CN111862215B - 一种计算机设备定位方法、装置、计算机设备和存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种计算机设备定位方法、装置、计算机设备和存储介质，其中，该方法包括：获取计算机设备内至少两个顶视传感器的顶视数据集以及定位装置的定位数据集，其中，所述顶视数据集包括计算机设备所处建筑物的内顶面的数据；统一所述顶视数据集的坐标系，并基于定位数据集确定顶视数据集与局部地图的位姿变换；根据所述位姿变换将顶视数据集添加到所述局部地图；根据所述局部地图在全局地图确定所述计算机设备的位置。本发明实施例，通过多个顶视传感器拓展计算机设备的数据采集视野，提高了定位功能的稳定性，通过建筑物内顶面的数据降低周围环境变化对计算机设备定位功能的影响，提高了计算机定位功能的鲁棒性。

Description

一种计算机设备定位方法、装置、计算机设备和存储介质

技术领域

本发明实施例涉及自动化控制技术领域，尤其涉及一种计算机设备定位方法、装置、计算机设备和存储介质。

背景技术

随着科技技术的不断发展，移动计算机设备逐渐出现在生活的方方面面，如，车站中的清洁机器人、商场中的导购机器人和餐厅中的送餐机器人等，为了实现在不同场景中的不同功能，首先要解决的就是计算机设备的定位问题，计算机设备需要通过所处的环境确定出自身的位置，从而根据用户预先设定或者即时下达的指令实现相应功能。

现有的技术中计算机设备使用相机和激光雷达采集数据并根据采集到的数据实现定位，然而相机和激光雷达等采集设备都是安装在计算机设备的前方，采集计算机设备前方环境的数据，数据存在局限只能反应某一时刻当前环境状态。现实中环境会随着时间变化，当环境参数发生改变时，容易导致计算机设备定位精确度下降，制约了计算机设备的应用场景。并且传统的技术方案中常采用单个激光雷达采集数据，激光雷达的视野较小导致定位稳定性较差，降低了计算机设备定位的精确度。

发明内容

本发明提供一种计算机设备定位方法、装置、计算机设备和存储介质，以实现计算机设备的精确定位，拓展数据的采集视野，提高计算机设备定位的稳定性。

第一方面，本发明实施例提供了一种计算机设备定位方法，该方法包括：

获取计算机设备内至少两个顶视传感器的顶视数据集以及定位装置的定位数据集，其中，所述顶视数据集包括计算机设备所处建筑物的内顶面的数据；

统一所述顶视数据集的坐标系，并基于定位数据集确定顶视数据集与局部地图的位姿变换；

根据所述位姿变换将顶视数据集添加到所述局部地图；

根据所述局部地图在全局地图确定所述计算机设备的位置。

第二方面，本发明实施例提供了一种计算机设备定位装置，该装置包括：

数据采集模块，用于获取计算机设备内至少两个顶视传感器的顶视数据集以及定位装置的定位数据集，其中，所述顶视数据集包括计算机设备所处建筑物的内顶面的数据；

坐标统一模块，用于统一所述顶视数据集的坐标系，并基于定位数据集确定顶视数据集与局部地图的位姿变换；

局部地图模块，用于根据所述位姿变换将顶视数据集添加到所述局部地图；

全局地图模块，用于根据所述局部地图在全局地图确定所述计算机设备的位置。

第三方面，本发明实施例提供了一种计算机设备，该设备包括：

一个或多个处理器；

存储器，用于存储一个多个程序；

至少一个顶视传感器，用于获取顶视数据集，顶视数据集计算机设备所处建筑物的内顶面的数据；

至少一个定位装置，用于获取辅助计算机设备定位的定位数据集；

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实现如本发明实施例中任一所述的计算机设备定位方法。

第四方面，本发明实施例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如本发明实施例中任一所述的计算机设备定位方法。

本发明实施例，通过获取至少两个顶视传感器的顶视数据集和定位装置的定位数据集，顶视数据集包括建筑物内顶面的数据，将各顶视传感器的顶视数据集统一到相同坐标系，并通过定位数据集确定顶视数据集与局部地图之间的位姿变换，使用位姿变换将顶视数据集添加到局部地图，通过匹配局部地图和全局地图确定计算机设备的位置，实现了计算机设备定位的准确性，拓展了传感器的数据采集视野，提高了计算机设备定位的稳定性，可以降低环境变化对定位准确性的影响，提高了计算机设备定位功能的鲁棒性。

附图说明

图1是现有技术中计算机设备数据采集的示例图；

图2是本发明实施例提供的一种计算机设备数据采集的示例图；

图3是本发明实施例一提供的一种计算机设备定位方法的流程图；

图4是本发明实施例一提供的一种数据采集视野的示例图；

图5是本发明实施例一提供的一种姿态示意图；

图6是本发明实施例二提供的一种计算机设备定位方法的流程图；

图7是本发明实施例二提供的一种计算机设备定位方法的示例图；

图8是本发明实施例三提供的一种计算机设备定位装置的结构示意图；

图9是本发明实施例四提供的一种计算机设备的结构示意图。

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，此外，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

