CN112731434A - 基于激光雷达和标识物的定位方法、*** - Google Patents
基于激光雷达和标识物的定位方法、*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种基于激光雷达和标识物的定位方法、***。该方法包括：基于获取到的移动车体的标识物的轮廓信息及所述标识物的ID信息，确定所述移动车体的ID编号；基于应用场景中设置的地图信息和所述轮廓信息，确定所述标识物的第一空间姿态信息；基于所述ID编号和所述移动车体的ID编号，确定所述移动车体的第二空间姿态信息。本发明能够减少靶标对定位的影响，同时使当前位置不依赖上一次的定位结果，提高了激光雷达定位的灵活性。
Description
技术领域
本发明涉及激光雷达定位导航技术领域，具体设计一种基于激光雷达和标识物的定位方法、***。
背景技术
近年来，激光雷达定位导航技术日渐成熟，主要为自然导航和非自然导航：自然导航中常用的是SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)技术，即实时定位和地图构建，根据使用传感器的不同，又分为视觉SLAM和激光SLAM；非自然导航中常用的是反光板，利用装有放光板的靶标来辅助定位导航。
激光雷达非自然导航的现有方案中，常在应用场景中布置一定数量的放光板作为靶标，来辅助激光雷达完成导航定位，该类型方案的定位精度高，但是对靶标的数量和位置有要求，并且需要连续的位置信息，容易发生丢失位置的情况。因此需要一种方法，能够减少靶标对定位的影响，同时使当前位置不依赖上一次的定位结果。
发明内容
本发明实施例要解决的技术问题，是在应用场景中，不依赖上次定位结果，且只使用移动车体标识物的情况下，提供一种基于激光雷达和标识物的定位方法、***。
本发明实施例提供了一种基于激光雷达和标识物的定位方法，包括：
基于获取到的移动车体的标识物的轮廓信息及所述标识物的ID信息，确定所述移动车体的ID编号；
基于应用场景中设置的地图信息和所述轮廓信息，确定所述标识物的第一空间姿态信息；
基于所述ID编号和所述移动车体的ID编号，确定所述移动车体的第二空间姿态信息。
本发明实施例的第二方面是提供一种基于激光雷达和标识物的定位***，包括：
激光雷达：获取所述应用场景对应的地图信息，应用场景扫描信息，移动车体的标识物扫描信息；
移动车体及其标识物：提供所述移动车体所载标识物的ID信息；
终端控制器：完成计算和逻辑判断；
无线传输网络：构建所述激光雷达、移动车体、终端控制器之间的通讯网络；
本发明实施例提供的基于激光雷达和标识物的定位方法、***，包括：基于获取到的移动车体的标识物的轮廓信息及所述标识物的ID信息，确定所述移动车体的ID编号；基于应用场景中设置的地图信息和所述轮廓信息，确定所述标识物的第一空间姿态信息；基于所述ID编号和所述移动车体的ID编号，确定所述移动车体的第二空间姿态信息。本发明实施例是在应用场景中，不依赖上次定位结果，且只使用移动车体标识物的情况下，完成对移动车体的定位。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的基于激光雷达和标识物的定位方法的流程示意图；
图2是本发明实施例的基于激光雷达和标识物的定位***的结构示意图；
图3是本发明一个实施例的移动车体标识物的三视图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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作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。
本发明实施例提供的基于激光雷达和标识物的定位方法，可以用于移动车体，所述移动车体可以为家用机器人、AGV等能够自主移动的机器人、车、物等形态；所述标识物，可以是横切面为任意形状的柱状体，优选的，标识物的横切面形状，其边长差异大。
在一种可选的实施例中，如图3所示，移动车体所载标识物的三视图，选用横切面为三角型的柱状体，其俯视图对应三角形的边长为La、Lb、Lc，满足Lc>Lb>La，对应三角型的端点为A、B、C，对应三角形的几何中心为O；
