增強的移動平臺定位的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及增強的移動平臺定位。一種系統(tǒng)，其包括變換模塊（402）、校準(zhǔn)模塊（406）和校準(zhǔn)的定位模塊（408）。變換模塊（402）被配置為接收在環(huán)境中可移動的移動交通工具（102）的第一和第二位姿估計（502，602）。所述第一和第二位姿估計（502，602）是相對于不同的、各自的第一和第二坐標(biāo)系統(tǒng)中環(huán)境的不同的、各自的第一和第二數(shù)字地圖（500，600）。隨后所述變換模塊（402）可被配置為根據(jù)第一和第二位姿估計（502，602）計算所述第一和第二數(shù)字地圖（500，600）之間的幾何變換。所述校準(zhǔn)模塊（406）可被配置為基于所述幾何變換校準(zhǔn)所述第一和第二數(shù)字地圖（500，600），從而產(chǎn)生校準(zhǔn)的數(shù)字地圖。并且所述校準(zhǔn)的定位模塊（408）可被配置為相對于校準(zhǔn)的數(shù)字地圖定位所述移動交通工具（102），從而計算移動交通工具（102）的校準(zhǔn)的位姿估計。
【專利說明】增強的移動平臺定位
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明基本涉及移動平臺，更具體地，涉及相對于環(huán)境的移動平臺的定位，在所述環(huán)境中，移動平臺被配置為在其中移動。
【背景技術(shù)】
[0002]在多個行業(yè)中的大型的、結(jié)構(gòu)性制造和/或維修操作常常涉及大量的系統(tǒng)。多個這些操作包括越來越多地由機器和機器人所執(zhí)行的任務(wù)。并且，一些這樣的機器和機器人被放置于在環(huán)境如建筑物或其他設(shè)施內(nèi)移動的移動平臺上，以使機器和機器人能夠執(zhí)行它們的任務(wù)。
[0003] 有效地使用這些移動平臺往往取決于它們在其中移動的環(huán)境中的精確定位，所述環(huán)境往往是室內(nèi)環(huán)境。已開發(fā)出可用于這一目的的多個定位解決方案，但其每個都有問題。例如，為自動導(dǎo)航交通工具開發(fā)的現(xiàn)有解決方案依靠所勘測的物理地標(biāo)如涂料、膠帶、磁鐵或地板上的類似物以及墻壁上的激光反射器的存在。這些地標(biāo)安裝起來耗時且昂貴。此外，除激光反射器之外，地標(biāo)限制所述移動平臺按照預(yù)先定義的線路。
[0004]基于激光反射器(有時也被稱為激光跟蹤)的定位解決方案需要在室內(nèi)環(huán)境的周邊按照規(guī)則的間隔安裝反射器，并確保該平臺對這些反射器有“視直(Iine-Of-Sight)^g然特性，激光定位解決方案需要靜態(tài)的環(huán)境，針對該環(huán)境離線創(chuàng)建地圖并在線使用地圖以通過比較所述地圖和由平臺獲取的激光掃描來定位平臺。然而，這樣的解決方案可能不適于雜亂的、動態(tài)的環(huán)境。
[0005]因此，需要一種系統(tǒng)和方法考慮到至少上面所討論的一些問題以及可能的其他問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本公開的示例實施一般針對用于相對于環(huán)境的移動交通工具的增強定位的系統(tǒng)、裝置和方法，其中，移動交通工具在所述環(huán)境中是可移動。該系統(tǒng)可以被配置為計算移動交通工具在對齊于環(huán)境地圖的坐標(biāo)系統(tǒng)中的位置和方位(有時也被稱為位姿估計)。位姿估計可持續(xù)更新并被傳達(dá)給移動交通工具，以支持諸如路徑規(guī)劃、路徑跟隨和防撞的功能。在一個示例中，這些功能中的一些功能可進一步由搭載的導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫支持，所述搭載的導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫存儲一個或更多個目的地、導(dǎo)航點之類的位置，和/或定義環(huán)境中一個或更多個導(dǎo)航道、留出區(qū)之類的數(shù)據(jù)。本公開的示例實施不依賴于靜態(tài)地標(biāo)，并可因此在動態(tài)和雜亂的環(huán)境中有效地運作。
[0007]根據(jù)示例實施的一個方面，該系統(tǒng)包括變換模塊、校準(zhǔn)模塊和校準(zhǔn)的定位模塊。變換模塊被配置為接收在環(huán)境中可移動的交通工具的第一和第二位姿估計。第一和第二位姿估計是相對于不同的、各自的第一和第二坐標(biāo)系統(tǒng)中環(huán)境的的不同的、各自第一和第二數(shù)字地圖。變換模塊隨后可被配置為基于第一和第二位姿估計計算第一和第二數(shù)字地圖之間的幾何變換(例如，單應(yīng)性的、仿射的)。[0008]校準(zhǔn)模塊可被配置為基于幾何變換校準(zhǔn)第一和第二數(shù)字地圖，從而產(chǎn)生校準(zhǔn)的數(shù)字地圖。并且校準(zhǔn)的定位模塊可被配置為相對于校準(zhǔn)的數(shù)字地圖定位移動交通工具，并由此計算移動交通工具的校準(zhǔn)的位姿估計。
[0009]在一個示例中，變換模塊可被配置為接收來自在移動交通工具上的映射和定位系統(tǒng)的第一位姿估計，其中映射和定位系統(tǒng)可被配置為建立環(huán)境的第一數(shù)字地圖，并計算移動交通工具相對于第一數(shù)字地圖的第一位姿估計。在該示例中，校準(zhǔn)模塊可被配置為接收來自映射和定位系統(tǒng)的第一數(shù)字地圖。在一個示例中，映射和定位系統(tǒng)可被配置為建立第一數(shù)字地圖，并根據(jù)同步定位和映射(SLAM)技術(shù)計算第一位姿估計。
