一种无人飞行器室内同时定位与环境建模方法

摘要

本发明公开了一种无人飞行器室内同时定位与环境建模方法，可以对无人飞行器进行飞行轨迹与定位，并快速绘制室内三维环境模型。构建无人飞行器的操作平台和操作方法，利用其上搭载的RGB-D传感器对数据进行收集，并采用视觉测程法对无人飞行器在室内飞行的飞行轨迹及位置进行估计，采用扩展的卡尔曼滤波算法得到更为准确的飞行器飞行轨迹及位置。进一步，利用无人飞行器与地面通信装置的数据传输功能使其将机上传感器收集信息实时反馈给地面操作人员，并利用计算机三维数据显示方法对收集数据进行计算、处理与室内三维环境建模与显示。

主权项

一种无人飞行器室内同时定位与环境建模方法，其特征在于，步骤1）：构建无人飞行器硬件结构，机上搭载嵌入式主控CPU、飞行控制板、RGB‑D传感器，以及供电设备和无线传输设备；步骤2）：控制无人飞行器在室内飞行，并利用RGB‑D传感器收集数据；步骤3）：假设飞行器在室内空间飞行的某时刻为t，采用视觉测程法估计t时刻飞行器动作与t‑1时刻相比的变化情况；该变化情况具体包括平移与旋转两种变化，具体实现如下：首先基于特征检测技术与特征匹配技术来得到前后两帧的对应特征点，并利用长度、角度限制条件去掉一些异常的特征匹配，然后基于最小误差原则计算飞行位置的改变量；步骤4）：在数据融合阶段，平滑在视觉测程法中估计的飞行位置和真实位置之间的差距；采用扩展卡尔曼滤波器算法，来完成对飞行轨迹曲线的降噪和平滑；步骤5）：在机上完成视觉测程法与扩展的卡尔曼滤波算法后，即得到初步的位置估计；地面站必须与飞行器进行数据通信来获取室内环境的RGB‑D数据与估计的位置，供路径规划和室内环境建模使用；步骤6）：采用闭环检测技术优化飞行轨迹，具体包括：当飞行器在室内空间飞行时，每当飞行轨迹与之前某时刻的飞行轨迹重合时，即构成了一个封闭的环路，此时将进行再次迭代算法对形成环路的飞行轨迹进行修正，从而减小位置估计误差；步骤7）：经过步骤3、4、5、6后，得到更为准确的飞行轨迹与RGB‑D数据；为了完成实时显示效果，采用OpenGL计算机图形算法接口对RGB‑D数据进行处理从而实现三维地图的实时显示。