CN110930506B - 三维地图生成方法、移动装置和计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例涉及自动驾驶技术领域,尤其涉及一种三维地图生成方法、移动装置和计算机可读存储介质。三维地图生成方法包括:获取移动装置的移动速度V和移动方向;根据所述移动速度V和移动方向计算预设的第一地图相对所述移动装置的滚动量;根据所述第一地图相对所述移动装置的滚动量滚动更新所述第一地图以生成第二地图;获取所述移动装置周围环境的点云数据;根据所述点云数据和所述第二地图生成三维地图。本发明实施例所提供的技术方案,使移动装置移动时安全性较高。
Description
技术领域
本发明实施例涉及自动驾驶技术领域,尤其涉及一种三维地图生成方法、移动装置和计算机可读存储介质。
背景技术
随着无人机与无人车等移动装置的普及,越来越多的移动装置配备自动路径规划以及避障等的功能,机器人利用传感器构建空间三维地图以实现复杂的路径规划。三维地图现今多采用体素地图的方式,即用机器人感知传感器获取的点云信息进行降采样,构建网格地图,为减小内存的消耗,往往用滚动局部地图的方式,即地图只构建机器人四周的一定区域,超出的部分即清除,当移动装置处于立方体滚动地图中心时,其对于四周的探测距离即固定,而随着移动装置速度的加快,移动相同距离的时间变短,留给移动装置的路径规划或避障计算的时间变短,移动装置的安全性降低。
因此如何提供一种能提高移动装置安全性的地图方案,就成了现有技术的需求。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种三维地图生成方法、移动装置和计算机可读存储介质,旨在解决现有的移动装置使用体素地图安全性较低的技术问题。
第一方面,本公开实施例提供了一种三维地图生成方法,其用于给移动装置移动时提供三维地图,所述三维地图生成方法包括,
获取移动装置的移动速度V和移动方向;
根据所述移动速度V和移动方向计算预设的第一地图相对所述移动装置的滚动量;
根据所述第一地图相对所述移动装置的滚动量滚动更新所述第一地图以生成第二地图;
获取所述移动装置周围环境的点云数据;
根据所述点云数据和所述第二地图生成三维地图。
优选地,所述根据所述移动速度V和移动方向计算预设的第一地图相对所述移动装置的滚动量包括,
根据预设的移动装置的最大速度Vmax、预设的第一地图的最大滚动量dmax以及移动装置的移动速度V计算预设的第一地图相对所述移动装置的滚动量数值Δd;
根据所述滚动量数值Δd和所述移动方向计算预设的所述第一地图在预设的空间坐标系的x轴、y轴和z轴上的滚动分量。
优选地,所述移动装置的滚动量数值Δd的计算公式为:Δd=dmax*V/Vmax。
优选地,所述根据所述滚动量数值Δd和所述移动方向计算预设的所述第一地图在预设的空间坐标系的x轴、y轴和z轴上的滚动分量包括,
获取所述移动方向在x轴和y轴所在的平面的投影相对x轴的夹角θ,以及获取所述移动方向在x轴和z轴所在的平面的投影相对z轴的夹角μ;
根据所述夹角θ、所述夹角μ计算所述第一地图在预设的空间坐标系的x轴、y轴和z轴上的滚动分量。
优选地,所述第一地图在预设的空间坐标系的x轴上的滚动分量Δdx的计算公式为:Δdx=﹣Δd*cosθ;
所述第一地图在预设的空间坐标系的y轴上的滚动分量Δdy的计算公式为:Δdy=﹣Δd*sinθ;
所述第一地图在预设的空间坐标系的z轴上的滚动分量Δdz的计算公式为:Δdz=﹣Δd*cosμ。
优选地,所述根据所述第一地图相对所述移动装置的滚动量滚动更新所述第一地图包括,
把所述第一地图向所述x轴方向移动滚动分量Δdx;
把所述第一地图向所述y轴方向移动滚动分量Δdy;
把所述第一地图向所述z轴方向移动滚动分量Δdz。
优选地,所述根据所述移动速度V和移动方向计算预设的第一地图相对所述移动装置的滚动量之前,还包括,
滤波处理所述移动速度V。
优选地,所述最大滚动量dmax小于所述第一地图在x轴方向、y轴方向或z轴方向最小长度的二分之一。
第二方面,本发明还提供一种移动装置,所述移动装置包括存储器及处理器,存储器上存储有可在处理器上运行的三维地图生成程序,其特征在于:所述处理器执行所述三维地图生成程序时实现上述的三维地图生成方法。
第三方面,本发明还提供计算机可读存储介质,其上存储有三维地图生成程序,其特征在于,该三维地图生成程序被处理器执行时实现上述的三维地图生成方法。
与现有技术相比,本发明的提供的三维地图生成方法、终端设备、飞行器和飞行系统,通过根据所述移动速度V和移动方向计算预设的第一地图相对所述移动装置的滚动量,根据所述第一地图相对所述移动装置的滚动量滚动更新所述第一地图以生成第二地图,从而获得最终的三维地图,在地图大小不变的情况下,仅通过本发明的方法即可实现增大移动装置移动方向前方的观测范围,提高了地图利用率以及探测范围,从而也提高了移动装置移动时的安全性,本发明的技术方案可以使用相对更小尺寸的第一地图,故消耗的运算资源以及内存相对减小,提高移动装置的运行帧率,尤其适用对功耗要求严格的移动装置。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的三维地图生成方法的流程示意图;