[0010]在一個示例中，變換模塊可被配置為接收來自無線定位系統(tǒng)的第二位姿估計，該無線定位系統(tǒng)被配置為計算相對于從存儲器可訪問的第二數(shù)字地圖的所述移動交通工具的第二位姿估計。在該示例中，變換模塊可被配置為接收來自無線定位系統(tǒng)的第二位姿估計，所述無線定位系統(tǒng)包括室內(nèi)或局部定位系統(tǒng)。
[0011 ] 在一個示例中，該系統(tǒng)還可包括通信接口，所述通信接口配置為將校準(zhǔn)的位姿估計傳送給移動交通工具，以在移動交通工具在環(huán)境中移動時幫助所述移動交通工具的導(dǎo)航。
[0012]根據(jù)本公開的另一方面，一種系統(tǒng)可包括一種裝置，所述裝置包括處理器和存儲計算機可讀程序代碼部分的存儲器。響應(yīng)于由所述處理器執(zhí)行，所述計算機可讀程序代碼使所述變換模塊、校準(zhǔn)模塊、校準(zhǔn)的定位模塊:至少接收在環(huán)境中可移動的移動交通工具的第一和第二位姿估計；基于第一和第二位姿估計計算第一和第二數(shù)字地圖之間的幾何變換；基于幾何變換校準(zhǔn)第一和第二數(shù)字地圖，并由此產(chǎn)生校準(zhǔn)的數(shù)字地圖；以及相對于校準(zhǔn)的數(shù)字地圖定位所述移動交通工具，并由此計算所述移動交通工具的校準(zhǔn)的位姿估計。
[0013]在一個示例中，可使該裝置接收來自映射和定位系統(tǒng)的第一數(shù)字地圖，并使其接收來自所述移動交通工具上的映射和定位系統(tǒng)的第一位姿估計，并且所述映射和定位系統(tǒng)被配置為建立環(huán)境的第一數(shù)字地圖，并計算相對于所述第一數(shù)字地圖的所述移動交通工具的第一位姿估計。
[0014]在另一個示例中，使得該裝置接收來自映射和定位系統(tǒng)的第一數(shù)字地圖。使得該裝置接收來自映射和定位系統(tǒng)的第一位姿估計，所述映射和定位系統(tǒng)被配置為建立第一數(shù)字地圖并根據(jù)同步定位和映射技術(shù)計算第一位姿估計。也可以使得該裝置接收來自無線定位系統(tǒng)的第二位姿估計，所述無線定位系統(tǒng)配置為計算相對于從存儲器可訪問的第二數(shù)字地圖的移動交通工具的第二位姿估計，其中第二位姿估計從包括室內(nèi)或局部定位系統(tǒng)的無線定位系統(tǒng)接收。
[0015]在本公開的另一個方面，提供了一種用于移動交通工具的增強定位的方法。該方法包括:接收在環(huán)境中可移動的移動交通工具的第一和第二位姿估計，所述第一和第二位姿估計相對于不同的、各自的第一和第二坐標(biāo)系統(tǒng)中環(huán)境的不同的、各自第一和第二數(shù)字地圖，基于第一和第二位姿估計來計算第一和第二數(shù)字地圖之間的幾何變換；基于所述幾何變換校準(zhǔn)第一和第二數(shù)字地圖，并由此產(chǎn)生校準(zhǔn)的數(shù)字地圖；相對于校準(zhǔn)的數(shù)字地圖定位所述移動交通工具，從而計算移動交通工具的校準(zhǔn)的位姿估計。
[0016]在一種方法的一個示例中，從移動交通工具上的映射和定位系統(tǒng)接收第一位姿估計，所述映射和定位系統(tǒng)被配置為建立環(huán)境的第一數(shù)字地圖，并計算相對于所述第一數(shù)字地圖的移動交通工具的第一位姿估計，其中校準(zhǔn)所述第一和第二數(shù)字地圖包括從映射和定位系統(tǒng)接收所述第一數(shù)字地圖。
[0017]在一種方法的其他示例中，從映射和定位系統(tǒng)接收第一位姿估計，所述映射和定位系統(tǒng)配置為建立第一數(shù)字地圖并根據(jù)同步定位和映射技術(shù)計算第一位姿估計?？蓮臒o線定位系統(tǒng)接收第二位姿估計，所述無線定位系統(tǒng)配置為計算相對于從存儲器可訪問的第二數(shù)字地圖的移動交通工具的第二位姿估計。所述第二位姿估計可從包括室內(nèi)或局部定位系統(tǒng)的無線定位系統(tǒng)接收。該方法還可包括將校準(zhǔn)的位姿估計傳送到移動交通工具以在移動交通工具在環(huán)境中移動時幫助所述移動交通工具導(dǎo)航。
[0018]在示例實施的其他方面，提供了用于移動交通工具的增強定位的設(shè)備和方法。本文所討論的特征、功能和優(yōu)點可在多個實施例中獨立地實現(xiàn)，或可在另一些實施例中組合實現(xiàn)，有關(guān)進一步詳情參考下面的描述和附圖可以看出。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]已經(jīng)總體描述了本公開的示例實施，現(xiàn)將參照附圖，附圖不一定按照比例繪制，并且其中:
[0020]圖1示出了根據(jù)本公開的一個示例實施的增強的定位系統(tǒng)；
[0021]圖2示出了根據(jù)一個示例實施的合適的映射和定位系統(tǒng)的示例；
[0022]圖3示出了根據(jù)一個示例實施的合適的無線定位系統(tǒng)的示例；
[0023]圖4示出了根據(jù)一個示例實施的合適的對齊系統(tǒng)的示例；
[0024]圖5圖示了根據(jù)一個示例實施的合適的第一數(shù)字地圖和第一位姿估計的一個示例；
[0025]圖6圖示了根據(jù)一個示例實施的合適的第二數(shù)字地圖和第二位姿估計的一個示例；
[0026]圖7示出了根據(jù)一個示例實施的飛行器生產(chǎn)和服務(wù)方法中的各種操作的流程圖；
[0027]圖8是根據(jù)一個示例實施的飛行器框圖。
【具體實施方式】
[0028]現(xiàn)將參考附圖更全面地描述本公開的一些實施，其中，附圖中只圖示本公開一些而不是全部實施。事實上，本公開的各種實施可以以多種不同的形式來體現(xiàn)，并且不應(yīng)該被解釋為限于本文所闡述的實施；相反地，提供這些示例實現(xiàn)是為了使本公開透徹和完整，且將充分地將本公開的范圍傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。例如，除非另有說明，將某物指代為第一、第二或之類的不應(yīng)解釋為表示特定順序。相似的附圖標(biāo)記指代全文中的相似元件。
