CN114396944A - 一种基于数字孪生的自主定位误差矫正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于数字孪生的自主定位误差矫正方法，包括有虚拟孪生系统和单目相机。该基于数字孪生的自主定位误差矫正方法，本发明支持无GPS定位，物理移动对象只需要配置IMU和一个单目相机，物理移动体无需配置成本比较高的激光传感器或其他传感器，同时在数字孪生虚拟系统中进行位姿修正计算，从而可降低对物理移动体本身计算性能要求且降低了物理移动对象本身硬件的需求。本发明中的位姿修正方法可以根据对精度的需求来调整数字孪生虚拟系统中的参数配置，基于真实系统的全局初始坐标，选取多大的匹配区域以及以多大精度对此区域进行划分，多少度拍摄一张虚拟系统的图片。
Description
技术领域
本发明涉及一种定位误差矫正技术领域，具体是一种基于数字孪生的自主定位误差矫正方法。
背景技术
传统的基于IMU的定位，因为累计误差的存在，需要同时结合其他定位误差无累积的定位手段，如无线电导航(GPS、UWB等)或特征匹配定位(地形匹配、激光点云地图匹配等)，来实时辅助进行惯导误差修正，才能一定程度上抑制误差积累，满足使用需求。
但是很多场景下没有GPS或者UWB等其他可以修正惯导误差的信息输入，因此提出一种在不借助GPS等其他外界信息输入的前提下，基于数字孪生中虚实结合的特征，在虚拟场景下基于图像检索技术对IMU进行位姿修正，然后在真实环境中进行信息同步，从而消除真实环境的中IMU累计误差的方法，对其进行改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于数字孪生的自主定位误差矫正方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于数字孪生的自主定位误差矫正方法，所述方法步骤如下：
步骤一：建立数字孪生的虚拟场景，并且记录实际的物理移动对象在物理场景下的初始位置的全局坐标点，从而构建虚拟孪生系统；
步骤二：获取物理场景中实际的物理移动对象每间隔n帧的IMU坐标，并且将其转换为场景全局坐标；
步骤三：针对物理移动对象将每n帧相对于IMU零点的刚性变换矩阵转化为相对于全局坐标零点的刚性变换矩阵之后传给虚拟孪生系统，同时在传递刚性变换矩阵的同时沿着航向角方向拍一张图像，将此图像传给虚拟孪生系统；
步骤四：虚拟孪生系统以物理移动对象传递来的基于全局坐标零点的全局刚性变换矩阵作为匹配计算的初始位姿并划分小区域；
步骤五：以每一个小区域为孪生系统虚拟相机坐标点，选取和物理移动体中自带相机一样的相机内参和外参，在虚拟孪生系统中进行拍照，形成图像信息；
步骤六：通过图像信息检索，搜索出来的虚拟孪生系统的图像所对应的坐标点和航向角，对应虚拟孪生系统中计算出来的移动物理对象的正确位姿；
步骤七：将检索得到的位姿传给真实的物理移动对象，真实的物理移动对象，将此位姿转换为IMU坐标系下的位姿，然后用来修正IMU自身的位姿。
作为本发明进一步的方案：所述物理移动对象自带相机，相机为单目相机，相机的角度朝向始终与物理移动对象自身的航向角度保持一致。
作为本发明再进一步的方案：所述步骤四中初始位姿计算和小区域划分方法为，基于此位姿的(x,y,z)坐标点为中心，沿着x轴和y轴选取长γm，宽λm的一长方形方型区域，以δcm为粒度，将此方格划分为50×50＝250个小区域，每个区域代表一个坐标点，坐标点之间的间隔粒度为δcm。
作为本发明再进一步的方案：所述步骤五中拍照方法为，在每一个栅格点上以物理移动对象中传递来的刚性变换矩阵中的航向角为基准，向左右各偏45度，每隔ε度拍摄一张虚拟照片，一共拍摄90/ε×250张图像。
作为本发明再进一步的方案：所述虚拟孪生系统同时包括其他位姿数据处理模块、多个物理移动对象位姿矫正模块和物理移动对象移动调度模块。
作为本发明再进一步的方案：所述其他位姿数据处理模块用于进行其他位姿数据处理，多个物理移动对象位姿矫正模块用于同时为多个物理移动体做位姿矫正服务，物理移动对象移动调度模块用于根据具体业务需求做相应的移动体移动调度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明支持无GPS定位，物理移动对象只需要配置IMU和一个单目相机，物理移动体无需配置成本比较高的激光传感器或其他传感器，同时在数字孪生虚拟系统中进行位姿修正计算，从而可降低对物理移动体本身计算性能要求且降低了物理移动对象本身硬件的需求。
