[发明专利]一种手持/背包式SLAM装置及定位方法

说明书

一种手持/背包式SLAM装置及定位方法，本发明分为手持部分和背包部分两部分，两部分可以通过螺栓和航空插头进行连接，利用所述的手持/背包SLAM设备进行数据采集、定位方法，步骤如下：S1.通过航空接口将手持部分与背包部分连接，将背包部分放入背包中，将屏幕通过绑带固定在身体上，启动设备。S2.安装ROS系统及上述传感器驱动。S3.开启串口的低延时模式，使所述组合导航的数据能够以200Hz高频率传入主机。S4.发布双目相机图像数据、IMU数据、激光点云数据、GNSS数据。S5.融合相机、激光雷达、GNSS、IMU的定位。本发明提出了与设备配套的高精度半紧耦合的视觉‑IMU‑激光雷达‑INS融合的SLAM定位算法。

技术领域

本发明属于SLAM装置领域，特别涉及一种手持/背包式SLAM装置及定位方法。

背景技术

土地资源调查目前多以卫星遥感数据为主，外业实地调查为辅。但卫星遥感在村镇土地调查中存在局部信息精度差、难以获得三维立体数据的缺点。而SLAM(同步定位与地图构建)技术可以弥补这些缺点，实时的构建出精确的三维地图，并得到自身的位置。

目前，多传感器融合已成为了SLAM领域的一个主要发展趋势，单一的传感器已难以满足实时定位建图的需求。GNSS(全球导航卫星系统)可以提供精确的位置信息，但GNSS易受到遮挡，在村镇环境中，易受到树木、建筑的影响，精度出现大幅度下降。同时，GNSS-RTK(实时动态载波相位差分技术)虽然精度高达厘米级，但他的频率较低，难以满足实时性的要求。GNSS与IMU(惯性测量单元)融合形成INS系统，可以输出高频率的位置信息，同时在遮挡环境下也具有了一定的定位能力。激光雷达可以满足快速实时建图的要求，但点云图像中缺乏纹理信息。视觉可以获取外部环境丰富的细节信息，但易受光照的影响，在村镇复杂环境下，存在图像计算量大、算法难以实现的问题。多传感器融合可以有效克服单一传感器的缺点，实现更好的定位建图效果。

在SLAM数据采集设备方面，国内已出现了许多的可穿戴产品，比较有代表性的有数字绿土推的出LiBackpack DGC50背包激光雷达扫描系统，它配备了水平和垂直两个方向的激光雷达传感器，并且支持选配高精度GNSS设备和全景相机，同时结合了SLAM技术，无论扫描环境中GNSS信息强度如何，均可获取到扫描范围内的高精度三维点云数据，因此适用于室内和室外多场景测量。另一个比较有代表性的产品是NavVis VLX可穿戴式室内移动绘图系统，它配备了Velodyne激光雷达传感器，可提供高质量3D测量数据捕获。NavVis VLX将Velodyne图像数据与SLAM技术相结合，可通过移动设备提供测量级点云。其紧凑的通用设计使该系统能够绘制小的、分散的和狭窄的空间，以及有着大量障碍和不平坦地形的环境。此外，它的顶部安装了四个2000万像素的摄像头，构成全景摄像，可以在每个方向上拍摄高分辨率的图像，且不会被操作者阻挡视野。

现有的可穿戴采集设备产品比较有代表性的有数字绿土推的出LiBackpackDGC50背包激光雷达扫描系统和NavVis VLX可穿戴式室内移动绘图系统。LiBackpackDGC50背包激光雷达扫描系统只能提供事后的GNSS-RTK处理，其提供的定位算法中，并没有融合视觉的信息，激光点云和图像数据无法做到实时处理，只能通过配置后处理软件获得高精度的定位信息，没有手持部分，缺乏对手持场景的支持。NavVis VLX没有配备GNSS模块，无法通过卫星定位，搭载的SLAM算法同样没有融合视觉信息，也同样缺乏对手持场景的支持。且虽然目前，市面上已出现相关的集成产品，但大多数价格昂贵，缺乏手持终端，且无法充分利用各个传感器的数据。

发明内容