[0029]現(xiàn)參照圖1，根據(jù)本公開的一個示例實施，其示出了增強的定位系統(tǒng)100。該系統(tǒng)可包括任意若干不同子系統(tǒng)(每一個都是單獨的系統(tǒng))以執(zhí)行與移動平臺或移動交通工具102有關(guān)的一個或更多個功能或操作。移動交通工具可以是在室內(nèi)或者甚至在戶外環(huán)境內(nèi)可移動的。為了支持其移動，移動交通工具可包括配置為控制并實施所述移動交通工具移動的運動控制系統(tǒng)104。為支持該運動控制系統(tǒng)，移動父通工具可包括導(dǎo)航系統(tǒng)106以及可能一個或更多個其他組件如防撞系統(tǒng)，所述組件被配置為當(dāng)移動交通工具在環(huán)境中移動時幫助移動交通工具的導(dǎo)航。[0030]在一個示例中，移動交通工具102可包括搭載的機器或機器人，并且可在環(huán)境中可移動以使機器/機器人能執(zhí)行一個或更多個結(jié)構(gòu)制造和/或維修操作的一個或更多個任務(wù)。在該示例中，移動交通工具可包括一個或更多個組件，如任務(wù)管理系統(tǒng)，其被配置為支持機器/機器人的任務(wù)特定的任務(wù)。但是應(yīng)當(dāng)理解，該示例實施在不包括搭載機器或機器人或包括用于其他類型任務(wù)的搭載機器或機器人的移動交通工具的環(huán)境中可以是有用的。
[0031]為了進一步支持其移動，移動交通工具102可需要在其環(huán)境中定位，該環(huán)境可支持導(dǎo)航系統(tǒng)106的操作。這種定位可包括獲取移動交通工具在其環(huán)境的數(shù)字模型或地圖上的位置和方向(有時也稱為位姿)。環(huán)境的數(shù)字地圖可以是環(huán)境的兩維(2D)或三維(3D)的幾何描述。地圖的數(shù)字格式可包括使用地標(biāo)如物體、地面或其它區(qū)別特征在環(huán)境中的位置的坐標(biāo)或數(shù)字描述的環(huán)境的描述。根據(jù)示例實施，環(huán)境中的地標(biāo)可根據(jù)環(huán)境不同而不同，并可在環(huán)境中隨時間變化而變化，例如在動態(tài)環(huán)境的情況下。在二維數(shù)字地圖中，位置可由正交的X、Y坐標(biāo)描述，而在三維數(shù)字地圖中，位置可由正交的X、Y、Z坐標(biāo)描述。
[0032]對于具有三個自由度(3-D0F)的移動交通工具102，其位置可由X，Y坐標(biāo)描述，其方向可由偏航描述。在具有六個自由度(6-D0F)的移動交通工具的另一個示例中，其位置可由X、Y、Z坐標(biāo)描述，且其方向可由滾轉(zhuǎn)、俯仰、偏航描述。例如，輪式交通工具，可以是利用3-D0F在地面上可移動，而手持式平臺可以是利用6-D0F可移動。
[0033]環(huán)境和該環(huán)境內(nèi)的移動交通工具102的位姿可從參照的不同視角或坐標(biāo)系(每個指代相應(yīng)的坐標(biāo)系統(tǒng))來幾何描述。因此在該環(huán)境中的移動交通工具的同一位置和方向可由不同的位姿相對于不同坐標(biāo)系統(tǒng)中環(huán)境的不同數(shù)字地圖來描述。
[0034]如圖1所示，增強的定位系統(tǒng)100可包括映射和定位系統(tǒng)108，其被配置為建立移動交通工具的環(huán)境的第一數(shù)字地圖，并相對于第一數(shù)字地圖定位移動交通工具以計算移動交通工具的第一位姿估計。增強的定位系統(tǒng)可包括無線定位系統(tǒng)110，其配置為相對于環(huán)境的不同第二數(shù)字地圖定位移動交通工具以計算移動交通工具的第二位姿估計。增強的定位系統(tǒng)還可包括耦合到其他的系統(tǒng)并配置為基于第一和第二位姿估計自動對準(zhǔn)或?qū)R第一數(shù)字地圖和第二數(shù)字地圖的對齊系統(tǒng)112。對齊系統(tǒng)可由此產(chǎn)生移動交通工具可定位到的校準(zhǔn)的數(shù)字地圖。接著，移動交通工具相對于校準(zhǔn)的數(shù)字地圖的位姿可被傳輸?shù)綄?dǎo)航系統(tǒng)106以在移動交通工具在環(huán)境中移動時幫助移動交通工具的導(dǎo)航。
[0035]雖然被顯示為增強的定位系統(tǒng)100的部分，映射和定位系統(tǒng)108、無線定位系統(tǒng)110和/或?qū)R系統(tǒng)112中的一個或更多個可與增強的定位系統(tǒng)分開，但仍與增強的定位系統(tǒng)通信。此外，雖然對齊系統(tǒng)被顯示為在移動交通工具102的外面，在其他示例中，對齊系統(tǒng)可與映射和定位系統(tǒng)類似，可由移動交通工具攜帶。還應(yīng)當(dāng)理解的是，一個或更多個子系統(tǒng)可作為單獨的系統(tǒng)工作或運作，而不考慮其他子系統(tǒng)。此外，應(yīng)理解的是，增強的定位系統(tǒng)還可包括一個或更多個附加的或替代的子系統(tǒng)，而不是圖1所示的那些。
[0036]現(xiàn)將參照圖2，3和4，其分別示出了根據(jù)本公開示例實現(xiàn)的合適的映射和定位系統(tǒng)、無線定位系統(tǒng)和/或?qū)R系統(tǒng)的更具體的示例。
[0037]圖2示出了根據(jù)一個示例實現(xiàn)的映射和定位系統(tǒng)200。所述映射和定位系統(tǒng)200可為圖1中增強的定位系統(tǒng)100的映射和定位系統(tǒng)108的一個示例。在一個示例中，映射和定位系統(tǒng)可位于移動交通工具202上，在一個示例中，移動交通工具202可以對應(yīng)于圖1中的移動交通工具102。映射和定位系統(tǒng)可一般配置為建立移動交通工具的環(huán)境的第一數(shù)字地圖，并相對于第一數(shù)字地圖定位移動交通工具。在一個示例中，映射和定位系統(tǒng)可配置為建立第一數(shù)字地圖并根據(jù)任意若干不同的自動映射技術(shù)相對于第一數(shù)字地圖定位移動交通工具。
