CN109282823A - 六边形网格地图的更新方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种六边形网格地图的更新方法，在更新六边形网格地图时，先确定传感器测量点所属的矩形网格，然后将测量点投影至该矩形网格，再求出测量点与该矩形网格所包含的三个六边形网格的中心点之间的距离，其中矩测量点中心距离最短的那个六边形网格就是测量点所属的六边形网格，根据六边形网格里测量点的情况为六边形网格赋予不同的属性，以此实现对六边形网格地图的实时更新。
Description
技术领域
本发明属于机器人地图构建领域，尤其涉及一种六边形网格地图的更新方法。
背景技术
机器人地图构建是机器人通过测距传感器对周围环境建模的过程，所构建的地图是对机器人周围环境信息的抽象表示。由于机器人通常处在实时变化的环境中，如何通过搭载在机器人上的传感器获取环境的变化信息并在已构建的地图上进行实时展现，是评价机器人所构建的地图能否准确地表示机器人周围的环境信息的一个重要指标。因此，对机器人构建的地图进行实时准确地更新是机器人地图构建领域一个重要的研究内容。
文献（Marder-Eppstein E, Berger E, Foote T, et al. The OfficeMarathon: Robust Navigation in an Indoor Office Environment[C]. In Proceedingof the IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA),2010.）使用机器人地图构建技术中常用的传统栅格地图描述环境，地图更新是通过沿地图的x、y方向遍历栅格，将测距传感器获取的环境数据投影到对应栅格后，根据栅格数据的分析为栅格设定不同属性来实现。由于地图中的栅格是按照栅格地图的x、y方向等间距顺序排列，每一行的栅格都是基于同一条水平线的，这样使得栅格地图在更新的时候只需要按照x、y坐标系等间距依次遍历即可以得到每个栅格的中心点坐标和对应的索引，具有更新效率高，获取栅格索引方便的特点。但是在传统栅格地图中，一个栅格与它周围的八个邻域栅格之间的距离存在不相等的情况，从而导致机器人在基于栅格进行路径规划时栅格选择变得复杂；此外，测距传感器获取的环境数据都是以传感器为中心呈圆形向外扩展，传统栅格地图的分布形式与传感器数据分布形式不一致。
文献（Chen T, Wang R, Dai B, et al. Likelihood-Field-Model-BasedDynamic Vehicle Detection and Tracking for Self-Driving[J].IEEE Transactionson Intelligent Transportation Systems, 2016, 17(11): 3142-3158.）使用激光雷达作为测距传感器，根据激光雷达的物理模型构建了极坐标栅格地图。地图更新时以机器人位置为极坐标原点建立极坐标系，根据激光雷达的角度分辨率把极坐标栅格地图划分为M块扇形区域，每个扇形区域根据扇形的径向方向被划分成了数量不同的栅格。由测距传感器得到的测距点先计算出其所属的扇形区域，根据这个点到机器人位置的距离把这个点投影到沿这个扇形的径向方向上对应的栅格单元里去。由于极坐标的栅格地图和激光雷达的物理模型相似，因此这样构建的地图能够比较完整的表示出通过一帧激光雷达得到的环境信息。但在机器人运动过程中，极坐标系下构建的栅格地图栅格索引困难，无法像传统栅格地图一样直接通过栅格的索引对地图进行更新，需要重复极坐标栅格地图的构建过程才可完成地图的更新，更新过程复杂，使机器人无法在动态场景中安全高效地运行。
中国专利申请号为201810034443.0的发明专利申请，公开了“一种多层次六边形网格地图的构建方法”。该方法采用由一个六边形和其周围六个邻域六边形构成的基础结构进行地图的构建。首先通过对基础结构中的主节点的逐层膨胀实现地图扩展，再通过每个主节点向周边的六邻域节点的膨胀以实现地图对环境的密闭覆盖。在六边形网格地图中，每个网格节点的六邻域网格节点的中心点分布在同一圆上，这与机器人测距传感器感知范围呈圆形分布相一致。此外，由于六边形网格节点的中心与其邻域节点的中心距离相等，使得机器人基于该地图进行路径规划的选择变得简单。同时，所规划的路径具有更好的平滑效果。由于为了实现六边形网格地图对覆盖区域的密闭性，所构建的六边形网格地图在沿x方向排列的时候，同一行的六边形网格并未都处于同一条水平线上，而是一种错位的关系。因此无法采用沿x、y坐标轴等间距遍历网格的方式进行地图更新。
发明内容
本发明是为了解决现有技术所存在的上述技术问题，提供一种六边形网格地图的更新方法。
本发明的技术解决方案是：一种六边形网格地图的更新方法，其特征在于依次按照如下步骤进行：
a. 构建矩形区域
a.1构建坐标系与六边形网格地图坐标系重叠的矩形区域，所述六边形网格地图的宽为w、高为h，六边形网格的边长为L，则矩形区域的宽Rectw和高Recth按公式（1）计算，
(1)
a.2将矩形区域均分为多个高Rh和宽Rw的矩形网格，所述高Rh和宽Rw按公式（2）计算，
(2)
b. 地图更新
b.1根据测距传感器测量点坐标Cek(Cekx, Ceky)，利用公式(3)确定测距传感器测量点与矩形区域的原点之间的偏移量（Cx,Cy），所述偏移量（Cx,Cy）即矩形区域内矩形网格坐标，
