CN107976182A - 一种多传感器融合建图系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及导航的技术领域，更具体地，涉及一种多传感器融合建图系统及其方法。一种多传感器融合建图系统，其中，包括路径规划模块；数据采集模块；数据融合模块；建图模块。本发明采用的传感器为激光雷达和GPS，为多传感器融合建图，相比较于单传感器建图，该方法可以得到更加精准，更加有效的地图；本发明采用的数据采集为分段采集，如果其中某段数据出错，可以自己再重新采集，极大的提高了容错率以及数据采集的效率。本发明消耗更少的时间，可以更快，更精准的得到最终的结果。

Description

一种多传感器融合建图系统及其方法

技术领域

本发明涉及导航的技术领域，更具体地，涉及一种多传感器融合建图系统及其方法。

背景技术

随着时代的发展，导航成了研究的热门。导航为我们带来了很多便利。然而自动导航也是一个比较热门的研究，在导航之中，最重要的莫过于地图的构建。现在比较新颖的构图为激光雷达建图或GPS建图，然而，这两种方法都有着很大的缺陷，激光雷达建图的误差可能会比较大，而GPS建图则完完全全依赖于卫星的信号。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种多传感器融合建图系统及其方法，通过使用激光雷达与GPS的数据融合得到一个全新的地图。

与传统的单传感器建图方法相比，该方法可以提高建图的精度，减少建图的时间消耗，提高建图的容错率，可以得到一个完整的融合后的高精确度的地图。

本发明的技术方案是：一种多传感器融合建图系统，其中，包括

路径规划模块：在采集数据之前，规划好需要采集的路线信息，将整个地图分段采集，确认好采集的先后顺序，设定好标号，每一段路都有一个特定的表示，然后，将设定好的路线信息传输到数据采集模块和建图模块；

数据采集模块：根据路径规划模块输入的信息，对应于实际的路段进行信息的采集，采集的传感器为GPS，激光雷达；在采集到对应路段的数据之后，对于原始数据进行处理，得到对应的路径信息，将得到的路径信息输入到数据融合模块；

数据融合模块：根据数据采集模块输入的信息，通过时间戳同步进行信息的同步处理，然后针对于每一时刻的路径信息，进行滤波融合，得到一个新的融合了两种传感器数据的路径信息，将此路径信息输入到建图模块；

