CN110160545A - 一种激光雷达与gps的增强定位系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光雷达与GPS的增强定位系统及方法。其中，该方法包括：一套车载激光雷达与差分GPS信号采集硬件系统，由硬件系统内嵌入式控制板构建带GPS全局信息的三维高精度地图，一套基于已有的包含GPS全局经纬度信息与激光三维高精度地图，以及普通低精度的非差分GPS与激光雷达，使用提出的滤波方法与增强定位方法提高GPS的定位精度，减小定位误差，在一定假设条件下，使其最终定位精度达到厘米级。本发明解决了传统定位技术成本高，受到建筑物遮挡而易发生信号漂移，丢星技术问题。

Description

一种激光雷达与GPS的增强定位系统及方法

技术领域

本发明涉及定位技术领域，具体而言，涉及一种激光雷达与GPS的增强定位系统及方法。

背景技术

自动驾驶整车方案包含地图构建，车辆定位，环境感知，路径规划等算法模块，其中建图与定位是自动驾驶的基石。

GPS是进行车辆定位和导航必不可少的工具。但是普通的GPS会受到建筑物遮挡、信号漂移以及丢星等影响定位精度低的问题，从而很难利用GPS的定位和导航实现自动驾驶。而差分GPS虽然能够实现高精度的测量，但是价格昂贵。

因此，如何利用非差分GPS实现的高精度的定位，是当前迫切需要解决的技术问题。但是，对于该技术问题，目前尚未提出有效的解决手段。

发明内容

本发明实施例提供了一种激光雷达与GPS的增强定位系统及方法，以至少解决传统定位技术成本高，受到建筑物遮挡而易发生信号漂移，丢星的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种定位方法，包括：从第一GPS模块获取用于指示对象的位置的第一位置信息；根据预先确定的表示GPS定位信息与激光雷达点之间的对应关系的信息数据，获取与第一位置信息相关的多个激光雷达点的激光雷达点位置信息；以及利用激光雷达点位置信息对第一位置信息进行修正，获得用于指示对象的位置的第二位置信息。

可选地，获得第二位置信息的操作包括利用以下公式获得第二位置信息：

其中

(x_Ω2,y_Ω2)为第二位置信息；(x_Ω1,y_Ω1)为第一位置信息；

(x_i,y_i)分别为多个激光雷达点的激光雷达点位置信息；以及(x_a,y_a)∈(x_i,y_i)，并且Xa为Xi中的最小值，并且ya为yi中的最小值。

可选地，还包括通过以下操作确定信息数据：

根据激光雷达在多个位置获取的多个连续帧的帧点云，获得基于激光雷达点的第一地图信息；从第二GPS模块获取用于指示多个位置的第二地图信息，其中第二GPS模块的精度高于所述第一GPS模块；以及根据第一地图信息以及第二地图信息，确定表示GPS定位信息与激光雷达点之间的对应关系的信息数据。

可选地，还包括通过以下操作确定激光雷达的一个帧的帧点云：将激光雷达通过一次扫描获得的第一数据转换为世界坐标系下的第二数据；以及将第二数据转换为三维笛卡尔坐标下的点，形成一个帧的帧点云。

可选地，获取第一地图信息的操作包括：针对多个连续帧的帧点云进行配准操作，获得三维栅格地图；以及将三维栅格地图进行二维映射，获得二维的第一地图信息。

可选地，配准操作包括：将多个帧的帧点云分别转换为世界坐标系下的第二帧点云；针对多个帧各自的第二帧点云分别提取特征点；以及基于连续帧之间的特征点的对应关系，对多个连续帧的帧点云进行配准，获得三维栅格地图。

可选地，将第一数据转换为世界坐标系下的第二数据的操作包括：确定将第一数据转换为第二数据的转换矩阵；以及根据转换矩阵将第一数据转换为第二数据。

可选地，还包括通过以下操作来确定转换矩阵：

从陀螺仪获取表示所述对象的航向、俯仰和横滚的数值，并且利用以下公式计算参数q₀、q₁、q₂和q₃：

其中

p表示所述对象的俯仰值、r表示所述对象的横滚值、A表示所述对象的航向以及表示转换矩阵，

并且通过以下公式计算所述转换矩阵

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种存储介质。所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行上面任意一项所述的方法。

