CN110764111A - 雷达坐标与大地坐标的转换方法、装置、系统及介质 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种雷达坐标与大地坐标的转换方法、装置、系统及介质。其中，该方法包括：对至少四个不共面的标定点的雷达坐标集和大地坐标集中的坐标元素进行元素类型同一化处理；其中，所述雷达坐标集是由固定位置处的激光雷达采集的；根据处理后的雷达坐标集和大地坐标集，确定坐标系变换矩阵；根据所述坐标系变换矩阵和元素类型同一化逆处理过程，确定所述激光雷达采集的目标雷达坐标对应的大地坐标。本发明的技术方案能够精准进行雷达坐标与大地坐标之间的转换，为雷达坐标与大地坐标的转换提供了一种新思路。

Description

雷达坐标与大地坐标的转换方法、装置、系统及介质

技术领域

本发明实施例涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种雷达坐标与大地坐标的转换方法、装置、系统及介质。

背景技术

随着人工智能技术的发展，通过激光雷达进行车路协同感知已成为常用的检测道路障碍物的方法。由于激光雷达采集的雷达坐标是极坐标格式的，所以需要将激光雷达采集的雷达坐标转换为由经度、纬度和海拔高度表示的大地坐标。

目前，现有技术在进行雷达坐标与大地坐标之间的转换时，采用的方法是先对激光雷达的检测区域进行栅格划分，再用导航定位系统采集每个栅格的经纬度，对于待转换的雷达坐标，根据雷达坐标中的x、y值找到与该雷达坐标最接近的栅格，进而将该栅格的经纬度作为该雷达坐标转换到大地坐标系下的经纬度值。但是该方法需要将待转换的雷达坐标与每个栅格进行比较，耗时较长，且最后得到的大地坐标是估算出来的，误差较大。

发明内容

本发明实施例提供一种雷达坐标与大地坐标的转换方法、装置、系统及介质，能够精准进行雷达坐标与大地坐标之间的转换，为雷达坐标与大地坐标的转换提供了一种新思路。

第一方面，本发明实施例提供了一种雷达坐标与大地坐标的转换方法，包括：

对至少四个不共面的标定点的雷达坐标集和大地坐标集中的坐标元素进行元素类型同一化处理；其中，所述雷达坐标集是由固定位置处的激光雷达采集的；

根据处理后的雷达坐标集和大地坐标集，确定坐标系变换矩阵；

根据所述坐标系变换矩阵和元素类型同一化逆处理过程，确定所述激光雷达采集的目标雷达坐标对应的大地坐标。

第二方面，本发明实施例还提供了一种雷达坐标与大地坐标的转换装置，该装置包括：

同一化处理模块，用于对至少四个不共面的标定点的雷达坐标集和大地坐标集中的坐标元素进行元素类型同一化处理；其中，所述雷达坐标集是由固定位置处的激光雷达采集的；

变换矩阵确定模块，用于根据处理后的雷达坐标集和大地坐标集，确定坐标系变换矩阵；

雷达坐标转换模块，用于根据所述坐标系变换矩阵和元素类型同一化逆处理过程，确定所述激光雷达采集的目标雷达坐标对应的大地坐标。

第三方面，本发明实施例还提供了一种测绘系统，该测绘系统包括至少一个激光雷达和处理设备；所述处理设备与所述至少一个激光雷达连接，所述处理设备包括：：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器针对每个激光雷达实现第一方面中任意所述的雷达坐标与大地坐标的转换方法。

第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现第一方面中任意所述的雷达坐标与大地坐标的转换方法。

本发明实施例提供的雷达坐标与大地坐标的转换方法、装置、系统及介质，在对某一位置固定的激光雷达采集的目标雷达坐标进行转换之前，先对该激光雷达和导航定位系统采集的至少四个不共面的标定点的雷达坐标集和大地坐标集进行坐标元素同一化处理操作，使得处理后的大地坐标集和雷达坐标集中的元素类型相同，进而确定处理后的两个坐标集之间的坐标系变换矩阵。此时可以对该激光雷达采集的目标雷达坐标，根据确定出的坐标系变换矩阵和元素同一化逆处理操作，确定该目标雷达坐标对应的大地坐标。本发明实施例的技术方案，只需预先通过至少四个标定点的雷达坐标集和大地坐标集，确定出一个坐标系变换矩阵，后续就能够快速精准进行雷达坐标与大地坐标之间的转换，为雷达坐标与大地坐标的转换提供了一种新思路。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例一中的一种雷达坐标与大地坐标的转换方法的流程图；

