[发明专利]移动激光雷达slam制图装置及数据处理方法

权利要求书

1.一种移动激光雷达slam制图装置，其特征在于：包括卫星信号接收单元、数据采集传感单元、IMU惯性测量单元和制图采集计算单元：

卫星信号接收单元：用于接收卫星定位信号并分别与所述数据采集传感单元、IMU惯性测量单元和制图采集计算单元连接，实现定位及时间同步信息的传输；

数据采集传感单元：用于捕捉某一时空区域下的影像信息，并将采集的影像信息发送给所述制图采集计算单元；

IMU惯性测量单元：与所述制图采集计算单元连接将数据发送到所述制图采集计算单元，并获取所述卫星信号接收单元发送的精确GPS时间信息；

制图采集计算单元：提供多种数据接口通过多线程方式获取所述数据采集传感单元的原始数据，实现多传感融合的slam制图；

所述多传感融合的slam制图方法包括：

依据IMU惯性测量单元和卫星信号接收单元接收的数据以及二者之间的标定信息，利用卫星定位信息、惯性导航系统和卡尔曼滤波原理求解得每一时刻的运动系统初始定位信息P0；得到定位信息的初值，为后续步骤提供初始数据；

利用初始定位信息P0和高精度全景相机采集的影像数据，根据视觉slam技术生成高精度的运动系统定位信息P1；

具体地，首先提取对每一相邻的两帧图像关键帧，提取特征点集，其中包括ORB特征点和Harris角点，根据第一步得到的初始定位信息，在已知当前两帧关键帧的初始位置信息的情况下，通过投影特征点在三维空间中估计的位置，可极大提升RANSAC匹配效率，提取有效点，去除异常点，得到点集P^t,P^(t-1)并计算统一世界坐标系下每个特征点的空间坐标位置，计算得到相邻关键帧的旋转平移矩阵，并依次得到所有关键帧的定位信息P1；

根据所述运动系统定位信息P1和激光雷达扫描仪采集的点云数据，采用激光slam技术生成更高精度的运动系统定位信息P2；

具体地，对于当前帧激光点云数据Pk，根据公式计算得到其点特征Fk1,线特征Fk2，面特征Fk3；根据初始定位信息P1，将每帧的特征数据转换到P1定位信息对应的坐标系，获取相邻两帧点云数据P_t和P_(t-1)，对所有匹配对F_(t-1)在F_t中进行领域搜索，确定所有候选特征匹配对；根据匹配对并通过最小二乘法求解得到相邻两帧点云数据的旋转平移参数R和T，根据得到的结果对匹配对进行优选，并重新计算特征点F_t'，对点云P_(t-1)中的特征点在F_t'中重新查找特征点对，重新计算得到新的旋转平移矩阵R和T，并更新，最终得到相邻两帧的旋转平移位置信息R_(t-1)和T_(t-1)，并将当前的最优特征匹配对加入到匹配数据库K中，通过依据相邻帧的转换矩阵，得到依据激光点云信息的定位信息P2；

利用各个传感设备提供的定位信息进行联合优化，得到当前运动系统的定位信息，再根据求解的高精度轨迹以及原始点云重新解算每一时刻的点位置，最终得到高精度地图；

具体地，将之前求得的激光点特征Z^laser，图像关键帧的特征点集Z^img，GNSS信息Z^gnss以及IMU预积分约束信息Z^imu数据集进行联合优化，通过对每一时刻的状态集合S_k，求解联合概率分布的最大后验概率，得到每一个时间点的最优状态量进而求得当前时刻的高精度轨迹；再根据求解的高精度轨迹以及原始点云重新解算每一时刻的点位置，最终得到高精度地图。

2.根据权利要求1所述的一种移动激光雷达slam制图装置，其特征在于：所述数据采集传感单元包括高精度全景相机和激光雷达扫描仪；所述高精度全景相机用于在保持与所述数据采集传感单元中其他传感设备时间同步的同时，将捕捉到的高精度影像信息发送到所述制图采集计算单元；所述激光雷达扫描仪与所述卫星信号接收单元连接获取精确的GPS时间，并将GPS定位信息和时间信息发送到所述制图采集计算单元。

3.根据权利要求2所述的一种移动激光雷达slam制图装置，其特征在于：所述装置内从上到下依次设置所述卫星信号接收单元、高精度相机、激光雷达扫描仪、IMU惯性测量单元；所述制图采集计算单元设置于便携式背包的背负系统内；

所述数据采集传感单元还包括倾斜式激光扫描仪；设置于所述背包外，与所述制图采集计算单元和所述卫星信号接收单元连接，用于对所述激光雷达扫描仪在某些场景无法扫描到侧面或地面点云时，进行扫描以实现辅助定位及确保点云完整。