[发明专利]一种融合几何特性与力学特性的地形建模方法及系统

权利要求书

1.一种融合几何特性与力学特性的地形建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取探测区域的彩色图像和深度图像，对所述彩色图像进行地形语义分割，融合语义分割获得的地面语义信息和同一时刻所述深度图像包含的深度信息，生成语义点云；

将所述语义点云映射至地图坐标系下的栅格地图中，生成对应栅格，并将所述语义点云中的高程值和语义信息更新至所述对应栅格，所述语义信息包括地形类别及对应的概率；

根据所述语义信息，确定每种所述地形类别的地面力学特性的力学特性分布函数，并随着所述语义信息的增加，实时更新所述力学特性分布函数；

根据每种所述地形类别实时更新的所述力学特性分布函数和对应的所述概率，确定安全系数，所述安全系数用于衡量预测结果的安全性，其中，所述力学特性分布函数根据地面力学特性统计数据的拟合结果确定，所述地面力学特性统计数据包括所述地形类别、等效刚度模量和等效摩擦模量，所述安全系数包括所述等效刚度模量的安全系数和所述等效摩擦模量的安全系数，确定所述安全系数包括：

分别计算所述等效刚度模量K_s的安全系数S(K_s)和所述等效摩擦模量的安全系数

其中，c_i表示第i种所述地形类别所对应的所述概率，F_i(K_s)表示所述等效刚度模量的累积分布函数，表示所述等效摩擦模量的累积分布函数，通过所述安全系数确定所述地面力学特性的估计值，并将所述地面力学特性的估计值更新至所述对应栅格，生成地形模型。

2.根据权利要求1所述的融合几何特性与力学特性的地形建模方法，其特征在于，所述进行地形语义分割包括：

采集地形图像作为数据源，对所采集图像中的目标地形进行标注并生成对应掩码标签，将标注后的图像按比例随机分成训练集和验证集；

分别统计所述训练集的RGB三通道的均值和方差，对每张输入图像进行数据归一化处理，并对所述训练集中的原始图像进行数据增强处理，并修正其对应的所述掩码标签；

构建卷积神经网络，进行语义分割模型训练，选择精度最高的模型作为所述语义分割模型对所述彩色图像进行所述地形语义分割。

3.根据权利要求1所述的融合几何特性与力学特性的地形建模方法，其特征在于，所述融合语义分割获得的地面语义信息和同一时刻所述深度图像包含的深度信息，生成语义点云包括：

将所述彩色图像中每个像素的所述语义信息和同一时刻所述深度图像包含的深度信息相结合；

利用星球车所携带相机的位姿信息进行坐标转换，生成所述地图坐标系下的所述语义点云。

4.根据权利要求3所述的融合几何特性与力学特性的地形建模方法，其特征在于，所述利用相机位姿信息进行坐标转换，生成所述地图坐标系下的所述语义点云包括：

将深度相机坐标系下的三维点云映射到同一时刻彩色相机坐标系下，形成彩色相机坐标系下的彩色三维点云；

将所述彩色三维点云经星球车基底坐标系转换到所述地图坐标系下。

5.根据权利要求4所述的融合几何特性与力学特性的地形建模方法，其特征在于，所述彩色相机坐标系和所述深度相机坐标系与星球车本体固连，所述星球车基底坐标系随所述星球车位姿变化而变化，其坐标原点在所述地图坐标系的XY平面上的投影与所述地图坐标系的原点重合。

6.根据权利要求1所述的融合几何特性与力学特性的地形建模方法，其特征在于，所述将所述语义点云映射至地图坐标系下的栅格地图中，生成对应栅格，并将所述语义点云中的高程值和语义信息赋予所述对应栅格包括：当不同时刻的语义点云对应同一栅格时，所述栅格中所包含的所述高程值和所述语义信息通过数据融合进行更新。

7.根据权利要求6所述的融合几何特性与力学特性的地形建模方法，其特征在于，所述高程值通过求取多个语义点云包含的高程值的平均值进行更新。