图2是本发明实施例二中的一种雷达坐标与大地坐标的转换方法的流程图；

图3是本发明实施例三中的一种雷达坐标与大地坐标的转换方法的流程图；

图4是本发明实施例四中的一种雷达坐标与大地坐标的转换装置的结构示意图；

图5A为本发明实施例五提供的一种测绘系统的结构示意图；

图5B是本发明实施例五中的一种测绘系统的处理设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例一

图1为本发明实施例一中的一种雷达坐标与大地坐标的转换方法的流程图，本实施例适用于将激光雷达采集的雷达坐标准确转换为大地坐标的情况。该方法可以由本发明实施例的测绘系统中的处理设备执行，该处理设备可采用软件和/或硬件的方式实现。如图1所示，该方法具体包括如下步骤：

S101，对至少四个不共面的标定点的雷达坐标集和大地坐标集中的坐标元素进行元素类型同一化处理。

其中，标定点可以是空间中的位置点，本实施例需要使用的标定点的个数为至少四个，这至少四个标定点不在同一平面内，且需要在位置固定的激光雷达的数据采集范围内。雷达坐标集可以是由固定位置处的激光雷达采集的所述至少四个不共面的标定点的雷达坐标构成的集合。各标定点的雷达坐标可以是该标定点在三维空间的极坐标系下的几何位置信息，可以用(x，y，z)表示。可选的，本实施例中采集标定点雷达坐标的激光雷达与后续采集待转换的目标雷达坐标的雷达设备为同一个激光雷达设备。大地坐标集可以是由导航定位系统分别移动到不共面的至少四个标定点的位置处采集的各标定点的大地坐标构成的集合。各标定点的大地坐标可以是该标定点在三维空间的经纬度及海拔高度信息，可以用(经度、纬度、海拔高度)表示。可选的，本实施例的导航定位系统可以是全球定位系统(Global Positioning System，GPS)、北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation SatelliteSystem，BDS)、差分全球定位系统(differentialGPS-DGPS，DGPS)等。

可选的，本发明实施例可以是在本步骤之前，执行获取导航定位系统和固定位置处的激光雷达对至少四个不共面的标定点采集的大地坐标集和雷达坐标集。其中，采集雷达坐标集的激光雷达是固定在空间中的某一位置处的，采集大地坐标集的导航定位系统的位置不固定，其在测量每个标定点的大地坐标时，需要移动到该点所在位置处再开始测量。具体的，至少四个不共面的标定点的雷达坐标集和大地坐标集的获取方法将在后续实施例进行详细介绍。

可选的，坐标元素可以是坐标中包含的数据，例如，雷达坐标的坐标元素为：x、y、z轴方的距离值，大地坐标的组别元素为：经度、纬度和海拔高度。元素类型可以包括角度类型和距离类型。例如，雷达坐标中的坐标元素都为距离类型，大地坐标中的经度和纬度为角度类型，海拔高度为距离类型。

可选的，对至少四个不共面的标定点的雷达坐标集和大地坐标集中的坐标元素进行元素类型同一化处理的方式有很多，对此本实施例不进行限定。可以是将雷达坐标集和大地坐标集中的元素都统一处理为角度类型。例如，按照距离值到角度值的转换算法，将雷达坐标集中属于距离类型的各x、y、z值都转换为角度类型的角度值，将大地坐标集中的距离类型的各海拔高度值也转换为角度类型的角度值，从而实现将雷达坐标集和大地坐标集中的坐标元素都同一化处理为角度类型。也可以是将雷达坐标集和大地坐标集中的元素都统一处理为距离类型。例如，按照角度值到距离值的转换算法，将大地坐标集中属于角度类型的各经度值和纬度值转换为距离类型的距离值，从而实现雷达坐标集和大地坐标集中的坐标元素都同一化处理为距离类型。还可以是将雷达坐标集和大地坐标集中的元素都统一处理为除距离类型和角度类型以外的其他第三种类型等。

S102，根据处理后的雷达坐标集和大地坐标集，确定坐标系变换矩阵。

其中，坐标系变换矩阵可以是处理后的雷达坐标集所处的坐标系与处理后的大地坐标集所处的坐标系之间的转换矩阵。

可选的，若S101进行元素类型同一化处理是将坐标元素都转换为距离类型，此时雷达坐标集中的元素不需要转换，所以处理后的雷达坐标集仍属于原来的雷达坐标系；大地坐标集中的经纬度转换为了距离值，处理后的大地坐标集所属的坐标系发生了变换，转换到了一个新坐标系1，此时确定的是雷达坐标系和新坐标系1之间的坐标系变换矩阵。若S101进行元素类型同一化处理是将坐标元素都转换为角度类型或其他第三类型，此时处理后的雷达坐标集和大地坐标集所属的坐标系都发生了变换，此时确定的是处理后的雷达坐标集所属的新坐标系2和处理后的大地坐标集所属的新坐标系3之间的转换矩阵。

