利索能及
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专利号: 2023103614095
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-17
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于激光里程计的室内高精度自定位方法,包含机械旋转式三维多线激光雷达移动平台、便携式计算设备和N个参考反射标记物;将激光雷达设备固定于移动平台上,将激光雷达作为原点的坐标系称为激光雷达坐标系,其对应每一帧点云所构成的局部地图,而以激光雷达初始位置为原点的坐标系世界称为世界坐标系,对应所有点云构成的全局地图;在室内环境中参考位置放置特制形状的反射标记物Ri(1≤i≤N),其由高反射率的反光材料构成,特征为具有较高的反射强度值,记录Ri在世界坐标系下的坐标值 其特征在于包括以下步骤:步骤一、启动激光雷达,通过相连接的便携式计算设备获取点云数据并存储到集合同时取出 的反射强度值I归一化后存放在集合 排除同一物体因为距离变化导致强度值I不同的影响,以便后续用于反射标记物Ri的特征提取,其表示为:步骤二、对收集到的集合 逐帧将Ii从大到小进行排序,滤去个别强度值较大的孤立点集,记录其索引值index,得到集合步骤三、对第i帧处理后的点云集合 中的最大强度值利用聚类算法分为M个子集合Cu(1≤u≤M≤N),对应于空间中M个反射标记物的点云;

步骤四、从子集合Cu中取出反射强度值最大的点及其距离和方位角的原始数据,存放在Ti中,分别对集合Cu构成直线和集合Cu构成平面这两种情况进行处理;

步骤五、若Ti集合中仅包含单条线束上的点云,则对index取均值即可得到中心点的位置IDi,若Ti集合中包含多条线束点云,则对ID号求平均值取整后得到单条线束索引值IDmid,再将IDmid中的点云ID号求平均值得到IDi,最后将计算得到的IDi保存到ref集合;

步骤六、记录激光雷达坐标系绕世界坐标系z轴旋转的角度 根据参考点ref的索引号index可在点云集合 中得到激光雷达坐标系下入射激光束与xoy平面形成的入射角α、参考点ref在xoy平面的投影与y轴形成的夹角γ以及激光雷达到ref的距离值d;

步骤七、根据激光雷达坐标系绕世界坐标系z轴旋转的角度 激光雷达坐标系下的入射角α和水平旋转角γ以及距离值d计算出参考点ref在激光雷达坐标系下的坐标值(x′Ri,y′Ri,z′Ri),其关系满足:步骤八、假设激光雷达在世界坐标系下的坐标值为(xL,yL,zL),根据激光雷达坐标系和世界坐标系的转换关系,可将参考点ref从激光雷达坐标系转换到世界坐标系,其转换关系表示为:步骤九、根据上述转换关系,可求得在每一帧点云中激光雷达在世界坐标系下的坐标值(xL,yL,zL)为:其中,(x′Ri,y′Ri,z′Ri)为参考点ref在激光雷达坐标系下的坐标,其等价关系为:步骤十、可进一步将其转化为矩阵的形式:

步骤十一、上述步骤得到了基于某个反射标记物Ri的激光雷达位置坐标,进一步对步骤三的M个子集合Cu重复步骤四至十,可得到分别由M个反射标记物计算出的激光雷达位置坐标(xL,yL,zL);

步骤十二、根据步骤五中每个子集Cu对应的ref,归一化其距离值d之和,计算各参考点的距离值权重来估计激光雷达的位置(x′L,y′L,z′L),其表达式为:步骤十三、对点云集合 中所有帧进行上述步骤计算则可得到SLAM过程中激光雷达的运动轨迹,完成激光雷达室内高精度自定位。