CN114127510A - 3d定位和测绘系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供了定位和测绘系统及相关技术以改进无人移动传感器或勘测平台的操作。一种定位和测绘系统，其包括逻辑设备，该逻辑设备被配置为与耦接到移动平台的单元件测距仪(SER)通信，其中，该SER被配置为提供指示SER和勘测区域内的表面之间的距离的测距传感器数据。该逻辑设备生成水平平面占据图、生成垂直平面占据图并基于水平平面占据图和垂直平面占据图确定三维占据图。

Description

3D定位和测绘系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年6月4日提交且题为“3D定位和测绘系统和方法(3DLOCALIZATION AND MAPPING SYSTEMS AND METHODS)”的美国临时专利申请第62/857,225号的优先权和权益，通过引用将该申请的全部内容并入本文。

技术领域

一个或多个实施例总体上涉及测绘，更具体地，例如，涉及具有用于无人飞行器的测距仪的定位和测绘系统和方法。

背景技术

现代无人传感器平台，例如无人飞行器(UAV)、远程操作水下载具(ROV)、无人(水)表面载具(USV)和无人地面载具(UGV)能够在长距离上，并且在所有环境中；农村、城市甚至水下进行操作。这样的系统通常必须足够小以满足任务要求，并且任务要求通常包括大小、重量和功率限制。随着对无人平台性能需求的增加，一般操作需求也随之增加。因此，随着一般操作需求的增加，本领域需要为无人平台可靠地提供定位和测绘的方法。

发明内容

提供了定位和测绘系统及相关技术，以改进无人移动传感器或勘测平台的操作。描述的定位和测绘系统的一个或多个实施例可以有利地包括单元件测距仪(SER)。SER可以包括单个测距传感器元件并且其可以用于提供指示SER和截取对应于单个测距传感器元件的SER的传感器轴的表面之间的距离的测距传感器数据。描述的定位和测绘系统的一个或多个实施例可以包括万向节系统以将SER耦接到移动平台并且调整SER相对于移动平台的相对取向。描述的定位和测绘系统的一个或多个实施例可以包括基于水平平面占据图和垂直占据图确定三维空间占据图的逻辑设备。

在一个实施例中，一种系统包括移动平台、SER、万向节系统和被配置为与SER、万向节系统和/或移动平台通信的逻辑设备。SER可以包括单个测距传感器元件，其中，SER被配置为提供指示SER和截取对应于单个测距传感器元件的SER的传感器轴的表面之间的距离的测距传感器数据。万向节系统可以被配置为将SER耦接到移动平台并且相对于移动平台调整SER的取向和瞄准SER。逻辑设备可以被配置为至少部分地基于移动平台的高度和预测路线来生成水平平面占据图；至少部分地基于移动平台的预测路线生成垂直平面占据图；并基于水平平面占据图和垂直平面占据图确定三维占据图。

在另一实施例中，一种方法包括至少部分地基于由经由万向节系统耦接到移动平台的SER提供的第一组测距传感器数据、移动平台的高度以及移动平台的预测路线生成水平平面占据图，其中，SER包括单个测距传感器元件，该单个测距传感器元件被配置为提供指示SER和截取对应于单个测距传感器元件的SER的传感器轴的表面之间的距离的测距传感器数据，并且其中，万向节系统被配置为相对于移动平台调整SER的取向和瞄准SER；至少部分地基于由SER提供的第二组测距传感器数据和移动平台的预测路线生成垂直平面占据图；和至少部分地基于水平平面占据图和垂直平面占据图来确定三维占据图。

本发明的范围由权利要求限定，权利要求通过引用并入本部分。通过考虑以下对一个或多个实施例的详细描述，将向本领域技术人员提供对本发明的实施例更完整的理解以及其附加优点的实施方式。将参考将首先简要描述的附图。

附图说明

图1示出了根据本公开的实施例的勘测系统的图。

图2示出了根据本公开的实施例的包括移动平台的勘测系统的图。

图3A示出了根据本公开的实施例在勘测区域中操纵的勘测系统的移动平台的侧视图。

图3B示出了根据本公开的实施例在勘测区域中操纵的勘测系统的移动平台的俯视图。

图3C示出了根据本公开的实施例的由勘测系统的移动平台生成的垂直平面占据图。

图3D示出了根据本公开的实施例的由勘测系统的移动平台生成的水平平面占据图。

图3E示出了根据本公开的实施例的由勘测系统的移动平台生成的三维占据图。

图3F示出了根据本公开的实施例的由勘测系统的移动平台生成的三维占据图。

图4A示出了根据本公开的实施例的与勘测系统的移动平台的任务目标关联的勘测区域。

图4B示出了根据本公开的实施例的至少部分地基于任务目标的勘测系统的移动平台的路线和与勘测区域关联的三维占据图。

图5示出了根据本公开的实施例的提供勘测区域的三维占据图的各种操作的流程图。

图6示出了根据本公开的实施例在勘测区域内操纵勘测系统的移动平台的各种操作的流程图。

通过参考下面的详细描述，可以最好地理解本公开的实施例及其优点。需要注意的是，各种部件的大小和这些部件之间的距离在图中并未按比例绘制。应当理解，相似的附图标记用于标识一个或多个图中所示的相似元件。

具体实施方式

现代无人传感器平台，例如无人飞行器(UAV)、远程操作水下载具(ROV)、无人(水)表面载具(USV)和无人地面载具(UGV)能够在长距离上并在各种环境中进行操作。这样的系统通常依靠导航系统在未知或未测绘的环境中操作。在穿越这样的环境时，收集关于环境的空间信息可有助于增强常规导航系统和/或在常规导航系统无法提供移动平台的位置和/或取向的可靠估计时提供足够的情境认知以操纵通过这样的环境中。

小型UAV(例如，低于250g)对于UAV的各种传感器和部件具有大小、重量和功率限制。为了满足特定任务的各种限制，可能需要功能或操作权衡、替换和/或替代。例如，由于任务目标的限制，可以在UAV上机载以促进定位和测绘的传感器的大小和/或重量可能会受到限制。当在GPS拒绝的环境中导航时，相机可用作定位信息的源，但相机可能难以在黑暗、烟雾、雾气和/或几乎没有明显视觉特征的勘测区域中操作。此外，相机有时会在检测反射表面(例如玻璃和镜子)时遇到问题。诸如雷达、声纳和LIDAR的飞行时间传感器可以弥补诸如相机的基于视觉的系统的弱点，但这样的系统通常太重而无法包括在相对较小的UAV中。

提供三维定位和测绘系统以及相关技术，以提高无人传感器平台的操作灵活性和可靠性。例如，本公开包括在常规导航系统(例如，GPS和/或磁罗盘)和/或用于UAV的基于视觉的系统缺乏足够空间分辨率或以其他方式失效的情况下为UAV操作提供稳健的位置和取向估计的系统和技术。例如，当UAV在洞穴或建筑物中的完全黑暗中操作和/或在燃烧的建筑物中飞过浓烟时，用于导航的基于视觉的系统可能会失效。本文公开的实施例通过提供包括相对轻量的单元件测距仪(SER)并被配置为以允许无人传感器平台计算环境的有限但足够的三维分布图和无人平台在三维分布图内的位置的特定模式进行扫描的三维定位和测绘系统来解决这些缺陷。

在一些实施例中，三维定位和测绘系统包括移动平台和包括单个测距传感器元件的SER。SER可以被配置为提供测距传感器数据，该测距传感器数据指示SER和截取对应于单个测距传感器元件的SER的传感器轴的表面之间的距离。该系统可以包括万向节系统，该万向节系统被配置为将SER耦接到移动平台并且调整SER相对于移动平台的相对取向。该系统可以包括被配置为与SER、万向节系统和/或移动平台通信的逻辑设备。该逻辑设备可以被配置为至少部分地基于移动平台的高度和预测路线来生成水平平面占据图，至少部分地基于移动平台的预测路线生成垂直平面占据图，并基于水平平面占据图和垂直平面占据图确定三维占据图。在各种实施例中，三维定位和测绘方法包括至少部分地基于移动平台的高度和预测路线生成水平平面占据图，至少部分地基于移动平台的预测路线生成垂直平面占据图，和基于水平平面占据图和垂直平面占据图确定三维占据图。

图1示出了根据本公开的实施例的包括具有SER 145的移动平台110的勘测系统100的框图。在各种实施例中，系统100和/或系统100的元件可以被配置为飞越场景或勘测区域，飞过结构，或接近目标并例如使用万向节系统122将成像系统/传感器有效载荷140瞄准场景、结构或目标或其部分对场景、结构或目标或其部分进行成像或感测。所得的图像和/或其他传感器数据可以被处理(例如，通过传感器有效载荷140、移动平台110和/或基站130)并通过使用用户接口132(例如，一个或多个显示器(例如多功能显示器(MFD))、便携式电子设备(例如平板计算机、膝上型计算机或智能电话)或其他适当的接口)向用户显示和/或存储在存储器中以供以后查看和/或分析。在一些实施例中，系统100可以被配置为使用这样的图像和/或传感器数据来控制移动平台110和/或传感器有效载荷140的操作，如本文所述，例如控制万向节系统122以将传感器有效载荷140瞄向特定方向，或控制推进系统124以将移动平台110移动到场景或结构中或相对于目标的期望位置。

在图1所示的实施例中，勘测系统100包括移动平台110、可选的基站130和至少一个成像系统/传感器有效载荷140。移动平台110可以被实现为被配置为移动或飞行并定位和/或瞄准传感器有效载荷140(例如，相对于指定或检测的目标)的移动平台。如图1所示，移动平台110可以包括控制器112、取向传感器114、陀螺仪/加速度计116、全球导航卫星系统(GNSS)118、通信模块120、万向节系统122、推进系统124和其他模块126中的一个或多个。移动平台110的操作可以是基本上自主的和/或部分或完全由可选的基站130控制，可选的基站130可以包括用户接口132、通信模块134和其他模块136中的一个或多个。在其他实施例中，移动平台110可以包括基站130的一个或多个元件，例如具有各种类型的有人驾驶飞机、地面交通工具和/或水面或水下水运工具。传感器有效载荷140可以物理地耦接到移动平台110并且被配置为捕获目标位置、区域和/或通过移动平台110和/或基站130的操作选择和/或框定的对象的传感器数据(例如，可见光谱图像、红外图像、窄孔径雷达数据和/或其他传感器数据)。在一些实施例中，系统100的一个或多个元件可以在组合外壳或结构中实现，该组合外壳或结构可以耦接到或在移动平台110内和/或由系统100的用户持有或携带。

