CN111679282A - 一种面向集装箱仓储环境的地图表示与定位方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种面向集装箱仓储环境的地图表示与定位方法、系统、介质及设备，此方法包括步骤：1)建立仓储环境地图；2)对仓储环境地图进行编辑，生成基于集装箱方框边缘的得分图，以进行地图表示；3)基于得分图进行定位匹配。本发明还公开了一种面向集装箱仓储环境的地图表示与定位系统，包括建立模块，用于建立仓储环境地图；生成模块，用于对仓储环境地图进行编辑，生成基于集装箱方框边缘的得分图，以进行地图表示；定位模块，用于基于得分图进行定位匹配。本发明具有成本低、灵活性高、定位精度高等优点。

Description

一种面向集装箱仓储环境的地图表示与定位方法及系统
技术领域
本发明主要涉及地图表示与定位技术领域，特指一种面向集装箱仓储环境的地图表示与定位方法、系统、介质及设备。
背景技术
目前在港口环境中，建立地图的方法主要采用激光雷达进行同时定位与地图构建(Simultaneous Localization And Mapping，SLAM)。其中，传统的港口定位方法主要有磁条引导、色带或者二维码引导。此类方法在操作和使用方面具有一定优势，但是由于此类方法所需的标识材质需要固定安装且为损耗件，在灵活性以及使用时间上必须根据需要进行更换。而采用激光引导的方法大多数采用反射板和三角定位原理进行，依然存在前期施工以及标定问题。另外，由于港口集装箱的特殊环境，集装箱经常移动，建立的高精度地图在实时定位中存在很大的影响；同样，由于环境中存在许多金属物体，采用GPS定位精度会受到很大的影响，精度很差。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种成本低、灵活性高、定位精度高的面向集装箱仓储环境的地图表示与定位方法、系统、介质及设备。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种面向集装箱仓储环境的地图表示与定位方法，
1)建立仓储环境地图；
2)对仓储环境地图进行编辑，生成基于集装箱方框边缘的得分图，以进行地图表示；
3)基于得分图进行定位匹配。
作为上述技术方案的进一步改进：
在步骤2)中，在仓储环境地图中编辑集装箱边界位置，将其得分设置为最高值；将编辑后的地图按集装箱边界由内向外按照高斯分布设置得分，生成得分图；其中集装箱摆放时边界与地图中集装箱边界距离服从高斯分布。
在步骤2)中，当激光雷达点落在集装箱上时，获取对应地图该点的得分，统计所有激光雷达点的得分作为该位置的得分。
在步骤3)中，预设初始位置，在该位置一定范围内遍历每个候选像素点，将最高得分位置确定为当前帧激光雷达的最优位置。
在步骤3)中，采用图像金字塔定位匹配方法进行定位匹配。
所述图像金字塔定位匹配方法的具体过程为：
提取初始位置为中心的感兴趣区域ROI；
建立感兴趣区域ROI的图像金字塔；
从顶层开始搜索最大得分位置，将位置传到下一层金字塔，直至底层金字塔；
外层循环采用角度遍历，内层循环采用位置遍历。
在步骤1)中，通过单线激光雷达建立仓储环境地图。
本发明还公开了一种面向集装箱仓储环境的地图表示与定位系统，包括
建立模块，用于建立仓储环境地图；
生成模块，用于对仓储环境地图进行编辑，生成基于集装箱方框边缘的得分图，以进行地图表示；
定位模块，用于基于得分图进行定位匹配。
本发明进一步公开了一种计算机可读存储介质，其上储存有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的面向集装箱仓储环境的地图表示与定位方法的步骤。
本发明还公开了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器上储存有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的面向集装箱仓储环境的地图表示与定位方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的面向集装箱仓储环境的地图表示与定位方法，采用得分图进行地图表示，无需关注集装箱位置移动，能够适用于集装箱仓储等多变的环境中；本发明相对于传统定位方法，不需要布置磁条导轨、色带或者二维码等外部损耗件，成本低且灵活性高；相对于反射板激光引导方法，该方法不需要布置反光板，解决前期施工以及标定问题；相对于高精度地图定位以及GPS方法，该方法不采用高精度地图进行定位，消除GPS不准以及集装箱移动带来的定位精度差的问题，定位精度高。本发明的面向集装箱仓储环境的地图表示与定位方法，采用图像金字塔定位匹配方法，加速定位匹配速度，能够更快找到正确的匹配结果。
附图说明
图1为本发明的方法在实施例的流程图。
图2为本发明的集装箱边界位置示意图(其中填充的方框代表集装箱；细实线代表集装箱边界；粗实线代表雷达达到集装箱位置；a代表激光雷达)。
图3为本发明的集装箱边界得分波形图。
图4为本发明的集装箱得分图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
如图1所示，本实施例的面向集装箱仓储环境的地图表示与定位方法，包括步骤：
1)通过高精度单线激光雷达，建立仓储环境地图；
2)对仓储环境地图进行编辑，生成基于集装箱方框边缘的得分图(灰色图)，以进行地图表示；
3)基于得分图进行定位匹配。
本发明的面向集装箱仓储环境的地图表示与定位方法，采用得分图进行地图表示，无需关注集装箱位置移动，能够适用于集装箱仓储等多变的环境中；本发明相对于传统定位方法，不需要布置磁条导轨、色带或者二维码等外部损耗件，成本低且灵活性高；相对于反射板激光引导方法，该方法不需要布置反光板，解决前期施工以及标定问题；相对于高精度地图定位以及GPS方法，该方法不采用高精度地图进行定位，消除GPS不准以及集装箱移动带来的定位精度差的问题，定位精度高。