根据本发明实施例的另一方面，还提供一种处理器。所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行上面任意一项所述的方法。

根据本发明实施例的另一方面，还提供一种定位设备，包括：第一GPS模块；以及处理器，所述处理器运行程序，其中，所述程序运行时执行如下处理步骤：从第一GPS模块获取用于指示对象的位置的第一位置信息；根据预先确定的表示GPS定位信息与激光雷达点之间的对应关系的信息数据，获取与所述第一位置信息相关的多个激光雷达点的激光雷达点位置信息；以及利用所述激光雷达点位置信息对所述第一位置信息进行修正，获得用于指示所述对象的位置的第二位置信息。

根据本发明实施例的另一方面，还提供一种定位系统，包括：处理器；以及存储器，与所述处理器连接，用于为所述处理器提供处理以下处理步骤的指令：从第一GPS模块获取用于指示对象的位置的第一位置信息；根据预先确定的表示GPS定位信息与激光雷达点之间的对应关系的信息数据，获取与所述第一位置信息相关的多个激光雷达点的激光雷达点位置信息；以及利用所述激光雷达点位置信息对所述第一位置信息进行修正，获得用于指示所述对象的位置的第二位置信息。

从而本发明的技术方案通过利用普通GPS模块测量的位置周围的激光雷达点的位置对车载的普通GPS模块测量的位置信息进行修正，从而得到更加精确的位置信息，从而达到厘米级定位精度的高精度定位。解决了本发明背景技术中提出的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的车载终端的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的第一方面的定位方法的流程图；

图3是根据本发明实施例所述的与GPS位置信息对应的多个激光雷达点的示意图；

图4是根据本发明实施例利用激光雷达和高精度GPS模块获取GPS位置信息与激光点位置对应关系的车辆示意图；

图5是根据本发明实施例第四个方面的定位设备的框图；以及

图6是根据本发明实施例第五个方面的定位系统的框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例

根据本发明实施例，还提供了一种定位方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

本申请实施例一所提供的方法实施例可以在移动终端、计算机终端或者类似的运算装置中执行。图1示出了一种用于机动车辆的车载终端10的的硬件结构框图。如图1所示，车载终端10可以包括一个或多个(图中采用102a、102b，……，102n来示出)处理器102(处理器102可以包括但不限于微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置)、用于存储数据的存储器104、以及用于通信功能的传输装置106。除此以外，还可以包括：显示器、输入/输出接口(I/O接口)、通用串行总线(USB)端口(可以作为I/O接口的端口中的一个端口被包括)、网络接口、电源和/或相机。本领域普通技术人员可以理解，图1所示的结构仅为示意，其并不对上述电子装置的结构造成限定。例如，车载终端10还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。

应当注意到的是上述一个或多个处理器102和/或其他数据处理电路在本文中通常可以被称为“数据处理电路”。该数据处理电路可以全部或部分的体现为软件、硬件、固件或其他任意组合。此外，数据处理电路可为单个独立的处理模块，或全部或部分的结合到车载终端10中的其他元件中的任意一个内。如本申请实施例中所涉及到的，该数据处理电路作为一种处理器控制(例如与接口连接的可变电阻终端路径的选择)。

存储器104可用于存储应用软件的软件程序以及模块，如本发明实施例中的定位方法对应的程序指令/数据存储装置，处理器102通过运行存储在存储器104内的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的应用程序的漏洞检测方法。存储器104可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器104可进一步包括相对于处理器102远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至车载终端10。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

传输装置106用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括车载终端10的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输装置106包括一个网络适配器(Network Interface Controller，NIC)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输装置106可以为射频(Radio Frequency，RF)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。

显示器可以例如触摸屏式的液晶显示器(LCD)，该液晶显示器可使得用户能够与车载终端10的用户界面进行交互。

并且其中，普通GPS模块114(即第一GPS模块)，分别与输入/输出接口(I/O接口)通信连接，用于向车载终端10提供测量的位置信息。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