图1是现有技术中计算机设备数据获取的示例图，参见图1，现有技术采集物体的传感器2常设置在计算机设备1的前方，通过传感器2采集计算机设备1前方对象3的数据，由于在现实生活中，对象3放置在地面上可以随着时间变化而更改位置，因此对象3的数据只能在一段时间内具有准确性，甚至当对象3具体为人时，会随时发生位置改变，计算机设备1采集到的数据无法用于计算机设备定位。而参见图2，本申请实施例提供的采集数据的传感器20设置在计算机设备10的顶部，在实际环境中，在计算机设备所处建筑物内竖直方向上的物体，例如，天花板、灯具和装饰物等物品常处于固定状态，短时间内不会发生较大的改变，本申请通过设置在计算机设备10顶部的传感器20在计算机设备所处的建筑物内顶面上采集对象30的数据，降低对象30位置改变的机率，减少动态物体对定位的影响，从而提高定位的准确性，增强在商场和超市等场景的定位效果。

实施例一

图3是本发明实施例一提供的一种计算机设备定位方法的流程图，本实施例可适用于计算机设备定位的情况，该方法可以由计算机设备定位装置来执行，该装置可以采用硬件和/或软件的方式来实现，参见图3，本发明实施例提供的计算机设备定位方法具体包括如下步骤：

步骤101、获取计算机设备内至少两个顶视传感器的顶视数据集以及定位装置的定位数据集，其中，所述顶视数据集包括计算机设备所处建筑物的内顶面的数据。

其中，顶视传感器可以是采集计算机设备所处环境的传感器，顶视传感器的数据采集方向可以为计算机设备所处的建筑物的顶部方向，顶视数据集可以由顶视传感器采集的数据组成，该数据的数据来源为计算机设备所处建筑物的内顶面，可以包括天花板、吊灯、空调口或者装饰物等，进一步的，顶视传感器采集到的数据可以具体为轮廓数据、深度数据和纹理数据中至少一种。定位装置可以是获取计算机设备位置信息的装置，可以将定位装置采集到的位置信息存储为定位数据集，定位装置可以包括轮式编码器、基站定位、卫星导航和惯性导航等。

具体的，计算机设备中至少设置有两个顶视传感器，两个顶视传感器在建筑物内顶面上采集数据的方向和范围可以不同，图4是本发明实施例一提供的一种数据采集视野的示例图，顶视传感器1和顶视传感器2设置在计算机设备的顶部，顶视传感器1和顶视传感器2的数据采集视野为建筑物的竖直方向，顶视传感器1和顶视传感器2的数据采集视野可以为不同位置，实现了计算机设备数据采集视野的拓展，可以理解的是，顶视数据集可以为一个或者多个，每个顶视传感器可以对应一个顶视数据集，也可以所有顶视传感器对应同一个顶视数据集，由于顶视传感器在计算机设备中的位置不同，不同计算机设备采集到的数据的坐标系可以不同。定位装置可以为轮式编码器可以设置在计算机设备的主传动轴可以采集计算机设备位移。

步骤102、统一所述顶视数据集的坐标系，并基于定位数据集确定顶视数据集与局部地图的位姿变换。

其中，坐标系可以辅助描述对象位置的信息，由于顶视传感器在计算机设备的安装位置不同，采集到的数据的坐标系位置不同，需要将顶视数据集的坐标系进行统一，使得顶视数据集内的数据为相同坐标系。位姿变换可以是顶视数据集与局部地图之间由于坐标系不同导致的坐标误差，位姿变换可以表示顶视数据集与局部地图之间的相对位置关系。局部地图可以是由三维点云数据和/或三维深度数据组成，局部地图可以反应计算机设备在一段时间内采集到的建筑物对象的数据。

在本发明实施例中，可以将顶视数据集内数据的坐标系统一，统一坐标系的方法可以包括选择一个基准坐标系，将顶视数据集内的数据转换到基准坐标系，或者，随机选择一个目标数据，将其他数据转换到该目标数据对应的坐标系下。将顶视数据集统一坐标系后，可以确定出体现顶视数据集与局部地图相对位置关系的位姿变换，可以使用定位数据集确定出初始位姿变换，通过初始位姿变换对定位数据集进行变换后，与局部地图进行匹配，可以确定出匹配度最高位置对应的位姿作为顶视数据集与局部地图之间的位姿变换。

步骤103、根据所述位姿变换将顶视数据集添加到所述局部地图。

在本发明实施例中，可以通过位姿变换将顶视数据集内数据对应的坐标系同步到局部地图对应的坐标系下，然后将变换后的顶视数据集添加到局部地图中。

示例性的，位姿变换可以表示为数据/>则将顶视数据集中数据转换到局部地图的坐标系的过程可以表示为：

其中，计算机设备旋转角度t表示数据在以计算机设备为坐标系原点的坐标系下的位置坐标，t′表示数据在局部地图对应坐标系下位置坐标，θ表示计算机设备的翻滚角。

步骤104、根据所述局部地图在全局地图确定所述计算机设备的位置。

其中，全局地图可以表示计算机设备所处环境的环境数据，全局地图可以是三维深度数据或者三维点云数据，全局地图的建立可以早于计算机设备定位，例如，可以控制计算机设备在当前环境中行走一圈或者多圈，通过传感器获取当前环境中的环境数据，通过将环境数据拼接生成。进一步的，在本发明实施例中，全局地图可以由局部地图拼接生成。

具体的，可以通过局部地图在全局地图进行匹配，确定局部地图与全局地图匹配程度最高的数据，可以通过该数据的位置确定出计算机设备所处位置，由于计算机设备内顶面上的数据的差别较小，通过采用局部地图匹配的方式增强计算机设备所处位置的特征，从而提高计算机设备定位的准确度。