以图3所示移动车体的标识物为例，下面结合具体的实施例对其定位过程进行详细描述。
图1为本发明实施例提供的基于激光雷达和标识物的定位方法的流程示意图。本实施例提供了一种基于激光雷达和标识物的定位方法，该方法具体步骤如下：
S21、建立应用场景对应的地图信息；建立移动车体所载标识物的ID信息；
在本实施例中，应用场景如图2所示，其地图信息包括以激光雷达群1和激光雷达群2的相对关系确立的一个坐标系，具体的：在该坐标系中，激光雷达群1和激光雷达群2中的激光雷达坐标唯一；移动车体所载标志物的ID信息包括标识物横切面的形状和边长以及对应移动车体的ID编号，在本实施例中，移动车体标识物的ID信息包括：形状为三角形，边长为La、Lb、Lc，ID编号，可选的，按照数字编排，其它如字母方式亦可；
S22、获取应用场景扫描信息；获取移动车体的标识物扫描信息；
在本实施例中，应用场景如图2所示，其应用场景扫描信息包括激光雷达群1和激光雷达群2分别扫描同一环境得到的场景点云信息1和场景点云信息2；标识物扫描信息包括激光雷达群1和激光雷达群2分别扫描同一移动车体得到标识物点云信息1和标识物点云信息2；
S23、根据所述标识物扫描信息，计算标识物扫描轮廓信息；将所述移动车体的标识物扫描轮廓信息与移动车体所载标识物的ID信息进行匹配，确定移动车体的ID编号；
在本实施例中，标识物三视图如3所示，其标识物扫描轮廓信息包括根据场景点云信息1计算得到的扫描标识物形状和边长1，根据场景点云信息2计算得到的扫描标识物形状和边长2，在无遮挡的情况下，根据激光雷达群1的扫描数据计算的扫描标识物形状和边长1与根据激光雷达群2的扫描数据计算的扫描标识物形状和边长2结果相近，对应于本实施例中的标识物，形状为三角形，边长与La、Lb、Lc相近，这里需注意，由于激光雷达的测距误差，扫描数据计算的扫描标识物形状和边长1、2是与移动车体所载标识物的ID信息中标识物的形状和边长相近；还需注意，扫描标识物形状和边长1、2是同一移动车体根据激光雷达群1和激光雷达群2扫描数据计算得到的两个结果；
在本实施例中，将识物扫描轮廓信息包括扫描标识物形状和边长1，扫描标识物形状和边长2分别与移动车体所载标识物的ID信息中标识物的形状和边长进行匹配，得到同一移动车体对应激光雷达群1和激光雷达群2扫描数据的两个ID编号结果；
S24、结合所述应用场景的地图信息和应用场景扫描信息以及所述移动车体的标识物扫描轮廓信息，计算标识物几何中心的坐标与方向角；根据标识物几何中心的坐标与方向角和所述移动车体的ID编号，确定移动车体的坐标信息和方向角；
在本实施例中，计算标识物几何中心的坐标与方向角，具体为：根据激光雷达扫描的点云信息，点云信息包含距离和角度信息，可以得到标识物横切面的形状和边长以及横切面所成图形的端点在地图信息所在坐标系下的坐标；
进一步，可以求得在该坐标系下，图形的方程，从而计算处图形几何中心的坐标；
进一步的，根据图形几何中心的坐标和图形的方程，可以确定以几何中心为起点，指向图形端点的方向向量；
在本实施例中，确定移动车体的坐标信息和方向角，具体为：根据匹配得到的ID编号，确定计算得到的标识物几何中心的坐标和方向角对应的是应用场景中的哪一个移动车体；这里需要注意，匹配得到的ID编号1、ID编号2是同一移动车体对应激光雷达群1和激光雷达群2扫描数据的两个ID编号结果；
S25、根据移动车体的坐标信息和方向角以及移动车体的ID编号，确定移动车体的位姿。
在本实施例中，确定移动车体的位姿，具体为：根据上述步骤得到在一次定位流程中，同一移动车体在激光雷达群1和激光雷达群2扫描数据得到的移动车体ID编号1、2和移动车体的坐标信息和方向角1和坐标信息和方向角2；
进一步的，对比所述移动车体的坐标信息和方向角1和坐标信息和方向角2的偏差，偏差值在设定阈值范围内，则确定移动车辆的位姿。
本发明实施例提供了一种基于激光雷达和标识物的定位方法，包括：基于获取到的移动车体的标识物的轮廓信息及所述标识物的ID信息，确定所述移动车体的ID编号；基于应用场景中设置的地图信息和所述轮廓信息，确定所述标识物的第一空间姿态信息；基于所述ID编号和所述移动车体的ID编号，确定所述移动车体的第二空间姿态信息。
