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GPS在室外地图构建上的应用探析 池州市国土资源规划勘测院 邬小华 摘要 摘要 摘摘要要 本文的最终目标是实现在室外人行道的移动机器人导航。机器人标识的里程计能区分 全球定位系统和激光测距仪在沿路径运动时的位置，有助于人行道的地标地图的建设。 RTK-GPS的地图、里程计和LRF的感应器和卡尔曼平滑技术的结合也纳入到插补轨迹扫描设 备之中。 LRF能沿人行道的对象扫描其3D形状，推定正确的轨迹，以及对有组织的物体形 状重建。 关键字 关键字 关关键键字字：RTK-GPS；测距法；室外地图 1 1 11引言 这项研究工作所关注的一个自主移动机器人沿着室外走道导航。如何建立一个具有里程 碑意义的地图，是一个户外导航研究的主要问题。必要的装备包括信息标志性建筑，它是利 用指定沿位置误差修正，而移动路径图依靠移动机器人来实现。本文作者提出RTK-GPS的 使用（实时动态GPS），以建立一个在室外环境中的路径图。此外，建议采用差分全球定位 系统（差分全球定位系统）和里程计，以确定在指定的路径上的导航机器人的位置。导航可 T 以沿着指定的路径，机器人确定其位置P（t）=（x，y，θ） 。但是，通过实验证明了在某 些情况下，机器人在精确的位置识别没有困难，因为附近的建筑物的高低起伏会造成全球定 位系统测量存在误差或造成多路径GPS无线电波传送。在本文提出的框架，就是源于这样 一个难题，它必须是合理的，不仅里程计和GPS数据的融合，还要对GPS定位的观察测量 进行定位。建筑物的墙壁或沿人行道的路径将被用来作为地标，提供配套的位置测量对象。 在这一点上，一个方便的地标在室外环境调查，以确定他们的准确位置。 GPS 定位数据 地图匹配 地图数据库 加权 修正后的定位数据 机器人速 度数据 图1 GPS定位数据的修正步骤 移动机器人工作区获取信息的方法是在室内环境地图构建，然后测算在地图上的对象位 置。另一种方法是采用线段在地面上的投影。这些线段都包含在二维图内，而栅格地图不适 合户外地图，因为室外的环境是非常大的，我们必须提供大量的网格。因此，本文采取在室 外环境描绘线段的方法。 线段代表在室内环境中的墙壁往往被测量用胶带假设平坦的表面和墙壁的角落，桌椅、 门窗和地板的正交角度约束措施。另一方面，这样的室内测量的方法是不适合户外环境，因 为作为地标假设的对象之间的距离太长，他们的高度是不同的，他们站在人少的地方。建立 一个地标地图是十分必要的。 在这个问题上，采取这种做法，配备激光测距仪的移动机器人沿人行道移动来扫描环境。 根据扫描数据与机器人的位置，重建沿人行道的对象包括形状的3D的地图。最后，地标从 重建对象中提取，通过使用GUI 软件由手动绘制指定的标志性建筑。 图2 远程绘图框架 关键问题之一是多大程度的估计机器人位置，如果不能保持准确，重建地图会和实际情 况扭曲，将不适合使用移动机器人导航。然而，在室外环境中，这种传感器-RTK-GPS是存 在的。RTK-GPS能提供非常精确的测量结果。在本文中，我们采用的RTK-GPS测量与里程 计定位数据。然而，在计划框架内，基于RTK-GPS的测量是根据机器人的行动和车轮旋转 的增量来测量的两个点之间的轨迹。 2 2 22地图建设纲要执行步骤 （1）机器人沿走廊移动绘制所需的地图。每一个移动机器人配备有两个LRF 设备。一 个负责向下扫描和另一个负责向上扫描。在移动过程中，从里程计的所有数据都记录在电脑 中。每移动几十平方米的面积，机器人停止并保持在同一个地方，RTK-GPS 的测量它此时 的位置和周围环境。 图3 机器人路径规划和行走引导 （2）收集所有的信息。每一个LRF 的数据被输入电脑中，再根据融合的机器人里程计 和RTK-GPS以3D 的模式重建沿途的对象的形状。 （3）重建地图与GUI显示说明。所需的标志性建被由指定的图