控制器112可以被实现为任何适当的逻辑设备(例如，处理设备、微控制器、处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、存储器存储设备、存储器读取器或其他设备或设备的组合)，例如，其可适用于执行、存储和/或接收适当的指令，例如实现用于控制移动平台110和/或系统100的其他元件(例如万向节系统122)的各种操作的控制回路的软件指令。这样的软件指令还可以实现用于处理红外图像和/或其他传感器信号、确定传感器信息、提供用户反馈(例如，通过用户接口132)、针对操作参数查询设备、选择设备的操作参数或执行本文描述的各种操作中的任意操作(例如，由系统100的各种元件的逻辑设备执行的操作)的方法。

此外，可以提供用于存储机器可读指令以加载到控制器112中并供其执行的非暂时性介质。在这些和其他实施例中，控制器112可以在适当的情况下用其他部件来实现，例如易失性存储器、非易失性存储器、一个或多个接口和/或用于与系统100的设备接口连接的各种模拟和/或数字部件。例如，控制器112可以适于例如随着时间的推移存储传感器信号、传感器信息、用于坐标系变换的参数、校准参数、校准点组和/或其他操作参数，并使用用户接口132向用户提供这样的存储的数据。在一些实施例中，控制器112可以例如与移动平台110的一个或多个其他元件集成，或作为多个逻辑设备分布在移动平台110、基站130和/或传感器有效载荷140内。

在一些实施例中，控制器112可以被配置为基本上连续地监测和/或存储由移动平台110、传感器有效载荷140和/或基站130的一个或多个元件提供的状态和/或传感器数据，举例来说，例如移动平台110、传感器有效载荷140和/或基站130的位置和/或取向。这样的传感器数据可以包括由SER 145提供的测距传感器数据。在各种实施例中，由SER 145提供的测距传感器数据指示SER 145和截取对应于SER 145的单个测距传感器元件的SER 145的传感器轴的表面之间的距离。在一些实施例中，这样的测距传感器数据可以用于对于移动平台110在其中操作的环境或勘测区域生成三维占据图，在占据图内定位移动平台110，和/或根据占据图确定移动平台110的预测路线或避开路线。例如，第一组测距传感器数据可以由SER145提供，并且第一组测距传感器数据可以用于生成水平平面占据图。第二组测距传感器数据可由SER 145提供，并且第二组测距传感器数据可以用于生成垂直平面占据图。在一些实施例中，第一组测距传感器数据可以对应于相对于移动平台110的水平平面扫描，而第二组测距传感器数据可以对应于相对于移动平台110的垂直平面扫描。在各种实施例中，传感器数据可以由控制器112监测和/或存储和/或在系统100的元件之间在系统100的整个操作过程中基本上连续地处理或传输，其中，这样的数据包括各种类型的传感器数据、控制参数和/或其他数据，如本文所述。

取向传感器114可以被实现为罗盘、浮标(float)、加速度计和/或能够测量移动平台110(例如，相对于诸如重力和/或磁北的一个或多个参考取向的横滚、俯仰和/或偏航的大小和方向)、万向节系统122、成像系统/传感器有效载荷140和/或系统100的其他元件的取向并提供可以传送到系统100的各种设备的诸如传感器信号和/或数据的这样的测量的其他设备中的一个或多个。陀螺仪/加速度计116可以被实现为一个或多个电子六分仪、半导体设备、集成芯片、加速度计传感器、加速度计传感器系统或能够测量移动平台110和/或系统100的其他元件的角速度/加速度和/或线性加速度(例如，方向和大小)并提供可以传送到系统100的其他设备(例如，用户接口132、控制器112)的诸如传感器信号和/或数据的测量的其他设备。GNSS118可以根据任何全球导航卫星系统来实现，包括基于GPS、GLONASS和/或伽利略的接收器和/或能够基于从太空和/或地面源(例如，eLoran和/或其他至少部分地面的系统)接收的无线信号确定移动平台110(例如，或移动平台110的元件)的绝对和/或相对位置并能够提供可以被传送到系统100的各种设备的诸如传感器信号和/或数据的测量(例如，坐标)的其他设备。在一些实施例中，GNSS 118可以包括例如高度计，或者可以用于提供绝对高度。

通信模块120可以被实现为被配置为在系统100的元件之间传输和接收模拟和/或数字信号的任何有线和/或无线通信模块。例如，通信模块120可以被配置为接收来自基站130的飞行控制信号和/或数据并将它们提供给控制器112和/或推进系统124。在其他实施例中，通信模块120可以被配置为从传感器有效载荷140接收图像和/或其他传感器信息(例如，可见光谱和/或红外静态图像或视频图像)并将传感器数据中继到控制器112和/或基站130。在一些实施例中，通信模块120可以被配置为支持扩频传输，例如，和/或系统100的元件之间的多个同时通信信道。无线通信链路可以包括一个或多个模拟和/或数字无线电通信链路，例如WiFi等，如本文所述，并且可以是在系统100的元件之间建立的直接通信链路，例如，或者可以通过被配置为接收和重传无线通信的一个或多个无线中继站进行中继。由通信模块120建立的通信链路可以被配置为在系统100的整个操作期间基本上连续地在系统100的元件之间传输数据，其中，这样的数据包括各种类型的传感器数据、控制参数和/或其他数据，如本文所述。

万向节系统122可以被实现为致动的万向节安装件，例如，其可以由控制器112控制以相对于目标稳定传感器有效载荷140或根据期望的方向和/或相对取向或位置瞄准传感器有效载荷140(例如，或与其耦接的部件，例如SER 145)。因此，万向节系统122可以被配置为向控制器112和/或通信模块120(例如，万向节系统122可以包括其自己的取向传感器114)提供传感器有效载荷140的相对取向(例如，相对于移动平台110的取向)。在其他实施例中，万向节系统122可以被实现为重力驱动的安装件(例如，非致动的)。在各种实施例中，万向节系统122可以被配置为提供电力、支持有线通信和/或以其他方式促进铰接的传感器/传感器有效载荷140的操作。在其他实施例中，万向节系统122可以被配置为耦接到激光指示器、测距仪和/或其他设备，例如，以基本上同时支持、稳定、供电和/或瞄准多个设备(例如，传感器有效载荷140和一个或多个其他设备)。

在一些实施例中，万向节系统122可以适于在相对于移动平台110的取向和/或位置的垂直平面中旋转传感器有效载荷140±90度，或高达360度。在一些实施例中，万向节系统122可以被配置为限制SER 145的旋转，使得SER 145提供与以移动平台110的预测路线为中心的水平或垂直平面的弧形部分对应并且包括之间的角宽度(例如，5度角宽度和180度角宽度)的角度受限测距传感器数据。在其他实施例中，这样的角宽度可以大于180度或小于5度，这取决于期望的应用。在其他实施例中，万向节系统122可以在移动平台110偏航时旋转传感器有效载荷140以平行于移动平台110的纵轴或横轴，这可以提供在相对于移动平台110的水平平面中的360度测距和/或成像。在各种实施例中，控制器112可以被配置为监测万向节系统122和/或传感器有效载荷140相对于移动平台110的取向，例如，或传感器有效载荷140(例如，SER 145)的元件的绝对或相对取向。这样的取向数据可被传输到系统100的其他元件以进行监测、存储或进一步处理，如本文所述。

推进系统124可以被实现为一个或多个螺旋桨、涡轮机或其他基于推力的推进系统，和/或可以用于向移动平台110提供动力和/或升力和/或使移动平台110转向的其他类型的推进系统。在一些实施例中，推进系统124可以包括多个螺旋桨(例如，三、四、六、八或其他类型的“旋翼机”)，其可以被控制(例如，由控制器112)以为移动平台110提供升力和运动并为移动平台110提供取向。在其他实施例中，推进系统124可以被配置为主要提供推力而移动平台110的其他结构提供升力，例如在固定翼实施例(例如，机翼提供升力的实施例)和/或浮空器实施例(例如，气球、飞艇、混合浮空器)中。在各种实施例中，推进系统124可以被实现具有便携式电源，例如电池和/或内燃机/发电机和燃料供应。

其他模块126可以包括例如其他和/或附加传感器、致动器、通信模块/节点，和/或用户接口设备，并且例如，可以用于提供与移动平台110的操作相关的附加环境信息。在一些实施例中，其他模块126可以包括湿度传感器、风和/或水温传感器、气压计、高度计、雷达系统、接近传感器、可见光谱相机或红外相机(具有附加安装件)，辐照度检测器和/或其他环境传感器，其提供可以显示给用户和/或由系统100的其他设备(例如，控制器112)使用以提供对移动平台110和/或系统100的操作控制的测量和/或其他传感器信号。

在一些实施例中，其他模块126可以包括耦接到移动平台110的一个或多个致动和/或铰接的设备(例如，多光谱有源照明器、可见光和/或IR相机、雷达、声纳和/或其他致动的设备)，其中每个致动的设备包括一个或多个致动器，该致动器适于响应一个或多个控制信号(例如，由控制器112提供)调整该设备相对于移动平台110的取向。特别地，其他模块126可以包括立体视觉系统，该立体视觉系统被配置为提供图像数据，该图像数据可以用于计算或估计移动平台110的位置，例如，或用于计算或估计接近移动平台110的导航危险的相对位置。在各种实施例中，控制器112可以被配置为使用这样的接近和/或位置信息来帮助安全地领航移动平台110和/或监测通信链路质量，如本文所述。

基站130的用户接口132可以被实现为显示器、触摸屏、键盘、鼠标、操纵杆、旋钮、方向盘、轭和/或能够接受用户输入和/或向用户提供反馈的任何其他设备中的一个或多个。在各种实施例中，用户接口132可以适于向系统100的其他设备(例如控制器112)提供用户输入(例如，作为由基站130的通信模块134传输的一种类型的信号和/或传感器信息)。用户接口132也可以被实现具有一个或多个逻辑设备(例如，类似于控制器112)，其可以适于存储和/或执行指令，例如软件指令，从而实现本文描述的各种过程和/或方法中的任何一个。例如，用户接口132可以适于形成通信链路、传输和/或接收通信(例如，红外图像和/或其他传感器信号、控制信号、传感器信息、用户输入和/或其他信息)，例如，或执行本文描述的各种其他过程和/或方法。

在一个实施例中，用户接口132可以适于显示各种传感器信息和/或其他参数的时间序列作为图表或分布图的一部分或叠加在图表或分布图上，可以对于移动平台110和/或系统100的其他元件的位置和/或取向，对其进行参考。例如，用户接口132可以适于显示叠加在地理分布图上的移动平台110和/或系统100的其他元件的位置、航向和/或取向的时间序列，该地理分布图可以包括指示致动器控制信号、传感器信息和/或其他传感器和/或控制信号的对应时间序列的一个或多个图表。