本发明实施例，通过至少两个顶视传感器采集建筑物内顶面的数据，将数据组成顶视数据集，以及通过定位装置获取计算机设备的定位数据集，对顶视数据集内数据的坐标系统一后，基于定位数据确定出顶视数据集与局部地图之间的位姿变换，使用位姿变换调整顶视数据集后添加到局部地图，由添加顶视数据集后的局部地图匹配全局地图确定出计算机设备所处位置，实现了计算机设备的精确定位，拓展了顶视数据集的数据采集视野，可增强定位功能的稳定性，可降低环境变化对计算机定位功能的影响。

进一步的，在上述发明实施例的基础上，所述至少两个顶视传感器的数据采集视野存在相交区域。

其中，数据采集视野可以是顶视传感器的数据采集范围，数据采集视野的大小和范围可以与顶视传感器的种类相关，进一步的，数据采集视野的范围还可以受到顶视传感器在计算机设备顶部安装位置的影响。

具体的，计算机设备中安装至少两个顶视传感器，各顶视传感器之间的存在相交区域，可以便于标定各顶视传感器之间的外参，能够提高测距数据的准确性。其中，外参可以是用于顶视传感器在三维空间中相当于参考坐标系的位姿，位姿包括位置和姿态，位置由三维空间坐标X,Y和Z表示，姿态包括航向角、俯仰角以及翻滚角，图5是本发明实施例一提供的一种姿态示意图，参见图5，计算机设备在X-Z面转动的角度可以称为俯仰角，计算机设备在X-Y面转动的的角度可以称为航向角，计算机设备在Y-Z面转动的角度可以称为翻滚角。

进一步的，在上述发明实施例的基础上，所述顶视传感器设置在所述计算机设备的顶部。

具体的，可以将顶视传感器设置在计算机设备的顶部，可以采集到计算机设备顶部方向对应的建筑物内顶面，防止周围物体对顶视传感器的遮挡，提高建筑物内顶面数据采集的准确性，增强计算机设备定位的准确性。

进一步的，在上述发明实施例的基础上，所述所述顶视传感器的数据采集视野被障碍物遮挡时，改变所述顶视传感器的方向以使所述顶视传感器的数据采集视野不被所述障碍物遮挡，其中，所述障碍物位于所述计算机设备与所述内顶面之间。

其中，数据采集视野可以是顶视传感器采集数据的范围，数据采集视野可以由顶视传感器的种类和设置位置决定。障碍物可以是计算机设备与计算机设备所处建筑物内顶面之间的物体，能够妨碍顶视传感器采集内顶面数据。

在本发明实施例中，顶视传感器与计算机设备之间可以设置有运动装置，当检测到顶视传感器的数据采集视野被障碍物遮挡时，可以控制运动装置改变顶视传感器的安装角度和安装位置等，减少或者避免障碍物对顶视传感器数据采集视野的影响。

实施例二

图6是本发明实施例二提供的一种计算机设备定位方法的流程图，本发明实施例是以上述实施例为基础的具体化，通过顶视数据集内数据的坐标系确定基准坐标系，并根据基准坐标系转换顶视数据集，参见图6，本发明实施例提供的方法包括如下步骤：

步骤201、获取计算机设备内至少两个顶视传感器的顶视数据集以及定位装置的定位数据集，其中，所述顶视数据集包括计算机设备所处建筑物的内顶面的数据。

步骤202、将顶视数据集内的数据的坐标系转换为笛卡尔坐标系，其中，不同顶视传感器对应的顶视数据集的笛卡尔坐标系的坐标原点不同。

其中，笛卡尔坐标系可以是各数轴上度量单位相等的坐标系，由于采集数据的顶视传感器的种类不同，顶视数据集中数据的坐标系可以不同。因此，可以先将顶视数据集内的数据全部转换到笛卡尔坐标系，不同的顶视传感器采集到的数据在不同的笛卡尔坐标系中的坐标原点不同。

具体的，以各顶视传感器为原点建立至少一个笛卡尔坐标系，将顶视数据集内的数据按照对应的顶视传感器将坐标转化到对应笛卡尔坐标系下。

步骤203、在各笛卡尔坐标系中选择基准坐标系，并确定笛卡尔坐标系与基准坐标系的外参。

其中，基准坐标系可以是数据坐标系转换的目标坐标系，顶视数据集中的所有数据最终可以转换到基准坐标系下，外参可以是各笛卡尔坐标系之间的相对位置关系，可以由顶视传感器在计算机设备中的安装位置确定，外参可以包括各顶视传感器之间的位置和姿态的对应关系。

在本发明实施例中，可以在建立的各笛卡尔坐标系中随机选择一个笛卡尔坐标系作为基准坐标系，分别确定基准坐标系与其他笛卡尔坐标系之间的外参，外参可以包括姿态的变化量和位置变化量等，外参可以通过计算机设备内置的传感器测取，例如，通过角度传感器确定出各顶视传感器之间的角度差异，可以将该角度差异作为姿态变化量。

步骤204、根据外参将对应顶视数据集内的数据转换到基准坐标系。

具体的，不同的笛卡尔坐标系与基准坐标系之间的外参不同，确定各数据对应的外参，通过外参调整各数据的数据坐标，使得数据点坐标转化到基站坐标系，实现顶视数据集内数据的转换。