[0038]映射和定位系統(tǒng)200可包括一個或更多個耦合到映射和定位模塊208的距離傳感器204和/或測距傳感器206。搭載于移動交通工具202的距離傳感器(一個或更多個)可配置為掃描其環(huán)境，并提供其環(huán)境中的移動交通工具與移動交通工具周圍的地標(biāo)之間的距離測量。搭載于移動交通工具的(一個或更多個)測距傳感器可配置為隨著移動交通工具在環(huán)境中移動提供測距數(shù)據(jù)。合適的距離傳感器的示例包括激光測距儀、LiDAR (光探測和測距)傳感器、超聲波傳感器、攝像機或其他視覺傳感器或類似物。測距傳感器可為任何若干不同類型的傳感器，并且可以不僅包括測距傳感器，還包括視覺-測距傳感器、慣性測量單元(IMU )等。
[0039]映射和定位模塊208可被配置為接收和處理距離測量值和測距數(shù)據(jù)，以相對于移動交通工具202空間映射所述環(huán)境，并相對于該地圖定位所述移動交通工具。映射和定位模塊可以任意若干不同的方式空間映射所述環(huán)境并定位所述移動交通工具。合適方式的一個示例是眾所周知的同步定位和映射(SLAM)技術(shù)，盡管應(yīng)當(dāng)理解的是，映射和定位不需要同步執(zhí)行。無論映射和定位模塊以何種確切方式空間映射環(huán)境和定位移動交通工具，映射和定位模塊可輸出所述環(huán)境的空間地圖(第一數(shù)字地圖)，以及移動交通工具相對于所述第一數(shù)字地圖的位置和方向(第一位姿估計)。圖5圖示了合適的第一數(shù)字地圖500和第一位姿估計502的一個示例，第一位姿估計502可由根據(jù)本公開的一個示例實施的映射和定位模塊輸出。
[0040]映射和定位模塊208可建立并不斷更新第一數(shù)字地圖，以及計算并不斷更新移動交通工具202的第一位姿估計。映射和定位模塊可以任意若干不同的方式處理第一數(shù)字地圖和第一位姿估計。在一個示例中，映射和定位系統(tǒng)200可進一步包括耦合到映射和定位模塊的通信接口 210。在該示例中，映射和定位模塊可配置為將第一數(shù)字地圖和第一位姿估計傳送到通信接口，所述數(shù)字通信接口可被配置為將第一數(shù)字地圖和第一位姿估計傳送到對齊系統(tǒng)，諸如圖1中的對齊系統(tǒng)112。
[0041]簡要地返回到圖1，無線定位系統(tǒng)110可一般被配置為相對于環(huán)境的第二數(shù)字地圖定位移動交通工具102以計算移動交通工具的第二位姿估計。無線定位系統(tǒng)可為能夠定位室內(nèi)環(huán)境或室外環(huán)境或部分室內(nèi)和部分室外的環(huán)境中的移動交通工具的任意若干合適的定位系統(tǒng)。在一個示例中，在室外環(huán)境中，無線定位系統(tǒng)可包括位于移動交通工具上的衛(wèi)星導(dǎo)航(例如，GPS)接收器，其被配置為從若干衛(wèi)星接收信號。接著無線定位系統(tǒng)可包括定位模塊，所述定位模塊被配置為基于所述信號計算第二數(shù)字地圖上移動交通工具的第二位姿估計。在該示例中，第二數(shù)字地圖可從適當(dāng)?shù)拇鎯ζ魅缥募鎯ζ鳌?shù)據(jù)庫存儲器、云存儲器等訪問。
[0042]在一個示例中，無線定位系統(tǒng)110可以額外地或替代地配置為定位室內(nèi)環(huán)境中的移動交通工具102。在該實例中，無線定位系統(tǒng)可包括任意若干不同的室內(nèi)或局部定位系統(tǒng)，如室內(nèi)GPS和實時定位系統(tǒng)(RTLS)等。
[0043]圖3示出了根據(jù)一個示例實現(xiàn)的無線定位系統(tǒng)300。無線定位系統(tǒng)300可為圖1示出的增強的定位系統(tǒng)100的無線定位系統(tǒng)110的一個示例。在一個示例中，無線定位系統(tǒng)可位于移動交通工具302的環(huán)境中，在一個示例中所述移動交通工具302可對應(yīng)于圖1中的移動交通工具102。如圖所示，無線定位系統(tǒng)可以包括發(fā)射機304和有線或無線耦合到無線定位系統(tǒng)(WLS)定位模塊308的多個接收器306。處理器可被配置為控制發(fā)射器以廣播由移動交通工具上的信標(biāo)310接收的信號。在一個示例中，信標(biāo)可為射頻(RF)應(yīng)答器或標(biāo)簽，如有源標(biāo)簽(自供電)或無源標(biāo)簽(其由從發(fā)射機接收到的能量供電)。
[0044]信標(biāo)310可被配置為從發(fā)射機304接收信號，并通過發(fā)送應(yīng)答信號響應(yīng)所述信號，所述應(yīng)答信號包括識別信標(biāo)因而識別移動交通工具302的信息交通工具。遍布于整個環(huán)境中的接收器306可接收所述應(yīng)答信號，并提供各自版本的應(yīng)答信號到WLS定位模塊308。WLS定位模塊可以處理各個版本的接收到的應(yīng)答信號中的信息，以識別信標(biāo)和相對于環(huán)境的第二數(shù)字地圖定位移動交通工具。這可通過任何若干不同的方式完成，例如通過使用由每個接收器接收的應(yīng)答信號版本的達(dá)到時間而進行三角測量完成。在一個示例中，第二數(shù)字地圖可被存儲在適當(dāng)?shù)拇鎯ζ?12中，如文件存儲器、數(shù)據(jù)庫存儲器、云存儲器等。WLS定位模塊可由此計算移動交通工具相對于所述第二數(shù)字地圖的第二位姿估計。圖6示出了根據(jù)本公開的一個示例實現(xiàn)的合適的第二數(shù)字地圖600和可由WLS定位模塊輸出的第二位姿估計602的一個示例。