作为一种可选方式，所述确定所述移动车体的ID编号之前，所述方法还包括：
建立应用场景对应的地图信息；建立移动车体所载标识物的ID信息；
获取应用场景扫描信息；获取移动车体的标识物扫描信息；
根据所述标识物扫描信息，计算标识物扫描轮廓信息；
将所述移动车体的标识物扫描轮廓信息与移动车体所载标识物的ID信息进行匹配，确定移动车体的ID编号。
作为一种可选方式，所述基于应用场景中设置的地图信息和所述轮廓信息，确定所述标识物的第一空间姿态信息，包括：
结合所述应用场景的地图信息和应用场景扫描信息以及所述移动车体的标识物扫描轮廓信息，计算标识物几何中心的坐标与方向角。
作为一种可选方式，所述基于所述ID编号和所述移动车体的ID编号，确定所述移动车体的第二空间姿态信息，包括：
根据标识物几何中心的坐标与方向角和所述移动车体的ID编号，确定移动车体的坐标信息和方向角；
根据移动车体的坐标信息和方向角以及移动车体的ID编号，确定移动车体的位姿。
作为一种可选方式，所述的激光雷达包括激光雷达群1和激光雷达群2。
作为一种可选方式，所述标识物为预设的具有预定形状特征的柱状体。
作为一种可选方式，所述地图信息包括激光雷达群1和激光雷达群2在同一坐标系下的坐标，所述标识物的ID信息包括标识物的形状和边长以及移动车体的ID编号。
作为一种可选方式，所述应用场景扫描信息包括由激光雷达群1扫描应用场景得到的场景点云信息1，由激光雷达群2扫描应用场景得到的场景点云信息2；所述标识物扫描信息包括由激光雷达群1扫描移动车体标识物得到的标识物点云信息1，由激光雷达群2扫描移动车体标识物得到的标识物点云信息2；所述场景点云信息1、2以及标识物点云信息1、2包括扫描点相对激光雷达的距离和角度。
作为一种可选方式，所述标识物扫描轮廓信息包括由所述标识物点云信息1、2分别计算得到的扫描标识物形状和边长1，扫描标识物形状和边长2。
作为一种可选方式，所述扫描标识物形状和边长1、2，其中扫描标识物形状为所述具有预定形状特征的柱状体对应横切面所够成的形状，扫描标识物边长为所述标识物形状的边长。
作为一种可选方式，所述移动车体的标识物扫描轮廓信息与移动车体所载标识物的ID信息进行匹配，具体为：将权利要求7中的扫描标识物形状和边长1、2与所述标识物的ID信息中的标识物的形状和边长进行匹配，分别确定由扫描标识物形状和边长1匹配得到的移动车体ID编号1和由扫描标识物形状和边长2匹配得到的移动车体ID编号2。
作为一种可选方式，所述移动车体ID编号1和ID编号2，为应用场景中同一移动车体由扫描标识物形状和边长1和扫描标识物形状和边长2与标识物的形状和边长匹配得到的ID编号。
作为一种可选方式，所述计算标识物几何中心的坐标与方向角，具体为：根据扫描标识物形状和边长1计算得到的标识物几何中心1，根据扫描标识物形状和边长2计算得到的标识物几何中心2。
作为一种可选方式，所述标识物几何中心1和标识物几何中心2，为应用场景中同一移动车体由扫描标识物形状和边长1和扫描标识物形状和边长2与标识物的形状和边长计算得到的标识物几何中心；
作为一种可选方式，根据标识物几何中心1的坐标与方向角和所述移动车体的ID编号1，确定移动车体的坐标信息和方向角1；根据标识物几何中心2的坐标与方向角和所述移动车体的ID编号2，确定移动车体的坐标信息和方向角2。
作为一种可选方式，所述移动车体的坐标信息和方向角1和坐标信息和方向角2，为应用场景中同一移动车体由标识物几何中心1的坐标与方向角和所述移动车体的ID编号1以及标识物几何中心2的坐标与方向角和所述移动车体的ID编号2，确定移动车体的坐标信息和方向角。
作为一种可选方式，其特征为，所述根据移动车体的坐标信息和方向角以及移动车体的ID编号，确定移动车体的位姿，具体为：计算所述移动车体的坐标信息和方向角1和坐标信息和方向角2的偏差，偏差值在设定阈值范围内，且ID编号1、2相同，则确定移动车辆的位姿。
图2为本发明实施例提供的基于激光雷达和标识物的定位***的结构图。本实施例提供的基于激光雷达和标识物的定位***可以在执行基于激光雷达和标识物的定位方法，如图2所示，包括：激光雷达、移动车体及其标识物、终端控制器、无线传输网络；