在一些实施例中，用户接口132可以适于接受用户输入，包括例如系统100的元件的用户定义的目标航向、航路点、路线和/或取向，并且生成控制信号以使移动平台110根据目标航向、路线和/或取向移动，或相应地瞄准传感器有效载荷140。在其他实施例中，例如，用户接口132可以适于接受修改控制器112的控制回路参数的用户输入。在其他实施例中，用户接口132可以适于接受用户输入，包括例如与移动平台110关联的致动的或铰接的设备(例如，传感器有效载荷140)的用户定义的目标姿态、取向和/或位置，并根据目标高度、取向和/或位置生成用于调整致动的设备的取向和/或位置的控制信号。这样的控制信号可以被传输到控制器112(例如，使用通信模块134和120)，然后该控制器可以相应地控制移动平台110。

通信模块134可以被实现为被配置为在系统100的元件之间传输和接收模拟和/或数字信号的任何有线和/或无线通信模块。例如，通信模块134可以被配置为将来自用户接口132的飞行控制信号传输到通信模块120或144。在其他实施例中，通信模块134可以被配置为从传感器有效载荷140接收传感器数据(例如，可见光谱和/或红外静态图像或视频图像，或其他传感器数据)。在一些实施例中，通信模块134可以被配置为支持扩频传输，例如，和/或系统100的元件之间的多个同时通信信道。在各种实施例中，通信模块134可以被配置为监测在如本文所述的基站130、传感器有效载荷140和/或移动平台110之间建立的通信链路的状态(例如，包括例如使用数字通信链路在系统100的元件之间传输和接收的数据包丢失)。这样的状态信息可以被提供给用户接口132，例如，或传输到系统100的其他元件，以进行监测、存储或进一步处理，如本文所述。

基站130的其他模块136可以包括例如用于提供与基站130关联的附加环境信息的其他和/或附加传感器、致动器、通信模块/节点和/或用户接口设备。在一些实施例中，其他模块136可以包括湿度传感器、风和/或水温传感器、气压计、雷达系统、可见光谱相机、红外相机、GNSS和/或提供测量和/或其他传感器信号的其他环境传感器，该测量和/或其他传感器信号可以向用户显示和/或由系统100的其他设备(例如，控制器112)使用以提供移动平台110和/或系统100的操作控制或处理传感器数据以补偿环境状况，举例来说，例如与移动平台110和/或基站130大致相同高度和/或相同区域内的大气中的水含量。在一些实施例中，其他模块136可以包括一个或多个致动的和/或铰接的设备(例如，多光谱有源照明器、可见光和/或IR相机、雷达、声纳和/或其他致动的设备)，其中，每个致动的设备包括一个或多个致动器，其适于响应一个或多个控制信号(例如，由用户接口132提供)来调整设备的取向。

在成像系统/传感器有效载荷140被实现为成像设备的实施例中，成像系统/传感器有效载荷140可以包括成像模块142，其可以被实现为制冷和/或非制冷的检测器元件阵列，例如可见光谱和/或红外敏感检测器元件，包括量子阱红外光电检测器元件、基于辐射热计或微测辐射热计的检测器元件、基于II型超晶格的检测器元件和/或可以布置在焦平面阵列中的其他红外光谱检测器元件。在各种实施例中，成像模块142可以包括一个或多个逻辑设备(例如，类似于控制器112)，其可以被配置为在将图像提供给存储器146或通信模块144之前处理由成像模块142的检测器元件捕获的图像。更一般地，成像模块142可以被配置为至少部分地或结合控制器112和/或用户接口132执行本文描述的任何操作或方法。

在一些实施例中，传感器有效载荷140可以被实现具有类似于成像模块142的第二或附加成像模块，例如，其可以包括被配置为检测其他电磁频谱(例如可见光、紫外和/或其他电磁频谱或这样的频谱的子集)的检测器元件。在各种实施例中，这样的附加成像模块可被校准或配准到成像模块142，使得由每个成像模块捕获的图像占据其他成像模块的已知且至少部分重叠的视场，从而允许不同频谱的图像在几何学上彼此配准(例如，通过缩放和/或定位)。在一些实施例中，除了依靠已知的重叠视场之外或作为依靠已知的重叠视场的替代，可以使用模式识别处理将不同频谱的图像彼此配准。

在一个实施例中，传感器有效载荷140可以包括SER 145。SER 145可以被实现具有单个测距传感器元件并且可以被配置为提供指示SER 145和截取SER 145的对应于其单个测距传感器元件的传感器轴的表面之间的距离的测距传感器数据。在各种实施例中，SER145可以被配置为或适于提供相对精确的、基本上实时的距离测量并且对移动平台110呈现相对低的功耗(例如，小于1mW，连续)。例如，SER 145可以被配置为确定SER 145和相对于移动平台110移动或静止的目标之间的距离。在一些实施例中，SER 145可以包括一个或多个逻辑设备(例如，类似于控制器112)，其可以被配置为在将测距传感器数据提供给存储器146或通信模块144之前处理由SER 145的传感器元件生成的测距传感器数据。更一般地，SER 145可以被配置为至少部分地或结合控制器112、通信模块120、万向节系统122和/或传感器有效载荷140和/或移动平台110的其他元件执行本文描述的任何操作或方法。

传感器有效载荷140的通信模块144可以被实现为被配置为在系统100的元件之间传输和接收模拟和/或数字信号的任何有线和/或无线通信模块。例如，通信模块144可以被配置为将红外图像从成像模块142传输到通信模块120或134。作为另一示例，通信模块144可以被配置为将来自SER 145的测量距离传输到通信模块120或134。在其他实施例中，通信模块144可以被配置为接收来自控制器112和/或用户接口132的控制信号(例如，引导传感器有效载荷140的捕获、聚焦、选择性过滤和/或其他操作的控制信号)。在一些实施例中，通信模块144可以被配置为支持扩频传输，例如，和/或系统100的元件之间的多个同时通信信道。在各种实施例中，通信模块144可以被配置为监测和传送如本文所述的传感器有效载荷140的取向的状态。这样的状态信息可以被提供给例如SER 145，或者被传输到系统100的其他元件以进行监测、存储或进一步处理，如本文所述。

存储器146可以被实现为一种或多种机器可读介质和/或逻辑设备，其被配置为存储软件指令、传感器信号、控制信号、操作参数、校准参数、红外图像和/或促进系统100的操作的其他数据，例如，并将其提供给系统100的各种元件。存储器146也可以至少部分地实现为可移动存储器，例如安全数字存储卡，例如包括用于这样的存储器的接口。

传感器有效载荷140的取向传感器148可以类似于取向传感器114或陀螺仪/加速度计116和/或能够测量传感器有效载荷140、成像模块142和/或传感器有效载荷140的其他元件的取向(例如，相对于诸如重力、磁北和/或移动平台110的取向的一个或多个参考取向的横滚、俯仰和/或偏航的大小和方向)并提供这样的测量作为可以传送到系统100的各种设备的传感器信号的任何其他设备来实现。传感器有效载荷140的陀螺仪/加速度计(例如角运动传感器)150可以被实现为一个或多个电子六分仪、半导体设备、集成芯片、加速度计传感器、加速度计传感器系统或能够测量传感器有效载荷140和/或传感器有效载荷140的各种元件的角速度/加速度(例如，角运动)和/或线性加速度(例如，方向和大小)并提供可以传送到系统100的各种设备的诸如传感器信号的测量的其他设备。

例如，传感器有效载荷140的其他模块152可以包括其他和/或附加传感器、致动器、通信模块/节点、制冷或非制冷滤光器和/或用于提供与传感器有效载荷140关联的附加环境信息的用户接口设备。在一些实施例中，其他模块152可以包括湿度传感器、风和/或水温传感器、气压计、雷达系统、可见光谱相机、红外相机、GNSS和/或提供测量和/或其他传感器信号的其他环境传感器，该测量和/或其他传感器信号可以向用户显示和/或由成像模块142或系统100的其他设备(例如，控制器112)使用以提供移动平台110和/或系统100的操作控制或处理图像以补偿环境状况。

一般而言，系统100的每个元件可以被实现具有任何适当的逻辑设备(例如，处理设备、微控制器、处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、存储器存储设备、存储器读取器或其他设备或设备组合)，其可适于执行、存储和/或接收适当的指令，例如实现用于提供传感器数据和/或图像，例如，或用于在系统100的一个或多个设备之间传输和/或接收通信(例如传感器信号、传感器信息和/或控制信号)的方法的软件指令。此外，可以提供一种或多种非暂时性介质用于存储机器可读指令以加载到被实现具有系统100的一个或多个设备的任何逻辑设备中并供其执行。在这些和其他实施例中，在适当的情况下逻辑设备可以被实现具有其他部件，例如易失性存储器、非易失性存储器和/或一个或多个接口(例如，内部集成电路(I2C)接口、移动工业处理器接口(MIPI)、联合测试行动组(JTAG)接口(例如，IEEE 1149.1标准测试访问端口和边界扫描架构)和/或其他接口，例如用于一个或多个天线的接口，或用于特定类型传感器的接口)。

传感器信号、控制信号和其他信号可以使用各种有线和/或无线通信技术在系统100的元件之间传送，例如包括电压信号、以太网、WiFi、蓝牙、Zigbee、Xbee、Micronet或其他中程和/或短程有线和/或无线联网协议和/或实施方式。在这样的实施例中，系统100的每个元件可以包括支持有线、无线和/或有线和无线通信技术的组合的一个或多个模块。在一些实施例中，系统100的各种元件或元件的部分例如可以彼此集成，或者可以集成到单个印刷电路板(PCB)上以降低系统复杂性、制造成本、功率要求、坐标系误差和/或各种传感器测量之间的定时误差。例如，系统100的每个元件可以包括一个或多个电池、电容器或其他电力存储设备，并且可以包括一个或多个太阳能电池模块或其他电力生成设备。在一些实施例中，一个或多个设备可以由移动平台110的电源使用一个或多个电源线供电。这样的电源线还可以用于支持系统100的元件之间的一种或多种通信技术。

图2示出了根据本公开的实施例的包括移动平台110A和110B的勘测系统200的图，移动平台110A和110B各自具有SER 145/传感器有效载荷140和关联的万向节系统122。在图2所示的实施例中，勘测系统200包括基站130、具有铰接的成像系统/传感器有效载荷140和万向节系统122的移动平台110A以及具有铰接的成像系统/传感器有效载荷140和万向节系统122的移动平台110B，其中，基站130可以被配置为控制移动平台110A、移动平台110B和/或传感器有效载荷140的移动、位置和/或取向。更一般地，勘测系统200可以包括任意数量的移动平台110、110A和/或110B。