可选的，本实施例中的雷达坐标集和大地坐标集都是针对相同的标定点采集的坐标数据，且经过S101元素类型同一化处理后的雷达坐标集和大地坐标集的元素类型统一，所以可以通过矩阵旋转平移，由处理后的雷达坐标集转换到处理后的大地坐标集，即存在转换关系式：RT*PA＝PB；进而推到出坐标系变换矩阵的确定公式：RT＝PB*PA^-1。其中，RT为坐标系变换矩阵，PA为处理后的雷达坐标集，PB为处理后的大地坐标集。

可选的，本实施例的坐标系变换矩阵RT中包括一个3*3的旋转变换矩阵和一个1*3的平移变换矩阵，所以RT中包括12个待求解参数，因此需要四个标定点对应的处理后的大地坐标集和雷达坐标集就可以求解出一个RT。当本实施例中的标定点的个数大于4个时，可以是根据处理后的雷达坐标集和大地坐标集，确定至少两个初步坐标系变换矩阵；根据至少两个初步坐标系变换矩阵，确定最终坐标系变换矩阵。具体的可以是针对多个标定点，任意四个进行组合得到多组标定点，并根据每组标定点对应的处理后的雷达坐标集和大地坐标集，求解一个坐标系变换矩阵，该坐标系变换矩阵为初步坐标系变换矩阵，在针对多组标定点都求解出对应的初步坐标系变换矩阵后，可以对求出的多个初步坐标系变换矩阵进行优化处理，求解出最优的最终坐标系变换矩阵。

S103，根据坐标系变换矩阵和元素类型同一化逆处理过程，确定激光雷达采集的目标雷达坐标对应的大地坐标。

其中，元素类型同一化逆处理过程是S101中的进行元素同一化处理过程的逆过程。例如，若S101进行元素同一化处理的过程是将经度值和纬度值处理成距离值，则本步骤的元素类型同一化逆处理过程就是执行S101相反的处理操作，将距离值转换为其对应的经度值或纬度值。

可选的，本步骤在确定激光雷达采集的某一空间位置的目标雷达坐标对应的大地坐标时包括：根据坐标系变换矩阵，对激光雷达采集的目标雷达坐标进行坐标系转换处理；对处理结果进行元素类型同一化逆处理，得到目标雷达坐标对应的大地坐标。具体按照该方法执行时，还取决于S101中选用的元素类型同一化处理的具体处理方式，具体的包括以下三种可实施方式：

可实施方式一：若S101的元素类型同一化处理是将坐标元素统一处理成距离类型，则此时本步骤可以是先将该目标雷达坐标根据S102确定的坐标系变换矩阵，进行一次坐标系转换，然后再对转换坐标系后的目标雷达坐标，采用元素同一化逆处理过程，将其中的z轴对应的距离值作为海拔高度值，将其中x轴y轴对应的距离值分别转换为经度值和纬度值，进而目标雷达坐标对应的大地坐标。

可实施方式二、若S101的元素类型同一化处理是将坐标类型统一处理成角度类型，则此时本步骤可以是先将目标雷达坐标(即坐标1)按照元素类型同一化处理为角度类型的坐标2，然后根据S102确定的坐标系变换矩阵，对坐标2进行坐标系转换，得到坐标3，此时坐标3中的经度值和纬度值即为目标雷达坐标转换到大地坐标后的经度值和纬度值，采用元素同一化逆处理过程，求解出坐标3中除经纬度以外的另一个角度，将其逆处理得到海拔高度值，得到目标雷达坐标转换到大地坐标后的海拔高度值，进而实现目标雷达坐标到大地坐标的转换。

可实施方式三、若S101的元素类型同一化处理是将坐标类型统一处理成其他第三元素类型，则此时确定激光雷达采集的目标雷达坐标对应的大地坐标的过程与上述可实施方式二类似，在此不进行赘述。

