CN111239758A - 地图采集设备 - Google Patents

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CN111239758A
CN111239758A CN202010175423.2A CN202010175423A CN111239758A CN 111239758 A CN111239758 A CN 111239758A CN 202010175423 A CN202010175423 A CN 202010175423A CN 111239758 A CN111239758 A CN 111239758A
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laser radar
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刘军传
顾利民
马瑞宇
张少华
宋暖
周海明
谷孝东
曹葵康
徐一华
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Tztek Technology Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种地图采集设备，包括：底座；安装柱，所述安装柱设置在所述底座上；相机，所述相机设置在所述安装柱上，用于采集二维图像信息；激光雷达，所述激光雷达设置在所述安装柱上，用于采集三维点云信息；授时同步装置，所述授时同步装置设置在所述安装柱的腔室内且分别与所述相机和所述激光雷达电连接以对所述相机和所述激光雷达进行授时同步。根据本发明的地图采集设备，能够实现授时同步，惯导精度高且成本较低，且三维重建精度高。

Description

地图采集设备
技术领域
本发明涉及高精地图采集领域，具体涉及一种地图采集设备。
背景技术
现有的地图采集设备通常没有精准的授时同步功能，造成传感器(相机、激光雷达等)不能做到同步采集数据，影响地图的采集精度。
而且，目前通常采用单一惯导，例如，GPS(Global Positioning System，全球定位系统)惯导精度不高，光纤惯导成本过高，不能很好的满足用户需求。
市场上的地图采集设备边缘失真较为严重，影响三维重建精度，对于高精度地图采集有比较大的影响。
另外，现有的授时同步系统，当GPS信号丢失时，不能很好地保持高精度的授时，也会导致三维重建出现较大的误差。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种地图采集设备，能够实现授时同步，惯导精度高且成本较低，且三维重建精度高。
为解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种地图采集设备，包括：
底座；
安装柱，所述安装柱设置在所述底座上且内部形成有腔室；
相机，所述相机设置在所述安装柱上，用于采集二维图像信息；
激光雷达，所述激光雷达设置在所述安装柱上，用于采集三维点云信息；
授时同步装置，所述授时同步装置设置在所述安装柱的腔室内且分别与所述相机和所述激光雷达电连接以对所述相机和所述激光雷达进行授时同步。
进一步地，地图采集设备还包括组合惯导，所述组合惯导设置在所述安装柱的腔室内，所述组合惯导包括里程计、MEMS惯性传感器、GPS及惯导处理器；
里程计，所述里程计用于测量行程；
所述惯导处理器用于融合MEMS惯性传感器的数据和GPS的数据以生成融合数据，并基于所述里程计的数据对所述融合数据进行修正。
进一步地，所述授时同步装置包括电路板，所述电路板上设置有：
晶振，所述晶振用于提供计时脉冲信号；
CPLD处理器，所述CPLD处理器包括：
接收模块，所述接收模块接收所述晶振提供的计时脉冲信号；
授时模块，所述授时模块基于所述计时脉冲信号产生授时信号并将所述授时信号发送给所述相机和激光雷达以进行授时。
进一步地，所述接收模块还接收GPS发出的PPS脉冲信号；
所述CPLD处理器还包括：
计算模块，所述计算模块计算所述PPS脉冲信号和所述计时脉冲信号的第一差值；
所述授时模块还包括MCU处理器，所述MCU处理器接收所述第一差值并基于所述第一差值计算出第一纠偏信号；
所述晶振接收所述纠偏信号并基于所述纠偏信号进行纠偏。
进一步地，所述接收模块还接收所述GPS发出的GPRMC脉冲信号和所述电路板的时钟信号；
