CN114076602A

CN114076602A - 定位方法及定位设备

Info

Publication number: CN114076602A
Application number: CN202010840808.6A
Authority: CN
Inventors: 赵帅领
Original assignee: Navinfo Co Ltd
Current assignee: Navinfo Co Ltd
Priority date: 2020-08-20
Filing date: 2020-08-20
Publication date: 2022-02-22

Abstract

本申请实施例提供一种定位方法及定位设备，获取定位对象的初始位置范围，确定初始位置范围内的标识物，确定标识物的绝对位置，确定定位对象和标识物之间的相对位置，根据标识物的绝对位置和相对位置，确定定位对象的绝对位置。本方案通过标识物定位，无需高成本的激光设备或者组合导航设备，可以适用于有标识物的场所，适用范围广。

Description

定位方法及定位设备

技术领域

本申请涉及地理信息技术领域，尤其涉及一种定位方法及定位设备。

背景技术

目前很多设备都提供定位功能，一方面，定位功能让用户实时知晓所处位置，另一方面，位置信息作为实现其他功能的基础，例如：实现自动泊车或者自动驾驶均需要利用位置信息。

常见定位方法是采用激光定位或者组合导航的定位方案，但激光定位和组合导航定位成本太高，不利于大规模推广，另外，组合导航很容易受到干扰，在遮挡情况下无法使用。

发明内容

本申请提供一种定位方法及定位设备，旨在提供一种成本低、准确度高以及适用于任何场所的定位方案。

第一方面，本申请提供一种定位方法，包括：

获取定位对象的初始位置范围；

确定初始位置范围内的标识物；

确定标识物的绝对位置；

确定定位对象和标识物之间的相对位置；

根据标识物的绝对位置和相对位置，确定定位对象的绝对位置。

可选地，确定初始位置范围内的标识物，具体包括：

将位于初始位置范围内且沿定位对象行驶方向上具有延伸性的标识物作为横向标识物；

将位于初始位置范围内且位于定位对象前方或者后方的标识物作为纵向标识物。

可选地，相对位置包括横向相对位置；确定定位对象和标识物之间的相对位置，具体包括：

获取位于定位对象上的摄像装置所拍摄的横向标识物的第一图像；

根据第一图像确定定位对象相对横向标识物的横向相对位置。

可选地，相对位置包括纵向相对位置；确定定位对象和标识物之间的相对位置，具体包括：

获取位于定位对象上的摄像装置所拍摄的纵向标识物的第二图像；

根据第二图像确定定位对象相对纵向标识物的纵向相对位置。

可选地，确定定位对象和标识物之间的相对位置，具体包括：

获取定位对象内置行驶记录仪采集的从k时刻至t时刻的行驶参数，其中，k＜t；

根据行驶参数确定从k时刻至t时刻的行驶位移；

获取定位对象相对纵向标识物的在k时刻的纵向相对位置；

根据在k时刻的纵向相对位置和行驶位移，确定在t时刻的纵向相对位置。

可选地，根据在k时刻的纵向相对位置和行驶位移，确定在t时刻的纵向相对位置，具体包括：

根据行驶位移确定定位对象的纵向位移；

根据在k时刻的纵向相对位置和纵向位移，确定在t时刻的纵向相对位置。

可选地，确定标识物的绝对位置，具体包括：

获取标识物的标识信息；

在高精地图的初始位置范围内查找标识信息，生成查找结果；

根据查找结果确定标识物的绝对位置。

可选地，获取标识物的标识信息，具体包括：

获取标识物的第三图像；

对第三图像进行识别处理，得到标识信息。

可选地，获取定位对象的初始位置范围，具体包括：

使用定位对象内置定位仪确定初始位置范围。

第二方面，本申请提供一种定位设备，包括：

摄像装置，用于拍摄标识物的图像；

定位仪，用于确定定位对象的初始位置；

行驶记录仪，用于采集定位对象的行驶参数

存储器，用于存储程序；

处理器，用于执行存储器存储的程序，当程序被执行时，处理器用于执行第一方面及可选方案所涉及的定位方法。

本申请提供一种定位方法及定位设备，在定位对象的初始位置范围内寻找标识物，再获得标识物的绝对位置，以及定位对象和标识物之间的相对位置，以根据标识物的绝对位置和相对位置确定定位对象的绝对位置。本方案通过标识物定位，无需高成本的激光设备或者组合导航设备，可以适用于有标识物的场所，适用范围广。

