处目标物在高精地图上的绝对位置，并基于所述绝对位置和车辆与目标物之间的相对距离得到车辆在高精地图中的初始位置；

车辆实时位置更新模块，用于在车辆行驶过程中，将车辆的激光雷达数据与IMU数据进行融合，并将融合后的IMU数据、车辆当前位置的激光雷达点云数据及车道线图像分别与高精地图进行匹配，在匹配成功时进行车辆实时位置的更新；

联合标定模块，用于根据ICP迭代最近点法对激光雷达和IMU进行标定以获取激光雷达与IMU之间的外部参数，以及根据在线自标定方法对图像采集装置和IMU进行标定以获取图像采集装置与IMU之间的外部参数；

控制模块，用于在车辆行驶过程中，按照预设周期控制采集模块重新获取路侧端的二维码图像；

在初始阶段，目标车辆遍历矿下所有路径，采集模块采集车辆的激光雷达数据并输送至构建模块，构建模块基于该激光雷达数据构建矿下场景的高精地图；

在车辆启动时，采集模块采集二维码图像、激光雷达数据并输送至车辆初始位置获取模块，车辆初始位置获取模块结合这些数据和高精地图确定车辆的初始位置；

在车辆行驶过程中，采集模块采集激光雷达数据、IMU数据、车道线图像并输送至车辆实时位置更新模块，车辆实时位置更新模块结合这些数据和高精地图确定车辆的实时位置。

2.根据权利要求1所述无GPS信号下二维码、激光雷达与IMU融合定位系统，其特征在于，所述车辆实时位置更新模块进一步包括：数据补偿单元，用于获取激光雷达点云数据的畸变部分并进行补偿；预处理单元，用于在激光雷达数据与IMU数据融合前通过IMU预积分进行IMU数据预处理；融合单元，用于采用ESKF算法将补偿后的激光雷达数据与预处理后的IMU数据进行融合，并将融合后的车辆位置信息、车辆当前位置的激光雷达点云数据及车道线图像分别与高精地图进行匹配，在匹配成功时完成车辆实时位置的更新。

3.无GPS信号下二维码、激光雷达与IMU融合定位方法，采用权利要求1-2中任一项所述的系统实现，其特征在于，所述方法包括：

构建矿下场景的高精地图；

获取路侧端的二维码图像、车道线图像、车辆的激光雷达数据及IMU数据；

根据获取的二维码图像识别当前二维码所处目标物在高精地图上的绝对位置，并基于所述绝对位置和车辆与目标物之间的相对距离得到车辆在高精地图中的初始位置；

在车辆行驶过程中，将车辆的激光雷达数据与IMU数据进行融合，并将融合后的IMU数据、车辆当前位置的激光雷达点云数据及车道线图像分别与高精地图进行匹配，在匹配成功时进行车辆实时位置的更新。

4.根据权利要求3所述无GPS信号下二维码、激光雷达与IMU融合定位方法，其特征在于，所述方法进一步包括：在车辆启动前，对安装在车辆上的图像采集装置、激光雷达和IMU进行联合标定，分别获取图像采集装置与IMU之间的外部参数、激光雷达与IMU之间的外部参数。

5.根据权利要求3所述无GPS信号下二维码、激光雷达与IMU融合定位方法，其特征在于，所述方法进一步包括：在车辆行驶过程中，按照预设周期获取路侧端的二维码图像，并基于获取的二维码图像，重新确定车辆的当前位置。

6.根据权利要求3所述无GPS信号下二维码、激光雷达与IMU融合定位方法，其特征在于，所述方法进一步包括：利用目标车辆遍历矿下所有路径，并在遍历过程中，获取车辆的激光雷达数据，利用所述激光雷达数据构建矿下场景的高精地图。