(3)
式中floor()为向下取整函数；
b.2通过矩形网格获取所包含的三个六边形网格的中心点坐标：
当Cx为偶数时，三个六边形网格的中心点坐标依次按照公式(4)、(5)、(6)计算得到，
(4)
(5)
(6)
当Cx为奇数时，三个六边形网格的中心点坐标依次按照公式(7)、(8)、(9)计算得到，
(7)
(8)
(9)
b.3分别计算三个六边形网格的中心点坐标与测距传感器测量点坐标之间的距离，确定距离最小的六边形网格为测距传感器测量点所属的六边形网格；
b.4通过对该六边形网格里的数据进行分析并为该六边形网格进行属性赋值。
本发明在更新六边形网格地图时，先确定传感器测量点所属的矩形网格，然后将测量点投影至该矩形网格，再求出测量点与该矩形网格所包含的三个六边形网格的中心点之间的距离，其中矩测量点中心距离最短的那个六边形网格就是测量点所属的六边形网格，根据六边形网格里测量点的情况为六边形网格赋予不同的属性，以此实现对六边形网格地图的实时更新。
附图说明
图1是本发明实施例构建六边形网格地图及矩形区域、矩形网格示意图。
图2是本发明实施例更新过程示意图。
图3是本发明实施例某一场景下对六边形网格地图进行更新后的结果示意图。
具体实施方式
本发明是使用16线三维激光和搭载的计算机实现实时的多层次六边形网格地图构建和更新。16线三维激光作为实验中机器人的环境感知传感器，实时感知周围环境信息，并把得到的数据传递给计算机，计算机对数据进行实时处理，实现多层次六边形网格地图的构建和数据更新。
六边形网格地图的构建，按照中国专利申请号为201810034443.0所公开的“一种多层次六边形网格地图的构建方法”进行。
六边形网格地图的更新依次按照如下步骤进行：
a. 构建矩形区域
a.1构建坐标系与六边形网格地图坐标系重叠的矩形区域，所构建的六边形网格地图如图1所示，宽w=7m、高h=6.928m，六边形网格的边长L=0.5m，则矩形区域的宽Rectw和高Recth按公式（1）计算，
(1)
结果Rectw为7.5m，高Recth为6.928 m；
a.2将矩形区域均匀分割成多个高Rh和宽Rw的矩形网格，所述高Rh和宽Rw按公式（2）计算，
(2)
结果高Rh为0.8660m，宽Rw为0.75m；
b. 地图更新
b.1根据测距传感器测量点坐标Cek(Cekx, Ceky)，利用公式(3)确定测距传感器测量点与矩形区域的原点O之间的偏移量（Cx,Cy），所述偏移量（Cx,Cy）即矩形区域内矩形网格坐标，
(3)
式中floor()为向下取整函数；
本发明实施例的测距传感器测量点坐标为（0.9，0.7），经过计算Cx=1，Cy=0，则偏移量（1,0），即矩形区域内矩形网格坐标。如图2所示，每个矩形网格不重复地包含了编号为1、2、3、4、5、6、7、8、9……中的三个六边形网格，包含的三个六边形网格（编号2、3、8）的灰色矩形网格内的黑点即为测距传感器测量点；
b.2通过矩形网格获取所包含的三个六边形网格的中心点坐标：
因Cx=1为奇数，如图2所示，所包含的三个六边形网格（编号2、3、8）的中心点坐标依次按照公式(7)、(8)、(9)计算得到，
(7)
(8)
(9)
结果编号2、3、8的六边形网格坐标分别为（0.75，0.433）、（1.5，0）、（1.5，0.866）；
b.3分别计算三个六边形网格的中心点坐标与测距传感器测量点坐标之间的距离之后，确定距离最小的六边形网格为2号，即测量点所属2号六边形网格；
b.4通过对2号六边形网格里的数据进行分析并为该六边形网格进行属性赋值，从而实现对六边形网格地图的更新。
图3是本发明实施例在某一场景下根据激光传感器实时数据对六边形网格地图进行更新后的结果示意图。图3中白色点是原始激光点，灰色区域为构建的六边形网格地图，灰色代表着地图中的六边形网格是可行的属性，深灰色的六边形网格表示具有障碍属性的六边形网格。说明本发明所提的更新方法可以根据实时获取的激光数据有效更新六边形网格地图，具有索引获取方便、效率高的特点。
Claims (1)
1.一种六边形网格地图的更新方法，其特征在于依次按照如下步骤进行：
a. 构建矩形区域
a.1构建坐标系与六边形网格地图坐标系重叠的矩形区域，所述六边形网格地图的宽为w、高为h，六边形网格的边长为L，则矩形区域的宽Rectw和高Recth按公式（1）计算，
(1)
a.2将矩形区域均分为多个高Rh和宽Rw的矩形网格，所述高Rh和宽Rw按公式（2）计算，
(2)
b. 地图更新
b.1根据测距传感器测量点坐标Cek(Cekx, Ceky)，利用公式(3)确定测距传感器测量点与矩形区域的原点之间的偏移量（Cx,Cy），所述偏移量（Cx,Cy）即矩形区域内矩形网格坐标，
(3)
式中floor()为向下取整函数；
b.2通过矩形网格获取所包含的三个六边形网格的中心点坐标：
当Cx为偶数时，三个六边形网格的中心点坐标依次按照公式(4)、(5)、(6)计算得到，
(4)
(5)
(6)
当Cx为奇数时，三个六边形网格的中心点坐标依次按照公式(7)、(8)、(9)计算得到，
(7)
(8)
(9)
b.3分别计算三个六边形网格的中心点坐标与测距传感器测量点坐标之间的距离，确定距离最小的六边形网格为测距传感器测量点所属的六边形网格；
b.4通过对该六边形网格里的数据进行分析并为该六边形网格进行属性赋值。
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