需要说明的是，本发明实施例可以是实现同时对多个激光雷达采集的目标雷达坐标转换为对应的大地坐标。具体的处理过程可以与上述S101-S103的处理方式类似，例如，可以是在获取不共面的各标定点的雷达坐标集时，针对每个激光雷达都获取其对应的激光雷达集；针对每一个雷达坐标集和大地坐标集都执行一次S101-S102的操作，确定出各激光雷达对应的坐标系变换矩阵，进而在针对各雷达采集的目标雷达坐标，按照其激光雷达对应的坐标系变换矩阵和元素类型同一化逆处理过程，确定该目标雷达坐标对应的大地坐标。

本发明实施例提供的雷达坐标与大地坐标的转换方法，在对某一位置固定的激光雷达采集的目标雷达坐标进行转换之前，先对该激光雷达和导航定位系统采集的至少四个不共面的标定点的雷达坐标集和大地坐标集进行坐标元素同一化处理操作，使得处理后的大地坐标集和雷达坐标集中的元素类型相同，进而确定处理后的两个坐标集之间的坐标系变换矩阵。此时可以对该激光雷达采集的目标雷达坐标，根据确定出的坐标系变换矩阵和元素同一化逆处理操作，确定该目标雷达坐标对应的大地坐标。本发明实施例的技术方案，只需预先通过至少四个标定点的雷达坐标集和大地坐标集，确定出一个坐标系变换矩阵，后续就能够快速精准进行雷达坐标与大地坐标之间的转换，为雷达坐标与大地坐标的转换提供了一种新思路。

实施例二

图2为本发明实施例二中的一种雷达坐标与大地坐标的转换方法的流程图，本实施例以上述实施例为基础，进行了进一步的优化，具体给出了如何获取导航定位系统和固定位置处的激光雷达对至少四个不共面的标定点采集的大地坐标集和雷达坐标集的具体情况介绍。

可选的，本申请可以是在空间中预先确定出至少四个不共面的标定点，然后控制导航定位系统分别移动到各标定点位置处进行数据采集，获取导航定位系统在各标定点位置处采集的定位数据作为各标定点的大地坐标集，在整个采集过程中导航定位系统只进行移动操作，不进行其他调整。相应的，也控制固定位置处的激光雷达采集所述至少四个不共面的标定点对应的点云数据，作为雷达坐标集。可选的，由于人工选择不共面的标定点过程耗时较长且容易出错，对此，本实施例再介绍一种不用预先选择不共面的至少四个标定，而是通过调整导航定位系统的天线高度来实现获取至少四个不共面的标定点的大地坐标集和雷达坐标集的方法，具体的，如图2所示，该操作过程包括如下步骤：

S201，获取导航定位系统以至少两种不同天线高度采集的至少四个不共面的标定点的定位数据作为各标定点对应的大地坐标集。

需要说明的是，对于导航定位系统来说，其放置在位置A处采集的大地坐标实际并不一定是位置A的坐标，而是导航定位系统在位置A时，其天线最高点所在位置。具体的，导航定位系统实际采集的定位数据中的经度和纬度为位置A对应的经度和纬度，但采集的海拔高度为位置A处的海拔高度与天线高度之和。

为了保证导航定位系统采集的大地坐标集对应的至少四个标定点是不共面的，本实施例可以是在固定位置的激光雷达的可采集范围内的任意平面上任意选择至少四个位置点，此时这至少四个位置点基本上共面，然后针对这至少四个位置点，采用至少两种天线高度来测量导航定位系统在各位置点处采集定位数据，其中该定位数据作为导航定位系统的天线最高点(即标定点)的定位数据。例如，假设在地面上选择四个位置点A、B、C和D，可以是先将导航定位系统的天线高度调整到第一高度，然后将该导航定位系统分别移动到位置点A、B和C处，采集导航定位系统在这三个位置处其天线最高点(即三个标定点)对应的定位数据，接着再将导航定位系统的天线高度调整到第二高度，将此时的导航定位系统移动到位置点D，采集导航定位系统在位置点D处其天线最高点(即第四个标定点)对应的定位数据，并将采集的四个标定点的定位数据作为这四个标定点的大地坐标集。本步骤进行雷达坐标与大地坐标转换的控制设备从导航定位系统中获取各标定点对应的大地坐标集。

由于导航定位系统在A、B、C和D这四个位置点处时天线高度发生了变化，所以其实际采集数据对应的至少四个标定点的海拔高度是不一样的，进而也就保证了导航定位系统采集数据的四个标定点肯定不在同一个平面内。