本实施例中，在步骤2)中，在仓储环境地图中编辑集装箱边界位置，如图2中黑色边框所示，将其得分设置为最高值(如灰度图的255)；将编辑后的地图按集装箱边界由内向外按照高斯分布设置得分，生成得分图，最终集装箱边界得分如图3所示；其中集装箱摆放时边界与地图中集装箱边界距离服从高斯分布。
本实施例中，采用灰度图表示地图，每个像素的值为根据图3计算的得分，每个像素表示实际世界坐标系下的一厘米；根据图2生成的集装箱地图如图4所示。当激光雷达点落在集装箱上时，获取对应地图该点的得分，统计所有激光雷达点的得分作为该位姿的得分。
根据里程计给定初始值，在该位置一定范围内遍历每个候选像素点，将最高得分位置确定为当前帧激光雷达的最优位置。例如某一时刻初始位置为(x_i,y_i,theta_i)，根据里程计预测下一时刻估计位置为(x_i1,y_i1,theta_i1)，当前帧激光雷达点云L{L_1,L_2,...,L_k}；位置范围为(x_i1,y_i1,theta_i1)的一个10x10个像素，角度范围为5°/0.5°个角度值范围内进行遍历；获取当前帧激光雷达在候选位置的得分，取最高得分为下一时刻位置(x_i+1,y_i+1,theta_i+1)。
本实施例中，在步骤3)中，采用图像金字塔定位匹配方法进行定位匹配，具体过程为：
3.1)提取初始位置为中心的感兴趣区域ROI；
3.2)建立感兴趣区域ROI的图像金字塔；
3.3)从顶层开始搜索最大得分位置，将位置传到下一层金字塔，直至底层金字塔；
3.4)外层循环采用角度遍历，内层循环采用位置遍历。
本发明的面向集装箱仓储环境的地图表示与定位方法，采用图像金字塔定位匹配方法，加速定位匹配速度，能够更快找到正确的匹配结果。
本发明还公开了一种面向集装箱仓储环境的地图表示与定位系统，包括
建立模块，用于建立仓储环境地图；
生成模块，用于对仓储环境地图进行编辑，生成基于集装箱方框边缘的得分图，以进行地图表示；
定位模块，用于基于得分图进行定位匹配。
本发明的面向集装箱仓储环境的地图表示与定位系统，用于执行如上所述的方法，同样具有如上方法所述的优点。
本发明进一步公开了一种计算机可读存储介质，其上储存有计算机程序，计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的面向集装箱仓储环境的地图表示与定位方法的步骤。本发明还公开了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器上储存有计算机程序，计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的面向集装箱仓储环境的地图表示与定位方法的步骤。
本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一个计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一个计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种面向集装箱仓储环境的地图表示与定位方法，其特征在于，包括步骤：
1)建立仓储环境地图；
2)对仓储环境地图进行编辑，生成基于集装箱方框边缘的得分图，以进行地图表示；
3)基于得分图进行定位匹配。
2.根据权利要求1所述的面向集装箱仓储环境的地图表示与定位方法，其特征在于，在步骤2)中，在仓储环境地图中编辑集装箱边界位置，将其得分设置为最高值；将编辑后的地图按集装箱边界由内向外按照高斯分布设置得分，生成得分图；其中集装箱摆放时边界与地图中集装箱边界距离服从高斯分布。
3.根据权利要求2所述的面向集装箱仓储环境的地图表示与定位方法，其特征在于，在步骤2)中，当激光雷达点落在集装箱上时，获取对应地图该点的得分，统计所有激光雷达点的得分作为该位置的得分。
4.根据权利要求3所述的面向集装箱仓储环境的地图表示与定位方法，其特征在于，在步骤3)中，预设初始位置，在该位置一定范围内遍历每个候选像素点，将最高得分位置确定为当前帧激光雷达的最优位置。
5.根据权利要求4所述的面向集装箱仓储环境的地图表示与定位方法，其特征在于，在步骤3)中，采用图像金字塔定位匹配方法进行定位匹配。
6.根据权利要求5所述的面向集装箱仓储环境的地图表示与定位方法，其特征在于，所述图像金字塔定位匹配方法的具体过程为：
提取初始位置为中心的感兴趣区域ROI；
建立感兴趣区域ROI的图像金字塔；
从顶层开始搜索最大得分位置，将位置传到下一层金字塔，直至底层金字塔；
外层循环采用角度遍历，内层循环采用位置遍历。
7.根据权利要求1～6中任意一项所述的面向集装箱仓储环境的地图表示与定位方法，其特征在于，在步骤1)中，通过单线激光雷达建立仓储环境地图。
8.一种面向集装箱仓储环境的地图表示与定位系统，其特征在于，包括
建立模块，用于建立仓储环境地图；
生成模块，用于对仓储环境地图进行编辑，生成基于集装箱方框边缘的得分图，以进行地图表示；
定位模块，用于基于得分图进行定位匹配。
9.一种计算机可读存储介质，其上储存有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被处理器运行时执行如权利要求1～7中任意一项所述的面向集装箱仓储环境的地图表示与定位方法的步骤。
10.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器上储存有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被处理器运行时执行如权利要求1～7中任意一项所述的面向集装箱仓储环境的地图表示与定位方法的步骤。
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