建图模块：根据路径规划模块输入的路径标识和数据融合模块输入的路径信息，得到路段之间的相对关系，通过对于相对关系之间的几何变换，构建出一个完整的路径信息图。

可选的，所述的数据采集模块需要保证每一个机器人都含有一个激光雷达以及一个GPS传感器，且可以全方位的采集到环境信息。

所述的激光雷达为Velodyne 16线或32线的激光雷达，所述GPS传感器为单天线或双天线GPS传感器。

所述的数据采集模块使用的GPS传感器还需要有一个对应的基站，来进行数据的处理和接收。

多传感器融合建图系统的方法，其中：包括以下步骤：

步骤1、所述路径规划模块需要规划好采集数据的路线，知道分段线路之间的相对位置关系，对于每一天线路都要有一个唯一标识；

步骤2、所述数据采集模块包括激光雷达和GPS，先测验其精准度，对于其可以测量的范围有一定的预估，校正误差；

步骤3、所述数据采集模块采集到的数据需要根据不同的传感器类型，使用与之对应的办法进行数据的处理，得到每一个传感器对于此路段的路径信息；

步骤4、所述数据采集模块得到的每一个传感器对于此路段的路径信息进行时间戳同步，将两端路径信息以时间戳为纽带联系在一起；

步骤5、所述数据融合模块对于得到的同一时刻的两个传感器数据进行滤波融合处理，得到一条同一时刻融合后的路径信息；

步骤6、所述数据融合模块在处理完一段路线后，判断是否处理完毕所有线路，如果没有，则继续回到数据采集模块，采集新的数据信息，如果处理完毕，则进入到建图模块；

步骤7、所述建图模块根据路径规划模块和数据融合模块输入的信息，进行路段的标识，找到对应的路段信息和其相对的路径信息；

步骤8、所述建图模块需确认一个起点，该起点为所建地图的全局坐标系的坐标原点；

步骤9、所述建图模块根据确认的起点以及不同路段之间的相对位置关系，进行坐标变换，最终构建出完整的全局坐标系下的路径信息图。

与现有技术相比，有益效果是：

1、本发明采用的传感器为激光雷达和GPS，为多传感器融合建图，相比较于单传感器建图，该方法可以得到更加精准，更加有效的地图；

2、本发明采用的数据采集为分段采集，如果其中某段数据出错，可以自己再重新采集，极大的提高了容错率以及数据采集的效率。

3、本发明消耗更少的时间，可以更快，更精准的得到最终的结果。

附图说明

图1是本发明系统结构示意图。

图2是本发明方法流程示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

如图1、2所示，一种多传感器融合建图方法，包括路径规划模块，数据采集模块，数据融合模块，建图模块；路径规划模块：在采集数据之前，规划好需要采集的路线信息，将整个地图分段采集，确认好采集的先后顺序，设定好标号，每一段路都有一个特定的表示，然后，将设定好的路线信息传输到数据采集模块和建图模块；数据采集模块：根据路径规划模块输入的信息，对应于实际的路段进行信息的采集，采集的传感器为GPS，激光雷达。在采集到对应路段的数据之后，对于原始数据进行处理，得到对应的路径信息，将得到的路径信息输入到数据融合模块；数据融合模块：根据数据采集模块输入的信息，通过时间戳同步进行信息的同步处理，然后针对于每一时刻的路径信息，进行滤波融合，得到一个新的融合了两种传感器数据的路径信息，将此路径信息输入到建图模块；建图模块：根据路径规划模块输入的路径标识和数据融合模块输入的路径信息，得到路段之间的相对关系，通过对于相对关系之间的几何变换，构建出一个完整的路径信息图。

本方法的应用场景为GPS信号好的环境，需保证数据采集的环境有很强的GPS信号，减少误差的产生。

为了更好的说明本发明具体实施方案，下面将结合图2以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明：

步骤1、所述路径规划模块需要规划好采集数据的路线，知道分段线路之间的相对位置关系，对于每一天线路都要有一个唯一标识；

步骤2、所述数据采集模块包括激光雷达和GPS，先测验其精准度，对于其可以测量的范围有一定的预估，校正误差；

步骤3、所述数据采集模块采集到的数据需要根据不同的传感器类型，使用与之对应的办法进行数据的处理，得到每一个传感器对于此路段的路径信息；

步骤4、所述数据采集模块得到的每一个传感器对于此路段的路径信息进行时间戳同步，将两端路径信息以时间戳为纽带联系在一起；

步骤5、所述数据融合模块对于得到的同一时刻的两个传感器数据进行滤波融合处理，得到一条同一时刻融合后的路径信息；

步骤6、所述数据融合模块在处理完一段路线后，判断是否处理完毕所有线路，如果没有，则继续回到数据采集模块，采集新的数据信息，如果处理完毕，则进入到建图模块；

步骤7、所述建图模块根据路径规划模块和数据融合模块输入的信息，进行路段的标识，找到对应的路段信息和其相对的路径信息；

步骤8、所述建图模块需确认一个起点，该起点为所建地图的全局坐标系的坐标原点；

步骤9、所述建图模块根据确认的起点以及不同路段之间的相对位置关系，进行坐标变换，最终构建出完整的全局坐标系下的路径信息图。

其中，所述路径规划模块需要保证规划的路径都在可以被传感器正常采集的环境下，保证采集的数据可以被正常使用。

其中，所述数据采集模块需要保证每一个机器人都含有一个激光雷达和GPS，且能全方位的采集到数据信息。

其中，所述数据采集模块需要保证采集的过程中GPS信号很强，不会出现信号浮动较大的现象，导致GPS数据出现偏差；路段较为平缓，不会出现剧烈颠簸的现象，导致激光雷达采集的数据出现偏差。

其中，所述数据采集模块，对于每个传感器的数据进行处理需要使用不同的方法，但是最终需要保持得到的结果的量纲是一致的，这里推荐以米(m)为量纲，得到每一个传感器对应的路段信息图。