S202，在导航定位系统采集各定位数据时，获取固定位置处的激光雷达采集的导航定位系统的天线最高点的点云数据作为各标定点对应的雷达坐标集。

其中，本步骤中激光雷达是固定在某一位置处的，例如可以是固定在路边的电线杆上、路灯上，或者静止的车辆上等。

可选的，由于导航定位系统采集的大地坐标集实际上是导航定位系统的天线最高点对应的定位数据，所以本步骤为了保证激光雷达和导航定位系统采集同一标定点的数据，需要在导航定位系统执行S201采集每一次的定位数据时，控制激光雷达进行点云数据采集，并获取激光雷达采集的点云数据中导航定位系统的天线最高点对应的点云坐标，作为导航定位系统本次采集的标定点的雷达坐标集。

S203，对至少四个不共面的标定点的雷达坐标集和大地坐标集中的坐标元素进行元素类型同一化处理。

S204，根据处理后的雷达坐标集和大地坐标集，确定坐标系变换矩阵；

S205，根据坐标系变换矩阵和元素类型同一化逆处理过程，确定激光雷达采集的目标雷达坐标对应的大地坐标。

本发明实施例提供的雷达坐标与大地坐标的转换方法，在获取至少四个不共面的坐标点的雷达坐标集和大地坐标集时，可以是获取导航定位系统以至少两种不同天线高度采集的至少四个不共面的标定点的定位数据，作为大地坐标集，在导航定位系统采集定位数据的同时，获取激光雷达采集的导航定位系统的天线最高点的点云数据作为各标定点的定位数据，进而对获取的雷达坐标集和大地坐标集进行坐标元素同一化处理操作，确定处理后的两个坐标集之间的坐标系变换矩阵。在后续对该激光雷达采集的目标雷达坐标进行大地坐标转换时，根据确定出的坐标系变换矩阵和元素同一化逆处理操作，确定该目标雷达坐标对应的大地坐标。本发明实施例的技术方案，通过调整导航定位系统的天线高度，可快速准确的采集不共面的标定点的大地坐标集，进而提高了确定出的坐标系变换矩阵的准确性，为后续快速精准进行雷达坐标与大地坐标之间的转换奠定了基础，为雷达坐标与大地坐标的转换提供了一种新思路。

实施例三

图3为本发明实施例三中的一种雷达坐标与大地坐标的转换方法的流程图，本实施例以上述实施例为基础，进行了进一步的优化，具体给出了对至少四个不共面的标定点的雷达坐标集和大地坐标集中的坐标元素进行元素类型同一化处理的一种具体情况介绍。具体的，本步骤给出的是对雷达坐标集和大地坐标集中的坐标元素同一处理为距离类型的情况介绍。

可选的，如图3所示，本实施例的方法具包括如下步骤：

S301，获取导航定位系统和固定位置处的激光雷达对至少四个不共面的标定点采集的大地坐标集和雷达坐标集。

S302，将至少四个不共面的标定点的大地坐标集中的经度值和纬度值转换为投影坐标系的距离值。

其中，投影坐标系为将大地坐标集中的经度值和纬度值转换为距离值后，转换后的距离值所在的坐标系，可选的，该投影坐标系可以是2000国家大地坐标系(CGCS2000)投影坐标系。

可选的，大地坐标集中的坐标元素为经度、纬度和海拔高度，其中，经度、纬度的元素类型为角度类型，海拔高度的元素类型与雷达坐标中的各元素的元素类型一样为距离类型，为了降低元素类型同一化处理的复杂性，本实施例选择将大地坐标集中角度类型的经度和纬度同一化处理为距离类型的距离值。

具体的同一化处理过程可以包括如下两个子步骤：

S3021，针对至少四个不共面的标定点的大地坐标集中的每个经度值或纬度值，根据投影坐标系信息，确定所述经度值或纬度值的参数信息；

其中，投影坐标系信息可以包括但不限于：投影坐标系和投影带。可选的，本实施例的投影坐标系可以是CGCS2000投影坐标系，投影带可以是3度带。经度值或纬度值的参数信息可以包括但不限于：经度值或纬度值的带号和中央线。

可选的，本步骤可以是针对S301获取的标定点的大地坐标集，对其中的每一个经度值，采用投影坐标系信息中包含的投影坐标系和投影带，计算该经度值所处带号以及中央经度线。对于其中包含的每一个纬度值，也采用和经度值类似的处理算法，得到纬度值所处的带号和中央纬度线。