图2为本发明第二实施例提供的三维地图生成方法的流程示意图;
图3A为本发明中移动方向在x轴和y轴所在的平面的投影的示意图;
图3B为本发明中移动方向在x轴和z轴所在的平面的投影的示意图;
图4为本发明第三实施例提供的三维地图生成方法的流程示意图;
图5为本发明第四实施例提供的一种移动装置的硬件结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。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,都属于本发明保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)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,以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。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。
需要说明的是,在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外,各个实施例之间的技术方案可以相互结合,但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础,当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在,也不在本发明要求的保护范围之内。
请参阅图1,本发明第一实施例提供了一种三维地图生成方法,该三维地图生成方法三维地图生成装置来执行,该装置可通过硬件和/或软件的方式来实现,并通常集成于移动装置中,用于在给移动装置移动时提供三维地图,移动装置根据三维地图进行避障,路径规划,测绘,本发明的三维地图生成方法具有增加移动装置前进方向观测范围的优点。该三维地图生成方法包括:
S11:获取移动装置的移动速度V和移动方向。
移动装置包括但不限于自动驾驶汽车和无人机,移动装置可实现自动移动。本发明对获取移动装置的移动速度V的方式不做限定,如移动装置上包括速度传感器和方向传感器,可根据速度传感器获取移动装置的移动速度V,可根据方向传感器获取移动装置的移动方向。移动方向是在立体空间内的方向,不限定于平行于水平面。如移动装置在地面上上下坡,或移动装置在空中向上或向下飞行,移动装置的移动方向和水平面不平行。
S12:根据所述移动速度V和移动方向计算预设的第一地图相对所述移动装置的滚动量。
第一地图为预设大小的三维的地图,在第一地图上实时插入空间内对应的景物,则获取到完整的实景地图。第一地图的大小不变。在移动装置没有移动时,移动装置位于所述第一地图的中心。如第一地图为长、宽、高各200m的立方体,移动装置位于所述第一地图的中心,移动装置在没有移动时,能观测到前、后、上、下、左、右各100m远的距离。在移动装置移动时,第一地图会相对所述移动装置滚动。第一地图相对所述移动装置的滚动量和移动速度V和移动方向有对应关系,则可根据移动速度V和移动方向计算第一地图相对所述移动装置的滚动量。移动装置的移动速度V越快,则移动装置的移动方向的前方能观察到的实景地图越远。第一地图相对移动装置的滚动量包括滚动方向和滚动距离。可以理解,第一地图不限于长、宽、高相等的正方体,也以为为长方体,也可以为球体等,第一地图的形状优选为正方体或球体。
S13:根据所述第一地图相对所述移动装置的滚动量滚动更新所述第一地图以生成第二地图。
在已知第一地图相对移动装置的滚动量,即在已知第一地图相对移动装置滚动方向和滚动距离,则移动第一地图,把第一地图按照滚动方向移动对应的滚动距离。从而使得移动装置的移动方向的前方的地图比移动装置的移动方向的后方的地图多,从而便于路径规划。把第一地图进行移动后,得到第二地图。
S14:获取所述移动装置周围环境的点云数据。
本发明对获取点云数据的方式不做限定,如移动装置上包括双目立体视觉测量系统,可根据双目立体视觉测量系统获取移动装置外部环境的深度信息,将深度信息转化为点云数据。如移动装置上包括一个或多个激光雷达,可根据所述一个或多个激光雷达获取点云数据。
S15:根据所述点云数据和所述第二地图生成三维地图。
