[发明专利]一种极地冰层地图构建系统及其工作方法

说明书

本发明涉及一种极地冰层地图的构建系统，包括激光SLAM模块、视觉SLAM模块、中央处理器以及语义模块。在某一时刻t，激光SLAM模块用来实时采集当前空间地理位置的冰层环境地图以及捕捉当前空间地理位置坐标信息。在时刻t，视觉SLAM模块用来实时采集当前空间地理位置的冰层环境地图以及捕捉当前空间地理位置坐标信息。中央处理器与激光SLAM模块和视觉SLAM模块均进行电连接。协同语义模块，中央处理器根据语义指令对位于船舶四周的冰层进行分类，以实时地生成具有语义信息的、高精度、且附带语义信息的全局冰层代价地图。另外，本发明还公开了一种极地冰层地图构建系统的工作方法。

本发明涉及导航技术领域，尤其是一种极地冰层地图构建系统及其工作方法。

背景技术

随着全球气候变暖，北极冰层逐渐消融，通过北极海域的船舶逐年增加。极地航道相对传统苏伊士运河航道航程大为缩短，其商业价值不断为航运行业所发掘。开发适合极地航行的船舶日益重要。极地海域环境恶劣，海面上漂浮的冰层对船舶的安全造成严重的威胁。

目前航海中所应用到的电子海图时效性较差，难以体现出船舶周围所存有的冰情。随着科学技术的发展，SLAM技术已经被广泛地应用于导航地图绘制中，其包括视觉SLAM和激光SLAM，其中，激光SLAM技术一直处于主导地位。激光SLAM具有精度高、速度快、能够快速响应动态环境下环境变化的特点，因此激光SLAM技术的可靠性和安全性均优于视觉SLAM。激光SLAM技术主要内容包括定位和周围的环境地图构建。视觉SLAM已经可以感知物体的语义信息，但是精度较差，且环境光对其工作效果影响较大。中国发明专利CN110726409B公开了一种基于激光SLAM和视觉SLAM地图融合方法，基于激光SLAM和视觉SLAM地图融合方法，其包括以下步骤：

步骤一，数据采集与读取

通过IMU采集机器人的加速度和角速度；机器人的双目摄像头进行左右图像采集，二维激光雷达360°采集距离值，编码器采集机器人的速度，工控机实时读取传感器的数据；

步骤二，数据处理

将每个编码器采集的脉冲值转换为每个轮子相对应的速度值，再经过运动解算算法计算机器人整体移动速度，并计算位移；将IMU采集的加速度进行积分，计算速度与位移，利用扩展卡尔曼滤波将步骤一采集的加速度与角速度与位移进行融合，产生位姿；

步骤三，激光SLAM与视觉SLAM建图

将二维激光雷达数据和步骤二得到的机器人位姿信息传入激光SLAM，建立2D栅格图；将双目摄像头采集的图像信息和IMU采集的加速度及角速度传入视觉SLAM，产生三维稀疏点云图；

步骤四，视觉SLAM地图转换

将视觉SLAM产生的位姿与三维稀疏点云图转换为用跳表树表示的三维地图，再将其投影于一个平面，形成2D栅格图；

步骤五，地图融合

利用地图融合算法实时将激光SLAM产生的局部栅格图和视觉SLAM经过转换后的局部栅格图进行融合，产生局部融合地图，并实时存储，一直反复循环上述过程，形成全局融合地图。其中地图融合算法具体为：将激光SLAM产生的局部栅格图和视觉SLAM产生的局部栅格图的每个栅格都用0～1概率表示，设定激光SLAM产生的局部栅格图的阈值T1和视觉SLAM经过转换后的局部栅格图的阈值T2，之后将占有率与预先分别设定的阈值进行比较，若大于阈值则为占有，小于阈值则为空，保存显示时，1表示占据，0表示空，-1表示不确定；再将两种概率按照栅格占有规则进行判别，其中两者都为空时则判定为空，两者都不确定时判定为不确定，其余则判定为占有，进而产生局部融合地图。