一种室内环境二维与三维联合模型的构建方法和系统的利记博彩app
【技术领域】
[0001]本发明实施例涉及同步定位与地图创建技术领域，尤其涉及一种室内环境二维与三维联合模型的构建方法和系统。
【背景技术】
[0002]在数字城市、应急响应模拟与培训、数字文化遗产等方面的巨大应用需求推动下，尤其在反恐、消防、智慧楼宇等典型应用中，室内环境三维模型是不可或缺的基础数据。和室外不同，室内环境具有近距离、多转角、易遮挡、光照复杂、缺乏绝对定位等特点，高效、准确的获取室内环境三维信息是具有挑战性的课题。目前普遍使用的解决方案是基于静态激光扫描仪进行多站点测量的室内环境点云数据采集，由于室内环境狭小且遮挡的限制，静态扫描方案效率很低。室内移动三维测图将激光雷达、相机等多传感器集成在人、推车及机器人等移动平台上进行室内测图，可有效提高室内三维信息获取的效率。现有的室内移动三维测图系统通过在移动平台上放置旋转的二维激光扫描仪、立体视觉和基于飞行时间的深度摄像机来实现三维数据，再用于室内三维模型构建，其使用的定位算法是基于一个假设，即系统移动仅在二维平面上，但在众多室内建模应用中，移动平台是在三维空间中运动的，因此限制了系统的实时三维空间的探索能力，对于移动平台在三维空间中运动的情况，现有技术提供的建模方法无法提供高效准确的室内环境三维模型。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提出一种用于室内环境二维与三维联合模型的构建方法，旨在准确构建室内环境的二维栅格地图，并提供与之对应的三维点云模型，解决现有技术中静态扫描方案效率低，对于移动平台在三维空间中运动时，三维空间的探索能力的有限，以及无法提供高效准确的室内环境三维模型的问题。
[0004]本发明提供一种室内环境二维与三维联合模型的构建方法，包括一个其底部沿水平方向安装的水平二维激光扫描仪、两个其底部沿竖直方向安装的且其扫描区域互成90°的竖直二维激光扫描仪、以及惯性传感单元的室内移动三维测图平台实施，其特征在于，该方法包括:
[0005]S1、获得所述水平二维激光扫描仪输出的二维激光扫描数据，构建二维栅格地图；
[0006]S2、采用扩展卡尔曼滤波方法，根据所述惯性传感单元输出的数据与所述二维栅格地图，实现平台六自由度姿态估计；
[0007]S3、获得所述竖直二维激光扫描仪输出的二维激光扫描数据，根据S2中得到的平台六自由度姿态估计的结果，将所述竖直二维激光扫描仪输出的二维激光扫描数据配准到平台的三维坐标系中，得到室内环境的三维点云数据；
[0008]S4、将初始时刻的平台六自由度位姿估计的结果作为初始旋转平移矩阵并确定三维坐标系原点位置，将每一时刻所获得的三维点云数据通过相应的旋转平移矩阵配准到平台的三维坐标系以生成三维地图；
[0009]S5、采用二维栅格地图构建中的闭合环路检测原理，对获得的二维栅格地图进行闭环检测；根据闭环检测结果对获得的二维位姿信息进行全局优化调整，根据调整结果对二维栅格地图进行优化，获得全局优化的二维栅格地图；再根据闭环检测结果对获得的平台六自由度位姿估计的结果进行全局优化调整，根据调整结果对三维地图进行优化，获得全局优化的三维地图。
[0010]进一步的，所述步骤S2具体包括:
[0011]S21、根据所述二维栅格地图估计出平台的二维位姿信息，该二维位姿信息包括平台在二维平面中的当前位置和朝向；
[0012]S22、获得所述惯性传感单元输出的数据，该数据包括线加速度变化数据和角加速度变化数据；
[0013]S23、根据所述惯性传感单元输出的数据计算得到平台的三维位姿信息，该三维位姿信息包括平台高度、俯仰、偏航和横滚；
[0014]S24、采用扩展卡尔曼滤波方法，融合所述三维位姿信息和所述二维位姿信息实现平台六自由度姿态估计。
[0015]进一步的，在所述步骤S5之后，该方法还包括:
[0016]S6、将得到的二维栅格地图与三维地图进行空间坐标系一致性配准，最终得到空间坐标系一致的二维栅格地图与三维地图。
[0017]本发明还提供一种采用所述室内环境二维与三维联合模型的构建方法的室内移动三维测图平台系统，该系统包括:水平二维激光扫描仪、两个竖直二维激光扫描仪、惯性传感单元、处理设备及用于搭载上述各单元的移动平台。其中，水平二维激光扫描仪，安装于所述移动平台前端中心位置，其安装底部沿水平方向；两个竖直二维激光扫描仪，其对称分布于所述移动平台前端左右两侧，其安装底部沿竖直方向；惯性传感单元，其可安装于所述移动平台的任意位置，用于获得计算所述移动平台当前三维位姿信息的数据；处理设备，其可安装于所述平台的任意位置，其与所述水平二维激光扫描仪、两个竖直二维激光扫描仪及惯性传感单元电路连接，用于接收所述各二维激光扫描仪及惯性传感单元所获得的数据信息并完成所述二维与三维联合模型的构建。
[0018]进一步地，所述水平二维激光扫描仪及竖直二维激光扫描仪的扫描范围均为270。。
[0019]进一步地，所述两个竖直二维激光扫描仪彼此间互成90度设置，其中安装于左侧的二维激光扫描仪用于扫描前方右侧区域，右侧的二维激光扫描仪用于扫描前方左侧区域。
[0020]本发明根据所述水平二维激光扫描仪输出的二维激光扫描数据，构建二维栅格地图；根据所述惯性传感单元输出的数据与所述二维栅格地图，采用扩展卡尔曼滤波方法，实现平台六自由度姿态估计；根据所述两个竖直二维激光扫描仪输出的二维激光扫描数据，构建室内环境的三维点云数据；并将所述平台六自由度位姿估计的结果作为初始旋转平移矩阵，将所述三维点云数据配准为三维地图；然后采用二维栅格地图构建中的闭合环路检测原理，进行二维栅格地图的闭环检测，并通过平台位姿调整，获得全局优化的二维栅格地图和三维地图，由于在三维地图配准时，采用了平台六自由度位姿估计的结果作为初始旋转平移矩阵，因此解决了现有技术中静态扫描方案效率低，对于移动平台在三维方向上空间中运动时，三维空间的探索能力的有限的问题，最终构建的三维地图准确性高，该方法尤其适用于路面不平整情况下的轮式平台采集系统以及操作者背负采集系统，环境适用性强。
【附图说明】
[0021]图1为本发明实施例提供的一种室内环境二维与三维联合模型的构建方法的流程不意图；
[0022]图2为本发明实施例提供的室内二维栅格地图的构建结果示意图；
[0023]图3为本发明实施例提供的室内三维地图的构建结果示意图；
[0024]图4为本发明实施例提供的室内移动三维测图平台系统结构图；
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
[0026]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0027]实施例一
[0028]本