对点云数据进行处理,并把处理过的点云数据插入第二地图,即可生成三维地图。具体的,如对点云数据进行体素化描述,结合移动装置的位置实现当前三维地图的构建。三维地图中包含环境中的各种物品所处的位置,如当前时刻移动装置正前方10米处存在一个柱子,则三维地图中会按照建图比例在移动装置与正前方5米处对应的地方建立一个类似柱子的三维模型。对移动装置周围环境进行实时获取点云数据,实时感知周围环境,则可持续实时的更新三维地图。可以理解,第一地图、第二地图和三维地图本质上在实施中,是同一个地图框架,第二地图是移动后的第一地图,三维地图是更新第二地图后的地图。在实时更新三维地图时,本循环的三维地图作为下一个循环的第一地图,即可持续完成新一轮循环的三维地图更新。
本实施例提供的三维地图生成方法,通过根据所述移动速度V和移动方向计算预设的第一地图相对所述移动装置的滚动量,根据所述第一地图相对所述移动装置的滚动量滚动更新所述第一地图以生成第二地图,从而获得最终的三维地图,在地图大小不变的情况下,仅通过本发明的方法即可实现增大移动装置移动方向前方的观测范围,提高了地图利用率以及探测范围,从而也提高了移动装置移动时的安全性,本发明的方法可以使用相对更小尺寸的尺寸,故消耗的运算资源以及内存相对减小,适合提高移动装置的运行帧率,尤其适用对功耗要求严格的移动装置。
请参阅图2,本发明第二实施例也提供了一种三维地图生成方法,本实施例以前述实施例为基础,提供了一种具体移动所述第一地图的方案,该三维地图生成方法包括:
S21:获取移动装置的移动速度V和移动方向。
S22:根据预设的移动装置的最大速度Vmax、预设的第一地图的最大滚动量dmax以及移动装置的移动速度V计算预设的第一地图相对所述移动装置的滚动量数值Δd。
移动装置的最大移动速度Vmax,为移动装置能达到的最大速度,或移动装置理论上能达到的最大速度。如移动装置在路面上能行驶的最大速度为40m/s,或移动装置在空中飞行的最大速度为40m/s,则最大移动速度为40m/s。第一地图的最大滚动量dmax,即为移动装置在最大速度时移动速度在移动方向的需要滚动的距离,第一地图的最大滚动量dmax可根据需要进行设定。优选地,最大滚动量dmax小于第一地图最短长度的二分之一,且最大滚动量dmax大于0,以使移动装置在任何方向以最大移动速度Vmax移动时,最终生成的地图上都包括移动移动装置在移动方向的后方的地图。移动装置的滚动量数值Δd与移动装置的移动速度V成正比,移动装置的滚动量数值Δd与第一地图的最大滚动量dmax成正比,移动装置的滚动量数值Δd与移动装置的最大移动速度Vmax成反比。具体的,移动装置的滚动量数值Δd的计算公式为:Δd=dmax*V/Vmax。可以理解,移动装置的滚动量数值Δd可以乘以一个系数k,0<k<1,即移动装置的滚动量数值Δd的计算公式为:Δd=k*dmax*V/Vmax。
S23:根据所述滚动量数值Δd和所述移动方向计算预设的所述第一地图在预设的空间坐标系的x轴、y轴和z轴上的滚动分量。
预设的空间坐标系包括x轴、y轴和z轴,可以x轴和y轴所在的平面平行于水平面,z轴垂直于水平面。可以理解,空间坐标系的x轴、y轴和z轴方向并不做此限定,空间坐标系能标定三维空间即可。本实施例以空间坐标系的x轴和y轴所在的平面平行于水平面,z轴垂直于水平面进行说明。根据滚动量数值Δd和移动方向可获取滚动量数值Δd和在空间坐标系分别在x轴、y轴和z轴上的投影。滚动量数值Δd在x轴的投影即为第一地图在x轴的滚动分量,滚动量数值Δd在y轴的投影即为第一地图在y轴的滚动分量,滚动量数值Δd在z轴的投影即为第一地图在z轴的滚动分量。其中,最大滚动量dmax小于所述第一地图在x轴方向、y轴方向或z轴方向最小长度的二分之一。
具体的,所述根据所述滚动量数值Δd和所述移动方向计算预设的所述第一地图在预设的空间坐标系的x轴、y轴和z轴上的滚动分量包括:
获取所述移动方向在x轴和y轴所在的平面的投影相对x轴的夹角θ,以及获取所述移动方向在x轴和z轴所在的平面的投影相对z轴的夹角μ;
请参阅图3A和图3B,移动方向已知,x轴、y轴和z轴已知,即可获取移动方向在x轴和y轴所在的平面的投影相对x轴的夹角θ,以及移动方向在x轴和z轴所在的平面的投影相对z轴的夹角μ。
根据所述夹角θ、所述夹角μ计算所述第一地图在预设的空间坐标系的x轴、y轴和z轴上的滚动分量。
其中,第一地图在预设的空间坐标系的x轴上的滚动分量Δdx的计算公式为Δdx=﹣Δd*cosθ;第一地图在预设的空间坐标系的y轴上的滚动分量Δdy的计算公式Δdy=﹣Δd*sinθ;第一地图在预设的空间坐标系的z轴上的滚动分量Δdz的计算公式Δdz=﹣Δd*cosμ。
S24:根据所述第一地图相对所述移动装置的滚动量滚动更新所述第一地图以生成第二地图。
其中,根据所述第一地图相对所述移动装置的滚动量滚动更新所述第一地图包括:
把所述第一地图向所述x轴方向移动滚动分量Δdx;把所述第一地图向所述y轴方向移动滚动分量Δdy;把所述第一地图向所述z轴方向移动滚动分量Δdz。