图3A示出了根据本公开的实施例的在勘测区域300中操纵的勘测系统100的移动平台110的侧视图。图3B示出了在勘测区域300中操纵的勘测系统100的移动平台110的俯视图。在各种实施例中，移动平台110可以类似于图1-2的勘测系统100和/或200的移动平台来实现。如图3A-B所示，勘测区域300可以对应于例如移动平台110要穿越和/或勘测的特定区域，并且可以包括移动平台100被配置为其在勘测区域300内从出发位置(例如，锚位置335)操纵到最终目的地(例如，预测目的地340)时要避开的各种障碍物(例如，导航障碍物、阻挡物、结构)。通常，锚位置335、预测目的地340和/或者它们之间的预测路线320可以由用户选择和/或由移动平台110的后勤、与勘测区域300关联的勘测模式和/或总体任务目标指示，如本文所述。

在图3A-B中描绘的实施例中，勘测区域300可对应于具有一个或多个钟乳石310、石笋315、洞穴底部330、洞穴天花板325和/或洞穴壁326的洞穴。每个导航障碍物或限制表示当移动平台110沿着预测路线320从锚位置335到预测目的地340穿越勘测区域300时移动平台110应当避开的操纵阻挡物。预测路线320可以是移动平台110在锚位置335和预测目的地340之间行进的简化线性路线。预测路线320可以基于移动平台110(例如，使用SER 145)在其穿越勘测区域300时发现的障碍物进行调整，并且可以在本文将对预测路线320的调整或改变称为避开路线。在各种实施例中，预测目的地340可以由移动平台110至少部分地基于例如所确定的预测路线320和/或由移动平台110生成或由移动平台110接收的GPS坐标(例如，来自基站130)确定作为任务目标的一部分，如本文所述。

尽管图3A-B示出了大致对应于洞穴的勘测区域300，但是可以设想移动平台110在其中穿越并避开各种其他类型的操纵阻挡物的其他勘测区域和环境。例如，移动平台110可以穿越具有其他天然操纵阻挡物(例如树木)的勘测区域；具有人工操纵阻挡物(例如人造结构)的勘测区域、建筑物内部、被浓烟或其他削弱可见光谱视觉的环境状况充斥的勘测区域、燃烧的建筑物以及具有任何数量和类型的导航障碍的各种其他勘测区域。

在图3A-B所示的实施例中，移动平台110被示出为具有沿着从锚位置335开始并在预测目的地340结束的预测路线320的航向或飞行方向。移动平台110的纵轴可以平行于这样的航向和/或从移动平台110的前面突出，并且在各种实施例中，可以在移动平台110穿越预测路线320时与移动平台110的预测路线320对齐。在图3A-B中，预测路线320和移动平台110的纵轴被示为平行于与移动平台110关联的坐标系的X轴。移动平台110绕这样的纵轴的旋转可以被称为横滚旋转。移动平台110的垂直轴可以从移动平台110的顶部突出，并且在一些实施例中，可以与相对于移动平台110的重力方向平行(例如，反平行)。在一些实施例中，这样的垂直轴例如可以被选择为垂直于移动平台110下方的地面(例如，洞穴底部330)，或者可以被选择为旋转远离移动平台110的顶部。在图3A-B所示的实施例中，如图3A所示，垂直轴被示为平行于与移动平台110关联的坐标系的Z轴。跨越移动平台110的纵轴和垂直轴的平面可以被称为纵向平面、矢状平面或竖直平面。移动平台110绕这样的纵轴的旋转可以被称为偏航旋转。移动平台110的横轴可以垂直于移动平台110的纵轴和垂直轴。在这点上，纵轴、垂直轴和横轴可以彼此正交并形成移动平台110的局部坐标系。跨越移动平台110的横轴和纵轴的平面可以被称为纬度平面、横向平面或水平平面。移动平台110绕这样的横轴的旋转可以被称为俯仰旋转。

在各种实施例中，锚位置335充当为移动平台110建立的坐标系的原点。当从锚位置335导航到预测目的地340时，移动平台110可以被配置为主要在一系列直线段上操纵，以便安全地避开由勘测系统100识别的操纵阻挡物。例如，如果没有检测到操纵阻挡物，则可以在锚位置335(例如，移动平台110的移动原点)和预测目的地340(例如，移动平台110的最终目的地，例如任务目标/观察位置)之间预测单个直线段预测路线320，并且移动平台110可以相应地穿越勘测区域300。在一些实施例中，当移动平台110操纵到最终预测目的地340时，可以沿着由移动平台110确定的一个或多个避开路线在锚位置335和一个或多个避开目的地之间形成各种其他直线段。移动平台110可以沿着这样的直线段行进，以例如通过在障碍周围横向地或在障碍下方或上方垂直地进行操纵来避免碰撞与预测路线320相交的操纵阻挡物。在这点上，移动平台110可以调整预测路线320以创建避开路线以避免碰撞这样的操纵阻挡物。

在各种实施例中，移动平台110可以被配置为至少部分地基于三维占据图(例如，使用由SER 145提供的测距传感器数据生成)和与预测路线320关联的预测目的地340来确定移动平台110的避开路线。例如，移动平台110(例如，移动平台110的逻辑设备)可以被配置为确定避开路线以将移动平台110从预测路线320上的避开锚位置操纵到被选择为例如避开在这样的三维占据图中识别的一个或多个操纵阻挡物和/或最小化总飞行时间、行进距离和/或遵守各种其他任务目标的避开目的地。移动平台110然后可以沿着这样的避开路线从避开锚位置操纵到避开目的地，如本文所述。

在一些实施例中，移动平台110可以执行相对于移动平台110的勘测区域300的扫描以提供测距传感器数据。移动平台110可以例如使用耦接到万向节系统122的SER 145来执行对勘测区域300的扫描以提供指示SER 145和拦截对应于SER 145的单个测距传感器元件的SER 145的传感器轴的勘测区域300内的表面之间的距离的一组或多组测距传感器数据。每组测距传感器数据可以对应于由SER 145和/或移动平台110执行的不同扫描。例如，第一组测距传感器数据可以对应于对勘测区域300的水平平面扫描而第二组测距传感器数据可以对应于对勘测区域300的垂直平面扫描。移动平台110的控制器可以与万向节系统122通信以调整SER 145相对于移动平台110的取向，以促进使用SER 145扫描勘测区域300。在各种实施例中，足以安全地在场景300内操纵移动平台110的三维占据图可以如本文所述，至少部分地根据基于对勘测区域300的一个或多个这样的水平平面扫描的水平平面占据图和基于对一个或多个这样的垂直平面扫描的垂直平面占据图来确定。

图3C示出了根据本公开的实施例的由勘测系统100的移动平台110生成的二维垂直平面占据图301。例如，移动平台110可以被配置为使用SER 145来执行图3A-B的对勘测区域300的垂直扫描(例如，对应于跨越图3A的页面平面的至少一部分的扫描)以测量移动平台110和关联的垂直平面中的操纵阻挡物之间的距离并生成垂直平面占据图301。在一些实施例中，生成垂直平面占据图301包括绕移动平台110的水平轴并在至少部分地由移动平台110的预测路线320限定的垂直平面内旋转SER 145，以生成测距传感器数据组；至少部分地基于测距传感器数据组来确定一组距离和SER 145的对应的相对取向(例如，当SER 145绕移动平台110的水平轴旋转时与和垂直平面相交的表面关联)；并且至少部分地基于该组距离和SER 145的对应的相对取向来生成垂直平面占据图301，如本文所述。例如，SER 145的相对取向可以通过使用取向传感器114(例如，罗盘/磁力计)、陀螺仪/加速度计116(例如，通过检测重力和/或对检测到的角加速度进行积分)和/或通过接收来自万向节系统122的相对取向来确定。

在一些实施例中，垂直平面占据图301可以用于防止移动平台110在穿越预测路线320时垂直漂移，从而允许图3D-E的水平平面占据图302保持有效，以引导移动平台110在勘测区域300内的操纵，如本文所述。例如，SER 145的垂直扫描可以用于更新垂直平面占据图301和移动平台110在垂直平面占据图301内的位置。垂直平面占据图301和关联信息可由控制器112监测以防止移动平台110沿着与移动平台110关联的垂直轴垂直漂移。

在各种实施例中，例如，垂直平面占据图301可以被实现为表示跨越移动平台110的垂直轴和纵轴的垂直平面的二维地理空间分布图，并且还可以被实现为与相对于移动平台110的垂直平面关联的占据网格。在一些实施例中，锚位置335(例如，穿越勘测区域300的初始或出发位置)可以用作或建立作为垂直平面占据图301的原点。更一般地，垂直平面占据图301的原点可以被建立为移动平台110在勘测区域300/垂直平面占据图301内的当前位置。

在一些实施例中，移动平台110可以被配置为通过以下方式来执行垂直扫描(例如，在本文中也称为纵向扫描)：使万向节系统122和/或移动平台110偏航或摇摄以瞄准传感器有效载荷140和/或SER 145的传感器轴平行于预测路线320和/或平行于至少部分地由预测路线320限定的垂直平面，然后使万向节系统122和/或移动平台110俯仰或倾斜以在以移动平台110的纵轴为中心的垂直扫描角375(例如，在图3C中限定为平行于X轴和Z轴的垂直平面中)上扫描或定向传感器有效载荷140和/或SER 145，以测量当移动平台110沿着预测路线320朝向预测目的地340操纵时，到在相对于移动平台110的这样的垂直平面中的操纵阻挡物的距离和/或与该操纵阻挡物关联的距离。例如，可以在这样的垂直扫描期间测量从SER145/移动平台110到勘测区域300的钟乳石310、石笋315、洞穴顶部325和洞穴底部330的多个部分的距离。这样的垂直扫描可以用于生成垂直平面占据图301和/或确定移动平台110在垂直平面占据图301内的位置。

在一些情况下，垂直扫描角375可以对应于SER 145的一周转(例如，360度垂直扫描)。在其他情况下，垂直扫描角375可以小于一周转(例如，关于预测路线320的+-90度，关于预测路线320的+-45度，或关于预测路线320的约5到180度之间的任何立体角范围)。在一些实施例中，小于一周转的垂直扫描角375可以用于通过在垂直扫描期间节省功率和时间来提高操作效率。在一些实施例中，垂直平面占据图301可以包括至少部分地基于角度受限测距传感器数据生成的角度受限平面占据图。角度受限测距传感器数据可以对应于以预测路线320为中心的垂直平面的弧形部分，并且包括在5度角宽度和180度角宽度之间的角宽度。

如图3C的垂直平面占据图301所示，垂直扫描可以捕获对应于勘测区域300的钟乳石部分350、石笋部分365、洞穴顶部部分345和洞穴底部部分370。视线(例如，阴影边界)351和366表示移动平台110在移动平台110在锚位置335处执行垂直扫描时在勘测区域300中的视线(例如，由于操纵阻挡物投射的阴影而导致的垂直平面占据图301的边界)。例如，勘测区域300的钟乳石310和石笋315可能随着移动平台110穿越勘测区域300而逐渐减少地和/或不同地在垂直平面中部分地遮蔽移动平台110的扫描视图。在移动平台110穿越勘测区域300时执行的附加垂直扫描可以用于填充垂直平面占据图301的这样的遮蔽部分。

