基于视觉和GPS的变电站机器人双重定位方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于视觉和GPS的变电站机器人双重定位方法及系统，获取激光定位导航过程中通过ICP点云配准得到的配准误差；当配准误差阈值大于配准误差阈值时，变电站机器人点云配准定位失败；配准定位失败时获取GPS定位数据，根据GPS定位数据生成视觉特征匹配范围；根据视觉图像数据提取视觉特征，结合视觉特征匹配范围匹配特征地图，得到机器人双重定位后的当前位姿；本发明专利技术解决了通过激光雷达定位导航容易丢位置的问题，采用了节约算力的设计方案，避免了室外机器人搭载的工控机算力低的问题，增加了变电站室外巡检机器人的定位导航可靠性。航可靠性。航可靠性。

【技术实现步骤摘要】
基于视觉和GPS的变电站机器人双重定位方法及系统


[0001]本专利技术涉及变电站机器人定位
，特别涉及一种基于视觉和GPS的变电站机器人双重定位方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
，并不必然构成现有技术。
[0003]变电站巡检机器人是一种全自主运行的地面移动机器人，定位导航是其关键技术，其可携带可见光摄像机、红外热像仪、拾音器等传感器对电力设备进行自动巡检，有效降低人工巡检的劳动强度，保障变电站设备安全运行。
[0004]专利号CN202111119099.3公开了一种通过GPS模块和IMU模块辅助激光雷达重定位方法，该方案在激光雷达丢失位置时，通过GPS模块给定机器人在地图中的姿态，IMU模块给定机器人在地图中的方向，实现重定位。
[0005]专利号CN202010119797.2公开了一种基于视觉引导激光重定位的方法，该方案采用自适应粒子滤波方法，根据激光扫描匹配的结果获取机器人在激光地图上的精准定位；判断在自适应粒子滤波方法的定位过程中定位的粒子方差是否超过设定的阈值，若是超过阈值，利用视觉特征地图进行视觉重定位，输出机器人的定位结果，并对当前的粒子进行重新初始化。
[0006]但是，专利技术人发现，IMU在机器人长时间做三维变速运动时易发生比较严重的漂移现象，GPS模块在遮挡后定位准确度显著下降，纯视觉定位需要较大的计算量，且变电站内有很多重复场景难以区分；依靠GPS和IMU原始数据进行重定位，在变电站环境下，数据准确性不能得到保证；依靠单一的视觉传感器进行重定位，需要较强的算力，且很难应对变电站内大量重复场景的情况。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于视觉和GPS的变电站机器人双重定位方法及系统，融合了GPS数据和视觉数据，解决了通过激光雷达定位导航容易丢位置的问题，采用了节约算力的设计方案，避免了室外机器人搭载的工控机算力低的问题，增加了变电站室外巡检机器人的定位导航可靠性。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]本专利技术第一方面提供了一种基于视觉和GPS的变电站机器人双重定位方法。
[0010]一种基于视觉和GPS的变电站机器人双重定位方法，包括以下过程：
[0011]获取激光定位导航过程中通过ICP点云配准得到的配准误差；
[0012]当配准误差阈值大于配准误差阈值时，变电站机器人点云配准定位失败；
[0013]配准定位失败时获取GPS定位数据，根据GPS定位数据生成视觉特征匹配范围；
[0014]根据视觉图像数据提取视觉特征，结合视觉特征匹配范围匹配特征地图，得到机器人双重定位后的当前位姿。
[0015]作为可选的一种实现方式，采用DBoW2算法将每幅图表示成一个表征向量，逐个比较当前帧图像和候选关键帧图像的匹配特征点，得到匹配关系；
[0016]根据匹配关系，对每个候选关键帧图像轮流执行EPnP算法，使用RANSAC算法迭代求解当前帧的位姿。
[0017]作为进一步的限定，逐个比较当前帧图像和候选关键帧图像的匹配特征点，包括：
[0018][0019]其中，v1和v2分别是备选关键帧图像和当前帧图像的表征向量。
[0020]作为可选的一种实现方式，通过ICP点云配准得到的配准误差J为：
[0021][0022]其中，p
s
是源点，p
t
是对应的目的点，T是源点到目的点的变换矩阵，s是选取源点的个数，n
s
是p
t
处的单位法线向量。
[0023]作为可选的一种实现方式，根据GPS定位数据生成视觉特征匹配范围之前，还包括：
[0024]当变电站机器人使用二维PGM格式的占据栅格地图来定位导航时，先选取PGM地图上的两个点作为标定参考点，记录下这两个标定点的经纬度数值；
[0025]通过平面几何的三角函数计算出GPS经纬度高程坐标系和PGM地图坐标系之间的转换函数，将GPS获得的经纬度高程数据与机器人的地图坐标一一映射，用于生成视觉特征匹配范围。