在上述运行环境下，本申请实施例的第一个方面提供了如图2所示的方法，图2示出了根据本申请实施例的一个方面的流程图，该方法主要应用于车载终端10中。参考图2所示，方法包括：

S202：从第一GPS模块获取用于指示对象的位置的第一位置信息；

S204：根据预先确定的表示GPS定位信息与激光雷达点之间的对应关系的数据信息，获取与第一位置信息相关的多个激光雷达点的激光雷达点位置信息；以及

S206：利用激光雷达点位置信息对第一位置信息进行修正，获得用于指示对象的位置的第二位置信息。

具体地，本实施例的车载终端10首先从普通GPS模块114(即第一GPS模块)获取指定对象位置的相应信息(即第一位置信息)作为基础。在此基础上，车载终端10调用预先存储的GPS定位信息与激光雷达点之间的对应关系(例如GPS定位信息与激光雷达点之间的对应关系预先存储在存储器104中)，即可根据从普通GPS模块114获得的第一位置信息获取相关的激光雷达点的位置信息(即激光雷达点位置信息)。其中，对应关系可以通过包含了GPS位置信息以及激光雷达点位置信息的混合地图的形式表示，当然也可以通过其他的方式(例如数据库的方式)表示。

然后，车载终端10利用根据上述的对应关系获取的激光雷达点的位置信息对普通GPS模块114测量的第一位置信息进行修正，从而获得用于指示对象的位置的修正后的位置信息(即，第二位置信息)。

正如前面所述，普通GPS模块114会受到建筑物遮挡、信号漂移以及丢星等影响定位精度低的问题，从而很难利用普通GPS模块114的定位和导航实现自动驾驶。而差分GPS设备虽然能够实现高精度的测量，但是价格昂贵。因此，如何利用非差分GPS设备(例如，本实施例的普通GPS模块114)实现高精度的定位，是当前迫切需要解决的技术问题。

为了解决该技术问题，本发明的技术方案中，车载终端10与普通GPS模块114的位置信息相关的激光雷达点的位置信息(即，激光雷达点位置信息)修正普通GPS模块114所测量的位置，从而达到厘米级定位精度的高精度定位。因此本发明的技术方案，可以预先确定激光雷达点与GPS定位信息之间的对应关系。在采用车载的普通GPS模块114进行定位测量时，根据车载的普通GPS模块114测量的位置信息(即第一位置信息)，即可根据上述的对应关系获取该位置周围的激光雷达点的位置。

从而，通过该位置周围的激光雷达点的位置，对车载的普通GPS模块114测量的位置信息进行定位，从而得到更加精确的位置信息(即第二位置信息)，从而达到厘米级定位精度的高精度定位。解决了本发明背景技术中提出的技术问题。

其中，GPS定位信息与激光雷达点之间的对应关系可以是任意的表现形式。例如，可以是融合有GPS定位信息与激光雷达点位置信息的混合地图的形式，也可以是其他的形式。只要能够通过GPS定位的位置信息获取相关的激光雷达点的位置信息即可。

此外，采用激光雷达点的位置信息对GPS定位的位置信息的具体方法不限，可是求取平均值，也可以采用其他的修正方式。

可选地，获得第二位置信息的操作包括利用以下公式获得第二位置信息：

其中n为激光雷达点个数，(x_Ω2,y_Ω2)为第二位置信息；(x_Ω1,y_Ω1)为第一位置信息；

(x_i,y_i)分别为多个激光雷达点的激光雷达点位置信息；以及(x_a,y_a)∈(x_i,y_i)，并且xa为xi中的最小值，并且ya为yi中的最小值。

参考图3所示，当通过普通GPS(即第一GPS模块)获得关于一个地点Ω的位置(x_Ω1,y_Ω1)时。车载终端10会根据预先存储的GPS位置信息与激光雷达点的位置信息的对应关系，获取与Ω的位置(x_Ω1,y_Ω1)对应的多个激光雷达点的位置。参考图3所示，根据Ω的位置(x_Ω1,y_Ω1)可以获得4个激光雷达点的位置(即，n＝4)。从而可以利用上述公式，通过获得的4个激光雷达点的位置信息对Ω的位置进行修正，从而获得Ω点的更精确的位置(x_Ω2,y_Ω2)。

