一种基于分支定界法的自动切图方法技术

本发明专利技术涉及机器人自主导航的技术领域，更具体地，涉及一种基于分支定界法的自动切图方法。一种基于分支定界法的自动切图方法，其中，包括切图触发器，离线处理和分支定界法三个部分。该自动切图方法致力于解决上述提出的人工干预的问题，本方法的定位是一个辅助算法，在实际应用中一般会随定位算法一起启动。此外，该方法不仅能够确定当前定位应该使用哪一个先验地图，同时也可以解决重定位的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于分支定界法的自动切图方法
本专利技术涉及机器人自主导航的
，更具体地，涉及一种基于分支定界法的自动切图方法。
技术介绍
在现代的无人车中，定位是必不可少的一个技术部分。要实现自动驾驶，或者说自动导航，无人车需要获得精准的定位，才能够精准地导航。犹如人行走，必须知道自己的位置和方向，才能够知道要往哪里去。现有的定位技术有许多种，有单点GPS定位，有差分GPS定位，有激光雷达定位，还有用计算机视觉的方法来定位。每种定位技术都有各自的优缺点，例如：单点GPS依靠卫星的数量来衡量定位的质量；差分GPS需要两个站来维持分米乃至厘米级的定位，往往来说，需要基站和移动站收发信号的稳定才能保证质量，而且信号的传输往往带来技术成本的增加；激光雷达定位，需要很大的运算量来计算点云匹配，而且定位效果往往不佳；计算机视觉的定位方法十分依赖摄像头的质量，还有光线的限制，等等。往往单靠一种技术是不够得到鲁棒性强的定位效果，需要融合多种传感器设备数据。同时，在实际应用中，经常会遇到这样一个场景，即当前定位已经到达了地图的边缘，应该如何处理。一般的处理方法是启动算法的同时定位于建图模块，或者停止算法，判断当前将要去往哪个地图，然后重启算法并载入新地图。第一种方法没有用到先验地图，所以定位准确性会降低，第二种方法需要人工干预，降低了自动化，当有多台小车时这种方法效率太低。IMU(Inertialmeasurementunit)，是指惯性测量单元；slam(simultaneouslocalizationandmapping)，是指即时定位与地图构建。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述技术问题，提供一种基于分支定界法的自动切图方法，该自动切图方法致力于解决上述提出的人工干预的问题，本方法的定位是一个辅助算法，在实际应用中一般会随定位算法一起启动。此外，该方法不仅能够确定当前定位应该使用哪一个先验地图，同时也可以解决重定位的问题。本专利技术的技术方案是：一种基于分支定界法的自动切图方法，其中，包括切图触发器，离线处理和分支定界法三个部分，其中，切图触发器主要分为两个部分，一个部分是判断定位数据是否超出地图边界，另一个部分是判断当前点云数据的占据栅格地图与定位所属子图间的匹配得分；离线处理主要是由用户输入某一地图关联的地图，随后算法通过简单的逻辑，将地图关系更新到数据库中；分支定界法寻找当前激光雷达采集到的点云属于哪个占据栅格地图；首先将下界定义为用户提供的一个阈值，同时将搜索空间构造为树形结构，内部节点代表一个子搜索空间，叶子节点代表一个精确的结果；开始搜索时从顶层节点开始往下搜索，当遇到一个节点时，根据该节点位姿变换矩阵旋转当前帧占据栅格地图得到新地图，遍历新地图所有点，根据第二步中载入的子图预算值更新相应子图旧的占据值，将占据值进行加和，若小于下界，说明结果太差，该分支被剪枝；若大于上界，继续往下搜索，直到叶子节点；抵达叶子节点后，使用叶子节点占据值得分更新下界，返回顶层重新查找。进一步的，使用分支定界法缩小搜索域，找出唯一一个符合要求的占据栅格地图。进一步的，通过外置定位算法获得定位结果，通过该定位结果判断是否产生地图越界情况，并以此判断是否需要切图。进一步的，主线程处理判断是否产生越界，当有越界情况发生时，开启一个线程进行分支定界法搜索。进一步的，当在数据库中添加一个地图时，需要添加该地图紧邻于哪些地图，算法将对每一个地图的紧邻关系维护一个数据结构。进一步的，预先通过一个线程去载入存储在计算机中的地图数据，该地图存储的数据包括地图的各个节点和子图，节点即激光雷达一帧构成的占据栅格地图，子图即多个节点构成的数据。进一步的，定义占据值如下，占据栅格某个格点有物体的概率；求取两占据栅格的相对位姿变换就是求取一个旋转，使得两占据栅格合并成的栅格地图占据值最大。进一步的，将所有的地图数据全部载入一个专门容器中，并提供一个阈值，以作为分支定界法的下界，当需要进行切图时，算法读取存储在计算机中的数据，该数据保存有占据栅格在不同搜索空间中的预算得分；算法将当前激光雷达点云数据构造成占据栅格地图，根据粗糙的搜索空间计算当前该搜索空间的最高得分。进一步的，根据粗糙的搜索空间计算当前该搜索空间的最高得分后，若高于阈值，则进入该搜索空间继续搜索，若低于阈值，则进行减枝，缩小搜索域；这样一直搜索到一个精确的没有子搜索空间的位姿，用这个占据值得分去更新阈值。为了保证该算法能够快速准确的确定当前定位所在地图，以及完成重定位的工作。本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术首先通过topic从外部获取两种数据，一种是当前帧二维激光雷达点云数据，一个是当前定位数据。