高精細地圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、采集和處理系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及地理信息數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域、地圖測繪領(lǐng)域，具體地，涉及一種高精細地圖 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、基于全景圖像的高精細地圖數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 全球定位系統(tǒng)（GPS)為地理信息采集提供了較為成熟的定位技術(shù)，也是高精細地 圖制作過程中必需的地理信息數(shù)據(jù)的提供者。普通單點GPS的精度遠達不到建立車道級地 圖的要求，一般采用差分系統(tǒng)（RTK-GPS)來提高GPS定位精度。但實際中RTK-GPS對GPS 信號質(zhì)量要求很高，而且基站電臺的覆蓋范圍有限，極易因為建筑、樹木遮擋信號失效，所 以需要使用慣性導航系統(tǒng)（INS)輔助定位。
[0003] 現(xiàn)有導航地圖精度一般不高，并且以整條道路作為對象提供道路信息數(shù)據(jù)或進行 導航指令發(fā)布，這種導航地圖稱之為道路級別地圖，是對實際交通環(huán)境的大幅度簡化，能提 供的信息量數(shù)量少，精確度低，對駕駛員的輔助能力較低。
[0004] 隨著車輛先進駕駛輔助系統(tǒng)技術(shù)以及無人駕駛技術(shù)的發(fā)展，對地圖精度以及信息 量的要求也逐漸提高，原有道路級地圖已經(jīng)無法滿足，需要一種能提供高精度、詳細道路信 息的新型尚精細地圖。
[0005] 高精細地圖面向的應用對象一般并非駕駛員，而是各類電子系統(tǒng)，從應用角度出 發(fā)，高精細地圖不僅需要數(shù)據(jù)上的高精度，更要包含內(nèi)容詳細，條理清晰的道路信息，但是 目前對于高精細地圖內(nèi)容和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)缺少統(tǒng)一的細致定義。
[0006] 高精細地圖制作也存在其他方法，如使用激光雷達或普通攝像頭，這些方法各有 優(yōu)缺點。使用激光雷達采集信息精度高，全局性好，但成本高昂，數(shù)據(jù)量大，且生成圖像為反 射率圖像，與現(xiàn)實景物存在差異；使用普通攝像頭采集信息成本低廉，使用較為簡便，但視 野較小，易被遮擋。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種高精細地圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、采集和處 理系統(tǒng)及方法法，使用全景相機拍攝道路全景圖像，同時采集GPS原始數(shù)據(jù)、慣性導航裝置 數(shù)據(jù)、旋轉(zhuǎn)編碼器數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)得到單張全景圖像不同視角投影圖像及對應的GPS、車輛 航向角信息，之后按照定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對道理地理信息數(shù)據(jù)進行標注，得到高精細地圖。
[0008] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種高精細地圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)采用分層結(jié)構(gòu)， 共四層結(jié)構(gòu)，每層數(shù)據(jù)互相關(guān)聯(lián)，即：
[0010] 第一層：道路網(wǎng)絡；
[0011] 第二層：車道網(wǎng)絡；
[0012] 第三層：車道線信息；
[0013] 第四層：包含交通標志、交通信號燈等一類的特殊信息數(shù)據(jù)。