在实际路况中，基于同一坐标系中道路上已知的坐标点，即可将测量值修正为更高精度坐标。在应用增强算法阶段，使用普通GPS模块114，用于地图粗匹配，根据GPS位置信息与激光雷达点之间的对应关系，搜索离该位置最近的四个点(即取n＝4)。

在实际路况中，基于同一坐标系中道路上已知的坐标点，即可将测量值修正为更高精度坐标。取n＝4时作为一个具体例子，当然n的取值并不限于此。如图3所示，在已知的由激光雷达与GPS融合信息的地图中存在A(x_a,y_a),B(x_b,y_b),C(x_c,y_c),D(x_d,y_d)四点，每点已知其在世界坐标系(GPS导航系统的坐标系)中的点云坐标。因此，在获得一个地点的GPS坐标的情况下，可将该地点在世界坐标系中的位置使用如下增强定位公式进行计算：

可选地，还包括通过以下操作确定GPS定位信息与激光雷达点之间的对应关系：根据激光雷达在多个位置获取的多个连续帧的帧点云，获得基于激光雷达点的第一地图信息；从第二GPS模块获取用于指示多个位置的第二地图信息，其中第二GPS模块的精度高于第一GPS模块；以及根据第一地图信息以及第二地图信息，确定GPS定位信息与激光雷达点之间的对应关系。

具体地，可以通过图4所示的车辆执行上述操作。参见图4所示，该车辆包括放置于车辆驾驶室副驾驶位置上的车载控制系统1。该系统组装在箱体中，该箱体在车辆数据采集过程中使用弹力绑带固定在车辆驾驶室副驾驶座椅椅面之上，使得运行过程中车载控制系统主要部件在稳定的机械振动条件下正常工作。

并且，车辆还包括安装在车顶中心位置的激光雷达2。其工作原理是向目标发射探测信号激光束,然后将接收到的从目标反射回来的信号与发射信号进行比较,作适当处理后,就可获得目标的有关信息,如目标距离。激光本身具有非常精确的测距能力，其测距精度可达几个厘米。

参见图4所示，车辆中还包括放置于车辆后排的用户交互组件3，具体包括显示屏，键盘，鼠标。实施中可以选择市场上通用的显示屏，键盘，鼠标，由于本发明使用通用的USB3.0接口，适配USB3.0接口与USB2.0接口，使得用户交互组件中的设备可以使用通用设备替换，有效降低后期维护，购买备用件的成本。

参见图4所示，车辆还包括差分GPS模块中的接收机的天线4和5。差分GPS模块的无源天线底座为强性磁铁，可以吸附在车顶外壳表面。差分GPS模块的天线的安装位置为车辆驾驶室前后排交界处对应的车顶外壳表面，通常设定汽车重心在汽车中心，安装在该位置使得计算天线与汽车重心的位置偏移方便可行。接收机安装在车内后座椅上或行李箱内。该GNSS模组还包含一个惯性导航器件，能输出三个自由度的加速度与三个自由度的角加速度。

因此，通过图4所示的车辆，可以根据激光雷达2在多个位置获取的多个连续帧的帧点云，获得基于激光雷达点的第一地图信息。然后通过车辆的差分GPS模块(高精度GPS模块，即第二GPS模块)获取用于指示多个位置的第二地图信息。以及该车辆根据第一地图信息以及第二地图信息，确定GPS定位信息与激光雷达点之间的对应关系。

可选地，还包括通过以下操作确定激光雷达的一个帧的帧点云：将激光雷达通过一次扫描获得的第一数据转换为世界坐标系下的第二数据；以及将第二数据转换为三维笛卡尔坐标下的点，形成一个帧的帧点云。

