[发明专利]用于智能机器人路径规划的网格模型地图构建方法

说明书

本发明提供一种用于智能机器人路径规划的正六边形网格模型地图构建方法，包括：根据预设网格尺寸结合地图数据将视觉范围内平面区域剖分为多个无缝连接的、不重叠的正六边形空白基础网格；获取各空白基础网格的点云数据，结合地图数据赋予各空白基础网格地形特征、格元属性及格边属性得到基础网格，形成覆盖平面区域的网格模型，确定机器人及激光点在网格模型中的坐标，计算激光点所在基础网格的概率估计值，确定网格处于占据状态或空闲状态；更新机器人所在基础网格与激光点所在基础网格之间的其他基础网格的状态；根据各基础网格的状态对所在环境的网格模型进行增量建图。该方法获得的地图可以应用于智能机器人的地图构建和路径规划中。

技术领域

本发明涉及一种面向机器人的地图构建方法，具体地说，是涉及一种用于智能机器人路径规划的正六边形网格模型地图构建方法。

背景技术

在计算机科学领域，伊安·福斯特(1998)提出了网格(Grid)和网格计算的概念。它将高速互联网、高新能计算机、大型数据库、传感器、远程设备融为一体，为用户提供更多的资源、功能和交互性。本质上，这类网格是指通过建立网格系统，使得信息资源像电力资源那样即开即用。但是，网格计算过于理想化，而且信息资源构成十分复杂，远非电力资源可比；在跨平台、跨组织、跨信任域的复杂异构环境中共享资源和解决问题，也存在极大的技术难度，因此，普适领域的网格计算逐渐被云计算代替，网格的概念逐渐弱化(万刚等，2016)。

但是，网格概念提出之后，地理信息科学领域提出了“空间信息网格”的概念，它是网格技术与空间信息技术的融合与集成。本文所描述的网格模型正是借鉴了地理信息科学领域的网格概念。面向智能机器人的网格模型以机器人为主体，认知它所处的空间环境，这一点与以人为主体，认知人所处的空间环境，本质上一脉相承。随着人工智能的发展，机器人主动认知空间环境，是技术发展的必然产物。

传统意义上，地理信息科学领域的网格是一种与矢量数据结构相对应的另一种数据组织形式，称为栅格数据模型。它将空间环境分割为规则网格，每一个网格赋予相应的属性值，用以表示空间实体数据，最终用于空间环境的描述。陈述彭等(2002)认为，虽然以栅格数据模型为基础的网格地图是一种比较简单的地图类型，但是，它将制图区域按平面坐标或按地球经纬线划分为网格，以网格为单元，描述或表达其中的属性分类、统计分级和变化参数，相当于在二维空间上表达动态时空变化的规律。因此，它具有很强的适应性和多样性。

另一方面，李德仁等(2003)从城市管理应用角度出发，提出了空间信息多级网格的概念。它按照不同的网格大小将全球、全国范围划分为不同粗细层次的网格。它的每个网格以其中心点的经纬度坐标确定地理位置，同时记录与网格密切相关的基本数据项。袁修孝等(2005)、李德仁等(2006)、章永志(2014)分别从精度分析、网格剖分、编码设计、数据检索、调度策略等角度深入研究了空间信息多级网格的基本原理和应用模式。由于，空间信息多级网格的概念源于城市管理应用的内涵延伸，因此，采用的网格大多为与行政区域对应的不规则多边形，存在较大的局限性。

与此同时，面向全球层次的地理信息的理论研究和应用实践的逐渐深入，需要更为有效的多尺度数据的管理机制，以便实现海量全球数据的多层次管理和调用(赵学胜，2004)。因此，GoodChild等(2000)提出了“基于循环分割的理念，将地球的大块区域划分为逐渐精细、相互嵌套的小区域”的球面离散网格(Discrete Global Grid)。球面离散网格将地球表面抽象为球面，按照一定的规则将球面划分为一系列网格单元，利用网格单元描述空间位置、形态、分布，进行空间数据组织和管理，实现空间对象建模、分析与表达(Dutton，1998；Sahr et al.，2003；贲进，2006；袁文，2004；赵学胜等，2007)。

球面离散网格既符合计算机对数据离散化处理的要求，又摆脱了地图投影的束缚，有望从根本上解决传统平面模型在全球空间数据管理与多尺度操作上的数据断裂、几何变形和拓扑不一致性等问题。但是，技术层面上来看，球面离散网格更多地属于空间定位方案和空间检索机制(李德仁等，2003)。