其中，所述数据融合模块，需要根据时间戳进行预处理，使得激光雷达的数据和GPS数据进行融合，使得每一时刻都有着对应的GPS数据和激光雷达数据。

其中，所述数据融合模块，使用滤波的方法进行数据的融合，这里可以选用多种滤波方法，但需要确保的是得到的结果为融合后的每一时刻对应着一个路径信息的路径图。

其中，所述建图模块，需要根据之前确定好的路段见的相对关系进行数据的融合，得到准确的路径位置差，进行准确的几何变换。

其中，所述建图模块，需要在建图之后进行适当的校正，确保自己的地图是可以被正常使用的地图。

本发明所提供的一种多传感器融合建图方法，包含模块有：路径规划模块：在采集数据之前，规划好需要采集的路线信息，将整个地图分段采集，确认好采集的先后顺序，设定好标号，每一段路都有一个特定的表示，然后，将设定好的路线信息传输到数据采集模块和建图模块；数据采集模块：根据路径规划模块输入的信息，对应于实际的路段进行信息的采集，采集的传感器为GPS，激光雷达。在采集到对应路段的数据之后，对于原始数据进行处理，得到对应的路径信息，将得到的路径信息输入到数据融合模块；数据融合模块：根据数据采集模块输入的信息，通过时间戳同步进行信息的同步处理，然后针对于每一时刻的路径信息，进行滤波融合，得到一个新的融合了两种传感器数据的路径信息，将此路径信息输入到建图模块；建图模块：根据路径规划模块输入的路径标识和数据融合模块输入的路径信息，得到路段之间的相对关系，通过对于相对关系之间的几何变换，构建出一个完整的路径信息图。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多传感器融合建图系统，其特征在于，包括

路径规划模块：在采集数据之前，规划好需要采集的路线信息，将整个地图分段采集，确认好采集的先后顺序，设定好标号，每一段路都有一个特定的表示，然后，将设定好的路线信息传输到数据采集模块和建图模块；

数据采集模块：根据路径规划模块输入的信息，对应于实际的路段进行信息的采集，采集的传感器为GPS，激光雷达；在采集到对应路段的数据之后，对于原始数据进行处理，得到对应的路径信息，将得到的路径信息输入到数据融合模块；

数据融合模块：根据数据采集模块输入的信息，通过时间戳同步进行信息的同步处理，然后针对于每一时刻的路径信息，进行滤波融合，得到一个新的融合了两种传感器数据的路径信息，将此路径信息输入到建图模块；

建图模块：根据路径规划模块输入的路径标识和数据融合模块输入的路径信息，得到路段之间的相对关系，通过对于相对关系之间的几何变换，构建出一个完整的路径信息图。

2.根据权利要求1所述的一种多传感器融合建图系统，其特征在于：所述的数据采集模块需要保证每一个机器人都含有一个激光雷达以及一个GPS传感器，且可以全方位的采集到环境信息。

3.根据权利要求2所述的一种多传感器融合建图系统，其特征在于：所述的激光雷达为Velodyne 16线或32线的激光雷达，所述GPS传感器为单天线或双天线GPS传感器。

4.根据权利要求1所述的一种多传感器融合建图系统，其特征在于：所述的数据采集模块使用的GPS传感器还需要有一个对应的基站，来进行数据的处理和接收。

5.利用权利要求1所述的多传感器融合建图系统的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、所述路径规划模块需要规划好采集数据的路线，知道分段线路之间的相对位置关系，对于每一天线路都要有一个唯一标识；

步骤2、所述数据采集模块包括激光雷达和GPS，先测验其精准度，对于其可以测量的范围有一定的预估，校正误差；

步骤3、所述数据采集模块采集到的数据需要根据不同的传感器类型，使用与之对应的办法进行数据的处理，得到每一个传感器对于此路段的路径信息；

步骤4、所述数据采集模块得到的每一个传感器对于此路段的路径信息进行时间戳同步，将两端路径信息以时间戳为纽带联系在一起；

步骤5、所述数据融合模块对于得到的同一时刻的两个传感器数据进行滤波融合处理，得到一条同一时刻融合后的路径信息；

步骤6、所述数据融合模块在处理完一段路线后，判断是否处理完毕所有线路，如果没有，则继续回到数据采集模块，采集新的数据信息，如果处理完毕，则进入到建图模块；

步骤7、所述建图模块根据路径规划模块和数据融合模块输入的信息，进行路段的标识，找到对应的路段信息和其相对的路径信息；

步骤8、所述建图模块需确认一个起点，该起点为所建地图的全局坐标系的坐标原点；

步骤9、所述建图模块根据确认的起点以及不同路段之间的相对位置关系，进行坐标变换，最终构建出完整的全局坐标系下的路径信息图。