2、本发明中的位姿修正方法可以根据对精度的需求来调整数字孪生虚拟系统中的参数配置，基于真实系统的全局初始坐标，选取多大的匹配区域以及以多大精度对此区域进行划分，多少度拍摄一张虚拟系统的图片。
3、在数字孪生虚拟系统中进行位姿矫正时可以通过其他模块进行额外操作，可以通过其他位姿数据处理模块通过进行其他位姿数据处理，并且可以通过多个物理移动对象位姿矫正模块同时为多个物理移动体做位姿矫正服务，并且可通过物理移动对象移动调度模块根据具体业务需求做相应的移动体移动调度。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
一种基于数字孪生的自主定位误差矫正方法，方法步骤如下：
步骤一：建立数字孪生的虚拟场景，并且记录实际的物理移动对象在物理场景下的初始位置的全局坐标点，从而构建虚拟孪生系统；
步骤二：获取物理场景中实际的物理移动对象每间隔n帧的IMU坐标，并且将其转换为场景全局坐标；
步骤三：针对物理移动对象将每n帧相对于IMU零点的刚性变换矩阵转化为相对于全局坐标零点的刚性变换矩阵之后传给虚拟孪生系统，同时在传递刚性变换矩阵的同时沿着航向角方向拍一张图像，将此图像传给虚拟孪生系统；
步骤四：虚拟孪生系统以物理移动对象传递来的基于全局坐标零点的全局刚性变换矩阵作为匹配计算的初始位姿并划分小区域；
步骤五：以每一个小区域为孪生系统虚拟相机坐标点，选取和物理移动体中自带相机一样的相机内参和外参，在虚拟孪生系统中进行拍照，形成图像信息；
步骤六：通过图像信息检索，搜索出来的虚拟孪生系统的图像所对应的坐标点和航向角，对应虚拟孪生系统中计算出来的移动物理对象的正确位姿；
步骤七：将检索得到的位姿传给真实的物理移动对象，真实的物理移动对象，将此位姿转换为IMU坐标系下的位姿，然后用来修正IMU自身的位姿。
物理移动对象自带相机，相机为单目相机，相机的角度朝向始终与物理移动对象自身的航向角度保持一致。
步骤四中初始位姿计算和小区域划分方法为，基于此位姿的(x,y,z)坐标点为中心，沿着x轴和y轴选取长γm，宽λm的一长方形方型区域，以δcm为粒度，将此方格划分为50×50＝250个小区域，每个区域代表一个坐标点，坐标点之间的间隔粒度为δcm。
步骤五中拍照方法为，在每一个栅格点上以物理移动对象中传递来的刚性变换矩阵中的航向角为基准，向左右各偏45度，每隔ε度拍摄一张虚拟照片，一共拍摄90/ε×250张图像。
虚拟孪生系统同时包括其他位姿数据处理模块、多个物理移动对象位姿矫正模块和物理移动对象移动调度模块。
其他位姿数据处理模块用于进行其他位姿数据处理，多个物理移动对象位姿矫正模块用于同时为多个物理移动体做位姿矫正服务，物理移动对象移动调度模块用于根据具体业务需求做相应的移动体移动调度。
实施例一：
一种基于数字孪生的自主定位误差矫正方法，方法步骤如下：
步骤一：建立数字孪生的虚拟场景，并且记录实际的物理移动对象在物理场景下的初始位置的全局坐标点，从而构建虚拟孪生系统；
步骤二：获取物理场景中实际的物理移动对象每间隔n帧的IMU坐标，并且将其转换为场景全局坐标；
步骤三：针对物理移动对象将每n帧相对于IMU零点的刚性变换矩阵转化为相对于全局坐标零点的刚性变换矩阵之后传给虚拟孪生系统，同时在传递刚性变换矩阵的同时沿着航向角方向拍一张图像，将此图像传给虚拟孪生系统；
步骤四：虚拟孪生系统以物理移动对象传递来的基于全局坐标零点的全局刚性变换矩阵作为匹配计算的初始位姿并划分小区域；
步骤五：以每一个小区域为孪生系统虚拟相机坐标点，选取和物理移动体中自带相机一样的相机内参和外参，在虚拟孪生系统中进行拍照，形成图像信息；
步骤六：通过图像信息检索，搜索出来的虚拟孪生系统的图像所对应的坐标点和航向角，对应虚拟孪生系统中计算出来的移动物理对象的正确位姿；
步骤七：将检索得到的位姿传给真实的物理移动对象，真实的物理移动对象，将此位姿转换为IMU坐标系下的位姿，然后用来修正IMU自身的位姿。