[0045]WLS定位模塊308可計算并不斷更新移動交通工具302相對于第二數(shù)字地圖的第二位姿估計。WLS定位模塊可以任意若干不同的方式處理第二個數(shù)字地圖和第二位姿估計。在一個示例中，無線定位系統(tǒng)300可以進一步包括耦合到WLS定位模塊的通信接口 314。在該示例中，WLS定位模塊可以被配置為傳送第二數(shù)字地圖和第二位姿估計到通信接口，所述通信接口可被配置為傳送所述第二數(shù)字地圖和第二位姿估計到對齊系統(tǒng)，例如圖1所示的對齊系統(tǒng)112。在另一個示例中，存儲器312包括可由對齊系統(tǒng)可訪問的第二數(shù)字地圖。在該實例中，WLS定位模塊可被配置為經(jīng)由通信接口傳送第二位姿估計給對齊系統(tǒng)，并且所述對齊系統(tǒng)可從其存儲器訪問第二數(shù)字地圖。
[0046]圖4示出了根據(jù)一個示例實現(xiàn)的對齊系統(tǒng)400。該對齊系統(tǒng)400可為圖1的增強的定位系統(tǒng)100的對齊系統(tǒng)112的一個示例。該對齊系統(tǒng)可被配置為對齊或?qū)?zhǔn)移動交通工具如圖1的移動交通工具102的環(huán)境的第一和第二數(shù)字地圖，并相對于得到的校準(zhǔn)的數(shù)字地圖定位所述移動交通工具。如圖所示，該對齊系統(tǒng)可包括變換模塊402，其被配置為接收移動交通工具相對于第一數(shù)字地圖的第一位姿估計，和移動交通工具相對于第二數(shù)字地圖的第二位姿估計。在一個示例中，變換模塊可耦合到通信接口，該通信接口 404配置為在映射和定位系統(tǒng)計算第一位姿估計時或之后，從映射和定位系統(tǒng)(例如，映射和定位系統(tǒng)108)接收第一位姿估計。類似地，通信接口可被配置為在無線定位系統(tǒng)計算第二位姿估計時或之后，從無線定位系統(tǒng)(例如，無線定位系統(tǒng)110)接收第二位姿估計。
[0047]變換模塊402可被配置為基于第一和第二位姿估計計算第一和第二數(shù)字地圖之間的幾何變換。合適的幾何變換的示例包括同形異義變換、仿射變換等。變換模塊可以任意若干不同的方式計算幾何變換。在一個示例中，變換模塊根據(jù)迭代方法如隨機抽樣一致性(RANSAC)方法計算所述幾何變換。這樣，變換模塊可隨其接收第一位姿估計和第二位姿估計，計算并持續(xù)更新所述幾何變換，例如，接收的那些估計可由各個系統(tǒng)持續(xù)計算。
[0048]對齊系統(tǒng)400可包括校準(zhǔn)模塊406，其被配置為接收幾何變換和移動交通工具的環(huán)境的第一和第二數(shù)字地圖。校準(zhǔn)模塊可被耦合到變換模塊402并從變換模塊402接收幾何變換。在一個示例中，校準(zhǔn)模塊也可耦合到通信接口 404，所述通信接口 404配置為在映射和定位系統(tǒng)(例如，映射和定位系統(tǒng)108)建立或更新第一數(shù)字地圖時或之后從映射和定位系統(tǒng)接收第一數(shù)字地圖。類似地，例如，通信接口可配置為從無線定位系統(tǒng)(例如，無線定位系統(tǒng)110)接收第二數(shù)字地圖。在另一個示例中，包括第二數(shù)字地圖的存儲器312可由校準(zhǔn)模塊訪問。
[0049]無論校準(zhǔn)模塊406接收幾何變換和第一和第二數(shù)字地圖為何種確切方式，校準(zhǔn)模塊可配置為基于所述幾何變換，例如以任意若干已知的方式，對齊或?qū)?zhǔn)第一數(shù)字地圖和第二數(shù)字地圖。校準(zhǔn)模塊可由此產(chǎn)生校準(zhǔn)的數(shù)字地圖。校準(zhǔn)模塊可傳送校準(zhǔn)的數(shù)字地圖到校準(zhǔn)的定位模塊408，其中校準(zhǔn)模塊可耦合到校準(zhǔn)的定位模塊408。然后校準(zhǔn)的定位模塊可配置為相對于校準(zhǔn)的數(shù)字地圖定位移動交通工具，并可由此計算移動交通工具的校準(zhǔn)的位姿估計。這可以任意若干不同的方式實現(xiàn)。
[0050]如上文所述，第一數(shù)字地圖和第一位姿估計可被建立或計算并被持續(xù)更新。類似地，第二位姿估計和幾何變換可被計算并被不斷更新。則在一個示例中，校準(zhǔn)模塊406可持續(xù)更新校準(zhǔn)的數(shù)字地圖，且校準(zhǔn)的定位模塊408可持續(xù)更新校準(zhǔn)的位姿估計。在計算或更新校準(zhǔn)的位姿估計時或之后，校準(zhǔn)的定位模塊可傳送校準(zhǔn)的位姿估計，例如傳送回移動交通工具(例如，移動交通工具102的導(dǎo)航系統(tǒng)106)，以在移動交通工具在環(huán)境中移動時幫助移動交通工具的導(dǎo)航。在一個示例中，這可以經(jīng)由通信接口 404實現(xiàn)，其中校準(zhǔn)的定位模塊可以耦合到通信接口 404。
[0051]返回到圖1，在一個更具體的示例中，移動交通工具102可在第一數(shù)字地圖的第一坐標(biāo)系中執(zhí)行導(dǎo)航任務(wù)。在該示例中，校準(zhǔn)的數(shù)字地圖可與第一數(shù)字地圖一樣在相同的第一坐標(biāo)系中。這可能是因為第一數(shù)字地圖包含由映射和定位系統(tǒng)108建立的環(huán)境的動態(tài)描述。無線定位系統(tǒng)110使用的第二數(shù)字地圖可表示在不同的第二坐標(biāo)系中。該第二數(shù)字地圖可描繪，例如，目的地、行進路線、留出區(qū)(stay-out zones)等。對齊系統(tǒng)112 (例如,變換模塊402)可計算第一和第二數(shù)字地圖之間的幾何變換(例如，同形異義、仿射)。
