[发明专利]一种协同无人系统联合语义建图方法

说明书

本发明公开了一种协同无人系统联合语义建图方法，所述方法包括：单个无人系统语义地图构建及分布式通信算法、基于相对熵值滤波器的全局一致性地图构建算法；其中，所述单个无人系统语义地图构建及分布式通信算法实现单个无人系统在全天候环境下利用多源传感器信息构建局部语义地图，构建基于信息熵触发的云到端分布式信息共享机制，实现协同无人系统间分布式共享局部语义地图；所述基于相对熵值滤波器的全局一致性地图构建算法，对无人系统的单机建图误差和协同定位误差进行建模，采用基于相对熵值滤波器的信息融合方法，减小局部语义地图融合时的不确定性，实现协同无人系统联合构建全局语义地图。

技术领域

本发明涉及智能机器人技术领域，尤其涉及一种协同无人系统联合语义建图方法。

背景技术

当前，自主无人系统被全球主要大国视为重要的颠覆性技术。

无人系统在未知复杂环境下的感知理解和环境交互能力仍然有限，单一无人平台难以适 应野外、战场和城市等复杂环境。协同无人系统由于其具有的互补优势引起了研究人员的密 切关注，为自主无人系统的发展提供了极具前景的研究方向。协同无人系统具有多维感知、 全域响应和高效机动的优势，可自主适应复杂动态环境并协同作业。在时空受限的复杂环境 中，实现协同感知与联合建图是协同无人系统自主执行任务的前提条件和主要挑战，即单个 无人平台对环境进行分析、理解与描述，在此基础上实现协同无人系统通过联合建图形成对 整体环境的建模和重构。现有协同无人系统研究中，各无人系统之间通常并不直接共享三维 环境信息，仅交换各无人系统相对定位所得到的位姿信息。在未知环境中，构建全局三维地 图将有助于各平台开展路径规划和自主导航。然而，协同无人系统共享原始数据易造成通讯 堵塞和高计算量。如何在有限的网络连接条件下，在协同无人系统间构建云到端的分布式通 信和信息共享机制，联合构建具有全局一致性的三维语义概率地图，对复杂环境下的大尺度 环境重构具有重大意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，特别是针对现有几何地图缺乏语义、规则等高 层信息的局限，提供了一种协同无人系统联合语义建图方法。

一种协同无人系统联合语义建图方法，包括如下步骤：

步骤1，单机无人系统通过融合三维点云和语义图像生成三维语义点云，再使用里程计 融合连续的语义点云并生成三维语义地图m_r；

步骤2，更新无人系统的三维语义地图m_r；

步骤3，无人系统r将三维语义地图m_r传递给相邻无人系统，实现基于信息熵的信息共享；

步骤4、无人系统r将接收到的相邻无人系统的三维语义地图进行融合，得到全局地图M_r。

较佳的，所述步骤2中，利用贝叶斯公式更新语义地图m_r的几何概率和语义概率。

较佳的，分别利用几何概率模型p(v_r|L_g(1:t),x_1:t)和语义概率模型p(o_r|L_s(1:t),x_1:t)更新 地图的概率p(m_r|L_g(1:t),L_s(1:t),x_1:t)＝p(v_r|L_g(1:t),x_1:t)·p(o_r|L_s(1:t),x_1:t)其中：