步骤205、根据定位数据集确定出不同时刻的计算机设备的初始位姿变化。

其中，定位数据集中的数据是在不同时刻获取到的计算机设备的位置信息，位置信息具体可以是卫星导航信息、惯性导航信息或者里程计信息等。

在本发明实施例中，可以提取定位数据集中各位置信息对应的时间戳信息，可以通过组合两个时间戳信息确定出一个时刻，可以将该时刻对应的两个位置信息的变化量作为该时刻计算机设备对应的初始位姿变化，进一步的，为了提高初始位姿变化的准确性，可以选择距离当前时间最近的两个时间戳信息，可以将定位数据集中这两个时间戳信息对应的位置信息的变换量作为初始位姿变化。

步骤206、根据初始位姿变化变换顶视数据集内数据的坐标。

在本发明实施例中，可以将通过定位数据确定出的初始位姿变换作为对顶视数据集进行坐标系转换的参数，将顶视数据集中的数据的坐标系转换到局部地图对应的坐标系，例如，当初始位姿变化以转换矩阵的形式表示时，可以通过数据的坐标与初始位姿变换作乘法运算，将生成的坐标作为位姿转换后的数据的坐标。

步骤207、通过变换后的顶视数据集与局部地图进行匹配，根据生成的匹配结果确定顶视数据集与局部地图的位姿变换。

具体的，在对顶视数据集中各数据进行位姿转换后，可以将数据与局部地图中的数据进行匹配，获取到数据与局部地图的匹配度，局部地图中包括最近一帧或者多帧的数据，可以将局部地图中的数据与测试数据集中的数据进行匹配，获取到对应的匹配度。匹配顶视数据集与局部地图的方式可以包括分别提取顶视数据集中数据的特征值以及提取局部地图中数据的特征值，可以对比两个特征值确定出匹配度，也可以将数据直接与局部地图中的数据进行匹配，确定出匹配度。进一步的，顶视数据集与局部地图匹配的方式可以包括：将顶视数据集的数据投射到局部地图所处的平面栅格坐标系内，针对所述平面栅格坐标系的栅格，通过预设公式在高斯分布上确定各所述数据对应高度投影与所述栅格内局部地图对应的高度值匹配的概率，将各所述概率之和作为顶视数据集与局部地图的匹配率；其中，预设公式包括：Score表示匹配率，k表示落在栅格内顶视数据集内数据的数量，h_i表示经过初始位姿变换转换后的数据的高度投影，μ和σ表示局部地图内高度值符合的高斯分布参数。

在本发明实施例中，顶视数据集可以与局部地图中的不同位置上的数据进行对比，分别确定出顶视数据集与该局部地图对应位置的匹配度，当匹配度的数值大于其他匹配度时，顶视数据集可以与局部地图中对应位置最匹配，可以根据顶视数据集的数据与该位置出的数据之间的相对位置变化作为顶视数据集与局部地图的位姿变换。

步骤208、根据位姿变换变换顶视数据集内的数据的坐标。

其中，位姿变换可以反映顶视数据集与局部地图之间的相对位置变换，包括位置的差异和姿态的差异。

具体的，通过位姿变换调整顶视数据集内数据的坐标，使得调整后的坐标位于局部地图所处的坐标系。例如，当位姿变换具体为转换矩阵时，可以将各顶视数据集内的数据坐标与该转换矩阵的乘积作为调整后数据的坐标。

步骤209、按照坐标将顶视数据集内的数据添加到局部地图中相应位置。

在本发明实施例中，可以根据反映位置信息的坐标将数据根据其对应的坐标添加到局部地图中对应位置，例如，可以局部地图的数据投影到X-Y平面内，该平面内可以由横坐标和纵坐标划分为若干栅格，可以将顶视数据集的数据同样映射到该X-Y平面，测距距离投影对应的栅格，可以将该顶视数据集的竖坐标Z值补充到对应的栅格内，实现数据添加到局部地图。

步骤210、生成局部地图与全局地图的转换关系。

其中，转换关系可以是局部地图转换到全局地图的变换参数，可以表示局部地图与全局地图坐标系之间的相对位置关系，包括位置变换量和姿态变换量等。

在本发明实施例中，由于局部地图和全局地图的坐标系可以不同，因此需要确定出局部地图与全局地图之间的转换关系，可以将局部地图中的数据与全局地图中的数据进行匹配确定出对应的匹配率，可以选择其中匹配率最高的数据，确定该数据与局部地图中数据的位置变化量和姿态变化量。

步骤211、根据所述转换关系调整所述局部地图内数据的坐标。

具体的，可以按照转换关系调整局部地图内数据的坐标，使得局部地图内数据的坐标系与全局地图的坐标系相同。

步骤212、通过调整坐标后的局部地图与全局地图的匹配度确定出计算机设备的位置。

具体的，可以将局部地图与全局地图进行匹配确定局部地图与全局地图的匹配度，可以根据匹配度确定出计算机设备的位置，例如，确定数值最大的匹配度，将该匹配度对应的全局地图中的数据对应的位置作为计算机设备的位置，或者，将匹配度和计算机位姿代入预设的非线性优化公式，通过迭代优化确定出计算机位姿，将该位姿中的位置作为计算机设备的位置。