具体地，图4中所示的激光雷达2可以为三维多线激光雷达，可将激光雷达坐标系进行齐次坐标变换为世界坐标系(也称导航坐标系)；然后基于激光雷达数学模型，使用高斯-克吕格投影或墨卡托投影将原始数据转化为三维笛卡尔坐标下的点，对应于二维图像中的像素，这里称为体素。一次扫描形成的全体体素集合称为一帧点云。

可选地，获取第一地图信息的操作包括：针对多个连续帧的帧点云进行配准操作，获得三维栅格地图；以及将三维栅格地图进行二维映射，获得二维的第一地图信息。

具体地，针对通过上述操作获得连续帧点云进行点云配准，基于连续配准的点云帧，即可构建三维栅格地图，其后根据映射算法可构建二维地图，从而获得二维的第一地图信息。该二维的第一地图信息可用于大规模建图，从而与差分GPS模块测量的地理信息可以进一步融合为大规模混合地图(即前面所述的对应关系)。

可选地，配准操作包括：将多个帧的帧点云分别转换为世界坐标系下的第二帧点云；针对多个帧各自的第二帧点云分别提取特征点；以及基于连续帧之间的特征点的对应关系，对多个连续帧的帧点云进行配准，获得三维栅格地图。

由于每秒有三百万字节的原始数据需要处理，需要设计高效的配准算法；故需要使用特征提取算法，提取特征点。

定义激光雷达每一次完整旋转记为一次扫描(sweep)，使用右脚注变量k,k∈Z⁺表示该次扫描，使用P_k表示第k次扫描获得的点云集。下文将使用两种坐标系：

激光雷达坐标系{L}是原点在激光雷达几何中心三维坐标系，x轴指向左，y轴指向上，z轴指向前，对于{L_k}中的一个点i,i∈P_k表示为

世界坐标系{W}是激光雷达坐标系{L}在初始状态的坐标系，对于{W_k}中的一个点i,i∈P_k表示为使用如下公式计算特征点：

其中S为一次扫描的全部点集，遍历点集中每个点，计算各点曲率并排序，取前N个，N一般可取5-50个，取决于环境总特征点数量。

然后基于连续帧之间的特征点之间的对应关系,使用ICP算法进行配准。

可选地，还包括通过以下操作来确定转换矩阵：

从陀螺仪获取表示对象的航向、俯仰和横滚的数值，并且利用以下公式计算参数q₀、q₁、q₂和q₃：

其中

p表示对象的俯仰值、r表示对象的横滚值、A表示对象的航向以及表示转换矩阵，

并且通过以下公式计算转换矩阵

具体地，定义符号含义如下：

右上标记为所在坐标系，b表示物体坐标系(body frame)，n表示导航坐标系(navigation frame)，i表示来自惯性元件(inertial frame)；

右下标记为起始坐标系，如或坐标系变换，如

加粗字母表示矩阵或向量，如fⁿ；

定义四元数向量Q＝[q₀,q₁,q₂,q₃]^T，也可记作Q＝q₀+q₁i+q₂j+q₃k，其中使用四元数表示的从物体坐标系向导航坐标系变换的旋转矩阵为

定义地心地固坐标系ECEF(Earth-centered Earth-fixed)位置向量为其中φ表示纬度，λ表示经度,h表示高度。当车辆移动时，位置变化可以表示为其中v_e，v_n，v_u表示为指向为东(east),北(north),，上(up)的速度分量，R_M表示为地球椭球体的子午线半径(meridian radius)，R_N表示为地球椭球体的正常曲率半径(normal radius)。

三轴加速度计的测量值输出在物体坐标系，需要先变换为导航坐标系，然后推导出车辆在导航坐标系中的速度。变换方程为

其中f^b＝[f_x,f_y,f_z]^T表示为物体坐标系下传感器测量的比力(specific force)向量，fⁿ＝[f_x,f_y,f_z]^T为导航坐标系下的加速度向量。由于以下影响，以上变换方程中加速度并不能直接推导速度：

