[发明专利]一种地空异构协同地图构建方法

权利要求书

1.一种地空异构协同地图构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：利用多个移动平台分别获取环境三维点云数据，并计算多个移动平台的位姿估计结果；

S2：根据三维点云数据与位姿估计结果构建局部点云地图，同时优化位姿估计结果，并通过局部点云地图生成场景缩略图；

S3：提取场景缩略图的全局描述子向量，利用全局描述子向量索引场景缩略图得到候选匹配地图对；

S4：计算候选匹配地图对之间的刚性变换，并根据点云匹配度进一步筛选匹配对；

S5：利用刚性变换作为约束，构建位姿图并优化，在统一坐标系下融合多个移动平台的位姿图与局部点云地图，得到完整的三维点云地图。

2.根据权利要求1所述的一种地空异构协同地图构建方法，其特征在于，所述步骤S1中移动平台包括激光雷达、GPS导航系统，所述激光雷达用于获取环境三维点云数据；所述GPS导航系统用于采集所述移动平台的位置信息和姿态信息，直接作为所述移动平台的位姿估计结果。

3.根据权利要求1所述的一种地空异构协同地图构建方法，其特征在于，所述步骤S1中移动平台包括激光雷达、摄像头，所述激光雷达用于获取环境三维点云数据，所述摄像头用于采集RGB图像序列；对RGB图像序列及三维点云数据进行特征提取及运动估计，得到移动平台的位姿估计结果。

4.根据权利要求2或3所述的一种地空异构协同地图构建方法，其特征在于，所述移动平台还包括用于采集移动平台IMU数据的IMU惯性测量单元，所述移动平台IMU数据作为约束，用于计算移动平台的位姿估计结果。

5.根据权利要求1所述的一种地空异构协同地图构建方法，其特征在于，所述步骤S2中通过局部点云地图生成场景缩略图具体包括以下步骤：

S21：根据三维点云数据利用随机抽样一致性算法估计地平面法向量；

S22：利用地平面法向量，滤除局部点云地图中与地平面平行的平面，同时保留障碍物侧面轮廓点；

S23：根据地平面法向量，将障碍物轮廓点投影到地平面上；

S24：将投影到地平面后的点根据三维平面法向量与坐标系Z轴的夹角关系旋转到X-Y平面上，得到分布在X-Y平面上的一组障碍物轮廓点；

S25：将步骤S24得到障碍物轮廓点在X-Y平面上的坐标与图像坐标系下的图像坐标对应，得到包含场景障碍物轮廓信息的场景缩略图。

6.根据权利要求1所述的一种地空异构协同地图构建方法，其特征在于，所述步骤S3中利用全局描述子向量索引场景缩略图得到候选匹配地图对具体为通过计算全局描述子向量的距离来计算场景缩略图中地图片段之间的相似度，得到含有相似场景的场景缩略图匹配对即为候选匹配地图对。

7.根据权利要求4所述的一种地空异构协同地图构建方法，其特征在于，所述全局描述子向量的距离越小，则认为两个场景缩略图越相似。

8.根据权利要求4所述的一种地空异构协同地图构建方法，其特征在于，所述步骤S4中具体包括以下步骤：

S41：通过迭代最近邻点算法或正态分布变换算法计算所述场景缩略图匹配对之间的刚性变换；

S42：得到表示所述场景缩略图匹配对刚性变换后的重叠区域吻合度的计算值；

S43：设定阈值，将计算值小于阈值的场景缩略图匹配对滤除；

S44：设定分裂频率，滤除后的场景缩略图在设定的分裂频率下不断分裂，更新场景缩略图。

9.根据权利要求4所述的一种地空异构协同地图构建方法，其特征在于，所述步骤S5中位姿图的构建具体为将移动平台的位姿估计结果作为位姿图的顶点，将运动估计数据及所述步骤S4中得到的场景缩略图信息作为位姿图的边，多个移动平台的位姿图以代表相互观测的位姿图边相连，得到联合位姿图。

10.根据权利要求4所述的所述的一种地空异构协同地图构建方法，其特征在于，所述步骤S5中还利用位姿图优化算法消除每个移动平台单独运动时的位姿估计的累计误差，同时矫正多个移动平台之间的坐标系偏差。