在各种实施例中，移动平台110可以使用垂直平面占据图301来确定移动平台110在其从锚位置335操纵到预测目的地340时的预测或避开路线。例如，如果预测路线320被在垂直平面占据图301中检测到操纵阻挡物阻挡，则移动平台110可以执行进一步扫描以更新垂直平面占据图301和/或至少部分地基于垂直平面占据图301确定适当的避开路线以到达预测目的地340。在实施例中，当移动平台110在勘测区域300内的横向位置基本上匹配锚位置335的横向位置(例如，绝对或相对横向位置)时，垂直平面占据图301可以保持有效(例如，用于操纵移动平台110)。例如，垂直平面占据图301可以用于安全地避开沿着预测路线320操纵阻挡物，同时移动平台110保持预测路线320而不横向漂移远离预测路线320。

在一些实施例中，当预测或避开路线需要移动平台110的新航向时，移动平台110可以被配置为偏航以调整其航向，使得移动平台110可以沿着新的预测或避开路线操纵。当已建立新航向以与新的预测或避开路线对齐时，移动平台110可重新定义其纵轴和横向轴的绝对取向，使得它们对应于移动平台110的新航向。在完成航向调整后，移动平台110可以通过使用SER 145执行附加的垂直扫描来生成新的和不同定向的垂直占据图，其对应于新的航向/预测或避开路线，如本文所述。建立这样新的和不同定向的垂直占据图在本文中可以被称为执行垂直占据图切换。

在执行垂直占据图切换时，应当避免相对于移动平台110沿着任何轴的漂移。例如，移动结构110可以被配置为使用万向节系统122和/或SER145来帮助在偏航旋转期间保持移动平台110的垂直位置基本恒定以改变移动平台110的航向并且同时执行垂直占据图切换，这可以允许对应的水平平面占据图(例如，参考图3D描述)，以对于在勘测区域300内操纵移动平台110保持有效。通常，在没有有效的垂直和水平平面占据图的情况下，移动平台110不应在勘测区域300内操纵，如本文所述，并且在检测到占据图变得无效时(例如，由于空间漂移超过最大漂移阈值)，移动平台110可以被配置为停止对勘测场景300的穿越直到可以使用SER 145生成有效的占据图。

图3D示出了根据本公开的实施例的由勘测系统100的移动平台110生成的二维水平平面占据图302。例如，移动平台110可以被配置为使用SER 145来执行对图3A-B的勘测区域300的水平扫描(例如，对应于跨越图3B的页面平面的至少一部分的扫描)以测量移动平台110和关联水平平面中的阻挡物之间的距离并生成水平平面占据图302。在一些实施例中，生成水平平面占据图302包括绕移动平台110的垂直轴并且在至少部分地由移动平台110的预测路线320限定的水平平面内旋转SER 145和/或移动平台110，以生成测距传感器数据组；至少部分地基于测距传感器数据组确定SER 145和/或移动平台110的一组距离和对应的相对取向或方位(例如，与在SER 145绕移动平台110的垂直轴旋转时与水平平面相交的表面关联)；和至少部分地基于SER 145和/或移动平台110的该组距离和对应的相对取向或方位来生成水平平面占据图302，如本文所述。例如，SER145和/或移动结构110的相对取向或方位可以通过以下方式确定：通过使用取向传感器114和/或陀螺仪/加速度计116，通过从万向节系统122接收相对取向和/或方位、和/或通过例如控制移动平台101根据已知的偏航率绕其垂直轴旋转和按时间对该组距离编排索引以识别对应的相对取向和/或方位。

在一些实施例中，水平平面占据图302可以用于防止移动平台110在穿越预测路线320时横向(例如，或不可控制地水平)漂移，从而允许(例如，图3C和3E的)垂直平面占据图301保持有效，以引导移动平台110在勘测区域300内的操纵，如本文所述。例如，SER 145的水平扫描可以用于更新水平平面占据图302和移动平台110在水平平面占据图302内的位置。水平平面占据图302和关联信息可由控制器112监测以防止移动平台110沿着与移动平台110关联的横轴和/或纵轴水平漂移。

在各种实施例中，例如，水平平面占据图302可以被实现为表示跨越移动平台110的纵轴和横轴的水平平面的二维地理空间分布图，并且也可以被实现为与相对于移动平台110的水平平面关联的占据网格。在一些实施例中，锚位置335(例如，穿越勘测区域300的初始或出发位置)可以用作或建立作为水平平面占据图302的原点。更一般地，水平平面占据图302的原点可以被建立为移动平台110在勘测区域300/水平平面占据图302内的当前位置。

在一些实施例中，移动平台110可以被配置为通过以下方式来执行水平扫描(例如，在本文中也称为横向扫描)：使万向节系统122和/或移动平台110偏航或摇摄以瞄准传感器有效载荷140和/或SER 145的传感器轴平行于预测路线320和/或平行于至少部分地由移动平台110的高度/预测路线(例如预测路线320)限定的水平平面，然后使万向节系统122和/或移动平台110偏航或摇摄以在以移动平台110的纵轴为中心的水平扫描角385(例如，在图3D中限定为平行于X轴和Y轴的水平平面中)上扫描或定向传感器有效载荷140和/或SER 145，以测量当移动平台110沿着预测路线320朝向预测目的地340操纵时，到在相对于移动平台110的这样的水平平面中的操纵阻挡物的距离。例如，可以在这样的水平扫描期间测量从SER 145/移动平台110到勘测区域300的钟乳石310、石笋315和洞穴壁326的一些部分的距离。这样的水平扫描可以用于生成水平平面占据图302和/或确定移动平台110在水平平面占据图302内的位置。

在一些情况下，水平扫描角385可以对应于SER 145的一周转(例如，360度水平扫描)。在其他情况下，水平扫描角385可以小于一周转(例如，关于预测路线320的+-90度，关于预测路线320的+-45度，或关于预测路线320的约5到180度之间的任何立体角范围)。在一些实施例中，小于一周转的水平扫描角385可以用于通过在水平扫描期间节省功率和时间来提高操作效率。在一些实施例中，水平平面占据图302可以包括至少部分地基于角度受限测距传感器数据生成的角度受限平面占据图。角度受限测距传感器数据可以对应于以预测路线320为中心的水平平面的弧形部分，并且包括在5度角宽度和180度角宽度之间的角宽度。

如图3D的水平平面占据图302所示，水平扫描可以捕获对应于勘测区域300的钟乳石部分395、石笋部分390和洞穴壁部分392。视线(例如，阴影边界)396A-B和391A-B表示移动平台110在移动平台110在锚位置335处执行水平扫描时在勘测区域300中的视线(例如，由于操纵阻挡物投射的阴影而导致的水平平面占据图302的边界)。例如，勘测区域300的钟乳石310和石笋315可能随着移动平台110穿越勘测区域300而逐渐减少地和/或不同地在水平平面中部分地遮蔽移动平台110的扫描视图。在移动平台110穿越勘测区域300时执行附加水平扫描可以用于填充水平平面占据图302的这样的遮蔽部分。

在各种实施例中，移动平台110可以使用水平平面占据图302来确定移动平台110在其从锚位置335操纵到预测目的地340时的预测或避开路线。例如，如果预测路线320被在水平平面占据图302中检测到操纵障碍阻挡，则移动平台110可以执行进一步扫描以更新水平平面占据图302和/或至少部分地基于水平平面占据图302确定适当的避开路线以到达预测目的地340。在实施例中，当移动平台110在勘测区域300内的垂直位置基本上匹配锚位置335的垂直位置(例如，绝对或相对垂直位置)时水平平面占据图302可以保持有效(例如，用于操纵移动平台110)。例如，水平平面占据图302可以用于安全地避开沿着预测路线320操纵阻挡物，同时移动平台110保持预测路线320而不垂直漂移远离预测路线320。

在一些实施例中，当预测或避开路线需要调整移动平台110的高度时，移动平台110可以被配置为使用推进系统124沿着预测或避开路线调整其高度以达到最终或避开高度/位置。当达到最终或避开高度时，移动平台110可以重新定义其纵轴和横轴的高度，以使其对应于移动平台110的新高度。在完成高度调整后，移动平台110可以通过使用SER 145执行附加的水平扫描来生成新的水平占据图，其对应于新高度，如本文所述。建立这样的新水平占据图在本文中可以被称为执行水平占据图切换。

在执行水平占据图切换时，应当避免相对于移动平台110沿着纵轴和横轴的漂移(例如，水平漂移)。例如，移动结构110可以被配置为使用万向节系统122和/或SER 145来帮助在改变移动平台110的高度时和在执行水平占据图切换时保持移动平台110在勘测区域300内的水平位置基本恒定，这可以允许对应的垂直平面占据图(例如，参考图3V描述)对于在勘测区域300内操纵移动平台110保持有效。

在各种实施例中，由于对先前(例如，在高度调整之前)水平平面占据图的依赖，缺乏关于在新高度处水平平面占据图的信息可能在执行水平平面占据图切换时导致或至少使得水平漂移。可以例如通过在调整移动平台110的高度时执行至少部分地跨越相对于移动平台110的水平轴和垂直轴的一个或多个正面扫描并基于正面扫描确定和/或更新对应的正面占据图来防止、减轻和/或减少这种水平漂移。在各种实施例中，每个单独的正面扫描可以是SER 145在移动平台110的航向和移动平台110的垂直轴之间的单次扫描。移动平台110可以被配置为在调整其高度时参考这样的正面占据图以帮助防止水平漂移。利用适当的正面占据图，可以在新的垂直坐标(例如，新的高度)处恢复移动平台110在勘测区域300内的纵坐标和横坐标。通常，这样的漂移减轻可以作为水平占据图切换的一部分来执行，如本文所述。如本文所述，类似的技术可以用于减轻垂直占据图切换期间的空间漂移。

图3E示出了根据本公开的实施例的由勘测系统100的移动平台110生成的三维占据图303。在各种实施例中，三维占据图303可以包括垂直平面占据图301和水平平面占据图302和/或基于垂直平面占据图301和水平平面占据图302来确定，如本文所述。例如，三维占据图303可以包括从由移动平台110的SER 145生成的垂直平面占据图301、水平平面占据图302和/或正面占据图导出的占据信息(例如，勘测区域300内对象表面的位置)。三维占据图303可以提供与勘测区域300关联的占据信息，以估计与移动平台110的运动关联的六个自由度(例如，6DoF)的至少部分范围。一般来说，来自垂直平面占据图301和水平平面占据图302的占据信息可以组合以确定三维占据图303。