示例性的，可以匹配度其中Score表示匹配率，k表示局部地图中数据的数量，h_i表示经过数据的高度投影，μ和σ表示全局地图的高度值符合的高斯分布参数，μ可以表示全局地图内测距数据的高度值的均值，σ可以表示全局地图内测距数据的高度的标准差，将匹配度代入非线性优化公式中，e表示代价，n表示顶视数据集中数据的数量，T′表示定位数据集确定出的初始位姿变化，T表示计算机设备的位姿，ω表示定位装置的误差影响。通过调整T的取值迭代计算代价公式，使得代价e的结果最小，当代价e的结果最小时，对应的T可以是经过非线性优化的结果值，将该T中的位置作为计算机设备的位置。

本发明实施例，通过获取计算机设备至少两个顶视传感器的顶视数据集以及定位装置的定位数据集，将顶视数据集的数据转换到笛卡尔坐标系，在各笛卡尔坐标系中选择基准坐标系，确定各笛卡尔坐标系与基准坐标系的外参，通过外参将顶视数据集内的数据转换到基准坐标系，使用定位数据集确定出不同时刻的计算机设备的初始位姿变化，根据初始位姿变化调整顶视数据集，测试数据集与局部地图匹配确定匹配结果，并根据匹配结果确定出顶视数据集与局部地图之间的位姿变换，通过位姿变换将顶视数据集添加到局部地图，通过局部地图与全局地图的匹配度确定出计算机设备的位置，实现了计算机设备定位的准确性，拓展了传感器的数据采集视野，提高了计算机设备定位的稳定性，可以降低环境变化对定位准确性的影响，提高了计算机设备定位功能的鲁棒性。

进一步的，在上述发明实施例的基础上，所述通过变换后的顶视数据集与局部地图进行匹配，根据生成的匹配结果确定顶视数据集与局部地图的位姿变换，包括：

将顶视数据集的数据按照坐标向预设平面投影以获取投影高度；基于高斯分布，在所述预设平面确定各所述投影高度属于局部地图的高度值的概率值，将所述概率值作为匹配结果；根据所述匹配结果选择顶视数据集内的数据确定位姿变换。

其中，预设平面可以是预先确定平面，例如计算机设备所在坐标系的X-Y面，投影高度可以是数据相当于预设平面的高度，当预设平面为X-Y面时，数据对应的投影高度可以为Z值。

在本发明实施例中，可以将各数据投影到预设平面，各数据到预设平面的距离作为投影高度，局部地图的数据符合高斯分布，当局部地图投影到预设平面时，局部地图内数据相对于预设平面的高度值也可以符合高斯分布，可以在高斯分布上，确定数据在预设平面上的投影高度以及局部地图在预设平面上的高度值匹配的概率，可以将各数据的概率之和作为顶视数据集与局部地图的匹配结果，确定匹配结果后，可以根据匹配结果确定出顶视数据集与局部地图的位置变换，例如，可以选择数值最大的匹配结果，将该匹配结果对应的顶视数据集和局部地图内的数据，通过数据之间的位置变化量和姿态变化量确定出位姿变换。通过顶视数据集内数据在预设平面的投影高度以及局部地图内数据在预设平面的高度值的匹配，提高顶视数据集与局部地图的匹配效率，在保障快速匹配的基础上，提高顶视数据集与局部地图匹配结果的准确性，从而提高计算机设备的定位的精确度。

示例性的，图7是本发明实施例二提供的一种计算机设备定位方法的示例图，参见图7，本发明实施例中使用轮式编码器采集位移数据集，设置在计算机设备顶部的两个激光雷达传感器采集计算机设备所处建筑物的内顶面的数据。两个激光雷达传感器分别采集的数据分别作为测距仪1和测距仪2，采集到的数据具体为激光数据。一个示例性的实施方式中可以包括如下步骤：

步骤S11：轮式编码器可以安装在计算机设备的驱动轮的轮轴上，用于航迹推演，确定计算机设备移动的速度和距离。

步骤S12：测距仪1和测距仪2安装在计算机设备的顶部，测距仪1与水平夹角范围[30°，90°]，测距仪2与水平夹角范围[10°，20°]。

步骤S13：将各传感器采集的数据的时间戳对齐。

步骤S2：对测距仪采集到的激光数据进行预处理，进一步的，步骤S2包括如下步骤：

步骤S21：使用统计滤波器筛除距离处于统计滤波器范围外的激光数据。

步骤S22：利用测距仪1和测距仪2的外参，将测距仪2的激光数据转换到测距仪1的坐标系下。进一步的，步骤S22还包括如下步骤：

步骤S221：将测距仪1和测距仪2获取到的激光数据转换到笛卡尔坐标系下，转换到笛卡尔坐标系下后测距仪1内任意激光数据表示为P_i ^C1，转换到笛卡尔坐标系下测距仪2内任意激光数据表示为P_i ^C2。

步骤S222：将测距仪1和测距仪2的外参表示为将测距仪2的激光数据转换到测距仪1坐标系下的公式表示为：

可以通过上式将测距仪2内的所有激光数据转换到测距仪1的坐标下，从而扩大测距仪1的数据采集视野。

步骤S23：去除数据中落在数值墙面上的数据，仅保留落在天花板不同平面上的点。进一步的，步骤S23还可以包括如下步骤：

以顶视传感器为原点建立平面栅格坐标系，将激光数据转换到笛卡尔坐标系下，并将激光数据安装X-Y投影到建立的平面栅格坐标系中，记录每个栅格中激光数据的坐标。遍历每个栅格，记录每个栅格内激光数据的竖坐标Z值的最大值和最小值的，当栅格中最大值与最小值的差大于阈值时，该栅格内的激光数据是落在竖直墙面上的激光点，将该栅格对应的激光数据丢弃。阈值一般可以取0.5。