[0014] 所述高精細地圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)采用分層結(jié)構(gòu)，每一層存儲一種類型的數(shù)據(jù)，在地理信 息查詢和地圖顯示的過程的中可只對相應層數(shù)據(jù)進行操作，每層的具體信息可根據(jù)需要增 減，這樣能夠提高地圖數(shù)據(jù)的使用效率，方便在數(shù)據(jù)庫中存儲和使用。
[0015] 上述高精細地圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，使用帶有空間擴展的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，能方便地進行 數(shù)據(jù)庫連接和檢索。是本發(fā)明中以下所獲得的高精細地圖數(shù)據(jù)標注的依據(jù)，也是各類面向 道路的車道級高精細地圖可通用的結(jié)構(gòu)定義。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種基于全景圖像的高精細地圖數(shù)據(jù)采集和處理系 統(tǒng)，包括：全景圖像拍攝處理模塊、GPS處理模塊、慣性導航模塊、旋轉(zhuǎn)編碼器以及地理信息 處理模塊，其中：
[0017] 全景圖像拍攝處理模塊，用于采集多鏡頭不同視角圖片，并輸出拼接過的全景圖 片，全景圖片經(jīng)圖像算法處理后，獲取俯視投影圖和前視投影圖作為地理信息處理模塊輸 入，用于地理信息標注；
[0018] GPS處理模塊，用于接收GPS衛(wèi)星信號，以及接收慣性導航模塊數(shù)據(jù)、旋轉(zhuǎn)編碼器 數(shù)據(jù)，將接收到的GPS原始數(shù)據(jù)經(jīng)精確單點定位技術(shù)處理以及與慣性導航模塊數(shù)據(jù)、旋轉(zhuǎn) 編碼器數(shù)據(jù)融合，獲得高精度GPS數(shù)據(jù)，高精度的GPS數(shù)據(jù)可作為地理信息處理模塊輸入， 用于地理信息標注；
[0019] 慣性導航模塊，用于接收慣性導航裝置數(shù)據(jù)，并輸入到GPS處理模塊，主要用于與 GPS數(shù)據(jù)、旋轉(zhuǎn)編碼器數(shù)據(jù)融合以獲取高精度GPS數(shù)據(jù)，以在GPS信號丟失情況下的數(shù)據(jù)推 算；
[0020] 旋轉(zhuǎn)編碼器，根據(jù)車輪旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，獲取車輛里程信息，并并輸入到GPS處理模塊， 主要用于與GPS數(shù)據(jù)、旋轉(zhuǎn)編碼器數(shù)據(jù)融合以獲取高精度GPS數(shù)據(jù)，幫助推導車輛航向角數(shù) 據(jù)；
[0021] 地理信息處理模塊，接收全景圖像處理所得的俯視投影圖和前視投影圖以及高精 度GPS數(shù)據(jù)，將所有數(shù)據(jù)匯入地理信息標注工具軟件，在單張俯視投影圖上，根據(jù)高精細地 圖定義，標注一系列道路信息，生成高精度地圖。
[0022] 優(yōu)選的，所述全景圖像拍攝處理模塊架設在數(shù)據(jù)采集車輛上并高出車輛頂端，所 述旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在車輪上，旋轉(zhuǎn)編碼器每檢測到車輛行駛過一段距離，就使系統(tǒng)發(fā)送一 個觸發(fā)脈沖，該脈沖觸發(fā)全景相機使之進行全景圖像拍攝，同時觸發(fā)一次時間戳記錄，用于 后處理中獲取該全景圖像對應的GPS數(shù)據(jù)。
[0023] 優(yōu)選的，所述GPS處理模塊，對采集的GPS原始數(shù)據(jù)使用精確單點定位技術(shù)做后處 理，得到厘米級別的高精度GPS數(shù)據(jù)，用于全景圖像拍攝位置的定位，針對信號遮擋區(qū)域無 法獲取GPS數(shù)據(jù)的情況，引入擴展卡爾曼濾波器對GPS原始數(shù)據(jù)、慣性導航裝置數(shù)據(jù)、編碼 器數(shù)據(jù)進行融合，融合后得到精度很高的GPS結(jié)果，同時得到精確的車輛航向角數(shù)據(jù)。