地球自转角速度ω_ie，在导航坐标系中可以表示为：

导航坐标系中车辆航向改变产生的角速度也被称为移动率(transportationrate)表示为：

地球重力场g，在导航坐标系中可以表示为：

g＝[0,0,-g]^T

考虑到以上因素，需要补偿fⁿ，使得速度变化率表示为：

其中v＝[v_e,v_n,v_u]为导航坐标系中的速度向量，表示为矩阵的斜对称矩阵(skew-symmetric matrix)。由于MEMS级别的惯性元件具有高噪声使得地球自转率无法检测，并且由于车辆行驶速度较慢，移动率可以忽略，因而速度变化率可以改写为：

四元数向量的差分为：

其中为物体坐标系中的物体坐标系相对于导航坐标系变换的角速度。为物体坐标系中陀螺仪的测量值，表示为物体坐标系相对于惯性坐标系的角速度。

由于可以忽略地球自转与移动率，可以进一步简写为

使得

也即陀螺仪的角速度能更新四元数向量，进而更新旋转矩阵。车辆的姿态可以使用旋转矩阵与姿态角(attitude angle)表示，即航向(azimuth)、俯仰(pitch)和横滚(roll):

从而，通过普通GPS模块测量的位置周围的激光雷达点的位置，对车载的普通GPS模块114测量的位置信息进行定位，从而得到更加精确的位置信息(即第二位置信息)，从而达到厘米级定位精度的高精度定位。解决了本发明背景技术中提出的技术问题。

此外，本实施例的技术方案还具有以下的优点：

嵌入式计算机具有小型低功耗的优势，本发明选用嵌入式计算机运行Ubuntu操作系统，使得嵌入式计算机端与桌面计算机端的开发环境一致，代码可以直接在嵌入式计算机端编译运行，避免了繁琐低效的交叉编译过程；

本发明提出的车载采集与地图构建系统可以建立的包含GPS全局经纬度信息与激光三维高精度地图，算法使用多线程方法设计，可以在嵌入式系统上高效运行；

车载增强定位套基于本发明所述的车载采集与地图构建系统建立的包含GPS全局经纬度信息与激光三维高精度地图，可以使用普通低精度的非差分GPS与激光雷达，使用本发明提出的滤波方法与增强定位方法提高GPS的定位精度，减小定位误差，在一定假设条件下，使其最终定位精度达到厘米级。

此外，参考图1，根据本实施例的第二个方面，提供一种存储介质104。存储介质104包括存储的程序，其中，在程序运行时控制存储介质所在设备执行上面任意一项所述的方法。

此外，参考图1，根据本实施例的第三个方面，提供一种处理器102。处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行上面任意一项所述的方法。

此外，参考图5所示，根据本实施例的第四个方面，提供了一种定位设备，包括：第一GPS模块；以及处理器。处理器运行程序，其中，程序运行时执行如下处理步骤：

从第一GPS模块获取用于指示对象的位置的第一位置信息；根据预先确定的GPS定位信息与激光雷达点之间的对应关系，获取与第一位置信息相关的多个激光雷达点的激光雷达点位置信息；以及利用激光雷达点位置信息对第一位置信息进行修正，获得用于指示对象的位置的第二位置信息。

可选地，获得第二位置信息的操作包括利用以下公式获得第二位置信息：

其中

n为激光雷达点的个数；(x_Ω2,y_Ω2)为第二位置信息；(x_Ω1,y_Ω1)为第一位置信息；(x_i,y_i)分别为多个激光雷达点的激光雷达点位置信息；以及(x_a,y_a)∈(x_i,y_i)，并且xa为xi中的最小值，并且ya为yi中的最小值。

可选地，还包括通过以下操作确定GPS定位信息与激光雷达点之间的对应关系：根据激光雷达在多个位置获取的多个连续帧的帧点云，获得基于激光雷达点的第一地图信息；从第二GPS模块获取用于指示多个位置的第二地图信息，其中第二GPS模块的精度高于第一GPS模块；以及根据第一地图信息以及第二地图信息，确定GPS定位信息与激光雷达点之间的对应关系。

可选地，还包括通过以下操作确定激光雷达的一个帧的帧点云：将激光雷达通过一次扫描获得的第一数据转换为世界坐标系下的第二数据；以及将第二数据转换为三维笛卡尔坐标下的点，形成一个帧的帧点云。