移动装置在x轴方向多出了Δd*cosθ的观测范围,移动装置在y轴方向多出了Δd*sinθ的观测范围,移动装置在z轴方向多出了Δd*cosμ的观测范围。把第一地图进行移动后,即可得到第二地图。
S25:获取所述移动装置周围环境的点云数据。
S26:根据所述点云数据和所述第二地图生成三维地图。
本实施例的三维地图生成方法快速简单的对第一地图进行滚动更新,最终能快速得到三维地图,在地图大小不变的情况下,仅通过本发明的方法即可实现增大移动装置移动方向前方的观测范围,提高了地图利用率以及探测范围,从而也提高了移动装置移动时的安全性,本发明的方法可以使用相对更小尺寸的尺寸,故消耗的运算资源以及内存相对减小,适合提高移动装置的运行帧率,尤其适用对功耗要求严格的移动装置。
请参阅图4,本发明的第三实施例还提供一种三维地图生成方法,本实施例以前述实施例为基础,提供了一种具体滤波处理移动速度的方案,该三维地图生成方法包括:
S31:获取移动装置的移动速度V和移动方向。
S32:滤波处理所述移动速度V。
对移动速度V滤波处理,能过滤掉不稳定的移动速度V。进行滤波处理时,可以采用低通滤波器。
S33:根据所述移动速度V和移动方向计算预设的第一地图相对所述移动装置的滚动量;
其中,移动速度V为滤波处理后的移动速度。
S34:根据所述第一地图相对所述移动装置的滚动量滚动更新所述第一地图以生成第二地图。
S35:获取所述移动装置周围环境的点云数据。
S36:根据所述点云数据和所述第二地图生成三维地图。
本实施例的三维地图生成方法,对移动速度V进行滤波处理,能避免移动装置速度波动大,移动速度V的方向不稳定导致地图滚动更新不稳定带来不必要的计算和内存消耗。
请参阅图5,本发明第四实施例提供了一种移动装置40,移动装置40能够执行以上实施例所述的一种三维地图生成方法。移动装置40包括但不限于自动驾驶汽车,无人机,移动装置40可实现自动移动。该移动装置40包括:
一个或多个处理器41以及存储器42。其中,图中以一个处理器41为例。
处理器41和存储器42可以通过总线或者其他方式连接,图中以通过总线连接为例。
存储器42作为一种非易失性的计算机可读存储介质,可用于存储可在处理器上运行的非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序,如本发明上述实施例中的一种三维地图生成方法对应的三维地图生成程序。处理器41通过运行存储在存储器42中的三维地图生成程序,从而执行一种三维地图生成方法的各种功能应用以及数据处理,即实现上述方法实施例中的一种三维地图生成方法。
存储器42可以包括存储程序区和存储数据区,其中,存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序等。
此外,存储器42可以包括高速随机存取存储器42,还可以包括非易失性存储器42,例如至少一个磁盘存储器42件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器42件。在一些实施例中,存储器42可选包括相对于处理器41远程设置的存储器42,这些远程存储器42可以通过网络连接至处理器41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。
所述程序指令存储在所述存储器42中,当被所述一个或者多个处理器41执行时,执行上述任意方法实施例中的一种三维地图生成方法的各个步骤。
上述产品可执行本发明上述实施例所提供的方法,具备执行方法相应的有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节,可参见本发明上述实施例所提供的方法。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行的三维地图生成程序,该计算机可执行的三维地图生成程序被一个或多个处理器执行,例如图中的一个处理器41,可使得计算机执行上述任意方法实施例中的一种三维地图生成方法的各个步骤。
本发明实施例还提供了一种计算机程序产品,所述计算机程序产品包括存储在非易失性计算机可读存储介质上的计算机程序,所述计算机程序包括三维地图生成程序,当所述三维地图生成程序被一个或多个处理器执行,例如图中的一个处理器41,可使得计算机执行上述任意方法实施例中的一种三维地图生成方法。
通过以上的实施例的描述,本领域普通技术人员可以清楚地了解到各实施例可借助软件加通用硬件平台的方式来实现,当然也可以通过硬件。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程是可以通过计算机程序指令相关的硬件来完成,所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中,该程序在执行时,可包括如上述各方法的实施方法的流程。其中,所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-OnlyMemory,ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory,RAM)等。