激光雷达100、101：获取所述应用场景对应的地图信息，应用场景扫描信息，移动车体的标识物扫描信息；
移动车体及其标识物300：提供所述移动车体所载标识物的ID信息；
终端控制器400：完成计算和逻辑判断；
无线传输网络500：构建所述激光雷达、移动车体、终端控制器之间的通讯网络；
在本实施例中，提供预设的应用场景，包括：边界环境、环境立柱；该方法和***适用于不同的应用场景，本实施例提供了一个实施例，其他环境亦可；
本实施例中，激光雷达包括激光雷达群1和激光雷达群2，在本实施例中，所述激光雷达群1，安装于应用场景中预定高度，扫描所述标识物正-侧视图；所述激光雷达群2安装于应用场景的上方，扫描所述标识物的俯视图；激光雷达群1和激光雷达群2中的雷达个数和种类，可选的，本实施例中激光雷达群1包含8个单线激光雷达；激光雷达群2包含2个局部视场多线激光雷达；需要注意的是，激光雷达群1和激光雷达群2能够分别扫描到应用场景的每个区域，满足条件的其他激光雷达配置亦可；
在本实施例中，移动车体及其标识物，需要注意的是不同移动车体需要设立不同形状的标识物，可以具体用于上执行上述方法的实施例，这里不再赘述；
在本实施例中，终端控制器，可选的，具有逻辑预算能力的计算机，工控机等都可以使用，且具有无线通讯能力；
在本实施例中，无线传输网络，包括收发装置和传输协议，可选的，满足信息传递功能；
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (23)
1.一种基于激光雷达和标识物的定位方法，其特征在于，包括：
基于获取到的移动车体的标识物的轮廓信息及所述标识物的ID信息，确定所述移动车体的ID编号；
基于应用场景中设置的地图信息和所述轮廓信息，确定所述标识物的第一空间姿态信息；
基于所述ID编号和所述移动车体的ID编号，确定所述移动车体的第二空间姿态信息。
2.根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述确定所述移动车体的ID编号之前，所述方法还包括：
建立应用场景对应的地图信息；建立移动车体所载标识物的ID信息；
获取应用场景扫描信息；获取移动车体的标识物扫描信息；
根据所述标识物扫描信息，计算标识物扫描轮廓信息；
将所述移动车体的标识物扫描轮廓信息与移动车体所载标识物的ID信息进行匹配，确定移动车体的ID编号。
3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述基于应用场景中设置的地图信息和所述轮廓信息，确定所述标识物的第一空间姿态信息，包括：
结合所述应用场景的地图信息和应用场景扫描信息以及所述移动车体的标识物扫描轮廓信息，计算标识物几何中心的坐标与方向角。
4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述基于所述ID编号和所述移动车体的ID编号，确定所述移动车体的第二空间姿态信息，包括：
根据标识物几何中心的坐标与方向角和所述移动车体的ID编号，确定移动车体的坐标信息和方向角；
根据移动车体的坐标信息和方向角以及移动车体的ID编号，确定移动车体的位姿。
5.根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述的激光雷达包括激光雷达群1和激光雷达群2。
6.根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述标识物为预设的具有预定形状特征的柱状体。
7.根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述地图信息包括激光雷达群1和激光雷达群2在同一坐标系下的坐标，所述标识物的ID信息包括标识物的形状和边长以及移动车体的ID编号。
8.根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述应用场景扫描信息包括由激光雷达群1扫描应用场景得到的场景点云信息1，由激光雷达群2扫描应用场景得到的场景点云信息2；所述标识物扫描信息包括由激光雷达群1扫描移动车体标识物得到的标识物点云信息1，由激光雷达群2扫描移动车体标识物得到的标识物点云信息2；所述场景点云信息1、2以及标识物点云信息1、2包括扫描点相对激光雷达的距离和角度。