附图说明

图1为本申请一实施例提供的定位方法的流程示意图；

图2为本申请另一实施例中第一图像的示意图；

图3为本申请另一实施例中对第一图像转换处理后的示意图；

图4为本申请另一实施例提供的定位装置的结构示意图；

图5为本申请另一实施例提供的定位设备的结构示意图；

图6为本申请另一实施例提供的车辆的定位系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本申请提供一种定位方法及定位设备，旨在提供一种成本低、准确度高以及适用于任何场所的定位方案。本申请的发明构思是：在定位对象的初始位置范围内寻找标识物，再根据标识物的绝位置和定位对象和标识物之间相对位置，计算得到定位对象的绝对位置。

该方法可以应用于汽车、机器人等对象。若用于汽车定位，汽车上的控制系统在利用本申请提供的方法获得定位对象的位置后，可以通过车载终端将位置展示给驾驶员，也可以将位置信息通过联网传输至用户终端，例如：手机、平板等终端。另外，控制系统也可以利用位置信息进行自动驾驶控制、自动泊车控制。

如图1所示，本申请一实施例提供一种定位方法，该定位方法的执行主体是电子设备，例如：车载终端等，定位方法包括如下步骤：

S101、获取定位对象的初始位置范围。

其中，可以通过价格较低的定位仪获得定位对象的初始位置范围，例如：全球卫星定位系统(Global Position System，简称：GPS)。通常情况下，GPS定位准确度在10米级别。

S102、确定初始位置范围内的标识物。

其中，在获得定位对象的初始位置范围后，在该初始位置范围内寻找标识物。该标识物在高精地图中有准确的绝对位置，或者历史数据中记录有该标识物的绝对位置。例如：杆状标识物、交通标识牌、减速带、人行横道、或者道路上方障碍物等道路标识物。

S103、确定标识物的绝对位置。

其中，作为一种实施方式，通过在高精地图中搜索该标识物，即可获得该标识物的绝对位置。作为另一种实施方式，通过历史数据确定标识物的绝对位置。绝对位置可以是经纬度信息。

S104、确定定位对象和标识物之间的相对位置。

其中，可以通过拍摄标识物照片，再根据照片中标识物的位置以及安装在定位对象上的摄像装置的参数，计算得到相对位置。

通常情况下，计算得到相对位置是相对坐标，可以通过对相对坐标进行转换得到相对经纬度信息。

S105、根据标识物的绝对位置和相对位置，确定定位对象的绝对位置。

其中，若标识物的绝对位置和标识物和定位对象之间相对位置用同一方式表示，也就是均用经纬度表示，可直接将经纬度进行叠加。若标识物的绝对位置和标识物和定位对象之间相对位置用不同方式表示，则需要将其转换到同一中表示方式，再进行叠加得到定位对象的绝对位置。

在本申请实施例提供的定位方法中，通过位于定位对象的初始位置范围内的标识物实现定位，无需高成本的设备，并且可以适用于存在标识物的任意场所，适用范围广。

本申请另一实施例提供一种定位方法，该定位方法包括如下步骤：

S201、获取定位对象的初始位置范围。

其中，通过定位对象上安装定位仪得到定位对象的初始位置范围。

S202、确定初始位置范围内的标识物。

其中，标识物又分为横向标识物和纵向标识物。横向标识物用于横向定位，纵向标识物用于纵向定位。

将位于初始位置范围内且沿定位对象行驶方向上具有延伸性的标识物作为横向标识物。例如：路牙、护栏、车道边界线、或者墙等。这些标识物在定位对象行驶方向上均具有延伸性。

将位于初始位置范围内且位于定位对象前方或者后方的标识物作为纵向标识物。例如：杆状标识物、交通标识牌、减速带、人行横道、或者道路上方障碍物等。

作为一种优选方式，横向定位对象和纵向定位对象采用不同类型标识物。沿定位对象行驶方向上具有延伸性的标识物已经作为横向标识物，此处不再将此类延伸性的标识物作为纵向标识物。例如：将路牙作为横向标识物，将杆状标识物作为纵向标识物。

S203、确定标识物的绝对位置。

其中，通过在高精地图中查找横向标识物和纵向标识物，以获得高精地图中记载的该横向标识物和纵向标识物的绝对位置。

下面以获得横向标识物的绝对位置为例说明。

通过位于定位对象上的摄像装置获取横向标识物的第三图像。对第三图像进行识别处理得到标识信息。比如，视觉识别出横向标识物的形状，颜色，距地面的高低，横向标识物上所展示内容，以及各个横向标识物的相对位置关系等。