所述计算模块还计算所述GPRMC脉冲信号与所述时钟信号的第二差值；
所述授时模块基于所述第二差值对于所述授时信号的实时时钟进行纠偏。
进一步地，所述安装柱包括：
立柱，所述立柱安装在所述底座上；
五棱柱平台，所述五棱柱平台通过法兰盘连接在所述立柱上，所述相机的数量为5个，5个所述相机分别设置在所述五棱柱平台的5个侧面，且每个所述相机的水平视角为90度以上；
圆柱形平台，所述圆柱形平台设置在所述棱柱平台上面，所述激光雷达的数量为3个，其中1个所述激光雷达位于所述圆柱形平台的顶部且其余2个激光雷达位于所述圆柱形平台侧面且位于一条直径上，
所述腔室形成于所述五棱柱平台以及所述圆柱形平台内且相互贯通。
进一步地，地图采集设备还包括：
减震器，所述减震器设置在所述五棱柱平台的法兰盘的下表面。
进一步地，还包括温度调节装置，所述温度调节装置与所述相机相对设置，所述温度调节装置包括加热片、散热风扇、通风管道中的任意一种或多种。
进一步地，地图采集设备还包括：
存储装置，所述存储装置设置在所述底座上且与所述相机和所述激光雷达连接，用于存储所述相机与所述激光雷达采集的数据。
进一步地，地图采集设备还包括：
安装支架，所述安装支架连接在所述底座下方，且所述安装支架与车辆的车载行李架相适配，用于将所述地图采集设备连接在车辆的车载行李架上。
本发明的上述技术方案至少具有如下有益效果之一：
根据本发明的地图采集设备，包括底座、安装柱、相机、激光雷达及授时同步装置，能够实现相机和激光雷达精确的时间同步；进一步地，采用组合惯导与里程计结合，能够提供高精度惯导，且成本较低；
进一步地，通过设置晶振，利用该晶振产生的高精度脉冲信号进行授时，能够有效克服现有技术由于GPS信号弱导致的授时不精准的问题；
进一步地，结合GPS信号和晶振的信号，能够利用GPS信号对晶振的脉冲信号进行纠偏，能够更进一步提高精准度。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的地图采集设备的主视图；
图2为图1中的地图采集设备的俯视图；
图3为图1中的地图采集设备的安装柱的局部剖视图；
图4为图1中的地图采集设备的授时同步装置的模块示意图。
附图标记：
100、相机；110、镜头；120、镜头支撑座；130、相机加热片；200、激光雷达；300、安装柱；310、圆柱形平台；320、五棱柱平台；330、立柱；340、减震器；400、底座；500、授时同步装置；510、晶振；520、CPLD处理器；530、MCU处理器；600、组合惯导；700、里程计；800、安装支架；900、存储装置；1000、温度调节装置；1010、散热风扇；1020、加热片；1030、通风管道；10000、地图采集设备。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
图1至图4示出了根据本发明的地图采集设备10000可选实施例，主要用于采集高精地图。
如图1至图4所示，根据本发明的地图采集设备10000包括：底座400、安装柱300、相机100、激光雷达200及授时同步装置500。
其中，安装柱300设置在底座400上，且内部形成有腔室。
相机100设置在安装柱300上，用于采集二维图像信息。优选地，相机100包括镜头110、镜头支撑座120及相机加热片130。镜头支撑座120能够保护镜头，从而提高相机100的稳定性和安全性。相机加热片130用于对相机100进行加热，以避免温度较低影响相机工作，使得相机稳定性更高，且能在恶劣环境(寒冷环境)下工作。
激光雷达200设置在安装柱300上，用于采集三维点云信息。
授时同步装置500设置在安装柱300的腔室内且分别与相机100和激光雷达200电连接以对相机100和激光雷达200进行授时同步。
地图采集设备10000在工作的时候，授时同步装置500对相机100和激光雷达200进行授时，相机100和激光雷达200同步进行采集信息，相机100和激光雷达200之间、相机100之间及激光雷达200之间都能够做到时间的同步，便于精确采集信息，且便于后续的信息融合。
通过此地图采集设备10000可以采集到除地图的基本线路信息之外的精确信息，比如车道线左转右转标识、路牌信息、红绿灯信息，甚至环境里的树或者墙等目标信息，只要对自动驾驶有帮助的信息，都可以标注在高精地图里，能够提供更精确的环境信息。
根据本发明一些实施例，如图3所示，地图采集设备10000包括组合惯导600。