步骤S3：计算采集到的激光数据与预设的局部地图之间的位姿变换。

其中，步骤S3还可以包括如下步骤：

步骤S31：利用对齐时间戳后的激光数据和编码器数据，计算顶视传感器当前时刻获取到的激光数据与顶视传感器获取到的上一帧激光数据之间的时间差，利用该时间差从编码器中获取到在该时间差内机器人运动的位姿变换。

例如，从编码器中获取的编码器数据记为(t₀,T₀),(t₁,T₁),....,(t_n,T_n)其中，t表示获取到编码器数据时的时间戳。T表示在t时刻获取到的编码器数据，下标0、1、n表示编码器数据的获取顺序。顶视传感器的时间差的开始时间为k-1，顶视传感器的时间差的结束时间为k，则位姿变换为T_k-1*T_k。

步骤S32：利用步骤S31步骤中获取到的位姿变换当作激光数据与局部地图进行匹配的初始，可以将激光数据以X-Y平面投影到局部地图所在的平面栅格坐标系，确定各激光数据对应的栅格，通过激光数据的竖坐标Z值与栅格内局部地图的测距数据进行匹配，在相同栅格内竖坐标Z值服从高斯分布，根据Z值计算激光数据与局部地图的匹配率，将匹配率最高的激光数据对应的位姿作为激光数据与局部地图之间的位姿变换，匹配率的计算公式可以如下：

其中Score表示匹配率，k表示落在栅格内激光数据的数量，h_i表示经过初始位姿变换转换后的激光数据的高度投影，μ和σ表示栅格内局部地图的高度值符合的高斯分布参数，μ可以表示局部地图内测距数据的高度值的均值，σ可以表示局部地图内测距数据的高度的标准差。

步骤S33，在步骤S32确定出位姿变换后，还可以通过代价公式对该位姿变换进行非线性优化，代价公式可以如下所示：

其中，e表示代价，n表示顶视数据集中数据的数量，μ和σ表示局部地图的高度值符合的高斯分布参数，h_i表示经过初始位姿变换转换后的数据的高度投影，T′表示步骤S3中通过编码器数据确定出的位姿变换，T表示位姿变换，ω表示定位装置的误差影响。通过调整位姿变换T的取值迭代计算代价公式，使得代价e的结果最小，当代价e的结果最小时，对应的位姿变换T可以是经过非线性优化的结果值。

步骤S4：利用步骤S3得到的位姿变换，将激光数据添加到局部地图中。

进一步的，步骤S4具体包括如下步骤：利用步骤S3得到位姿，将激光数据转换到局部地图对应的坐标系，利用激光数据在局部地图坐标下的坐标参数确定在X-Y平面的投影，并确定各激光数据对应的栅格，使用坐标参数中的Z值更新对应栅格内的高度分布。

步骤S5：利用添加激光数据后的局部地图与预先生成的全局地图进行匹配，确定局部地图与全局地图之间的位姿变换。

进一步的，步骤S5具体包括以下步骤：将局部地图中中所有激光数据的坐标按照X-Y平面进行投影，确定每个激光数据在X-Y平面中的对应的栅格，利用坐标中Z值与全局地图中的该栅格的Z值进行匹配，确定对应的匹配率，匹配率的计算公式如下：

其中，Score表示匹配率，k表示落在栅格内局部地图激光数据的数量，h_i表示经过初始位姿变换转换后的激光数据的高度值，μ和σ表示全局地图的高度值符合的高斯分布参数，μ可以表示全局地图内数据的高度值的均值，σ可以表示全局地图内数据的高度值的标准差。

步骤S6：确定计算机设备是否处于建图模式，若是则继续执行步骤S7，若否，则将全局地图中匹配率最高的位置作为计算机设备的位置。

步骤S7：将步骤S5中最高匹配率对应的位姿，将局部地图中激光数据添加到全局地图。

在上述发明实施例的基础上，局部地图到全局地图的位姿确定为T^G _L,上标G表示全局地图坐标系，下标L表示局部地图坐标系，局部地图中任意一个激光数据可以表示为p^L _i,上标L表示局部坐标系，下标i表示局部地图中每个点的序列号，局部地图的数据转换到全局地图的过程可以表示为可以将转换后的数据确定在全局地图内的栅格坐标确定全局地图的平面栅格坐标系中的栅格，根据数据的高度投影更新对应栅格的高度分布。

实施例三

图8是本发明实施例三提供的一种计算机设备定位装置的结构示意图，图8中示出的装置可以执行本发明任意实施例所提供的计算机设备定位方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。该装置可以由软件和/或硬件实现，具体包括：数据采集模块301、坐标统一模块302、局部地图模块303和全局地图模块304。