并将当前帧激光雷达点云构建为占据栅格地图，以待后续处理。通过查询数据结构，确定与当前地图紧邻的地图，随后启动一个线程，将这些地图数据载入内存中，具体地说，将子图数据放入同一个容器中。并将子图各个点各个分辨率的预算概率存储在另一个容器，以待将来直接通过索引读取该概率，避免了计算过程。本专利技术的切图触发模块基于以下两个部分进行：第一个部分是将当前定位与当前先验地图的所有子图原点世界坐标值进行比较，当距离的绝对值大于某阈值时，则判定进入切图程序中；第二个部分是根据定位数据将当前帧点云栅格地图与先验地图相应子图进行比较，通过上述计算栅格值方法计算栅格值得分，若得分低于某阈值，说明发生了重定位，也需要进入切图模块。本专利技术的切图模块是通过以下方法实现的，首先将下界定义为用户提供的一个阈值，同时将搜索空间构造为树形结构，内部节点代表一个子搜索空间，叶子节点代表一个精确的结果。开始搜索时从顶层节点开始往下搜索，当遇到一个节点时，根据该节点位姿变换矩阵旋转当前帧占据栅格地图得到新地图，遍历新地图所有点，根据第二步中载入的子图预算值更新相应子图旧的占据值，将占据值进行加和，若小于下界，说明结果太差，该分支被剪枝；若大于上界，继续往下搜索，直到叶子节点。抵达叶子节点后，使用叶子节点占据值得分更新下界，返回顶层重新查找。本专利技术通过预先计算子图在不同分辨率下的占据值来减小计算量，通常的逻辑是，遍历搜索空间中的所有可能情况，顺序计算，直到找到最符合的解。本专利技术通过将子图变换到不同的分辨率再配合分支定界方法以此摒除了大多无需的计算。与现有技术相比，有益效果是：本专利技术的自动切图方法致力于解决上述提出的人工干预的问题，本方法的定位是一个辅助算法，在实际应用中一般会随定位算法一起启动。此外，该方法不仅能够确定当前定位应该使用哪一个先验地图，同时也可以解决重定位的问题。该方法可以提高纯定位算法的自动化能力，当定位偏出当前地图时，使用该方法可以准确定位当前所在地图，并进行切图操作，同时当发生定位失效问题时，该方法也可进行重定位操作。该方法通过获取外部定位算法的定位结果，并读取离线数据载入地图。首先通过触发模块确定是否需要切图，若需要切图，则进入切图模块进行运算。切图模块所作的工作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于分支定界法的自动切图方法，其特征在于，包括切图触发器，离线处理和分支定界法三个部分，其中，/n切图触发器主要分为两个部分，一个部分是判断定位数据是否超出地图边界，另一个部分是判断当前点云数据的占据栅格地图与定位所属子图间的匹配得分；/n离线处理主要是由用户输入某一地图关联的地图，随后算法通过简单的逻辑，将地图关系更新到数据库中；/n分支定界法寻找当前激光雷达采集到的点云属于哪个占据栅格地图；首先将下界定义为用户提供的一个阈值，同时将搜索空间构造为树形结构，内部节点代表一个子搜索空间，叶子节点代表一个精确的结果；开始搜索时从顶层节点开始往下搜索，当遇到一个节点时，根据该节点位姿变换矩阵旋转当前帧占据栅格地图得到新地图，遍历新地图所有点，根据第二步中载入的子图预算值更新相应子图旧的占据值，将占据值进行加和，若小于下界，说明结果太差，该分支被剪枝；若大于上界，继续往下搜索，直到叶子节点；抵达叶子节点后，使用叶子节点占据值得分更新下界，返回顶层重新查找。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于分支定界法的自动切图方法，其特征在于，包括切图触发器，离线处理和分支定界法三个部分，其中，
切图触发器主要分为两个部分，一个部分是判断定位数据是否超出地图边界，另一个部分是判断当前点云数据的占据栅格地图与定位所属子图间的匹配得分；
离线处理主要是由用户输入某一地图关联的地图，随后算法通过简单的逻辑，将地图关系更新到数据库中；
分支定界法寻找当前激光雷达采集到的点云属于哪个占据栅格地图；首先将下界定义为用户提供的一个阈值，同时将搜索空间构造为树形结构，内部节点代表一个子搜索空间，叶子节点代表一个精确的结果；开始搜索时从顶层节点开始往下搜索，当遇到一个节点时，根据该节点位姿变换矩阵旋转当前帧占据栅格地图得到新地图，遍历新地图所有点，根据第二步中载入的子图预算值更新相应子图旧的占据值，将占据值进行加和，若小于下界，说明结果太差，该分支被剪枝；若大于上界，继续往下搜索，直到叶子节点；抵达叶子节点后，使用叶子节点占据值得分更新下界，返回顶层重新查找。


2.根据权利要求1所述的一种基于分支定界法的自动切图方法，其特征在于：使用分支定界法缩小搜索域，找出唯一一个符合要求的占据栅格地图。


3.根据权利要求1所述的一种基于分支定界法的自动切图方法，其特征在于：通过外置定位算法获得定位结果，通过该定位结果判断是否产生地图越界情况，并以此判断是否需要切图。


4.根据权利要求1所述的一种基于分支定界法的自动切图方法，其特征在于：主线程处理判断是否产生越界。


5.根据权利要求1所述的一种基于分支定界法...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈龙，高凌霄，刘坤华，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44