[发明专利]一种实时地形测绘方法和系统

说明书

本发明提供一种实时地形测绘方法，包括：实时获取点云关键帧以及与所述点云关键帧对应的位置与姿态信息；使用所述点云关键帧和所述对应的位置与姿态信息以增量的方式更新TSDF地图的地图层；以预设厚度扩展所述更新后的TSDF地图的地图层生成包含安全边界的高程地图。本发明还提供一种实时地形测绘系统。本发明提供的方法和系统能实时引导避障、地形数据量小。

技术领域

本发明涉及自动驾驶领域，具体涉及一种实时地形测绘方法和系统。

背景技术

测绘是指对自然地理因素或者地表人工设施的形状、大小、空间位置及其属性等进行测定、采集、表述以及对获取数据、信息、成果进行处理和提供的活动。实时测绘是指借助实时图像传输系统，实时接收测绘信息，动态构建地理信息图的过程。

飞行汽车是未来交通工具的发展方向之一，智能飞行汽车的自动驾驶功能扮演着重要角色。自动驾驶功能工作时，需要事先获得当前位置一定距离范围内的地形信息，以便提早规避风险，同时地形数据也是飞行轨迹规划的前置信息。然而空中飞行往往对地形地图的要求是同样大小的地形面积，在保证安全条件下，用较小的数据量表示，以便飞行器高速获取地形信息。

在一些技术中，飞机机载设备中包含了激光雷达、IMU、GPS、电子罗盘等传感器和处理器模块，但是处理器模块的功能仅是将采集的数据通过无线传输到地面站系统，进行数据的后处理和显示。这些技术多是首先进行实时数据采集、实时传输或保存，然后进行离线后处理，因此，不能达到实时测绘，引导飞行器避障的目的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种能实时引导飞行器避障的实时测绘方法。

本发明首先提供一种实时地形测绘方法，包括：实时获取点云关键帧以及与所述点云关键帧对应的位置与姿态信息；使用所述点云关键帧和所述对应的位置与姿态信息以增量的方式更新TSDF地图的地图层；以预设厚度扩展所述更新后的TSDF地图的地图层生成包含安全边界的高程地图。

进一步，所述使用所述点云关键帧和所述对应的位置与姿态信息以增量的方式更新TSDF地图的地图层，包括：将所述点云关键帧表示同一视野区域内不同时刻扫描的多层点云关键帧以及对应的位置与姿态信息以增量的方式融合为单一表面层，生成更新的TSDF地图地图层。

进一步，所述以预设厚度扩展所述更新后的TSDF地图的地图层生成包含安全边界的高程地图，包括：沿表面法线方向外扩预设距离为所述更新后的TSDF地图的地图层增加预定厚度的安全区域，产生包含安全边界的高程地图。

进一步，所述获取经运动补偿后的点云关键帧以及与所述点云关键帧对应的位置与姿态信息具体包括：通过传感器获取当前工作场景在视野范围内的点云信息以及对应的高频空间位姿信息、低频全局空间位置信息；对所述高频空间位姿信息进行信息预积分；通过信息预积分结果做插值计算出每个点相对于点云帧内首点的位姿矩阵；根据所述位姿矩阵和所述低频全局空间位置信息矫正点云帧得到纠正后的点云帧；当载体位置或角度的变化量大于预先设定的阈值时，将对应该时刻的纠正后的点云帧选为点云关键帧。

进一步，将所述点云关键帧表示同一视野区域内不同时刻扫描的多层点云关键帧以及对应的位置与姿态信息以增量的方式融合为单一表面层，生成更新的TSDF地图地图层包括：将获取的点云坐标系下表示的原始的点云数据转换到为TSDF地形全局坐标系下点云数据；TSDF地形全局坐标系下，计算点云关键帧数据中的每个点对应的节点中心坐标和截断距离；使用所述计算出来的每个点对应的节点中心坐标和截断距离更新所述TSDF地图地图层数据。进一步，所述沿表面法线方向外扩预设距离为所述更新后的TSDF地图的地图层增加预定厚度的安全区域，产生包含安全边界的高程地图包括：在竖直方向上，将地图层沿地形高度向上扩大使地图层沿表面法线方向外扩预设距离；在水平方向上，将地图层沿水平方向向外扩展使地图层沿表面法线方向外扩预设距离。。