数据采集模块301，用于获取计算机设备内至少两个顶视传感器的顶视数据集以及定位装置的定位数据集，其中，所述顶视数据集包括计算机设备所处建筑物的内顶面的数据。

坐标统一模块302，用于统一所述顶视数据集的坐标系，并基于定位数据集确定顶视数据集与局部地图的位姿变换。

局部地图模块303，用于根据所述位姿变换将顶视数据集添加到所述局部地图。

全局地图模块304，用于根据所述局部地图在全局地图确定所述计算机设备的位置。

本发明实施例，通过数据采集模块至少两个顶视传感器采集建筑物内顶面的数据，将数据组成顶视数据集，以及通过定位装置获取计算机设备的定位数据集，坐标统一模块对顶视数据集内数据的坐标系统一后，基于定位数据确定出顶视数据集与局部地图之间的位姿变换，局部地图模块使用位姿变换调整顶视数据集后添加到局部地图，全局地图模块由添加顶视数据集后的局部地图匹配全局地图确定出计算机设备所处位置，实现了计算机设备的精确定位，拓展了顶视数据集的数据采集视野，可增强定位功能的稳定性，可降低环境变化对计算机定位功能的影响。

进一步的，在上述发明实施例的基础上，所述数据采集模块301中的至少两个顶视传感器的数据采集视野存在相交区域。

进一步的，在上述发明实施例的基础上，所述坐标统一模块302包括：

坐标转换单元，用于将所述顶视数据集内的数据的坐标系转换为笛卡尔坐标系，其中，不同顶视传感器对应的顶视数据集的笛卡尔坐标系的坐标原点不同。

外参确定单元，用于在各所述笛卡尔坐标系中选择基准坐标系，并确定所述笛卡尔坐标系与所述基准坐标系的外参。

坐标统一单元，用于根据各所述外参将对应顶视数据集内的数据转换到基准坐标系。

进一步的，在上述发明实施例的基础上，所述局部地图模块303包括：

初始位姿单元，用于根据所述定位数据集确定出不同时刻的计算机设备的初始位姿变化。

坐标调整单元，用于根据所述初始位姿变化变换所述顶视数据集内数据的坐标。

位姿变换单元，用于通过变换后的顶视数据集与局部地图进行匹配，根据生成的匹配结果确定顶视数据集与局部地图的位姿变换。

进一步的，在上述发明实施例的基础上，所述位姿变换单元包括：

投影子单元，用于将顶视数据集的数据按照坐标向预设平面投影以获取投影高度。

概率子单元，用于基于高斯分布，在所述预设平面确定各所述投影高度属于局部地图的高度值的概率值，将所述概率值作为匹配结果。

变换子单元，用于根据所述匹配结果选择顶视数据集内的数据确定位姿变换。

进一步的，在上述发明实施例的基础上，所述局部地图模块303包括：

数据变换单元，用于根据所述位姿变换调整所述顶视数据集内的数据的坐标。

数据添加单元，用于按照坐标将顶视数据集内的数据添加到局部地图中相应位置。

进一步的，在上述发明实施例的基础上，所述全局地图模块304具体用于：生成所述局部地图与所述全局地图的转换关系；根据所述转换关系调整所述局部地图内数据的坐标；通过调整坐标后的局部地图与全局地图的匹配度确定出计算机设备的位置。

进一步的，在上述发明实施例的基础上，所述装置中的顶视传感器设置在所述计算机设备的顶部。

进一步的，在上述发明实施例的基础上，还包括，采集调整模块，用于顶视传感器的数据采集视野被障碍物遮挡时，改变所述顶视传感器的方向以使所述顶视传感器的数据采集视野不被所述障碍物遮挡，其中，所述障碍物位于所述计算机设备与所述内顶面之间。

实施例四

图9是本发明实施例四提供的一种计算机设备的结构示意图，如图9所示，该计算机设备包括处理器50、存储器51、输入装置52、输出装置53、顶视传感器54和定位装置55；计算机设备中处理器50的数量可以是一个或多个，图9中以一个处理器50为例；计算机设备中的处理器50、存储器51、输入装置52、输出装置53、顶视传感器54和定位装置55可以通过总线或其他方式连接，图9中以通过总线连接为例。

存储器51作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的计算机设备定位方法对应的程序指令/模块(例如，计算机设备定位装置中的数据采集模块301、坐标统一模块302、局部地图模块303和全局地图模块304)。处理器50通过运行存储在存储器51中的软件程序、指令以及模块，从而执行计算机设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的计算机设备定位方法。

存储器51可主要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、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器51可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器51可进一步包括相对于处理器50远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至计算机设备。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。

输入装置52可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与计算机设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置53可包括显示屏等显示设备。

顶视传感器54可以设置在计算机设备的顶部，可以采集计算机设备所处建筑物的内顶面的数据，顶视传感器54具体可以包括激光雷达传感器，声波顶视传感器和红外顶视传感器中的一种或者几种，计算机设备中可以至少安装有两个顶视传感器，定位装置55可以获取计算机设备定位数据，可以辅助确定计算机设备所处位置，定位装置可以包括卫星导航、基站定位、惯性导航和轮式编码器等。

实施例五

本发明实施例五还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行一种计算机设备定位方法，该方法包括：

获取计算机设备内至少两个顶视传感器的顶视数据集以及定位装置的定位数据集，其中，所述顶视数据集包括计算机设备所处建筑物的内顶面的数据；

统一所述顶视数据集的坐标系，并基于定位数据集确定顶视数据集与局部地图的位姿变换；

根据所述位姿变换将顶视数据集添加到所述局部地图；

根据所述局部地图在全局地图确定所述计算机设备的位置。

当然,本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质,其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作,还可以执行本发明任意实施例所提供的计算机设备定位方法中的相关操作。