S3022，根据经度值或纬度值的参数信息，采用预设投影算法确定经度值或纬度值在投影坐标系下的距离值，作为经度值或纬度值对应的距离值。

可选的，本子步骤可以是根据S3021计算出的各经度值或纬度值的带号和中央线，采用预设的投影算法，例如高斯投影转换算法，计算出各经度值和纬度值在投影坐标系下的距离值，即各经度值和纬度值对应的距离值。

S303，将各距离值替换其在大地坐标集中对应的经度值或纬度值，得到投影坐标集，作为处理后的大地坐标集，将至少四个不共面的标定点的雷达坐标集作为处理后的雷达坐标集。

可选的，对于上述S3022确定出的大地坐标集中的经度值或纬度值对应的距离值，将大地坐标集中的各经度值和纬度值替换为其对应的距离值，得到投影坐标集，该投影坐标集即为对大地坐标进行元素类型同一化处理后的大地坐标集。由于雷达坐标集的坐标元素类型就是距离类型，所以S302和本步骤无需对雷达坐标即进行元素类型同一化处理，所以进行元素类型同一化处理后的雷达坐标集仍为S301采集的原始的雷达坐标集。

S304，根据处理后的雷达坐标集和大地坐标集，确定坐标系变换矩阵。

可选的，本步骤待确定的坐标系变化矩阵为：

其中，R00-R22为旋转矩阵的9个参数，TX-TZ为平移矩阵的3个参数，求解包含12个未知参数的坐标系变化矩阵，需要4个标定点的经过S302和S303处理后的大地坐标集(即投影坐标集)和雷达坐标集。其中，处理后的大地坐标集(即投影坐标集)

其中，PBN.X、PBN.Y、PBN.Z分别为投影坐标集中第N个标定点的X坐标值、Y坐标值和Z坐标值。处理后的雷达坐标集(即S301采集的原始的雷达坐标集)

其中，PAN.X、PAN.Y、PAN.Z分别为雷达坐标集中第N个标定点的X坐标值、Y坐标值和Z坐标值。进而可以根据上述PB和PA，按照公式：RT＝PB*PA^-1，求解坐标系变化矩阵RT。

S305，根据坐标系变换矩阵，对激光雷达采集的目标雷达坐标进行坐标系转换处理。

可选的，本实施例中的坐标系变换矩阵是雷达坐标系和投影坐标系之间的转换矩阵，在执行本步骤的操作时，可以是根据S304确定出的坐标系变换矩阵RT，将待转换的目标雷达坐标转换为投影坐标系下的目标投影坐标；具体的，若目标雷达坐标为PD，则可以是按照公式PE＝PD*RT，先将目标雷达坐标从雷达坐标系转换到投影坐标系得到目标投影坐标PE。

S306，对处理结果进行元素类型同一化逆处理，得到目标雷达坐标对应的大地坐标。

可选的，本步骤可以是对S305的处理结果，即目标投影坐标进行元素类型同一化逆处理，确定目标投影坐标对应的目标经度值、目标纬度值和目标海拔值，作为目标雷达坐标对应的大地坐标。具体的，可以是对目标投影中的X坐标值和Y坐标值，按照与S302将大地坐标系的经度值和纬度值转换为投影坐标系的距离值相反的过程，确定出X坐标值对应的目标经度值，Y坐标值对应的目标纬度值，将目标投影中的Z坐标值直接作为目标海拔高度值，进而由目标经度值、目标纬度值和目标海拔高度值构成目标雷达对应的大地坐标。

本发明实施例提供的雷达坐标与大地坐标的转换方法，给出了通过对大地坐标集中的坐标元素同一处理为距离类型，得到投影坐标集，进而根据处理后的投影坐标集和原始的雷达坐标集，确定雷达坐标系与投影坐标系之间的坐标系变换矩阵，后续针对激光雷达采集的目标雷达坐标，根据确定出的坐标系变换矩阵先将目标雷达坐标转换到投影坐标系下，然后再采用元素同一化逆处理操作确定该目标雷达坐标对应的大地坐标。能够快速精准进行雷达坐标与大地坐标之间的转换，为雷达坐标与大地坐标的转换提供了一种新思路。

实施例四

图4为本发明实施例四提供的一种雷达坐标与大地坐标的转换装置的结构示意图。该装置可执行本发明任意实施例所提供的雷达坐标与大地坐标的转换方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。如图4所示，该装置具体包括：

同一化处理模块401，用于对至少四个不共面的标定点的雷达坐标集和大地坐标集中的坐标元素进行元素类型同一化处理；其中，所述雷达坐标集是由固定位置处的激光雷达采集的；