可选地，获取第一地图信息的操作包括：针对多个连续帧的帧点云进行配准操作，获得三维栅格地图；以及将三维栅格地图进行二维映射，获得二维的第一地图信息。

可选地，配准操作包括：将多个帧的帧点云分别转换为世界坐标系下的第二帧点云；针对多个帧各自的第二帧点云分别提取特征点；以及基于连续帧之间的特征点的对应关系，对多个连续帧的帧点云进行配准，获得三维栅格地图。

可选地，将第一数据转换为世界坐标系下的第二数据的操作包括：确定将第一数据转换为第二数据的转换矩阵；以及根据转换矩阵将第一数据转换为第二数据。

可选地，还包括通过以下操作来确定转换矩阵：

从陀螺仪获取表示对象的航向、俯仰和横滚的数值，并且利用以下公式计算参数q₀、q₁、q₂和q³：

其中

p表示对象的俯仰值、r表示对象的横滚值、A表示对象的航向以及表示转换矩阵，

并且通过以下公式计算转换矩阵

此外，参考图6所示，根据本实施例的第五个方面，提供了一种定位系统600，包括：处理器；以及存储器，与处理器连接，用于为处理器提供处理以下处理步骤的指令：从第一GPS模块获取用于指示对象的位置的第一位置信息；根据预先确定的GPS定位信息与激光雷达点之间的对应关系，获取与第一位置信息相关的多个激光雷达点的激光雷达点位置信息；以及利用激光雷达点位置信息对第一位置信息进行修正，获得用于指示对象的位置的第二位置信息。

可选地，获得第二位置信息的操作包括利用以下公式获得第二位置信息：

其中

n为激光雷达点的个数；(x_Ω2,y_Ω2)为第二位置信息；(x_Ω1,y_Ω1)为第一位置信息；(x_i,y_i)分别为多个激光雷达点的激光雷达点位置信息；以及(x_a,y_a)∈(x_i,y_i)，并且xa为xi中的最小值，并且ya为yi中的最小值。

可选地，还包括通过以下操作确定GPS定位信息与激光雷达点之间的对应关系：根据激光雷达在多个位置获取的多个连续帧的帧点云，获得基于激光雷达点的第一地图信息；从第二GPS模块获取用于指示多个位置的第二地图信息，其中第二GPS模块的精度高于第一GPS模块；以及根据第一地图信息以及第二地图信息，确定GPS定位信息与激光雷达点之间的对应关系。

可选地，还包括通过以下操作确定激光雷达的一个帧的帧点云：将激光雷达通过一次扫描获得的第一数据转换为世界坐标系下的第二数据；以及将第二数据转换为三维笛卡尔坐标下的点，形成一个帧的帧点云。

可选地，获取第一地图信息的操作包括：针对多个连续帧的帧点云进行配准操作，获得三维栅格地图；以及将三维栅格地图进行二维映射，获得二维的第一地图信息。

可选地，配准操作包括：将多个帧的帧点云分别转换为世界坐标系下的第二帧点云；针对多个帧各自的第二帧点云分别提取特征点；以及基于连续帧之间的特征点的对应关系，对多个连续帧的帧点云进行配准，获得三维栅格地图。

可选地，将第一数据转换为世界坐标系下的第二数据的操作包括：确定将第一数据转换为第二数据的转换矩阵；以及根据转换矩阵将第一数据转换为第二数据。

可选地，还包括通过以下操作来确定转换矩阵：

从陀螺仪获取表示对象的航向、俯仰和横滚的数值，并且利用以下公式计算参数q₀、q₁、q₂和q₃：

其中

p表示对象的俯仰值、r表示对象的横滚值、A表示对象的航向以及表示转换矩阵，

并且通过以下公式计算转换矩阵

综上所述，本实施例的技术方案中，车载终端10与普通GPS模块114的位置信息相关的激光雷达点的位置信息(即，激光雷达点位置信息)修正普通GPS模块114所测量的位置，从而达到厘米级定位精度的高精度定位。因此本发明的技术方案，可以预先确定激光雷达点与GPS定位信息之间的对应关系。在采用车载的普通GPS模块114进行定位测量时，根据车载的普通GPS模块114测量的位置信息(即第一位置信息)，即可根据上述的对应关系获取该位置周围的激光雷达点的位置。