[0024] 優(yōu)選的，所述地理信息處理模塊，利用前視投影圖來觀察道路結(jié)構(gòu)，俯視投影圖與 得到的GPS數(shù)據(jù)和車輛航向角數(shù)據(jù)結(jié)合，用以推測俯視投影圖中每個像素的GPS信息，這也 是后續(xù)標注地理信息數(shù)據(jù)的基礎。
[0025] 優(yōu)選的，所述地理信息處理模塊，在單張俯視投影圖上標注一系列道路信息，包 括：道路邊沿、車道線、路面標志、交通標志、路口點信息、特殊區(qū)域，或者根據(jù)實際需要添加 新信息類型，標注完的信息共同組成高精細地圖的地圖數(shù)據(jù)。
[0026] 優(yōu)選的，所述地理信息處理模塊，將獲取的數(shù)據(jù)導入數(shù)據(jù)庫表格中，然后使用地理 編輯軟件對數(shù)據(jù)進行可視化編輯，可觀察到車道級高精細道路地圖，其中數(shù)據(jù)精度可達厘 米級。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種基于全景圖像的高精細地圖數(shù)據(jù)采集和處理方 法，具體步驟如下：
[0028] 步驟1、在數(shù)據(jù)采集車輛上架設高出車輛頂端全景相機，在車輪上安裝旋轉(zhuǎn)編碼 器，旋轉(zhuǎn)編碼器每檢測到車輛行駛過一段距離，就使系統(tǒng)發(fā)送一個觸發(fā)脈沖，該脈沖觸發(fā)全 景相機使之進行全景圖像拍攝，同時觸發(fā)一次時間戳記錄，用于后處理中獲取該全景圖像 對應的GPS數(shù)據(jù)；
[0029] 步驟2、對采集的GPS原始數(shù)據(jù)使用精確單點定位技術(shù)（PPP)做后處理，可以得到 厘米級別的高精度GPS數(shù)據(jù)，用于全景圖像拍攝位置的定位，針對信號遮擋區(qū)域無法獲取 GPS數(shù)據(jù)的情況，本發(fā)明引入了擴展卡爾曼濾波器，對GPS原始數(shù)據(jù)、慣性導航裝置數(shù)據(jù)、編 碼器數(shù)據(jù)進行融合，融合后可以得到精度很高的GPS結(jié)果，同時得到精確的車輛航向角數(shù) 據(jù)；
[0030] 步驟3、對全景圖像進行處理，運用球心投影算法，根據(jù)全景相機水平偏角以及俯 仰角數(shù)據(jù)獲取對應特定視角的投影圖，這里使用俯視投影圖和前視投影圖；
[0031] 步驟4、步驟3中得到的前視投影圖用來觀察道路結(jié)構(gòu)，俯視投影圖與步驟2中得 到的GPS數(shù)據(jù)和車輛航向角數(shù)據(jù)結(jié)合，用以推測俯視投影圖中每個像素的GPS信息，這也是 后續(xù)標注地理信息數(shù)據(jù)的基礎；
[0032] 步驟5、在單張俯視投影圖上標注一系列道路信息，包括：道路邊沿、車道線、路面 標志、交通標志、路口點信息、特殊區(qū)域等，也可根據(jù)實際需要添加新信息類型，標注完的信 息共同組成高精細地圖的地圖數(shù)據(jù)；
[0033] 步驟6、將獲取的數(shù)據(jù)導入數(shù)據(jù)庫表格中，然后使用地理編輯軟件對數(shù)據(jù)進行可視 化編輯，可觀察到車道級高精細道路地圖，其中數(shù)據(jù)精度可達厘米級。
[0034] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對比，其有益效果如下：
[0035] (1)本發(fā)明以全景圖像作為地圖圖像采集手段，具有采集成本低，視野范圍廣的特 點，全景圖像轉(zhuǎn)為俯視投影圖后，分辨率高，可清晰看到地面細節(jié)，這是航空圖片、衛(wèi)星圖片 等采集方式無法做到的；
[0036] (2)本發(fā)明數(shù)據(jù)處理中使用精確單點定位技術(shù)（PPP)以及基于擴展卡爾曼濾波器 的多傳感器數(shù)據(jù)融合，處理可得厘米級別的高精度的GPS數(shù)據(jù)和車輛航向角數(shù)據(jù)，用于后 續(xù)數(shù)據(jù)