组合惯导600设置在安装柱的腔室内，包括里程计700、MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)惯性传感器、GPS及惯导处理器。其中，里程计700用于测量行程。
惯导处理器用于融合MEMS惯性传感器的数据和GPS的数据以生成融合数据，并基于里程计700的数据对融合数据进行修正。
单一的GPS的数据或MEMS惯性传感器的数据精度都不高，不能很好的满足用户需求。在GPS的基础上，寻找到与GPS能够实现互补的MEMS惯性传感器，以此提高数据精度，且能够控制成本。
通过惯导处理器对MEMS惯性传感器的数据和GPS的数据进行融合，通过算法优化数据，形成融合数据。由此，能够结合GPS和MEMS惯性传感器各自的优点，提升惯导精度。由此，能够精确采集车辆的位置、姿态信息，并与激光激光雷达200和相机100重建数据进行融合，更好地标识地图中的特征在GPS坐标系中的全局坐标，且成本较低。
融合数据存在随时间的积累误差逐渐增大，而里程计700的数据是直接测量得到，其误差不随时间变化，通过惯导处理器结合里程计700数据和融合数据，通过里程计700的数据对融合数据进行修正以减少误差，来有效控制误差随时间的增长，使得组合惯导600的精度提高。
进一步地，如图4所示，授时同步装置500包括电路板，电路板上设置有晶振510和CPLD(复杂可编程逻辑器件)处理器520。
其中，晶振510用于提供计时脉冲信号。
CPLD处理器520包括接收模块和授时模块。其中，接收模块接收晶振510提供的计时脉冲信号，授时模块基于计时脉冲信号产生授时信号并将授时信号发送给相机100和激光雷达200以进行授时。
也就是说，CPLD处理器520通过晶振510的计时脉冲信号对相机100和激光雷达200进行授时，实现相机100和激光雷达200时间上的同步，便于后续的信息融合。而且，由于晶振510准确度较高，不依赖外界信号，能够独立提供精确的时间，适用范围较广，能够使得CPLD处理器520能够在恶劣的环境条件下仍然能够提供精准的授时。进一步地，该晶振510例如可以选用OCXO晶振，更精准。
进一步地，接收模块还接收GPS发出的PPS(Pulse Per Second，秒脉冲)脉冲信号。
CPLD处理器520还包括计算模块，计算模块计算PPS脉冲信号和计时脉冲信号的第一差值。
授时模块还包括MCU(Microcontroller Unit，微处理单元)处理器，MCU处理器530接收第一差值并基于第一差值计算出纠偏信号。
晶振510接收第一纠偏信号并基于该纠偏信号进行纠偏。
晶振510的随着运作时间的增加有存在误差的可能，通过PPS脉冲信号对晶振510进行纠偏，能够使得晶振510的误差消除，晶振510从而能够提供更精准的计时脉冲，便于CPLD处理器520进行精准授时。由此，CPLD处理器520能够提供纳秒级精度的授时和时间同步服务。
进一步地，接收模块还接收GPS发出的GPRMC(推荐定位信息)脉冲信号和电路板的时钟信号。
计算模块还计算GPRMC脉冲信号与时钟信号的第二差值。
授时模块基于第二差值对于授时信号的实时时钟进行纠偏。
也就是说，通过GPRMC脉冲信号对时钟信号进行纠偏，能够得到精确的时钟信号，便于提供时间同步服务。
需要注意的是，以上只是可选地示例。此外，也可以结合GPS和晶振510进行授时。例如，当GPS信号比较强时，将GPS模块输出的PPS脉冲信号和GPRMC脉冲信号接入到CPLD处理器520中，PPS脉冲信号就是精准的1秒脉冲信号，系统每接收到一次PPS脉冲信号，就将其进行10倍倍频，用来触发相机、激光雷达采集一次数据，并用GPRMC脉冲信号中包含的GPS时间给相机100、激光雷达200和组合惯导600(或IMU(惯性测量单元))打时间戳；当GPS信号比较弱时，CPLD处理器520就切换到晶振510(例如OCXO高温晶振)，利用其产生的高精度计时脉冲信号计时，用计时的结果取代PPS脉冲信号和GPRMC脉冲信号给各传感器(相机100、雷达200等)授时，在GPS信号恢复时，CPLD处理器520又切换到使用GPS的PPS脉冲信号和GPRMC脉冲信号，同时CPLD处理器520还会计算PPS脉冲信号跟晶振计时脉冲信号的偏差，并将偏差结果以模拟信号的方式接入晶振510，对其进行校准。
根据本发明一些实施例，安装柱300包括立柱330、棱柱平台320及圆柱形平台310。
立柱330安装在底座400上。