从而，通过该位置周围的激光雷达点的位置，对车载的普通GPS模块114测量的位置信息进行定位，从而得到更加精确的位置信息(即第二位置信息)，从而达到厘米级定位精度的高精度定位。解决了本发明背景技术中提出的技术问题。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种定位方法，其特征在于，包括：

从第一GPS模块获取用于指示对象的位置的第一位置信息；

根据预先确定的表示GPS定位信息与激光雷达点之间的对应关系的信息数据，获取与所述第一位置信息相关的多个激光雷达点的激光雷达点位置信息；以及

利用所述激光雷达点位置信息对所述第一位置信息进行修正，获得用于指示所述对象的位置的第二位置信息。

2.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，获得所述第二位置信息的操作包括利用以下公式获得第二位置信息：

其中

n为激光雷达点的个数；

(x_Ω2,y_Ω2)为第二位置信息；

(x_Ω1,y_Ω1)为第一位置信息；

(x_i,y_i)分别为所述多个激光雷达点的所述激光雷达点位置信息；以及

(x_a,y_a)∈(x_i,y_i)，并且x_a为x_i中的最小值，并且y_a为y_i中的最小值。

3.根据权利要求2所述的定位方法，其特征在于，还包括通过以下操作确定所述信息数据：

根据所述激光雷达在多个位置获取的多个连续帧的帧点云，获得基于激光雷达点的第一地图信息；

从第二GPS模块获取用于指示多个位置的第二地图信息，其中所述第二GPS模块的精度高于所述第一GPS模块；以及

根据所述第一地图信息以及所述第二地图信息，确定表示GPS定位信息与激光雷达点之间的对应关系的所述信息数据。

4.根据权利要求3所述的定位方法，其特征在于，还包括通过以下操作确定激光雷达的一个帧的帧点云：

将激光雷达通过一次扫描获得的第一数据转换为世界坐标系下的第二数据；以及

将所述第二数据转换为三维笛卡尔坐标下的点，形成所述一个帧的帧点云。

5.根据权利要求4所述的定位方法，其特征在于，获取第一地图信息的操作包括：

针对所述多个连续帧的帧点云进行配准操作，获得三维栅格地图；以及

将所述三维栅格地图进行二维映射，获得二维的所述第一地图信息。

6.根据权利要求5所述的定位方法，其特征在于，所述配准操作包括：

将所述多个帧的帧点云分别转换为世界坐标系下的第二帧点云；

针对所述多个帧各自的第二帧点云分别提取特征点；以及

基于连续帧之间的特征点的对应关系，对所述多个连续帧的帧点云进行配准，获得所述三维栅格地图。

7.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行权利要求1至6中任意一项所述的方法。

8.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行权利要求1至6中任意一项所述的方法。

9.一种定位设备，其特征在于，包括：

第一GPS模块；以及

处理器，所述处理器运行程序，其中，所述程序运行时执行如下处理步骤：

从第一GPS模块获取用于指示对象的位置的第一位置信息；

根据预先确定的表示GPS定位信息与激光雷达点之间的对应关系的信息数据，获取与所述第一位置信息相关的多个激光雷达点的激光雷达点位置信息；以及

利用所述激光雷达点位置信息对所述第一位置信息进行修正，获得用于指示所述对象的位置的第二位置信息。

10.一种定位系统，其特征在于，包括：

处理器；以及

存储器，与所述处理器连接，用于为所述处理器提供处理以下处理步骤的指令：

从第一GPS模块获取用于指示对象的位置的第一位置信息；

根据预先确定的表示GPS定位信息与激光雷达点之间的对应关系的信息数据，获取与所述第一位置信息相关的多个激光雷达点的激光雷达点位置信息；以及

利用所述激光雷达点位置信息对所述第一位置信息进行修正，获得用于指示所述对象的位置的第二位置信息。