[发明专利]一种面向近岸水域的实时定位与建图方法

说明书

本发明公开了一种面向近岸水域的实时定位与建图方法，包括多个鱼眼摄像头采集数据后通过解算得到特征点归一化坐标；惯性测量单元获取无人艇的惯性数据；声呐采集无人艇周围声呐点云数据；北斗卫星导航系统定位无人艇当前坐标并解算出全局平面坐标系位置；磁力计测量当前磁场强度的测量值并解算无人艇姿态；气压计测量气压从而计算出无人艇高度；惯性数据和特征点归一化坐标进行线性插值后获得多视图帧位姿；多视图帧位姿结合全局平面坐标系位置、无人艇姿态、无人艇高度和声呐点云数据通过回环检测和建图生成栅格地图和三位点云地图。所述面向近岸水域的实时定位与建图方法，解决了现有的数据采集和处理方法应用于近岸水域无法精确定位的问题。

技术领域

本发明涉及近岸水域数据采集和处理技术领域，特别是一种面向近岸水域的实时定位与建图方法。

背景技术

目前市面上的实时定位与建图系统大多数针对于室内服务型机器人、无人驾驶汽车和无人机所处的陆地和低空中环境。但在水上近岸环境中，由于近岸环境只有单边参考物，使用现有的基于单目或双目摄像头的视觉惯性里程计，狭窄的视野并不能检测出足够的特征点来实现精确的实时定位，从而出现定位不准的情况。此外，目前使用的构建栅格地图和三维点云地图的实时定位与建图系统，主要使用的传感器是激光雷达，但由于激光雷达有效的工作环境是在水面上，对水面下的环境一无所知，所建出的栅格地图对无人艇的路径规划与自主避障提供不了太大的帮助。

发明内容

针对上述缺陷，本发明的目的在于提出一种面向近岸水域的实时定位与建图方法，解决了现有的数据采集和处理方法应用于近岸水域无法精确定位的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种面向近岸水域的实时定位与建图方法，包括以下步骤：

步骤A包括：

步骤A1：多个鱼眼摄像头采集数据后通过解算得到特征点归一化坐标；

步骤A2：惯性测量单元获取无人艇的惯性数据PVQB；

步骤A3：声呐采集无人艇周围声呐点云数据；

步骤A4：北斗卫星导航系统定位无人艇当前坐标并解算出全局平面坐标系位置；

步骤A5：磁力计测量当前磁场强度的测量值并解算出无人艇姿态；

步骤A6：气压计测量气压从而计算出无人艇高度；

步骤B：

所述惯性数据PVQB进行线性插值后结合所述特征点归一化坐标获得多视图帧位姿；

步骤C：所述多视图帧位姿结合所述全局平面坐标系位置、无人艇姿态、无人艇高度和声呐点云数据通过回环检测和建图生成栅格地图和三维点云地图。

本发明的有益效果：所述面向近岸水域的实时定位与建图方法通过所述鱼眼摄像头、北斗卫星导航系统、磁力计、气压计、惯性测量单元和声呐，能在水下实现精确的实时定位后，再通过所述回环检测建图步骤对数据进行处理从而构建适用于近岸水域的出栅格地图和三维点云地图，能够实现无人艇位姿估计、实时重定位和闭环检测，达到了无人艇的路径规划和自助避障的目的。

多个所述鱼眼摄像头设置于在无人艇的顶部，单个鱼眼摄像头能够提供180°的视野，视野重叠的部分有助于获取特征点准确的深度信息；所述北斗卫星导航系统设置于无人艇的两侧；所述声呐设置于无人艇的底部；所述惯性测量单元、气压计和磁力计安装于所述无人艇并设置于所述鱼眼摄像头的下方。

所述面向近岸水域的实时定位与建图方法能够实现鱼眼摄像头、北斗卫星导航系统、磁力计、气压计、惯性测量单元和声呐组成的多传感器的时间戳自适应同步，解决了各传感器因延时、数据传输或独立时钟所产生不同的时间戳从而影响系统状态估计的问题。