五棱柱平台320，五棱柱平台320通过法兰盘连接在立柱330上，相机100的数量为5个，5个相机100分别设置在五棱柱平台320的5个侧面，且每个相机100的水平视角为90度以上。
采用5个相机100，采集的图像畸变小质量高，有利于保证三维重建的精度，避免了图像边缘失真严重。
例如，每个相机100的水平视角为90度，5个相机100一共450度，保证相邻两个相机100的图像有20°左右的重叠区域，便于图像之间的拼接和融合。
由此，能够提高三维重建的精度，得到精准的地图信息，且5个相机100可以通过授时同步装置500授时，实现图像采集的时间同步。
圆柱形平台310，圆柱形平台310设置在棱柱平台320上面，激光雷达200的数量为3个，其中1个激光雷达200位于圆柱形平台310的顶部且其余2个激光雷达200位于圆柱形平台310侧面且位于一条直径上，腔室形成于五棱柱平台以及圆柱形平台内且相互贯通。
大型车辆采集周围环境数据，由于车身的遮挡，单个激光雷达200不能提供完整的环境数据，通过3个激光雷达200同时采集不同区域的道路数据，能够提供全面的环境数据，3个激光雷达200可以通过授时同步装置500，且实现数据采集的时间同步。
需要注意的是，以上只是可选地示例，小型车辆且对周围环境数据要求精度不是太高的情况下，可以仅在圆柱形平台310的侧面设置1个激光雷达。
由此，能够形成一个结构紧凑且实用的安装柱300，为相机100、激光雷达200、以及内部元器件提供一个安全稳定的平台。
进一步地，地图采集设备还包括减震器340，减震器340设置在五棱柱平台320的法兰盘的下表面。
例如，如图3所示，减震器340位于五棱柱平台320底部的法兰盘下表面与立柱330的上部的法兰盘上表面之间。
在高速行进中，地图采集设备10000会有震动。通过减震器能够减少五棱柱平台320和圆柱形平台310的震动，从而提高了安装在五棱柱平台320和圆柱形平台310内部的相机100和激光雷达200的精度，避免由于震动造成图像采集不清晰、数据不准确等不良状况。同时，减震器也能够减少安装柱300内其他元器件的震动，从而提高地图采集设备10000的稳定性和精度。
根据本发明一些实施例，地图采集设备10000还包括温度调节装置1000，温度调节装置与相机相对设置，温度调节装置1000包括可以包括以下一种或多种：加热片1020、散热风扇1010、通风管道1030。
例如，如图3所示，温度调节装置1000包括加热片1020、散热风扇1010和通风管道1030。其中，通风管道1030连接五棱柱平台320底部的法兰盘，散热风扇1010设在通风管道1030的上方，加热片1020位于五棱柱平台320连接五棱柱平台320底部的法兰盘且靠近五棱柱平台320的内壁。
当温度过高的时候，散热风扇1010运转，能够散热，也可以将外界的气体经过通风管道1030吸进五棱柱平台320的腔室内，增加气体流动，更有利于散热。当温度过低的时候，通过加热片1020(例如陶瓷加热片)进行加热，使得元器件(相机100、激光雷达200等)得到热量，避免因为温度过低而导致运行出问题的情况。由此，通过温度调节装置1000能够使得地图采集设备在恶劣环境中运行，且能避免温度对元器件的损伤，提高地图采集设备的稳定性。
根据本发明一些实施例，地图采集设备10000还包括存储装置900，存储装置900设置在底座400上且与相机100和激光雷达200连接，用于存储相机100与激光雷达200采集的数据。
存储设备900可以包括固态硬盘、机械硬盘等。通过存储装置900能够将相机100、激光雷达200、系统数据等安全存储。存储装置900单独放置，可以使得机构比较简便，避免各种部件堆叠在一起影响设备的稳定性。而且，存储装置900单独设置方便读取数据，可以单独提取存储装置900，避免将整个地图采集设备10000进行拆卸和安装。
根据本发明一些实施例，地图采集设备10000还包括安装支架800。
安装支架800连接在底座400下方，且安装支架800与车辆的车载行李架相适配，用于将地图采集设备10000连接在车辆的车载行李架上。
例如，如图1所示，底座400的下方的两侧分别设置平行的钢管，用于卡合在车载行李架上，实现无损安装。
由此，能够实现无损安装，避免车辆进行打孔改装等有损改动。
以上所述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，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种地图采集设备(10000)，其特征在于，包括：