在各种实施例中，移动平台110可以被配置为至少部分地基于三维占据图303和与预测路线320关联的预测目的地340来确定移动平台110的避开路线。这样的避开路线可以被确定为允许移动平台110从预测路线320上的避开锚位置操纵到与预测路线320水平和/或垂直间隔开的避开目的地，以避开在三维占据图303中识别的一个或多个操纵阻挡物，例如钟乳石部分350和395和/或石笋部分365和390，如图3C-D所示。例如，移动平台110可以被配置为通过至少部分地基于三维占据图303识别沿着预测路线320的一个或多个操纵阻挡物并至少部分地基于识别的一个或多个操纵阻挡物确定移动平台110的避开路线来，确定移动平台110的避开路线。

在一些实施例中，移动平台110可以被配置为通过以下方式识别沿着预测路线320的一个或多个操纵阻挡物：至少部分地基于预测路线320(例如，预测路线320的方向和/或范围)和三维占据图303(例如，表示在三维占据图303中的操纵阻挡物的一些部分或表面)识别与设置在预测路线320和/或移动平台110周围的碰撞风险体积相交和/或驻留在该碰撞风险体积内的表示在三维占据图303中的表面；并且聚合识别的表面的相邻表面，以沿着预测路线320形成一个或多个操纵阻挡物。在各种实施例中，可以基于移动平台110的尺寸和/或物理特征来确定碰撞风险体积。例如，如果勘测区域300的狭窄部分包括落于设置在预测路线320周围的碰撞风险体积内的表面，则移动平台110将不能穿过勘测区域300的狭窄部分(例如，比移动平台110的范围窄)。在一种情况下，三维占据图303中表示的相交表面可以指示沿着预测路线320的操纵阻挡物，并且识别的表面的相邻表面可以被聚合以形成沿着预测路线320的一个或多个操纵阻挡物(例如，钟乳石310和/或石笋315的一些部分)。

在一些实施例中，移动平台110可以被配置为确定与在三维占据图内识别的一个或多个对象关联的速度信息。这样的速度信息可以从由SER145提供的测距传感器数据中提供的多普勒频移或通过将三维占据图与相同勘测区域300的在前确定的三维占据图进行比较来导出。具有接近移动平台110的相对速度的对象例如当为用户呈现时(例如，经由用户接口132)，可以在三维占据图303内以危机颜色(例如，红色或橙色)突出显示，并且可以由移动平台110使用以帮助确定避开路线，以避开勘测区域300内的固定和移动操纵阻挡物。

图3F示出了根据本公开的实施例的由勘测系统100的移动平台110生成的三维占据图304。如图3F所示，在移动平台110沿着预测路线320行进穿过洞398并大致在垂直占据图切换位置321处接近操纵阻挡物(例如，如三维占据图304中所示的壁)时，移动平台110使用SER 145生成垂直平面占据图301A和水平平面占据图302A，其中，移动平台110改变其航向以沿着避开路线322行进以避开检测到的壁。当移动平台110沿着避开路线322行进时，移动平台110使用SER 145来更新/生成水平平面占据图302A并生成新的垂直平面占据图301B，如图所示。

虽然垂直平面占据图301和水平平面占据图302在图3A-F中一般地被描述和呈现为相互垂直，但在其他实施例中，它们可以不相互垂直(它们可以是非正交的)，例如，可以一般分别不平行/垂直于重力，和/或可以不与移动平台110的纵轴、横轴或垂直轴基本对齐。例如，在一些实施例中，水平平面占据图301可以平行于勘测区域300内的局部地面(例如，移动平台110下方的洞穴底部330)定向，其中，局部地面包括不垂直于重力的斜坡，并且垂直平面占据图302可以平行于重力定向或可定向为垂直于水平平面占据图301。在其他实施例中，垂直平面占据图302可定向为垂直于局部地面并且水平平面占据图301可以垂直于重力定向。在其他实施例中，对应于水平平面占据图301的水平扫描平面和对应于垂直平面占据图302的垂直扫描平面之间的交线可以与移动平台110的行进方向(例如预测路线320)对齐，其可以不垂直或平行于重力。在特定实施例中，水平平面占据图301可以平行于局部地面定向并且垂直平面占据图302可以与勘测区域内的树干对齐(例如，通常与重力对齐)。通常，垂直平面占据图301和/或水平平面占据图302可以与移动平台110的坐标系、通过勘测区域300的预测路线或勘测区域300的局部地形对齐。

图4A示出了根据本公开的实施例的与勘测系统100的移动平台110的任务目标关联的勘测区域400。例如，这样的任务目标可以包括使用定位和测绘以到达目的地420(例如，预测目的地)，以在预选高度(在图4A中表示为Dz)监测或成像410。在一些实施例中，这样的任务目标包括根据与任务目标关联的各种任务标准将移动平台110从锚位置415操纵到目的地420。例如，这样的任务标准可能需要移动平台110从锚位置415到目的地420行进选择的(例如，最大或最小)平移距离，在图4A中表示为D_X，和/或可能需要移动平台110在其从锚位置415导航到目的地420时根据各种限制调整其高度。

在特定实施例中，这样的任务目标可以包括移动平台110在目的地420完成指定任务。例如，这样的指定任务可以包括调整万向节系统122和/或定向移动平台110使得移动平台110的成像模块(例如成像模块142)可以用于例如从特定视角或观看位置捕获目标410的图像和/或视频。在另一实施例中，这样的任务可以包括调整万向节系统122和/或定向移动平台110，使得SER 145可以用于测量从目的地420到目标410(例如，目标410的表面)的距离，例如，或测量或估计目标410的外部大小。在一些实施例中，成像模块142可以捕获对应于第一组测距传感器数据的第一组图像数据并且捕获对应于第二组测距传感器数据的第二组图像数据。系统100和/或200可以至少部分地基于第一组和第二组图像数据及三维占据图来生成对应于三维占据图(例如，通过使用SER 145确定，如本文所述)的三维图像图。例如，这样的三维图像图可以包括图像数据在三维占据图上的空间叠加。在一些情况下，成像模块142的图像传感器包括可见光谱图像传感器、红外光谱图像传感器、热图像传感器和/或多光谱图像传感器。在各种实施例中，目标410可以是结构、人、对象和/或由与勘测区域400关联的任务目标指定的任何期望的勘测位置。

在一些实施例中，这样的任务目标的任务标准可以包括避开沿着从锚位置415到目的地420的预测路线的操纵阻挡物的指令。例如，这样的任务标准可以包括当移动平台110穿越勘测区域400时避开树木(例如，树木425、430和435)。在另一示例中，这样的任务标准可以包括避开可能阻止移动平台110安全地沿循勘测区域400内的预定路线的各种其他操纵阻挡物。在特定实施例中，这样的任务标准可以包括在移动平台110穿过勘测区域400时保持在垂直边界440和445(例如，大致对应于与树木425、430和435关联的垂直树叶厚度)内(例如，以降低从这样的树叶的上方或下方对移动平台110视觉和/或听觉识别的风险)。因此，可以选择垂直边界440和445以提供一定范围的高度，在该高度范围内移动平台110可以在不被对手/第三方和/或目标410检测到的情况下进行操纵。

图4B示出了根据本公开的实施例的至少部分基于任务目标(例如，对目标410的观察)和与勘测区域400关联的三维占据图(例如，类似于图3E的三维占据图303和/或图3F的三维占据图304)的勘测系统100的移动平台110的路线。如图4B所示，移动平台110可以被配置为在执行特定任务目标期间操纵通过勘测区域400并且避开操纵阻挡物(例如，树木425、430和435)。在锚位置415，移动平台110可以执行垂直扫描和水平扫描以生成三维占据图，如本文所述。例如，移动平台110可以分别基于垂直扫描和水平扫描生成垂直平面占据图和水平平面占据图，并基于这样的垂直平面占据图和水平平面占据图确定三维占据图。在一些实施例中，移动平台110可以基于锚位置415、目的地420和这样的三维占据图来确定预测路线465A。移动平台110然后可以在执行垂直和/或水平扫描以更新对应的垂直占据图和/或水平平面图时沿着预测路线465A朝向目的地420操纵，并且由此更新对应的三维占据图，如本文所述。

在图4B所示的实施例中，在锚位置446，移动平台110执行全扫描(例如，垂直扫描和水平扫描，使用SER 145)并基于由此产生的更新的垂直和/或水平占据图生成和/或更新三维占据图。这样的三维占据图可以指示树木425阻挡移动平台110沿着从锚位置415到目的地420的预测路线465A的操纵。因此，移动平台110可以被配置为例如确定树木425阻挡预测路线465A，并基于生成的三维占据图确定避开与树木425碰撞的避开路线465B。移动平台110然后可以调整其航向和/或执行垂直占据图切换，如上所述，并且沿着避开路线465B朝向锚位置/避开目的地450行进，以朝向目的地420前进并避开树木425。被选择为避开特定预测/避开路线上的操纵阻挡物的与勘测区域400内的移动平台110的路线关联的中间位置，例如锚位置450，可以被称为避开锚位置或避开目的地(例如，取决于移动平台110是朝向还是远离这样的位置行进)。

在到达锚位置450后，移动平台110可以执行全扫描并且确定树木425不再阻挡到目的地420的穿越。移动平台110可以调整其航向并沿着预测路线465C继续朝向目的地420，这可以被选择为最小化勘测区域400之外的偏离和/或基于与总体任务目标关联的其他任务标准。在到达锚位置455后，移动平台110可以使用SER 145执行其他扫描并确定树木435阻挡移动平台110沿着预测路线465C的操纵。移动平台110然后可以确定避开路线465D以避免与树木435碰撞和/或移得更靠近目的地420。移动平台110然后可以调整其航向并沿着避开路线465D朝向锚位置/避开目的地460行进，以朝向目的地420前进并避开树木435。在到达锚位置460后，移动平台110可执行其他扫描和/或确定树木430阻挡避开路线465D。移动平台110可以确定避开路线465E以避免与树木430碰撞和/或移得更靠近目的地420。移动平台110然后可以改变其航向并沿着避开路线465E朝向锚位置/避开目的地470行进，以朝向目的地420前进并避开树木430和/或435。在到达锚位置470后，移动平台110可以使用SER145执行其他扫描并通过以直线路线行进到锚位置475来确定到达目的地420的预测路线。在锚位置475，移动平台110可以确定到达目的地420需要高度调整。移动平台110可以调整其高度和/或执行水平图切换，如上所述，然后在确定没有沿着预测/闭合路线465F的其余操纵障碍之后操纵到目的地420。