在高精地图的初始位置范围内查找标识信息生成查找结果。具体包括：确定GPS获得定位对象的初始位置范围在高精地图对应位置范围，在该对应位置范围内使用标识信息进行查找得到查找结果。根据查找结果确定横向标识物的绝对位置。

S204、确定定位对象和标识物之间的相对位置。

其中，标识物又分为横向标识物和纵向标识物。针对横向标识物，获取位于定位对象上的摄像装置所拍摄的横向标识物的第一图像。根据第一图像确定定位对象相对横向标识物的横向相对位置。

针对纵向标识物，获取位于定位对象上的摄像装置所拍摄的纵向标识物的第二图像，根据第二图像确定定位对象相对纵向标识物的纵向相对位置。

下面以定位对象为汽车，横向标识物为车道线为例说明获得横向相对位置过程：利用安装在汽车上的摄像装置拍摄车道线图像，如图2所示，将第一图像转化为俯视图像，如图3所示。再利用深度学习网络识别车道边界线信息。其中，车道边界线信息包括车道位置信息、线性及颜色。再基于图像坐标系拟合车道线的方程，即可获得每段车道边界线的位置，再根据摄像装置的安装参数确定汽车在图像坐标系下位置，根据汽车位置和每段车道边界线位置获得图像坐标系下汽车和车道线之间相对位置。再根据摄像装置的缩放比例确定大地坐标系下汽车和车道线之间相对位置。

其中，对车道边界线进行特征提取又可以具体包括：对第一图像进行预处理，以过滤掉干扰，再利用深度学习网络识别第一图像中车道边界线，提取车道边界线的特征角点，并提取车道边界线的灰度值信息、颜色信息以及内容信息，并将灰度值信息、颜色信息、内容信息和角点作为特征数据输出。另外，为了得到精确的特征角点，利用传统算法中的特征提取算法，形态学操作，以及第一标识物的结构信息进行进一步精细化，可使角点的精度达到像素级别。

下面以定位对象为汽车，纵向标识物为标识牌为例说明获得纵向相对位置过程：通常情况下，相机的光轴位于照片的中心线上，根据第二图像中纵向标识物的位置确定纵向标识物与相机在相机坐标系下的相对位置，在根据摄像装置上的相对坐标系与世界坐标系的转换关系和纵向标识物与相机在相机坐标系下的相对位置确定纵向标识物与定位对象之间的相对位置关系。

其中，纵向标识物上每个区域在世界坐标系下都有三维的绝对位置，纵向标识物上每个区域有存在第二图像上的二维像素位置，再利用摄像装置成像方程，获得摄像装置上的相对坐标系与世界坐标系的转换关系。该转换关系涉及到两个子转换、旋转和平移，共六个自由度，通过求解方程，即可求出旋转和平移转换矩阵。

确定定位对象相对纵向标识物的纵向相对位置的方式与确定横向相对位置的方式相同，此处不再举例。

S205、根据标识物的绝对位置和相对位置，确定定位对象的绝对位置。

其中，根据横向标识物的绝对位置和横向标识物和定位对象之间的横向相对位置，计算得到定位对象的横向绝对位置。根据纵向标识物的绝对位置和纵向标识物和定位对象之间的纵向相对位置，计算得到定位对象的纵向绝对位置。计算得到横向绝对位置和纵向绝对位置的方式同S105中计算方式相同，此处不再赘述。

在获得横向绝对位置和纵向绝对位置之后，再将横向绝对位置和纵向绝对位置组合得到绝对位置。

下面描述组合得到绝对位置的方式：

构建中间坐标系，所构建中间坐标系包括x坐标轴和y坐标轴，x坐标轴与道路边界线垂直，y坐标轴与道路边界线平行。

将横向绝对位置和纵向绝对位置转换至中间坐标系。根据中间坐标系与大地坐标系之间关系确定坐标转换矩阵，使用转换矩阵对横向绝对位置进行坐标转换，生成中间坐标系下的横向中间位置。使用转换矩阵对纵向绝对位置进行坐标转换，生成中间坐标系下的纵向中间位置。

在确定横向中间位置和纵向中间位置之后，将横向中间位置在x坐标轴的分量和纵向中间位置在y坐标轴的分量组合生成第三绝对位置。

可对横向中间位置和纵向中间位置进行加权融合，生成第三绝对位置。具体为：根据横向中间位置在x坐标轴的分量和预设横向分量权重，生成第三绝对位置在x坐标轴的分量。并根据纵向中间位置在y坐标轴的分量和预设纵向分量权重，生成第三绝对位置在y坐标轴的分量。横向分量权重和纵向分量权重根据标识物类型以及采集设备确定。