底座(400)；
安装柱(300)，所述安装柱(300)设置在所述底座(400)上且内部形成有腔室；
相机(100)，所述相机(100)设置在所述安装柱(300)上，用于采集二维图像信息；
激光雷达(200)，所述激光雷达(200)设置在所述安装柱(300)上，用于采集三维点云信息；
授时同步装置(500)，所述授时同步装置(500)设置在所述安装柱(300)的腔室内且分别与所述相机(100)和所述激光雷达(200)电连接以对所述相机(100)和所述激光雷达(200)进行授时同步。
2.根据权利要求1所述的地图采集设备(10000)，其特征在于，还包括组合惯导(600)，所述组合惯导(600)设置在所述安装柱(300)的腔室内，所述组合惯导(600)包括里程计(700)、MEMS惯性传感器、GPS及惯导处理器；
里程计(700)，所述里程计(700)用于测量行程；
所述惯导处理器用于融合MEMS惯性传感器的数据和GPS的数据以生成融合数据，并基于所述里程计(700)的数据对所述融合数据进行修正。
3.根据权利要求2所述的地图采集设备(10000)，其特征在于，所述授时同步装置(500)包括电路板，所述电路板上设置有：
晶振(510)，所述晶振(510)用于提供计时脉冲信号；
CPLD处理器(520)，所述CPLD处理器(520)包括：
接收模块，所述接收模块接收所述晶振(510)提供的计时脉冲信号；
授时模块，所述授时模块基于所述计时脉冲信号产生授时信号，并将所述授时信号发送给所述相机(100)和激光雷达(200)以进行授时。
4.根据权利要求3所述的地图采集设备(10000)，其特征在于，
所述接收模块还接收GPS发出的PPS脉冲信号；
所述CPLD处理器(520)还包括：
计算模块，所述计算模块计算所述PPS脉冲信号和所述计时脉冲信号的第一差值；
所述授时模块还包括MCU处理器(530)，所述MCU处理器(530)接收所述第一差值并基于所述第一差值计算出纠偏信号；
所述晶振(510)接收所述纠偏信号并基于所述纠偏信号进行纠偏。
5.根据权利要求4所述的地图采集设备(10000)，其特征在于，
所述接收模块还接收所述GPS发出的GPRMC脉冲信号和所述电路板的时钟信号；
所述计算模块还计算所述GPRMC脉冲信号与所述时钟信号的第二差值；
所述授时模块基于所述第二差值对于所述授时信号的实时时钟进行纠偏。
6.根据权利要求1所述的地图采集设备(10000)，其特征在于，所述安装柱(300)包括：
立柱(330)，所述立柱(330)安装在所述底座(400)上；
五棱柱平台(320)，所述五棱柱平台(320)通过法兰盘连接在所述立柱(330)上，所述相机(100)的数量为5个，5个所述相机(100)分别设置在所述五棱柱平台(320)的5个侧面，且每个所述相机(100)的水平视角为90度以上；
圆柱形平台(310)，所述圆柱形平台(310)设置在所述棱柱平台上面，所述激光雷达(200)的数量为3个，其中1个所述激光雷达(200)位于所述圆柱形平台(310)的顶部且其余2个激光雷达(200)位于所述圆柱形平台(310)侧面且位于一条直径上，
所述腔室形成于所述五棱柱平台(320)以及所述圆柱形平台(310)内且相互贯通。
7.根据权利要求6所述的地图采集设备(10000)，其特征在于，还包括：
减震器(340)，所述减震器(340)设置在所述五棱柱平台(320)的法兰盘的下表面。
8.根据权利要求1所述的地图采集设备(10000)，其特征在于，还包括温度调节装置(1000)，所述温度调节装置(1000)与所述相机(100)相对设置，所述温度调节装置(1000)包括加热片(1010)、散热风扇(1010)、通风管道(1030)中的任意一种或多种。
9.根据权利要求1所述的地图采集设备(10000)，其特征在于，还包括：
存储装置(900)，所述存储装置(900)设置在所述底座(400)上且与所述相机(100)和所述激光雷达(200)连接，用于存储所述相机(100)与所述激光雷达(200)采集的数据。
10.根据权利要求1所述的地图采集设备(10000)，其特征在于，还包括：
安装支架(800)，所述安装支架(800)连接在所述底座(400)下方，且所述安装支架(800)与车辆的车载行李架相适配，用于将所述地图采集设备(10000)连接在车辆的车载行李架上。
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