在一些实施例中，移动平台110可以被配置为至少部分地基于与预测路线465F关联的预测目的地420来确定移动平台110的闭合路线465F，其中，闭合路线465F被配置为操纵移动平台110从避开目的地475(例如，图4B的避开阻挡物的锚位置之一)到预测目的地420，然后沿着预测路线465F将其自身从避开目的地475操纵到预测目的地420。当移动平台110从避开目的地475操纵到预测目的地420时，移动平台110可以继续执行垂直和/或水平扫描，以确定和/或更新三维阻挡物图并通过确定对应的避开路线来避开操纵阻挡物，如本文所述。更一般地，当移动平台110在树木425、430和435之间在勘测区域400内操纵并使用SER 145执行扫描时，移动平台110可以被配置为在与总体任务目标关联的任务标准的约束(例如图4A中所示的垂直边界440和445)内确定各种预测和/或避开路线。

图5示出了根据本公开的实施例的提供勘测区域的三维占据图的各种操作的流程图。如此，过程500使用耦接到移动平台110的SER 145提供勘测区域的测绘和移动平台110在勘测区域内的定位。在一些实施例中，图5的操作可以被实现为由与图1-4B中描绘的对应电子设备、传感器和/或结构关联的一个或多个逻辑设备或控制器执行的软件指令。例如，参考图5的过程500描述的移动平台可以根据图1-4B的移动平台110、110A或110B中的任何一个来实现。更一般地，图5的操作可以用软件指令、机械元件和/或电子硬件(例如，电感器、电容器、放大器、致动器或其他模拟和/或数字部件)的任何组合来实现。

还应当理解，过程500的任何步骤、子步骤、子过程或框可以以不同于图5所示实施例的顺序或布置来执行。例如，在一些实施例中，可以从过程中省略一个或多个框或向过程添加一个或多个框。此外，框输入、框输出、各种传感器信号、传感器信息、校准参数和/或其他操作参数可以在移动到对应过程的后续部分之前存储到一个或多个存储器。尽管参考图1-4B的系统描述了图5中的过程500，但是过程500可以由不同于那些系统并且包括电子设备、传感器、组件、机构、平台和/或平台属性的不同选择的其他系统来执行。

在框502处，针对水平平面生成水平平面占据图。在一些实施例中，通过下述方式生成水平平面占据图：绕移动平台的垂直轴旋转移动平台以使用具有单个测距传感器元件的SER生成第一组测距传感器数据；至少部分地基于第一组测距传感器数据，在绕移动平台的垂直轴旋转移动平台时，确定与和水平平面相交的表面关联的一组距离和对应的相对方位；和至少部分地基于移动平台的该组距离和相对方位来生成水平平面占据图。

在一些实施例中，移动平台的控制器可以与耦接到移动平台的万向节系统通信。万向节系统可以调整传感器有效载荷，以将耦接到传感器有效载荷的SER与相对于由移动平台建立的坐标系的水平平面对齐。在一些实施例中，移动平台然后可以通过偏航360度旋转并测量移动平台与水平平面中的障碍物之间的距离来执行水平扫描。在各种实施例中，作为水平扫描的结果确定的距离用于生成水平平面占据图和移动平台在水平平面占据图内的位置。在其他实施例中，作为水平扫描的结果确定的距离用于更新现有的水平占据图。该水平占据图可由移动平台监测以防止横向上的漂移，从而使垂直占据图保持有效。

在框504处，对于垂直平面生成垂直占据图。在一些实施例中，生成垂直平面占据图包括：绕移动平台的水平轴并在至少部分地由移动平台的预测路线限定的垂直平面内旋转SER，以生成第二组测距传感器数据；至少部分地基于第二组测距传感器数据，在绕移动平台的水平轴旋转SER145时，确定与和垂直平面相交的表面关联的SER 145的一组距离和对应的相对取向；和至少部分地基于SER 145的该组距离和相对取向生成垂直平面占据图。

在一些实施例中，可以通过偏航移动平台以将SER 145与对于移动平台建立的坐标系的纵轴对齐来执行垂直扫描。万向节系统可以被控制以在传感器有效载荷中引起角旋转，使得耦接到传感器有效载荷的SER 145可以用于测量到垂直平面中的障碍的距离。在一些实施例中，由SER 145捕获的测量可以用于更新垂直占据图和移动平台在垂直占据图内的位置。在各种实施例中，与垂直占据图关联的信息可以用于防止沿着对于移动平台建立的坐标系的垂直轴的漂移。在一方面，防止沿着垂直轴的漂移确保水平平面占据图保持有效。

在框506处，基于水平占据图和垂直占据图确定三维占据图。在实施例中，与水平占据图和垂直平面图关联的信息可以以提供三维占据图的方式组合。在实施例中，移动平台可以基于三维占据图确定其自身相对于三维占据图的位置。例如，三维占据图的原点位置可以表示移动平台相对于三维占据图的位置。在实施例中，三维占据图可以表示为三维占据网格。

图6示出了根据本公开的实施例在勘测区域内操纵勘测系统的移动平台的各种操作的流程图。如此，过程600使用耦接到移动平台110的SER145提供勘测区域的测绘和移动平台110在勘测区域内的定位。在一些实施例中，图6的操作可以被实现为由与图1-4B中描绘的对应电子设备、传感器和/或结构关联的一个或多个逻辑设备或控制器执行的软件指令。更一般地，图6的操作可以用软件指令、机械元件和/或电子硬件(例如，电感器、电容器、放大器、致动器或其他模拟和/或数字部件)的任何组合来实现。

还应当理解，流程600的任何步骤、子步骤、子过程或框可以以不同于图6所示实施例的顺序或布置来执行。例如，在一些实施例中，可以从过程中省略一个或多个框或向过程添加一个或多个框。此外，框输入、框输出、各种传感器信号、传感器信息、校准参数和/或其他操作参数可以在移动到对应过程的后续部分之前存储到一个或多个存储器。尽管参考图1-4B的系统描述了图6中的流程600，但是流程600可以由不同于那些系统并且包括电子设备、传感器、组件、机构、平台和/或平台属性的不同选择的其他系统来执行。

在框602处，确定包括锚位置和目的地的预测路线。在实施例中，控制器可以确定移动平台根据限定生成的三维占据图已经到达锚位置。例如，可以将锚位置确定为三维占据图的原点位置。在一些实施例中，控制器还可以与GNSS通信以确定移动平台已经到达锚位置。在其他实施例中，控制器可以通过参考移动平台到被确定为来自三维占据图的任何障碍的距离来确定移动平台已经到达锚位置。在其他实施例中，控制器可以确定障碍在预测路线上阻挡移动平台并且在障碍之前的位置设置锚位置以防止与障碍碰撞。

在实施例中，目的地由与基站通信的移动平台确定。例如，基站的通信模块可以向移动平台的通信模块传输GPS坐标，并且移动平台接收的传输的GPS坐标可以是目的地。在一些实施例中，可以基于移动平台的先前目的地来确定目的地。就这一点而言，移动平台(或基站)可以在存储器中存储来自移动平台行进的先前路线的任何目的地。可以从存储器源获取目的地。在一些实施例中，控制器可以基于无效的透视目的地来确定避开目的地。例如，如果透视目的地是移动平台不能在其中被物理操纵的位置，则控制器将确定移动平台可以被物理操纵到的避开目的地。

在框604处，确定三维占据图。在实施例中，对于水平平面生成水平平面占据图。在一些实施例中，移动平台的控制器可以与耦接到移动平台的万向节系统通信。万向节系统可以调整传感器有效载荷，以将耦接到传感器有效载荷的SER与相对于由移动平台建立的坐标系的水平平面对齐。在一些实施例中，移动平台然后可以通过偏航360度的旋转并使用SER145测量移动平台和水平平面中的障碍之间的距离来执行水平扫描。在各种实施例中，作为水平扫描的结果确定的距离用于生成水平平面占据图和移动平台在水平平面占据图内的位置。在其他实施例中，作为水平扫描的结果确定的距离用于更新现有的水平占据图。该水平占据图可由移动平台监测以防止横向上的漂移，从而使垂直占据图保持有效。

在实施例中，针对垂直平面生成垂直占据图。在实施例中，可以通过偏航移动平台以将SER 145与对于移动平台建立的坐标系的纵轴对齐来执行垂直扫描。万向节系统可以被控制以在传感器有效载荷中引起角旋转，使得耦接到传感器有效载荷的SER 145可以用于测量到垂直平面中的障碍的距离。在一些实施例中，由SER 145捕获的测量可以用于更新垂直占据图和移动平台在垂直占据图内的位置。在各种实施例中，与垂直占据图关联的信息可以用于防止沿着对于移动平台建立的坐标系的垂直轴的漂移。在一方面，防止沿着垂直轴的漂移确保水平平面占据图保持有效。

在各种实施例中，基于水平平面占据图和垂直平面占据图确定三维占据图。在实施例中，与水平占据图和垂直平面图关联的信息可以以提供三维占据图的方式组合。在实施例中，移动平台可以基于三维占据图确定其自身相对于三维占据图的位置。例如，三维占据图的原点位置可以表示移动平台相对于三维占据图的位置。在实施例中，三维占据图可以表示为三维占据网格。

在框606处，确定避开路线。避开路线可以包括基于三维占据图的避开锚位置和避开目的地。确定移动平台的避开路线可以至少部分地基于三维占据图和/或与预测路线关联的预测目的地。避开路线有助于将移动平台从预测路线上的避开锚位置操纵到避开目的地，以避开在三维占据图中识别的一个或多个操纵阻挡物。在一方面，可以通过执行全扫描并确定在垂直平面或水平平面中避开障碍的方向来确定避开路线。移动平台然后可以在沿着避开路线避开障碍的方向上操纵。在一方面，移动平台沿着预测路线和/或避开路线连续地或间歇地执行全扫描以确定是否由于阻挡物而需要避开路线。

在框608处，移动平台根据避开路线从避开锚位置操纵到避开目的地。在实施例中，避开路线可以被确定为沿着直线段从避开锚位置操纵到避开目的地所需的最小移动量。例如，避开路线可以是操纵以避免识别的阻挡物所需的最小移动量。

通过提供用于三维测绘和定位的这样的系统和技术，本公开的实施例显著提高了无人传感器平台的操作灵活性和可靠性。例如，本公开对于基于视觉的系统可能在无人传感器平台上失效的情况提供稳健的定位和定向技术。本技术解决了无人传感器平台的大小、重量和功耗限制。此外，这样的系统和技术可以用于将无人移动传感器平台的操作安全性提高到常规系统可达到的水平之上。因此，实施例提供具有显著增加的勘测便利性和性能的移动传感器平台系统。

在适用的情况下，可以使用硬件、软件或硬件和软件的组合来实现本公开提供的各种实施例。此外，在适用的情况下，在不脱离本公开的精神的情况下，本文中阐述的各种硬件部件和/或软件部件可以组合成包括软件、硬件和/或两者的复合部件。在适用的情况下，在不脱离本公开的精神的情况下，在此阐述的各种硬件部件和/或软件部件可以被分成包括软件、硬件或两者的子部件。此外，在适用的情况下，可以预期软件部件可以实现为硬件部件，反之亦然。

