[发明专利]一种基于激光测距传感器的楼宇室内平面图建立方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种楼宇室内平面图建立方法，涉及室内定位技术领域。

背景技术

目前，基于WLAN技术的室内定位技术日益成熟，一些以位置指纹算法为基础的算法能够有效计算出室内位置信息来实现室内定位的功能。位置指纹定位法(LocationFingerprint，LF)是通过采集所需定位区域各参考节点(ReferencePoint，RP)位置的信号特征参数即RSSI值，将一组指纹信息对应与一个特定的位置形成位置指纹数据库，然后利用接收机测定接收信号的参数，采用匹配算法来判断与数据库中哪一组数据匹配程度高，从而得出用户的实际位置。LF算法由于不需要添加任何硬设备即可实现定位，且精度较高。但如需快速采集并建立RadioMap则要求在较为精确的室内地图的基础上才能实现。一般精确的已知室内地图需要从建筑施工方去获得，但如果在未知的室内环境中，或者在未能获取准确的室内建筑图纸的情况下，用户需要能够快速地自主建立地图即SLAM(SimultaneousLocalizationAndMapping)技术来构建楼宇室内图纸，以此能够在此基础上快速建立RadioMap，从而实现室内定位。

同时，依靠该激光测距传感器的楼宇室内平面图建立方法可以估测移动平台和所在环境特征的状态，从而能够实现室内环境中运动物体的轨迹跟踪与定位。由于室内环境的整体轮廓基本上可认为不变，对自身运动的激光测距装置定位较为准确。通过该算法快速地求出前后相同环境的激光测量数据之间的旋转和平移关系，从而依靠已求得的旋转矩阵R与平移向量T可以实现在室内环境下的轨迹跟踪。

发明内容

本发明的目的是基于激光测距传感器对外部环境进行数据测量，利用数据配准和校正优化进行二维地图的快速构建，同时能够实现室内运动物体的轨迹跟踪，以解决在室内定位领域快速建立RadioMap的过程中缺少室内地图的问题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种基于激光测距传感器的楼宇室内平面图建立方法，通过激光测距设备快速建立楼宇室内二维地图，所述方法的实现过程为：

步骤一、楼宇室内激光测量数据的获取：

激光测距传感器在待建立平面图的室内沿既定轨迹移动，获取多组激光测量数据，各组激光测量数据为不同坐标系下的独立点集，且各组激光测量数据的坐标原点为既定轨迹上的点；

步骤二、将多组激光测量数据产生的激光测量数据图像进行拼接：

步骤二一、利用改进ICP算法求取相邻两组激光测量数据的旋转矩阵和平移矩阵：以既定轨迹的出发点获得的第一组激光测量数据的坐标系为基准坐标系，通过改进ICP算法求得相邻下一组激光测量数据与其前一组激光测量数据的旋转矩阵和平移矩阵，即求得相邻两组数据产生图像之间(即两坐标系间)的旋转矩阵和平移矩阵，所述改进ICP算法(基于激光测距传感器的数据配准算法)的输入是相邻的点集，输出的是旋转矩阵和平移矩阵；

步骤二二、然后将第二组及其以后的激光测量数据依靠所求取的对应旋转矩阵和平移矩阵换算到前一坐标系下的点集，不断向前迭代，直至所有点集迭代到基准坐标系下，从而完成激光测量数据图像的拼接；

步骤三、对拼接后的图像依次进行误差几何校正、多余数据的删除、噪声点滤除：

通过对拼接后的图像进行旋转校正或平移校正，使得拼接后的图像大幅减少变形误差；

通过数据抽稀的过程来删除多余数据并同时保留特征点，采用垂距限值法进行抽稀；

通过随机滤波法对离散噪声点进行滤除；

得到基于激光测距传感器的楼宇室内平面图。

在步骤二一中，利用改进ICP算法求取相邻两组激光测量数据的旋转矩阵和平移矩阵，其具体过程为：

一、选取任意相邻两组激光测量数据的点集p_i与q_i，为求取两组点集的旋转矩阵，将两组点集中的点分别减去其质心，得到新点集p_i′与q_i′；

二、根据刚体特性，将所述新点集中的点进行卷积求平均，得到矩阵M与对称矩阵M_a；

三、利用对称矩阵M_a，采用四元数法计算旋转矩阵R与平移矩阵T；

四、计算旋转平移后的点集q_i″与原始激光测量数据点集q_i的误差，若小于给定的阈值τ，则返回步骤一重新选取新点集，直到迭代次数k大于默认的最大迭代次数为止。