以上描述仅为本发明的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解,本发明中所涉及的发明范围,并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案,同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下,由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本发明中发明的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
注意,上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解,本发明不限于这里所述的特定实施例,对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此,虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明,但是本发明不仅仅限于以上实施例,在不脱离本发明构思的情况下,还可以包括更多其他等效实施例,而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (9)
1.一种三维地图生成方法,用于在移动装置移动时提供三维地图,其特征在于:所述三维地图生成方法包括,
获取移动装置的移动速度V和移动方向;
根据所述移动速度V和移动方向计算预设的第一地图相对所述移动装置的滚动量;
根据所述第一地图相对所述移动装置的滚动量滚动更新所述第一地图以生成第二地图,具体为:在已知第一地图相对移动装置滚动方向和滚动距离,则移动第一地图,把第一地图按照滚动方向移动对应的滚动距离以得到第二地图;
获取所述移动装置周围环境的点云数据;
根据所述点云数据和所述第二地图生成三维地图;
所述根据所述移动速度V和移动方向计算预设的第一地图相对所述移动装置的滚动量包括,
根据预设的移动装置的最大速度Vmax、预设的第一地图的最大滚动量dmax以及移动装置的移动速度V计算预设的第一地图相对所述移动装置的滚动量数值Δd;
根据所述滚动量数值Δd和所述移动方向计算预设的所述第一地图在预设的空间坐标系的x轴、y轴和z轴上的滚动分量。
2.如权利要求1所述的三维地图生成方法,其特征在于:所述移动装置的滚动量数值Δd的计算公式为:Δd=dmax*V/Vmax。
3.如权利要求1所述的三维地图生成方法,其特征在于:所述根据所述滚动量数值Δd和所述移动方向计算预设的所述第一地图在预设的空间坐标系的x轴、y轴和z轴上的滚动分量包括,
获取所述移动方向在x轴和y轴所在的平面的投影相对x轴的夹角θ,以及获取所述移动方向在x轴和z轴所在的平面的投影相对z轴的夹角μ;
根据所述夹角θ、所述夹角μ计算所述第一地图在预设的空间坐标系的x轴、y轴和z轴上的滚动分量。
4.如权利要求3所述的三维地图生成方法,其特征在于:所述第一地图在预设的空间坐标系的x轴上的滚动分量Δdx的计算公式为:Δdx=﹣Δd*cosθ;
所述第一地图在预设的空间坐标系的y轴上的滚动分量Δdy的计算公式为:Δdy=﹣Δd*sinθ;
所述第一地图在预设的空间坐标系的z轴上的滚动分量Δdz的计算公式为:Δdz=﹣Δd*cosμ。
5.如权利要求4所述的三维地图生成方法,其特征在于,所述根据所述第一地图相对所述移动装置的滚动量滚动更新所述第一地图包括:
把所述第一地图向所述x轴方向移动滚动分量Δdx;
把所述第一地图向所述y轴方向移动滚动分量Δdy;
把所述第一地图向所述z轴方向移动滚动分量Δdz。
6.如权利要求1所述的三维地图生成方法,其特征在于:所述根据所述移动速度V和移动方向计算预设的第一地图相对所述移动装置的滚动量之前,还包括,
滤波处理所述移动速度V。
7.如权利要求1所述的三维地图生成方法,其特征在于:所述最大滚动量dmax小于所述第一地图在x轴方向、y轴方向或z轴方向最小长度的二分之一。
8.一种移动装置,所述移动装置包括存储器及处理器,存储器上存储有可在处理器上运行的三维地图生成程序,其特征在于:所述处理器执行所述三维地图生成程序时实现如权利要求1-7中任一所述的三维地图生成方法。
9.一种计算机可读存储介质,其上存储有三维地图生成程序,其特征在于:该三维地图生成程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的三维地图生成方法。
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