优选地，将横向中间位置在x坐标轴的分量作为绝对位置在x坐标轴的分量，将纵向中间位置在y坐标轴的分量作为绝对位置y坐标轴的分量。

在本申请实施例提供的定位方法中，根据横向标识物获得横向绝对位置，根据纵向标识物获得纵向绝对位置，再将横向位置和纵向标识物组合，得到定位对象绝对位置，可以提高定位精度。

S301、获取定位对象的初始位置范围。

S302、确定初始位置范围内的标识物。

S303、确定标识物的绝对位置。

S304、确定定位对象和标识物之间的相对位置。

其中，由于横向标识物通常为无线延伸物体，例如：车道线，在定位对象所在区域内通常存在横向标识物，无需判断是否存在横向标识物。在定位对象所在区域内容易出现没有纵向标识物情况。

判断定位对象当前时刻的初始位置范围内是否有纵向标识物，若判断结果为是，直接获取纵向标识物和定位对象之间纵向相对位置。若判断结果为否，根据定位对象上一个时刻的初始位置范围内的纵向标识物和定位对象的行驶数据获得纵向相对位置。

其中，在定位对象当前时刻的初始位置范围内没有纵向标识物时，采用如下方式获得纵向相对位置：

获取定位对象内置行驶记录仪采集的从k时刻至t时刻的行驶参数，其中，0＜k＜t。根据行驶参数确定从k时刻至t时刻的行驶位移。

获取定位对象相对纵向标识物的在k时刻的纵向相对位置。根据在k时刻的纵向相对位置和行驶位移，确定在t时刻的纵向相对位置。

根据在k时刻的纵向相对位置和行驶位移，确定在t时刻的纵向相对位置又具体包括：根据行驶位移，确定定位对象的纵向位移。根据在k时刻的纵向相对位置和纵向位移，确定在t时刻的纵向相对位置。

相应地，在定位对象当前时刻的初始位置范围内没有纵向标识物时，采用如下方式获得纵向相对位置：

获取定位对象相对横向标识物的在k时刻的横向相对位置。根据行驶位移确定横向位移，根据在k时刻的横向相对位置和横向位移，确定在t时刻的横向相对位置。

下面以汽车为例说明确定定位对象从k时刻至t时刻的行驶位移。

汽车在行驶过程中，由里程计记录行驶数据。其中，行驶数据包括：各个时刻下的左右轮轮速。

将k时刻至t时刻的时间区间分为多个子区间，再计算每个子区间内的位移。其中，计算每个子区间内的位移具体为：

若定位对象为直线行驶，则汽车左右轮的速度相同，则可以根据公式ΔS＝V_r·Δt获得，其中，V_r为定位对象的行驶速度，Δt为子区间的时间。

若定位对象为转弯行驶，根据如下公式(1)和(2)计算得到转弯半径r以及航向改变量θ。

其中，v_r表示汽车的左轮速度，v_l表示汽车右轮速度，w表示车轮宽度，Δt为子区间的时间。

再如下公式(3)至公式(7)计算得到行驶位移(Δx，Δy)。

Δx＝x₁-x₀＝d_y cosθ₀-d_x sinθ₀ (3)

Δy＝y₁-y₀＝d_ysinθ₀+d_x cosθ₀ (4)

θ₁＝θ+θ₀ (5)

d_x＝r(1-cosθ) (6)

d_y＝r sinθ (7)

其中，Δx表示在子区间内的x方向的位移，Δy表示在子区间内的y方向的位移，θ₀为上一时刻的航向，θ₁为当前时刻的航向，(x₀，y₀)为在子区间起始时刻的位置，(x₁，y₁)为在子区间终止时刻的位置。

S305、根据标识物的绝对位置和相对位置，确定定位对象的绝对位置。

其中，该步骤已经在S205中详细说明，此处不再赘述。

在本申请实施例提供的定位方法中，通过定位对象的行驶数据和上一时刻的纵向相对位置得到当前时刻的纵向相对位置，可以适用于定位对象行驶到前后方没有纵向标识物的区域的定位，使本方法适用范围更广泛。