变换矩阵确定模块402，用于根据处理后的雷达坐标集和大地坐标集，确定坐标系变换矩阵；

雷达坐标转换模块403，用于根据所述坐标系变换矩阵和元素类型同一化逆处理过程，确定所述激光雷达采集的目标雷达坐标对应的大地坐标。

本发明实施例提供的雷达坐标与大地坐标的转换装置，在对某一位置固定的激光雷达采集的目标雷达坐标进行转换之前，先对该激光雷达和导航定位系统采集的至少四个不共面的标定点的雷达坐标集和大地坐标集进行坐标元素同一化处理操作，使得处理后的大地坐标集和雷达坐标集中的元素类型相同，进而确定处理后的两个坐标集之间的坐标系变换矩阵。此时可以对该激光雷达采集的目标雷达坐标，根据确定出的坐标系变换矩阵和元素同一化逆处理操作，确定该目标雷达坐标对应的大地坐标。本发明实施例的技术方案，只需预先通过至少四个标定点的雷达坐标集和大地坐标集，确定出一个坐标系变换矩阵，后续就能够快速精准进行雷达坐标与大地坐标之间的转换，为雷达坐标与大地坐标的转换提供了一种新思路。

进一步的，上述装置还包括：

坐标集采集模块，用于获取导航定位系统和固定位置处的激光雷达对至少四个不共面的标定点采集的大地坐标集和雷达坐标集。

进一步的，上述坐标集采集模块包括：

大地坐标采集单元，用于获取导航定位系统以至少两种不同天线高度采集的至少四个不共面的标定点的定位数据作为各标定点对应的大地坐标集；

雷达坐标采集单元，用于在所述导航定位系统采集各定位数据时，获取固定位置处的激光雷达采集的所述导航定位系统的天线最高点的点云数据作为各标定点对应的雷达坐标集。

进一步的，上述同一化处理模块401包括：

元素类型转换单元，用于将至少四个不共面的标定点的大地坐标集中的经度值和纬度值转换为投影坐标系的距离值；

处理后坐标集确定单元，用于将各距离值替换其在所述大地坐标集中对应的经度值或纬度值，得到投影坐标集，作为处理后的大地坐标集，将所述至少四个不共面的标定点的雷达坐标集作为处理后的雷达坐标集。

进一步的，上述元素类型转换单元具体用于：

针对至少四个不共面的标定点的大地坐标集中的每个经度值或纬度值，根据投影坐标系信息，确定所述经度值或纬度值的参数信息；

根据所述经度值或纬度值的参数信息，采用预设投影算法确定所述经度值或纬度值在投影坐标系下的距离值，作为所述经度值或纬度值对应的距离值。

进一步的，上述变换矩阵确定模块402具体用于：

根据处理后的雷达坐标集和大地坐标集，确定至少两个初步坐标系变换矩阵；

根据所述至少两个初步坐标系变换矩阵，确定最终坐标系变换矩阵。

进一步的，上述雷达坐标转换模块403具体用于：

根据所述坐标系变换矩阵，对所述激光雷达采集的目标雷达坐标进行坐标系转换处理；

对处理结果进行元素类型同一化逆处理，得到所述目标雷达坐标对应的大地坐标。

实施例五

图5A为本发明实施例五提供的一种测绘系统的结构示意图，图5B为本发明实施例五提供的一种测绘系统的处理设备的结构示意图。图5A所示的测绘系统5包括至少一个激光雷达51和处理设备50。且处理设备50与各个激光雷达51连接。图5B示出了适于用来实现本发明实施方式的示例性处理设备50的框图。图5B显示的处理设备50仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。如图5B所示，该处理设备50以通用计算设备的形式表现。该处理设备50的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元501，系统存储器502，连接不同系统组件(包括系统存储器502和处理单元501)的总线503。

总线503表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(ISA)总线，微通道体系结构(MAC)总线，增强型ISA总线、视频电子标准协会(VESA)局域总线以及外围组件互连(PCI)总线。

处理设备50典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被处理设备50访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。

系统存储器502可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(RAM)504和/或高速缓存存储器505。处理设备50可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储系统506可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图5B未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图5B中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如CD-ROM,DVD-ROM或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线503相连。系统存储器502可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本发明各实施例的功能。

具有一组(至少一个)程序模块507的程序/实用工具508，可以存储在例如系统存储器502中，这样的程序模块507包括但不限于操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块507通常执行本发明所描述的实施例中的功能和/或方法。