[0026]本专利技术第二方面提供了一种基于视觉和GPS的变电站机器人双重定位系统。
[0027]一种基于视觉和GPS的变电站机器人双重定位系统，包括：
[0028]配准误差确定模块，被配置为：获取激光定位导航过程中通过ICP点云配准得到的配准误差；
[0029]激光定位失败判断模块，被配置为：当配准误差阈值大于配准误差阈值时，变电站机器人点云配准定位失败；
[0030]视觉特征匹配范围生成模块，被配置为：配准定位失败时获取GPS定位数据，根据GPS定位数据生成视觉特征匹配范围；
[0031]重定位模块，被配置为：根据视觉图像数据提取视觉特征，结合视觉特征匹配范围匹配特征地图，得到机器人双重定位后的当前位姿。
[0032]作为可选的一种实现方式，采用DBoW2算法将每幅图表示成一个表征向量，逐个比较当前帧图像和候选关键帧图像的匹配特征点，得到匹配关系；
[0033]根据匹配关系，对每个候选关键帧图像轮流执行EPnP算法，使用RANSAC算法迭代求解当前帧的位姿。
[0034]作为可选的一种实现方式，通过ICP点云配准得到的配准误差J为：
[0035][0036]其中，p
s
是源点，p
t
是对应的目的点，n
s
是p
t
处的单位法线向量，T是源点到目的点的变换矩阵，s是选取源点的个数。
[0037]本专利技术第三方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本专利技术第一方面所述的基于视觉和GPS的变电站机器人双重定位方法中的步骤。
[0038]本专利技术第四方面提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本专利技术第一方面所述的基于视觉和GPS的变电站机器人双重定位方法中的步骤。
[0039]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0040]1、本专利技术创新性的提出了一种基于视觉和GPS的变电站机器人双重定位方法，融合了GPS数据和视觉数据，解决了解决机器人在变电站这种有大量相同场景环境下丢位置的问题，提高了机器人稳定运行的时间。
[0041]2、本专利技术创新性的提出了一种节约算力的方法，通过GPS数据预先设定视觉特征匹配范围，避免了室外机器人搭载的工控机算力低的问题，增加了变电站室外巡检机器人的定位导航可靠性。
附图说明
[0042]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0043]图1为本专利技术实施例1提供的基于视觉和GPS的变电站机器人双重定位方法的流程示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于视觉和GPS的变电站机器人双重定位方法，其特征在于：包括以下过程：获取激光定位导航过程中通过ICP点云配准得到的配准误差；当配准误差阈值大于配准误差阈值时，变电站机器人点云配准定位失败；配准定位失败时获取GPS定位数据，根据GPS定位数据生成视觉特征匹配范围；根据视觉图像数据提取视觉特征，结合视觉特征匹配范围匹配特征地图，得到机器人双重定位后的当前位姿。2.如权利要求1所述的基于视觉和GPS的变电站机器人双重定位方法，其特征在于：采用DBoW2算法将每幅图表示成一个表征向量，逐个比较当前帧图像和候选关键帧图像的匹配特征点，得到匹配关系；根据匹配关系，对每个候选关键帧图像轮流执行EPnP算法，使用RANSAC算法迭代求解当前帧的位姿。3.如权利要求2所述的基于视觉和GPS的变电站机器人双重定位方法，其特征在于：逐个比较当前帧图像和候选关键帧图像的匹配特征点，包括：其中，v1和v2分别是备选关键帧图像和当前帧图像的表征向量。4.如权利要求1所述的基于视觉和GPS的变电站机器人双重定位方法，其特征在于：通过ICP点云配准得到的配准误差J为：其中，p
s
是源点，p
t
是对应的目的点，n
s
是p
t
处的单位法线向量，T是源点到目的点的变换矩阵，s是选取源点的个数。5.如权利要求1所述的基于视觉和GPS的变电站机器人双重定位方法，其特征在于：根据GPS定位数据生成视觉特征匹配范围之前，还包括：当变电站机器人使用二维PGM格式的占据栅格地图来定位导航时，先选取PGM地图上的两个点作为标定参考点，记录下这两个标定点的经纬度数值；通过平面几何的三角函数计算出GPS经纬度高程坐标系和PGM地图坐标系之间的转换函数，将GPS获得的经纬度高程数据与机器人的地图坐标一...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨杰，付崇光，刘加科，巩方彬，黄聪，王贤华，薛双忠，明钰，孙小东，梁涛，
申请(专利权)人：国网智能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：