如图4所示，本申请提供一种定位装置，装置400包括：

获取模块401，用于获取定位对象的初始位置范围；

处理模块402，用于确定初始位置范围内的标识物；

处理模块402还用于确定标识物的绝对位置；

处理模块402还用于确定定位对象和标识物之间的相对位置；

处理模块402还用于根据标识物的绝对位置和相对位置，确定定位对象的绝对位置。

可选地，处理模块402具体用于：

根据行驶参数确定从k时刻至t时刻的行驶位移；

获取定位对象相对纵向标识物的在k时刻的纵向相对位置；

可选地，处理模块402具体用于：

根据行驶位移确定定位对象的纵向位移；

可选地，处理模块402具体用于：

获取标识物的标识信息；

根据查找结果确定标识物的绝对位置。

可选地，处理模块402具体用于：

获取标识物的第三图像；

对第三图像进行识别处理，得到标识信息。

可选地，获取模块401具体用于：

使用定位对象内置定位仪确定初始位置范围。

如图5所示，本实施例提供的定位设备500包括：摄像装置501、定位仪502、行驶记录仪503、存储器504、及处理器505。

摄像装置501，用于拍摄标识物的图像；

定位仪502，用于确定定位对象的初始位置；

行驶记录仪503，用于采集定位对象的行驶参数；

存储器504，用于存储计算机执行指令；

处理器505，用于执行存储器存储的计算机执行指令，以实现上述实施例中定位方法所执行的各个步骤。具体可以参见前述定位方法实施例中的相关描述。

可选地，上述存储器504既可以是独立的，也可以跟处理器505集成在一起。

当存储器504独立设置时，该定位设备还包括总线，用于连接存储器504和处理器505。

如图6所示，本申请提供的车辆的定位系统600(图未示)，包括：位于车头挡风玻璃上的摄像头601、位于顶部的定位天线602、位于顶部的激光雷达603(图未示)、位于车辆内部的里程计604(图未示)以及位于车辆内部的中央处理单元盒605(图未示)。

其中，中央处理单元盒605中存储有计算机指令，在计算机指令运行时，实现上述实施例中定位方法所执行的各个步骤。具体可以参见前述定位方法实施例中的相关描述。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种定位方法，其特征在于，包括：

获取定位对象的初始位置范围；

确定所述初始位置范围内的标识物；

确定所述标识物的绝对位置；

确定所述定位对象和所述标识物之间的相对位置；

根据所述标识物的绝对位置和所述相对位置，确定所述定位对象的绝对位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述初始位置范围内的标识物，具体包括：

将位于所述初始位置范围内且沿所述定位对象行驶方向上具有延伸性的标识物作为横向标识物；

将位于所述初始位置范围内且位于所述定位对象前方或者后方的标识物作为纵向标识物。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述相对位置包括横向相对位置；确定所述定位对象和所述标识物之间的相对位置，具体包括：

根据所述第一图像确定所述定位对象相对所述横向标识物的横向相对位置。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述相对位置包括纵向相对位置；确定所述定位对象和所述标识物之间的相对位置，具体包括：

根据所述第二图像确定所述定位对象相对所述纵向标识物的纵向相对位置。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，确定所述定位对象和所述标识物之间的相对位置，具体包括：

获取所述定位对象内置行驶记录仪采集的从k时刻至t时刻的行驶参数，其中，k＜t；

根据所述行驶参数确定从k时刻至t时刻的行驶位移；

获取所述定位对象相对所述纵向标识物的在k时刻的纵向相对位置；

根据所述在k时刻的纵向相对位置和所述行驶位移，确定在t时刻的纵向相对位置。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述在k时刻的纵向相对位置和所述行驶位移，确定在t时刻的纵向相对位置，具体包括：

根据所述行驶位移确定所述定位对象的纵向位移；

根据在k时刻的纵向相对位置和所述纵向位移，确定在t时刻的纵向相对位置。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的方法，其特征在于，确定所述标识物的绝对位置，具体包括：

获取所述标识物的标识信息；

在高精地图的所述初始位置范围内查找所述标识信息，生成查找结果；

根据查找结果确定所述标识物的绝对位置。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，获取所述标识物的标识信息，具体包括：

获取所述标识物的第三图像；

对所述第三图像进行识别处理，得到所述标识信息。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，获取定位对象的初始位置范围，具体包括：

使用所述定位对象内置定位仪确定所述初始位置范围。

10.一种定位设备，其特征在于，包括：

摄像装置，用于拍摄标识物的图像；

定位仪，用于确定定位对象的初始位置；

行驶记录仪，用于采集所述定位对象的行驶参数

存储器，用于存储程序；

处理器，用于执行所述存储器存储的所述程序，当所述程序被执行时，所述处理器用于执行如权利要求1至9中任一所述的定位方法。