根据本公开的软件，例如非暂时性指令、程序代码和/或数据，可以存储在一个或多个非暂时性机器可读介质上。还预期本文中标识的软件可以使用一个或多个通用或专用计算机和/或联网的和/或不联网的计算机系统来实现。在适用的情况下，本文描述的各个步骤的顺序可以改变、组合成复合步骤和/或分成子步骤以提供本文描述的特征。

上述实施例说明但不限制本发明。还应当理解，根据本发明的原理，许多修改和变化是可能的。因此，本发明的范围仅由随附的权利要求限定。

Claims (24)

1.一种系统，所述系统包括：

移动平台；

包括单个测距传感器元件的单元件测距仪(SER)，其中，所述单元件测距仪被配置为提供指示所述单元件测距仪和截取对应于所述单个测距传感器元件的单元件测距仪的传感器轴的表面之间的距离的测距传感器数据；

万向节系统，所述万向节系统被配置为将所述单元件测距仪耦接到所述移动平台并相对于所述移动平台调整所述单元件测距仪的取向和瞄准所述单元件测距仪；和

逻辑设备，所述逻辑设备被配置为与所述单元件测距仪、所述万向节系统和/或所述移动平台通信，其中，所述逻辑设备被配置为：

至少部分地基于第一组测距传感器数据、所述移动平台的高度和所述移动平台的预测路线生成水平平面占据图；

至少部分地基于第二组测距传感器数据和所述移动平台的预测路线生成垂直平面占据图；和

至少部分地基于所述水平平面占据图和所述垂直平面占据图确定三维占据图。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述单元件测距仪的传感器轴平行于至少部分地由所述移动平台的高度和预测路线限定的水平平面被瞄准，并且其中，生成所述水平平面占据图包括：

绕所述移动平台的垂直轴旋转所述移动平台，以生成所述第一组测距传感器数据；

至少部分地基于所述第一组测距传感器数据，在绕所述移动平台的垂直轴旋转所述移动平台时，确定与和所述水平平面相交的表面关联的一组距离和对应的相对方位；和

至少部分地基于所述移动平台的所述一组距离和相对方位来生成所述水平平面占据图。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，生成所述垂直平面占据图包括：

绕所述移动平台的水平轴并在至少部分地由所述移动平台的预测路线限定的垂直平面内旋转所述单元件测距仪，以生成所述第二组测距传感器数据；

至少部分地基于所述第二组测距传感器数据，在绕所述移动平台的水平轴旋转所述单元件测距仪时，确定与和所述垂直平面相交的表面关联的所述单元件测距仪的一组距离和对应的相对取向；和

至少部分地基于所述单元件测距仪的所述一组距离和相对取向生成所述垂直平面占据图。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述逻辑设备被配置为：

至少部分地基于所述三维占据图和与所述预测路线关联的预测目的地确定所述移动平台的避开路线，其中，所述避开路线被配置为将所述移动平台从所述预测路线上的避开锚位置操纵到避开目的地，以避开在所述三维占据图中识别的一个或多个操纵阻挡物；和

将所述移动平台从所述避开锚位置操纵到所述避开目的地。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，确定所述移动平台的所述避开路线包括：

至少部分地基于所述三维占据图识别沿着所述预测路线的所述一个或多个操纵阻挡物；和

至少部分地基于识别的一个或多个操纵阻挡物确定所述移动平台的所述避开路线。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，识别沿着所述预测路线的一个或多个操纵阻挡物包括：

至少部分地基于所述预测路线和所述三维占据图，识别与设置在所述移动平台的所述预测路线周围的碰撞风险体积相交和/或驻留在该碰撞风险体积内的表示所述在三维占据图中的表面；和

聚合识别的表面的相邻表面，以形成沿着所述预测路线的所述一个或多个操纵阻挡物。

7.根据权利要求4所述的系统，其中，所述逻辑设备被配置为：

至少部分地基于与所述预测路线关联的所述预测目的地确定所述移动平台的闭合路线，其中，所述闭合路线被配置为将所述移动平台从所述避开目的地操纵到所述预测目的地；和

将所述移动平台从所述避开目的地操纵到所述预测目的地。

8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述逻辑设备被配置为：

将所述三维占据图传送到与所述移动平台关联的基站，以供所述基站的用户接口显示。

9.根据权利要求1所述的系统，还包括耦接到所述移动平台和/或所述万向节系统的成像模块，其中，所述成像模块包括被配置为提供在所述移动平台的视野中和/或与所述单元件测距仪的传感器轴对齐的场景的图像数据的图像传感器，并且其中，所述逻辑设备被配置为：

捕获对应于所述第一组测距传感器数据的第一组图像数据；

捕获对应于所述第二组测距传感器数据的第二组图像数据；和

至少部分地基于所述第一组图像数据和所述第二组图像数据以及所述三维占据图，生成与所述三维占据图对应的三维图像图。

10.根据权利要求9所述的系统，其中：

所述移动平台包括无人飞行器；

所述垂直平面占据图垂直于所述移动平台下方的局部地面被定向；并且

所述图像传感器包括可见光谱图像传感器、红外光谱图像传感器、热图像传感器或多光谱图像传感器。

11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述逻辑设备被配置为：

确定与在所述三维占据图内识别的一个或多个对象关联的速度信息，其中，所述速度信息从所述测距传感器数据中提供的多普勒频移导出，或者通过将所述三维占据图与在前确定的三维占据图进行比较而被导出。

12.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述水平平面占据图或所述垂直平面占据图包括至少部分基于角度受限测距传感器数据生成的角度受限平面占据图；并且

所述角度受限测距传感器数据对应于以所述预测路线为中心并且包括5与180度之间的角宽度的水平或垂直平面的弧形部分。

13.一种方法，所述方法包括：

至少部分地基于由经由万向节系统耦接到移动平台的单元件测距仪(SER)提供的第一组测距传感器数据、所述移动平台的高度和所述移动平台的预测路线生成水平平面占据图，其中，所述单元件测距仪包括单个测距传感器元件，所述单个测距传感器元件被配置为提供指示所述单元件测距仪和截取对应于所述单个测距传感器元件的所述单元件测距仪的传感器轴的表面之间的距离的测距传感器数据，并且其中，所述万向节系统被配置为相对于所述移动平台调整所述单元件测距仪的取向和瞄准所述单元件测距仪；

至少部分地基于由所述单元件测距仪提供的第二组测距传感器数据和所述移动平台的所述预测路线生成垂直平面占据图；和

至少部分地基于所述水平平面占据图和所述垂直平面占据图确定三维占据图。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述单元件测距仪的传感器轴平行于至少部分地由所述移动平台的高度和预测路线限定的水平平面被瞄准，并且其中，生成所述水平平面占据图包括：

绕所述移动平台的垂直轴旋转所述移动平台，以生成所述第一组测距传感器数据；

在绕所述移动平台的垂直轴旋转所述移动平台时，确定与和所述水平平面相交的表面关联的一组距离和对应的相对方位；和

至少部分地基于所述移动平台的所述一组距离和相对方位来生成所述水平平面占据图。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，生成所述垂直平面占据图包括：

绕所述移动平台的水平轴并在至少部分地由所述移动平台的预测路线限定的垂直平面内旋转所述单元件测距仪，以生成所述第二组测距传感器数据；

在绕所述移动平台的水平轴旋转所述单元件测距仪时，确定与和所述垂直平面相交的表面关联的所述单元件测距仪的一组距离和对应的相对取向；和

至少部分地基于所述单元件测距仪的所述一组距离和相对取向生成所述垂直平面占据图。

16.根据权利要求13所述的方法，还包括：

至少部分地基于所述三维占据图和与所述预测路线关联的预测目的地确定所述移动平台的避开路线，其中，所述避开路线被配置为将所述移动平台从所述预测路线上的避开锚位置操纵到避开目的地，以避开在所述三维占据图中识别的一个或多个操纵阻挡物；和

将所述移动平台从所述避开锚位置操纵到所述避开目的地。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，确定所述移动平台的所述避开路线包括：

至少部分地基于所述三维占据图识别沿着所述预测路线的所述一个或多个操纵阻挡物；和

至少部分地基于识别的一个或多个操纵阻挡物确定所述移动平台的所述避开路线。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，识别沿着所述预测路线的一个或多个操纵阻挡物包括：

至少部分地基于所述预测路线和所述三维占据图，识别与设置在所述移动平台的所述预测路线周围的碰撞风险体积相交和/或驻留在该碰撞风险体积内的表示所述在三维占据图中的表面；和

聚合识别的表面的相邻表面，以形成沿着所述预测路线的所述一个或多个操纵阻挡物。

19.根据权利要求16所述的方法，还包括：

至少部分地基于与所述预测路线关联的所述预测目的地，确定所述移动平台的闭合路线，其中，所述闭合路线被配置为将所述移动平台从所述避开目的地操纵到所述预测目的地；和

将所述移动平台从所述避开目的地操纵到所述预测目的地。

20.根据权利要求13所述的方法，还包括：

将所述三维占据图传送到与所述移动平台关联的基站，以供所述基站的用户接口显示。

21.根据权利要求13所述的方法，还包括：

使用耦接到所述移动平台和/或所述万向节系统的成像模块捕获对应于第一组测距传感器数据的第一组图像数据，其中，所述成像模块包括被配置为提供在所述移动平台的视野中和/或与所述单元件测距仪的传感器轴对齐的场景的图像数据的图像传感器；

捕获对应于所述第二组测距传感器数据的第二组图像数据；和

至少部分地基于所述第一组图像数据和所述第二组图像数据以及所述三维占据图生成与所述三维占据图对应的三维图像图。

22.根据权利要求21所述的方法，其中：

所述移动平台包括无人飞行器；并且

所述水平平面占据图垂直于所述移动平台下方的局部地面被定向并且与所述垂直平面占据图不正交；并且

所述图像传感器包括可见光谱图像传感器、红外光谱图像传感器、热图像传感器或多光谱图像传感器。

23.根据权利要求13所述的方法，还包括：

确定与在所述三维占据图内识别的一个或多个对象关联的速度信息，其中，所述速度信息从所述测距传感器数据中提供的多普勒频移导出，或者通过将所述三维占据图与在前确定的三维占据图进行比较而被导出。

24.根据权利要求13所述的方法，其中：

所述水平平面占据图或所述垂直平面占据图包括至少部分基于角度受限测距传感器数据生成的角度受限平面占据图；并且

所述角度受限测距传感器数据对应于以所述预测路线为中心并且包括180与5度之间的角宽度的水平或垂直平面的弧形部分。

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