[发明专利]一种室内移动定位与制图方法

说明书

技术领域

本发明涉及SLAM(Simultaneous Localization And Mapping)、移动机器人、摄影测量、人工智能技术领域，具体涉及一种室内移动定位与制图方法。

背景技术

室内移动测量技术的关键在于室内定位和制图。一般在室外条件下主要依靠全球定位系统(GPS)、惯性测量单元(IMU)等传感器定位实现高效的移动式测量方案。但是，室内环境没有GPS信号，传统的定位方式在室内环境下无用武之地，没有位置信息就无法实现移动测量，另外传统的定点室内测量方式效率低下，制图周期长，耗费大量的人力。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种室内移动定位和制图方法，以解决传统移动测量效率低下，制图精度不高的问题。

本发明所采用的技术方案是：一种室内移动定位与制图方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：激光点云数据获取；

步骤2：点云数据预处理；

步骤3：将输入的极坐标系下的点云数据转换到笛卡尔坐标系下；

步骤4：点云插值及下采样；

步骤5：粒子滤波预测姿态；

步骤6：子地图生成；

步骤7：虚拟标靶及局部捆集约束计算；

步骤8：全局标靶添加及约束计算；

步骤9：利用图优化进行全局优化；

步骤10：根据步骤9得到的优化结果，更新轨迹和子地图数据；

步骤11：将每一帧点云数据按照轨迹姿态进行累加，生成全局地图；

步骤12：输出地图。

本发明的有益效果包括：

1)不依赖GPS和IMU；

2)数据处理速度快；

3)易于并行处理；

4)制图精度高，实现厘米级精度；

附图说明

图1是本发明实施例的流程图；

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

请见图1，本发明提供的一种室内移动定位与制图方法，包括以下步骤：

步骤1：激光点云数据获取；

利用数据采集软件同步获取水平方向和竖直方向激光数据，且数据采集的前提是，激光需水平固定放置，不同激光的相对位置已标定完成；

步骤2：点云数据预处理；

由于激光扫描仪在一定的扫描范围内时，数据精度较高，超过规定范围，精度无法保证，因此设定合理阈值，剔除距离较远的点云数据，以保证输入点云数据的精度；

步骤3：坐标系变换；

将输入的极坐标系下的点云数据转换到笛卡尔坐标系下，便于后续处理；

步骤4：点云插值及下采样；

由于激光扫描仪在扫描过程中，对于距离较远的物体，得到的点云数据较稀；距离较近的物体，点云相对较密，这样近处物体的激光数据位于同一点的概率比远处物体高，在概率统计模型中，近处点的概率会多次叠加，影响统计结果。为了消除此影响，对点云数据根据距离进行非线性插值，这样将点云密度增加为基本均匀的状态，然后再对同一个点有多个值的进行抽样，这样就达到了每一个位置对应一个点云的效果。步骤如下：

步骤4.1：对于第i-1，i，i+1个点云数据d[i-1]，d[i]和d[i+1]，根据步骤3得到对应的位置坐标为(x_i-1,y_i-1)，(x_i,y_i)和(x_i+1,y_i+1)；

步骤4.2：判断i-1与i之间是否产生了突变；如果min(d_i-1,i,d_i,i+1)<d_i-1,i+1，则认为点云是连续的，未发生突变；则对这两点点云之间进行插值，插值个数为其中d_i-1,i表示i-1与i之间的距离，d_i,i+1表示i与i+1之间的距离，d_i-1,i+1表示i-1与i+1之间的距离；

步骤4.3：对插值后的点云，如果有某个(x_i,y_i)＝(x_j,y_j)，则丢掉其中一个点云，进而达到下采样的结果。

步骤5：粒子滤波预测状态；