[0052]對齊系統(tǒng)112 (例如，校準(zhǔn)模塊406)可使用幾何變換產(chǎn)生融合了第一和第二數(shù)字地圖的內(nèi)容的校準(zhǔn)的數(shù)字地圖。在一個示例中，建立的第一數(shù)字地圖中的實際障礙可與來自第二數(shù)字地圖的元素結(jié)合在校準(zhǔn)的數(shù)字地圖中，所述元素如虛擬障礙物(例如，留出區(qū))、目的地、行進路線等。隨后，導(dǎo)航系統(tǒng)106或與導(dǎo)航系統(tǒng)通信的另一個系統(tǒng)(例如，路徑規(guī)劃器)可產(chǎn)生移動交通工具的移動路徑。該路徑可被發(fā)送到表示在第一坐標(biāo)系中的運動控制系統(tǒng)104。在一個示例中，該路徑也可被發(fā)送到另一個系統(tǒng)，如將要覆蓋在第二坐標(biāo)系中的第二數(shù)字地圖上的控制站，例如用于顯示目的。
[0053]本公開的示例實施可在各種潛在的應(yīng)用中有用，特別是在運輸行業(yè),包括,例如航空航天、航海和汽車應(yīng)用。因此，現(xiàn)在參照圖7和圖8，示例實施可用在圖7所示的飛行器制造和維護方法700和圖8所示的飛行器800的環(huán)境中。在預(yù)生產(chǎn)期間，示例方法可包括飛行器的規(guī)格和設(shè)計702、制造順序和加工計劃704以及材料采購706。在生產(chǎn)期間，進行飛行器的組件和子部件制造708和系統(tǒng)集成710。所公開的系統(tǒng)和方法可指定用于，例如，在組件和子部件制造期間和/或系統(tǒng)集成期間。
[0054]在各種實例中，所公開的系統(tǒng)和方法可用于材料采購過程706、組件和子部件制造過程708或系統(tǒng)集成710的一個或更多個過程中。其后，飛行器800可通過認(rèn)證和交付712，以投入使用714。在客戶使用時，該飛行器可以定期進行日常維修和維護716 (其還可以包括修改、重新配置、翻新等)。示例實現(xiàn)的系統(tǒng)和方法可在飛行器使用期間使用，并且在一個示例中，在飛行器的維修和維護期間使用。
[0055]示例方法700的每個過程可由系統(tǒng)集成商、第三方和/或運營者(例如，客戶)執(zhí)行。為實行本說明書，系統(tǒng)集成商可包括，例如，任意數(shù)量的飛行器制造商和主系統(tǒng)分包商；第三方可包括，例如，任意數(shù)量的銷售商、分包商和供應(yīng)商；運營者可包括，例如，航空公司、租賃公司、軍事實體、服務(wù)組織等。
[0056]如圖8所示，由示例性方法700生產(chǎn)的示例飛行器800可包括具有多個系統(tǒng)804的機身802和內(nèi)部806。高級系統(tǒng)804的示例包括推進系統(tǒng)808、電氣系統(tǒng)810、液壓系統(tǒng)812、環(huán)境系統(tǒng)814等中的一個或更多個?？砂ㄈ我鈹?shù)量的其他系統(tǒng)804。雖然示出了航空航天的例子，本公開的原理可以應(yīng)用于其他行業(yè)，如海洋和汽車行業(yè)。
[0057]此處實施的系統(tǒng)和方法可用在示例性生產(chǎn)和服務(wù)方法700的任何一個或更多個階段期間。例如，系統(tǒng)實現(xiàn)、方法實現(xiàn)或它們的組合可用于生產(chǎn)階段708和710期間，這可以在一個示例中，能夠有效使用機器和機器人執(zhí)行各種生產(chǎn)任務(wù)。類似地，例如，系統(tǒng)實現(xiàn)、方法實現(xiàn)或它們的組合可在飛行器800使用714和/或在維護和維修716期間使用，例如，能夠有效使用機器和機器人執(zhí)行各自的、相應(yīng)的任務(wù)。這可大大加快飛行器800的組裝或減少飛行器800的成本和/或其維護和服務(wù)的成本。
[0058]根據(jù)本發(fā)明的示例實施，增強的定位系統(tǒng)100和其子系統(tǒng)可由各種方式實施，其子系統(tǒng)包括映射和定位系統(tǒng)108、無線定位系統(tǒng)110和對齊系統(tǒng)112。類似地，包括其各自的組件的映射和定位系統(tǒng)200、無線定位系統(tǒng)300和對齊系統(tǒng)400的示例，可根據(jù)示例實現(xiàn)通過各種手段實現(xiàn)。實現(xiàn)系統(tǒng)、子系統(tǒng)和其各自的組件的手段可包括單獨的硬件或由一個或更多個計算機程序代碼指令、程序指令或來自計算機可讀存儲介質(zhì)的可執(zhí)行計算機可讀程序代碼指令指示的硬件。
[0059]在一個示例中，可提供一個或更多個裝置，其被配置為起到所述系統(tǒng)、子系統(tǒng)和各個元件的功能或者配置為實現(xiàn)所述系統(tǒng)、子系統(tǒng)和各個元件，所述系統(tǒng)、子系統(tǒng)和各個元件包括本文所述的變換模塊、校準(zhǔn)模塊和校準(zhǔn)的定位模塊。在涉及一個以上的裝置的實例中，各裝置可以若干不同的方式互相連接或互相通信，例如直接或通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)等的間接連接或通信。
[0060]一般來說，本公開的示例實現(xiàn)的裝置可包括、包含或被實現(xiàn)在一個或更多個固定或可拆卸的電子設(shè)備中。合適的電子設(shè)備的示例包括智能手機、平板計算機、筆記本計算機、臺式計算機、工作站計算機、服務(wù)器計算機等。所述裝置可以包括一個或更多個若干組件的每一個，如連接到存儲器的處理器。
[0061 ] 處理器一般是能夠處理信息的任意硬件，所述信息例如，數(shù)據(jù)、計算機可讀的程序代碼、指令等(一般“計算機程序”，例如，軟件、固件等)、和/或其他合適的電子信息。更具體地，例如，所述處理器可配置為執(zhí)行計算機程序，所述程序可以存儲在處理器上或存儲在所述存儲器中(相同或另一個設(shè)備的存儲器)。根據(jù)具體的實現(xiàn)，所述處理器可為若干處理器、多處理器核或一些其他類型的處理器。另外，處理器可使用若干異構(gòu)處理器系統(tǒng)實現(xiàn)，其中主處理器與一個或更多個輔助處理器在單個芯片上。作為另一個圖示示例，所述處理器可為包含多個相同類型的處理器的對稱多處理器系統(tǒng)。在又一示例中，處理器也可實現(xiàn)為或包括一個或更多個專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)等。因此，雖然處理器可以能夠執(zhí)行計算機程序以執(zhí)行一個或更多個功能，不同實例的處理器可能夠不借助計算機程序的輔助而執(zhí)行一個或更多個功能。