物理移动对象自带相机，相机为单目相机，相机的角度朝向始终与物理移动对象自身的航向角度保持一致。
步骤四中初始位姿计算和小区域划分方法为，基于此位姿的(x,y,z)坐标点为中心，沿着x轴和y轴选取长0.5m，宽0.5m的一长方形方型区域，以1cm为粒度，将此方格划分为50×50＝250个小区域，每个区域代表一个坐标点，坐标点之间的间隔粒度为1cm。
步骤五中拍照方法为，在每一个栅格点上以物理移动对象中传递来的刚性变换矩阵中的航向角为基准，向左右各偏45度，每隔1度拍摄一张虚拟照片，一共拍摄90/1×250＝22500张图像。
虚拟孪生系统同时包括其他位姿数据处理模块、多个物理移动对象位姿矫正模块和物理移动对象移动调度模块。
其他位姿数据处理模块用于进行其他位姿数据处理，多个物理移动对象位姿矫正模块用于同时为多个物理移动体做位姿矫正服务，物理移动对象移动调度模块用于根据具体业务需求做相应的移动体移动调度。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于数字孪生的自主定位误差矫正方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
步骤一：建立数字孪生的虚拟场景，并且记录实际的物理移动对象在物理场景下的初始位置的全局坐标点，从而构建虚拟孪生系统；
步骤二：获取物理场景中实际的物理移动对象每间隔n帧的IMU坐标，并且将其转换为场景全局坐标；
步骤三：针对物理移动对象将每n帧相对于IMU零点的刚性变换矩阵转化为相对于全局坐标零点的刚性变换矩阵之后传给虚拟孪生系统，同时在传递刚性变换矩阵的同时沿着航向角方向拍一张图像，将此图像传给虚拟孪生系统；
步骤四：虚拟孪生系统以物理移动对象传递来的基于全局坐标零点的全局刚性变换矩阵作为匹配计算的初始位姿并划分小区域；
步骤五：以每一个小区域为孪生系统虚拟相机坐标点，选取和物理移动体中自带相机一样的相机内参和外参，在虚拟孪生系统中进行拍照，形成图像信息；
步骤六：通过图像信息检索，搜索出来的虚拟孪生系统的图像所对应的坐标点和航向角，对应虚拟孪生系统中计算出来的移动物理对象的正确位姿；
步骤七：将检索得到的位姿传给真实的物理移动对象，真实的物理移动对象，将此位姿转换为IMU坐标系下的位姿，然后用来修正IMU自身的位姿。
2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的自主定位误差矫正方法，其特征在于：所述物理移动对象自带相机，相机为单目相机，相机的角度朝向始终与物理移动对象自身的航向角度保持一致。
3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的自主定位误差矫正方法，其特征在于：所述步骤四中初始位姿计算和小区域划分方法为，基于此位姿的(x,y,z)坐标点为中心，沿着x轴和y轴选取长γm，宽λm的一长方形方型区域，以δcm为粒度，将此方格划分为50×50＝250个小区域，每个区域代表一个坐标点，坐标点之间的间隔粒度为δcm。
4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的自主定位误差矫正方法，其特征在于：所述步骤五中拍照方法为，在每一个栅格点上以物理移动对象中传递来的刚性变换矩阵中的航向角为基准，向左右各偏45度，每隔ε度拍摄一张虚拟照片，一共拍摄90/ε×250张图像。
5.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的自主定位误差矫正方法，其特征在于：所述虚拟孪生系统同时包括其他位姿数据处理模块、多个物理移动对象位姿矫正模块和物理移动对象移动调度模块。
6.根据权利要求5所述的一种基于数字孪生的自主定位误差矫正方法，其特征在于：所述其他位姿数据处理模块用于进行其他位姿数据处理，多个物理移动对象位姿矫正模块用于同时为多个物理移动体做位姿矫正服务，物理移动对象移动调度模块用于根据具体业务需求做相应的移动体移动调度。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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