处理设备50也可以与一个或多个外部设备509(例如键盘、指向设备、显示器510等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该设备交互的设备通信，和/或与使得该处理设备50能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口511进行。并且，处理设备50还可以通过网络适配器512与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图5B所示，网络适配器512通过总线503与处理设备50的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合处理设备50使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。

处理单元501通过运行存储在系统存储器502中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如针对每个激光雷达实现本发明实施例所提供的雷达坐标与大地坐标的转换方法。

实施例六

本发明实施例六还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时可实现上述实施例所述的雷达坐标与大地坐标的转换方法。

本发明实施例的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是但不限于：电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

上述实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本领域普通技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各模块或各操作可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，他们可以用计算机装置可执行的程序代码来实现，从而可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或操作制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间的相同或相似的部分互相参见即可。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种雷达坐标与大地坐标的转换方法，其特征在于，包括：

对至少四个不共面的标定点的雷达坐标集和大地坐标集中的坐标元素进行元素类型同一化处理；其中，所述雷达坐标集是由固定位置处的激光雷达采集的；

根据处理后的雷达坐标集和大地坐标集，确定坐标系变换矩阵；

根据所述坐标系变换矩阵和元素类型同一化逆处理过程，确定所述激光雷达采集的目标雷达坐标对应的大地坐标。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在对至少四个不共面的标定点的雷达坐标集和大地坐标集中的坐标元素进行元素类型同一化处理之前，还包括：

获取导航定位系统和固定位置处的激光雷达对至少四个不共面的标定点采集的大地坐标集和雷达坐标集。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，获取导航定位系统和固定位置的激光雷达对至少四个不共面的标定点采集的大地坐标集和雷达坐标集，包括：

获取导航定位系统以至少两种不同天线高度采集的至少四个不共面的标定点的定位数据作为各标定点对应的大地坐标集；

在所述导航定位系统采集各定位数据时，获取固定位置处的激光雷达采集的所述导航定位系统的天线最高点的点云数据作为各标定点对应的雷达坐标集。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对至少四个不共面的标定点的雷达坐标集和大地坐标集中的坐标元素进行元素类型同一化处理，包括：

将至少四个不共面的标定点的大地坐标集中的经度值和纬度值转换为投影坐标系的距离值；

将各距离值替换其在所述大地坐标集中对应的经度值或纬度值，得到投影坐标集，作为处理后的大地坐标集，将所述至少四个不共面的标定点的雷达坐标集作为处理后的雷达坐标集。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将至少四个不共面的标定点的大地坐标集中的经度值和纬度值转换为投影坐标系的距离值，包括：

针对至少四个不共面的标定点的大地坐标集中的每个经度值或纬度值，根据投影坐标系信息，确定所述经度值或纬度值的参数信息；

根据所述经度值或纬度值的参数信息，采用预设投影算法确定所述经度值或纬度值在投影坐标系下的距离值，作为所述经度值或纬度值对应的距离值。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据处理后的雷达坐标集和大地坐标集，确定坐标转换矩阵，包括：

根据处理后的雷达坐标集和大地坐标集，确定至少两个初步坐标系变换矩阵；

根据所述至少两个初步坐标系变换矩阵，确定最终坐标系变换矩阵。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述坐标系变换矩阵和元素类型同一化逆处理过程，确定所述激光雷达采集的目标雷达坐标对应的大地坐标，包括：

根据所述坐标系变换矩阵，对所述激光雷达采集的目标雷达坐标进行坐标系转换处理；

对处理结果进行元素类型同一化逆处理，得到所述目标雷达坐标对应的大地坐标。

8.一种雷达坐标与大地坐标的转换装置，其特征在于，所述装置包括：

同一化处理模块，用于对至少四个不共面的标定点的雷达坐标集和大地坐标集中的坐标元素进行元素类型同一化处理；其中，所述雷达坐标集是由固定位置处的激光雷达采集的；

变换矩阵确定模块，用于根据处理后的雷达坐标集和大地坐标集，确定坐标系变换矩阵；

雷达坐标转换模块，用于根据所述坐标系变换矩阵和元素类型同一化逆处理过程，确定所述激光雷达采集的目标雷达坐标对应的大地坐标。

9.一种测绘系统，其特征在于，包括至少一个激光雷达和处理设备；所述处理设备与所述至少一个激光雷达连接，所述处理设备包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器针对每个激光雷达实现如权利要求1-7中任一所述的雷达坐标与大地坐标的转换方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一所述的雷达坐标与大地坐标的转换方法。

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