[0062]存儲器一般是能夠臨時和/或永久存儲信息的任意硬件，所述信息例如，數(shù)據(jù)、計算機程序和/或其他合適的信息。所述存儲器可以包括易失性和/或非易失性存儲器，所述存儲器可為固定的或可拆卸的。合適的存儲器的示例包括隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、硬盤驅(qū)動器、閃速存儲器、拇指驅(qū)動器、可移動計算機磁盤、光盤、磁帶或上述的一些組合。光盤可包括光盤-只讀存儲器(⑶-ROM)、光盤-讀/寫(⑶-R/W)、DVD等。在各種實例中，存儲器可被稱為計算機可讀存儲介質(zhì)，作為一種能夠存儲信息的非臨時性設(shè)備，可與計算機可讀傳輸介質(zhì)如能夠?qū)⑿畔膹囊粋€位置傳輸?shù)搅硪粋€位置的電子瞬時信號可區(qū)別。如本文所述的計算機可讀介質(zhì)一般是指計算機可讀存儲介質(zhì)或計算機可讀傳輸介質(zhì)。
[0063]除了存儲器，處理器也可連接到一個或更多個用于顯示、發(fā)送和/或接收信息的接口。接口可以包括通信接口和/或一個或更多個用戶接口。通信接口可配置為發(fā)送和/或接收信息，如發(fā)送信息到其他裝置、網(wǎng)絡(luò)等和/或從其他裝置、網(wǎng)絡(luò)等接收信息。通信接口可配置為通過物理(有線)和/或無線通信鏈路發(fā)送和/或接收信息。合適的通信接口的示例包括網(wǎng)絡(luò)接口控制器(NIC)、無線網(wǎng)卡(WNIC)等。
[0064]用戶接口可包括顯示器和/或一個或更多個用戶輸入接口。顯示器可配置為呈現(xiàn)或顯示信息給用戶，所述顯示器的合適的示例包括液晶顯示器(LCD)、發(fā)光二極管顯示器(LED)、等離子顯示面板(PDP)等。用戶輸入接口可為有線或無線的，并可配置為將來自用戶的信息接收到設(shè)備中，如用于處理、存儲和/或顯示。用戶輸入接口的合適示例包括麥克風(fēng)、圖像或視頻捕獲設(shè)備、鍵盤或小鍵盤、操縱桿、觸摸敏感表面(獨立于觸摸屏或集成到觸摸屏)、生物特征傳感器或類似物。所述用戶界面可以進一步包括用于與外圍設(shè)備如打印機、掃描儀之類的通信的一個或更多個接口。
[0065]如上所示，程序代碼指令可存儲在存儲器中，并由處理器執(zhí)行，以實現(xiàn)此處所述的系統(tǒng)、子系統(tǒng)和各自組件的功能。將理解，任何合適的程序代碼指令可從計算機可讀存儲介質(zhì)加載到計算機或其他可編程設(shè)備上以生產(chǎn)特定的機器，使得該特定的機器成為執(zhí)行本文所述的功能的裝置。這些程序代碼指令也可存儲在計算機可讀存儲介質(zhì)中，所述計算機可讀存儲介質(zhì)能夠指示計算機、處理器或其他可編程設(shè)備以特定的方式運作，從而產(chǎn)生特定的機器或特定的制品。在計算機可讀存儲介質(zhì)中存儲的指令可生廣制品，其中該制品成為用于執(zhí)行本文所述功能的裝置。程序代碼指令可從計算機可讀存儲介質(zhì)中檢索并被加載到計算機、處理器或其他可編程設(shè)備中以配置所述計算機、處理器或其他可編程設(shè)備來執(zhí)行將由該計算機、處理器或其他可編程設(shè)備執(zhí)行的操作。
[0066]程序代碼指令的檢索、加載和執(zhí)行可被順序地執(zhí)行,這樣可每次檢索、加載和執(zhí)行一個指令。在一些示例實現(xiàn)中，檢索、加載和/或執(zhí)行可并行執(zhí)行，這樣多個指令可一起被檢索、加載和/或執(zhí)行。程序代碼指令的執(zhí)行可產(chǎn)生計算機實現(xiàn)的過程，這樣，由計算機、處理器或其他可編程設(shè)備執(zhí)行的指令提供用于實現(xiàn)本文所述功能的操作。
[0067]由處理器進行的指令執(zhí)行，或計算機可讀存儲介質(zhì)中指令的存儲，支持用于執(zhí)行指定功能的操作的組合。還將理解的是，一個或更多功能，以及功能的組合，可由執(zhí)行指定功能的專用基于硬件的計算機系統(tǒng)和/或處理器實現(xiàn)，或由專用硬件和程序代碼指令的組合實現(xiàn)。
[0068] 對于已經(jīng)獲得了前面的描述和相關(guān)附圖的教導(dǎo)的益處的這些公開內(nèi)容所涉及的本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會想到本文所述的本發(fā)明的許多修改和其他實現(xiàn)。因此，應(yīng)理解，本發(fā)明不限于所公開的具體實現(xiàn)，而是旨在包括在所附的權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)的修改和其他實施方式。此外，雖然在前面的描述和相關(guān)附圖在組件和/或功能的特定實例組合的環(huán)境中描述了示例實現(xiàn)，應(yīng)理解，在不脫離所附權(quán)利要求書的范圍的前提下，可以由替代實現(xiàn)提供組件和/或功能的不同組合。就這一點而言，例如，組件和/或功能的不同組合和上文明確描述的那些組件和/或功能，也被考慮為可在一些所附權(quán)利要求中闡述。雖然本文采用了特定術(shù)語，但它們用在一般性和描述性含義，而非用于限制的目的。
【權(quán)利要求】