通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，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，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory,RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

值得注意的是，上述计算机设备定位装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

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 (10)

1.一种计算机设备定位方法，其特征在于，所述方法包括：

获取计算机设备内至少两个顶视传感器的顶视数据集以及定位装置的定位数据集，其中，所述顶视数据集包括计算机设备所处建筑物的内顶面的数据；

统一所述顶视数据集的坐标系，并基于定位数据集确定顶视数据集与局部地图的位姿变换；

根据所述位姿变换将顶视数据集添加到所述局部地图；

根据所述局部地图在全局地图确定所述计算机设备的位置；

所述统一所述顶视数据集的坐标系包括：

将所述顶视数据集内的数据的坐标系转换为笛卡尔坐标系，其中，不同顶视传感器对应的顶视数据集的笛卡尔坐标系的坐标原点不同；

在各所述笛卡尔坐标系中选择基准坐标系，并确定所述笛卡尔坐标系与所述基准坐标系的外参；

根据所述外参将对应顶视数据集内的数据转换到基准坐标系；

所述基于定位数据集确定顶视数据集与局部地图的位姿变换，包括：

根据所述定位数据集确定出不同时刻的计算机设备的初始位姿变化；

其中，所述初始位姿变化为定位数据集中距离当前时间最近的两个时间戳信息对应的位置信息的变换量；

根据所述初始位姿变化变换所述顶视数据集内数据的坐标；

通过变换后的顶视数据集与局部地图进行匹配，根据生成的匹配结果确定顶视数据集与局部地图的位姿变换；

其中，所述局部地图由三维点云数据和/或三维深度数据组成，所述局部地图反应计算机设备在一段时间内采集到的建筑物对象的数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少两个顶视传感器的数据采集视野存在相交区域。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过调整后的顶视数据集与局部地图进行匹配，根据生成的匹配结果确定顶视数据集与局部地图的位姿变换，包括：

将顶视数据集的数据按照坐标向预设平面投影以获取投影高度；

基于高斯分布，在所述预设平面确定各所述投影高度属于局部地图的高度值的概率值，将所述概率值作为匹配结果；

根据所述匹配结果选择顶视数据集内的数据确定位姿变换。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述位姿变换将顶视数据集添加到所述局部地图，包括：

根据所述位姿变换调整所述顶视数据集内的数据的坐标；

按照坐标将顶视数据集内的数据添加到局部地图中相应位置。

5.根据权利要求2-4中任一所述的方法，其特征在于，所述根据所述局部地图在全局地图确定所述计算机设备的位置，包括：

生成所述局部地图与所述全局地图的转换关系；

根据所述转换关系调整所述局部地图内数据的坐标；

通过调整坐标后的局部地图与全局地图的匹配度确定出计算机设备的位置。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述顶视传感器设置在所述计算机设备的顶部。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述顶视传感器的数据采集视野被障碍物遮挡时，改变所述顶视传感器的方向以使所述顶视传感器的数据采集视野不被所述障碍物遮挡，其中，所述障碍物位于所述计算机设备与所述内顶面之间。

8.一种计算机设备定位装置，其特征在于，所述装置包括：

数据采集模块，用于获取计算机设备内至少两个顶视传感器的顶视数据集以及定位装置的定位数据集，其中，所述顶视数据集包括计算机设备所处建筑物的内顶面的数据；

坐标统一模块，用于统一所述顶视数据集的坐标系，并基于定位数据集确定顶视数据集与局部地图的位姿变换；

局部地图模块，用于根据所述位姿变换将顶视数据集添加到所述局部地图；

全局地图模块，用于根据所述局部地图在全局地图确定所述计算机设备的位置；

所述统一所述顶视数据集的坐标系包括：

将所述顶视数据集内的数据的坐标系转换为笛卡尔坐标系，其中，不同顶视传感器对应的顶视数据集的笛卡尔坐标系的坐标原点不同；

在各所述笛卡尔坐标系中选择基准坐标系，并确定所述笛卡尔坐标系与所述基准坐标系的外参；

根据所述外参将对应顶视数据集内的数据转换到基准坐标系；

所述基于定位数据集确定顶视数据集与局部地图的位姿变换，包括：

根据所述定位数据集确定出不同时刻的计算机设备的初始位姿变化；

其中，所述初始位姿变化为定位数据集中距离当前时间最近的两个时间戳信息对应的位置信息的变换量；

根据所述初始位姿变化变换所述顶视数据集内数据的坐标；

通过变换后的顶视数据集与局部地图进行匹配，根据生成的匹配结果确定顶视数据集与局部地图的位姿变换；

其中，所述局部地图由三维点云数据和/或三维深度数据组成，所述局部地图反应计算机设备在一段时间内采集到的建筑物对象的数据。

9.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括：

一个或多个处理器；

存储器，用于存储一个多个程序；

至少一个顶视传感器，用于获取顶视数据集，顶视数据集计算机设备所处建筑物的内顶面的数据；

至少一个定位装置，用于获取辅助计算机设备定位的定位数据集；

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实现如权利要求1-7中任一所述的计算机设备定位方法。

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，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一所述的计算机设备定位方法。