9.根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述标识物扫描轮廓信息包括由所述标识物点云信息1、2分别计算得到的扫描标识物形状和边长1，扫描标识物形状和边长2。
10.根据权利要求6或9所述方法，其特征在于，所述扫描标识物形状和边长1、2，其中扫描标识物形状为所述具有预定形状特征的柱状体对应横切面所够成的形状，扫描标识物边长为所述标识物形状的边长。
11.根据权利要求7所述方法，其特征在于，所述移动车体的标识物扫描轮廓信息与移动车体所载标识物的ID信息进行匹配，具体为：将权利要求7中的扫描标识物形状和边长1、2与所述标识物的ID信息中的标识物的形状和边长进行匹配，分别确定由扫描标识物形状和边长1匹配得到的移动车体ID编号1和由扫描标识物形状和边长2匹配得到的移动车体ID编号2。
12.根据权利要求11所述方法，其特征在于，所述移动车体ID编号1和ID编号2，为应用场景中同一移动车体由扫描标识物形状和边长1和扫描标识物形状和边长2与标识物的形状和边长匹配得到的ID编号。
13.根据权利要求10所述方法，其特征在于，所述计算标识物几何中心的坐标与方向角，具体为：根据扫描标识物形状和边长1计算得到的标识物几何中心1，根据扫描标识物形状和边长2计算得到的标识物几何中心2。
14.根据权利要求13所述方法，其特征在于，所述标识物几何中心1和标识物几何中心2，为应用场景中同一移动车体由扫描标识物形状和边长1和扫描标识物形状和边长2与标识物的形状和边长计算得到的标识物几何中心。
15.根据权利要求1～14中任一项所述方法，其特征在于，根据标识物几何中心1的坐标与方向角和所述移动车体的ID编号1，确定移动车体的坐标信息和方向角1；根据标识物几何中心2的坐标与方向角和所述移动车体的ID编号2，确定移动车体的坐标信息和方向角2。
16.根据权利要求14所述方法，所述移动车体的坐标信息和方向角1和坐标信息和方向角2，为应用场景中同一移动车体由标识物几何中心1的坐标与方向角和所述移动车体的ID编号1以及标识物几何中心2的坐标与方向角和所述移动车体的ID编号2，确定移动车体的坐标信息和方向角。
17.根据权利要求16所述方法，其特征为，所述根据移动车体的坐标信息和方向角以及移动车体的ID编号，确定移动车体的位姿，具体为：计算所述移动车体的坐标信息和方向角1和坐标信息和方向角2的偏差，偏差值在设定阈值范围内，且ID编号1、2相同，则确定移动车辆的位姿。
18.一种基于激光雷达和标识物的定位***，其特征在于，包括：
激光雷达：获取所述应用场景对应的地图信息，应用场景扫描信息，移动车体的标识物扫描信息；
移动车体及其标识物：提供所述移动车体所载标识物的ID信息；
终端控制器：完成基于所述扫描信息和所述ID信息进行计算和逻辑判断；
无线传输网络：用于构建所述激光雷达、移动车体、终端控制器之间的通讯网络。
19.根据权利要求18所述的定位***，其特征在于，所述激光雷达包括，所述激光雷达群1和激光雷达群2；所述激光雷达群1，安装于应用场景中预定高度，扫描所述标识物正-侧视图；所述激光雷达群2安装于应用场景的上方，扫描所述标识物的俯视图。
20.根据权利要求18所述定位***，其特征在于，所述标识物正-侧视图为所述标识物的横切面所构成的形状；所述标识物的俯视图为所述标识物投影于地平面所构成的形状。
21.根据权利要求18所述的定位***，其特征在于，所述移动车体及其标识物，所述移动车体具有运动能力且具有无线传输功能；所述标识物为预设的具有预定形状特征的柱状体；所述柱状体，其高度满足被激光雷达群1扫描到，柱状体的正-侧视与俯视所构成的图形全等，所述图形为封闭图形，其边长长度差异明显。
22.根据权利要求18所述的定位***，其特征在于，所述终端控制器具有逻辑运算功能，且具备无线传输的能力。
23.根据权利要求18所述的定位***，其特征在于，所述无线传输网络，能够通过固定的协议传输数据。
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