1.一種系統(tǒng)(100)，其包括: 變換模塊(402)，其被配置為接收在環(huán)境中可移動的移動交通工具的第一和第二位姿估計(502，602)，所述第一和第二位姿估計(502，602)是相對于不同的、各自的第一和第二坐標(biāo)系統(tǒng)中環(huán)境的不同的、各自的第一和第二數(shù)字地圖(500，600)，所述變換模塊(402)被配置為基于所述第一和第二位姿估計(502，602)計算所述第一和第二數(shù)字地圖(500，600)之間的幾何變換； 校準(zhǔn)模塊(406)，其被配置為基于所述幾何變換校準(zhǔn)所述第一和第二數(shù)字地圖(500，600)，并因此產(chǎn)生校準(zhǔn)的數(shù)字地圖；和 校準(zhǔn)的定位模塊(408)，其被配置為相對于所述校準(zhǔn)的數(shù)字地圖定位所述移動交通工具，并由此計算所述移動交通工具的校準(zhǔn)的位姿估計，并進一步被配置為將所述校準(zhǔn)的位姿估計傳送到所述移動交通工具以幫助所述移動交通工具的導(dǎo)航。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(100)，其中所述變換模塊(402)被配置為從所述移動交通工具上的映射和定位系統(tǒng)(108)接收所述第一位姿估計(502)，所述映射和定位系統(tǒng)(108)配置為建立所述環(huán)境的第一數(shù)字地圖(500)，并計算相對于所述第一數(shù)字地圖(500)的所述移動交通工具的所述第一位姿估計(502 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)(100)，其中所述校準(zhǔn)模塊(406)被配置為從所述映射和定位系統(tǒng)(108)接收所述第一數(shù)字地圖(500)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)(100)，其中所述變換模塊(402)被配置為從映射和定位系統(tǒng)(108)接收所述第一位姿估計(502)，所述映射和定位系統(tǒng)(108)配置為建立所述第一數(shù)字地圖(500)，并按照同步定位與映射技術(shù)計算所述第一位姿估計(502)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(100)，其中所述變換模塊(402)被配置為從無線定位系統(tǒng)(110)接收所述第二位姿估計(602)，所述無線定位系統(tǒng)(110)被配置為計算相對于從存儲器(312)可訪問的所述第二數(shù)字地圖(600)的所述移動交通工具(102)的所述第二位姿估計(602)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)(100)，其中所述變換模塊(402)被配置為從所述無線定位系統(tǒng)(110)接收所述第二位姿估計(602)，所述無線定位系統(tǒng)(110)包括室內(nèi)或局部定位系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(100)，進一步包括: 通信接口(210)，其被配置為將所述校準(zhǔn)的位姿估計傳送到所述移動交通工具(102)，以在所述移動交通工具(102)在所述環(huán)境中移動時幫助所述移動交通工具(102)的導(dǎo)航(106)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括一種裝置，所述裝置包括處理器和存儲計算機可讀程序代碼部分的存儲器，所述程序代碼部分響應(yīng)于由所述處理器執(zhí)行，使所述變換模塊、校準(zhǔn)模塊和校準(zhǔn)的定位模塊至少執(zhí)行: 接收在環(huán)境中可移動的移動交通工具(102)的第一和第二位姿估計(502，602)，所述第一和第二位姿估計(502，602)相對于不同的、各自的坐標(biāo)系統(tǒng)中環(huán)境的不同的、各自的第一和第二數(shù)字地圖(500，600)； 基于所述第一和第二位姿估計(502，602)計算所述第一和第二數(shù)字地圖(500，600)之間的幾何變換；基于所述幾何變換校準(zhǔn)所述第一和第二數(shù)字地圖(500，600)，從而產(chǎn)生校準(zhǔn)的數(shù)字地圖；以及 相對于所述校準(zhǔn)的數(shù)字地圖定位所述移動交通工具(102)，并由此計算所述移動交通工具(102)的校準(zhǔn)的位姿估計。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，進一步包括: 通信接口(210)，其被配置為將所述校準(zhǔn)的位姿估計傳送到所述移動交通工具(102)，以在所述移動交通工具(102)在所述環(huán)境中移動時幫助所述移動交通工具(102)的導(dǎo)航(106)。
10.一種方法，其包括: 接收在環(huán)境中可移動的移動交通工具(102)的第一和第二位姿估計(502，602)，所述第一和第二位姿估計(502,602)是相對于不同的、各自的第一和第二坐標(biāo)系統(tǒng)中環(huán)境的不同的、各自的第一和第二數(shù)字地圖(500，600)； 基于所述第一和第二位姿估計(502，602)計算所述第一和第二數(shù)字地圖(500，600)之間的幾何變換 ； 基于所述幾何變換校準(zhǔn)所述第一和第二數(shù)字地圖(500，600)，從而產(chǎn)生校準(zhǔn)的數(shù)字地圖； 相對于所述校準(zhǔn)的數(shù)字地圖定位所述移動交通工具(102)，并由此計算所述移動交通工具(102)的校準(zhǔn)的位姿估計；以及 傳送所述校準(zhǔn)的位姿估計到所述移動交通工具以幫助所述移動交通工具的導(dǎo)航。
【文檔編號】G01C21/00GK103913162SQ201410003534
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年1月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月4日
【發(fā)明者】C·A·艾瑞格納克, H·李 申請人:波音公司