[发明专利]一种融合几何特性与力学特性的地形建模方法及系统

说明书

本发明提供了一种融合几何特性与力学特性的地形建模方法及系统，涉及环境建模技术领域，包括获取探测区域的彩色图像和深度图像，对所述彩色图像进行地形语义分割，融合语义分割结果和同一时刻所述深度图像包含的深度信息，生成语义点云；将所述语义点云映射至地图坐标系下的栅格地图中，生成对应栅格，并将所述语义点云中的高程值和语义信息更新至所述对应栅格；根据所述语义信息进行地面力学特性计算，将计算结果更新至所述对应栅格，生成地形模型。本发明在地形因子中加入力学特性参数，创新地从几何特性与力学特性两个维度进行地形表征。本发明利用视觉感知的方式提前推断未接触区域的地面承压特性和剪切特性，扩大了感知范围。

技术领域

本发明涉及环境建模技术领域，具体而言，涉及一种融合几何特性与力学特性的地形建模方法及系统。

背景技术

随着科技的发展和进步，人类已开始向其他星球展开科学探测研究。但随着星球探测任务要求日益提高、探测环境日趋复杂，单纯的地形几何信息已经难以满足星球车适应环境的需求。例如火星表面崎岖不平，松软沙地遍布，星球车曾多次因地面非几何特性引发沉陷或打滑事故，阻碍了探测活动的顺利进行。可见地面力学特性已成为影响星球车运动状态的重要因素。

地形地图作为地形信息的集中表达，为星球探测多个任务环节提供环境基础。为了规划更安全的可通行路径，设计更适应环境的控制策略，进行更高保真度的运动仿真，以轮-地相互作用模型为基础，以地面力学参数为已知条件的地面力学理论已渗透到越来越多的任务环节。因此，亟需提出包含几何特性和力学特性的地形模型及其构建方法，以保障基于地面力学的方法能够可靠应用。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提供一种融合几何特性与力学特性的地形建模方法及系统，解决现有的环境建模方法缺乏对力学特性这一层面信息的考虑问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供一种融合几何特性与力学特性的地形建模方法，其包括：

获取探测区域的彩色图像和深度图像，对所述彩色图像进行地形语义分割，融合语义分割获得的地面语义信息和同一时刻所述深度图像包含的深度信息，生成语义点云；

将所述语义点云映射至地图坐标系下的栅格地图中，生成对应栅格，并将所述语义点云中的高程值和语义信息更新至所述对应栅格；

根据所述语义信息进行地面力学特性计算，将计算结果更新至所述对应栅格，生成地形模型。

本发明通过分层的形式，创新地从几何与力学特性两个维度进行地形表征，根据表现地形要素不同将地形模型分为几何特性层和力学特性层。在地形因子中加入地面力学特性参数，便于在仿真中利用轮-地相互作用进行星球车的运动模拟。

示例性地，所述进行地形语义分割包括：

采集地形图像作为数据源，对所采集图像中的目标地形进行标注并生成对应掩码标签，将标注后的图像按比例随机分成训练集和验证集；

分别统计所述训练集的RGB三通道的均值和方差，对每张输入图像进行数据归一化处理，并对所述训练集中的原始图像进行数据增强处理，并修正其对应的所述掩码标签；

构建卷积神经网络，进行语义分割模型训练，选择精度最高的模型作为所述语义分割模型对所述彩色图像进行所述地形语义分割。

本发明基于深度学习和语义地图构建技术，进行新型数字地形模型的构建，实现高精度的建模。

示例性地，所述语义信息包括经过所述地形语义分割后得到的置信度较高的多种地形类别及其对应概率。

本发明的语义信息便于对地形特征的提取，保证语义分割的准确度。

示例性地，所述融合语义分割获得的地面语义信息和同一时刻所述深度图像包含的深度信息，生成语义点云包括：