一种用于复杂地形的地图测绘精准定位系统及方法与流程

本发明涉及地图测绘，具体为一种用于复杂地形的地图测绘精准定位系统及方法。

背景技术：

1、在复杂地形地图测绘和精准定位领域，系统的目标是生成高精度的地理信息数据，用于各种应用如城市规划、灾害管理和自动驾驶等。这类系统通常依赖于多种传感技术，结合高级数据处理算法，以确保在各种地形和环境条件下都能实现准确的数据采集和定位。

2、现有的地图测绘精准定位系统主要依赖于gps和激光雷达技术。gps提供全球范围内的定位服务，虽然其在开阔地区能够实现较高的定位精度，但在森林覆盖、城市峡谷或室内等gps信号受阻的环境中，其定位精度大幅下降。激光雷达技术则通过发射激光脉冲并测量其反射信号来创建周围环境的高分辨率三维图像，非常适合精确测绘地形和障碍物，但成本较高且对于远距离的对象测量效果有限。

3、现有的地图测绘精准定位系统虽然可以提高定位的精度和地图的细节层次，但还存在一些不足，在环境条件快速变化的场景中，如，激光雷达在低光照条件下的性能会受限，而gps在室内和地下时，其精确性和可靠性仍有明显不足。此外，这些系统往往缺乏足够的灵活性来适应不同的环境变化，如气候变化对设备性能的影响，这些限制减少了系统的整体效率和精确度，尤其是在精准定位和实时数据处理方面的要求非常高的应用场景中。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于复杂地形的地图测绘精准定位系统及方法，本发明通过整合固态激光雷达与超宽带技术，并配备先进的环境感知单元和高级传感器校准单元，显著提高了系统在复杂地形和多变环境条件下的定位精度和适应性，使系统在gps信号弱和光照不足的环境下也能稳定运行，满足城市规划、灾害管理及自动驾驶等应用的高精度需求。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种用于复杂地形的地图测绘精准定位系统，包括：

3、固态激光雷达模块，用于生成高分辨率的3d环境点云数据；

4、gps模块，用于提供全球定位系统数据；

5、超宽带模块，用于在gps信号弱的区域提供精确定位；

6、惯性测量单元，用于提供设备的方向、加速度和角速度信息；

7、多传感器数据融合单元，包括卡尔曼滤波器，用于融合来自固态激光雷达模块、超宽带模块、gps模块和惯性测量单元的数据，以提高定位精度；

8、深度强化学习单元，用于自适应路径规划，所述单元采用深度确定性策略梯度算法；

9、量子计算单元，用于加速数据处理和增强安全性，所述单元采用格罗弗算法进行地形特征匹配和量子密钥分发进行数据加密。

10、优选的，所述多传感器数据融合单元的卡尔曼滤波器的状态更新方程为：

11、xt+1＝axt+b(ut+k(zt-hxt))

12、其中，a和b是状态和控制矩阵，h是观测矩阵，k是卡尔曼增益，zt是观测向量。

13、优选的，所述系统进一步包括一个加权最小二乘法单元用于静态和批量数据融合：

14、

15、其中，ai表示从点云到模型参数的映射矩阵，bi是测量值，wi是传感器权重。

16、优选的，所述深度强化学习单元的奖励函数为：

17、

18、其中，rnav是导航成功的即时奖励，dobs是与最近障碍物的距离，vt是当前速度，λ1和λ2是调整项。

19、优选的，所述量子计算单元采用格罗弗算法，其公式为：

20、g＝(2|ψ)<ψ|-i)o

21、其中，o是一个标记所需解的黑盒算子，|ψ>是均匀超级位置状态，i是恒等算子。

22、优选的，所述固态激光雷达模块与超宽带模块的数据融合通过以下公式实现：

23、

24、其中，bi是已知位置的超宽带模块信标，di是从信标到设备的测量距离，x是设备的未知位置，wi是信号质量权重。

25、优选的，所述系统包括数据采集和处理软件，包括：

26、接收来自固态激光雷达模块和超宽带模块的原始数据；

27、对原始数据进行时间同步，通过时间戳对齐数据；

28、实施初步数据滤波，以去除由环境噪声和设备误差引起的异常数据；

29、经融合后输出，提供后续的路径规划和导航模块使用。

30、优选的，所述系统包括一个环境感知单元，用于实时监测和分析周围环境，所述环境感知单元包括：

31、温度传感器，用于监测环境温度；

32、湿度传感器，用于监测环境湿度；

33、光照传感器，用于检测光照强度；

34、气压传感器，用于监测环境气压。

35、优选的，所述系统包括一个高级传感器校准单元，包含：

36、实时监控各传感器的状态和输出，自动检测并校正传感器；

37、使用神经网络模型对传感器数据进行异常检测，自动识别和纠正异常读数；

38、采用自适应滤波技术，优化传感器间的数据整合过程，以适应不断变化的环境条件。

39、本发明还提供一种用于复杂地形的地图测绘精准定位的方法，包括以下步骤：

40、使用固态激光雷达模块生成高分辨率3d环境点云数据；

41、使用超宽带模块在gps信号弱的区域进行精确定位；

42、通过多传感器数据融合单元融合来自固态激光雷达模块、超宽带模块、gps和惯性测量单元的数据，使用加权最小二乘法公式进行融合；

43、使用深度强化学习单元进行自适应路径规划，采用深度确定性策略梯度算法训练模型；

44、利用量子计算单元加速地形特征匹配和进行数据加密，采用格罗弗算法进行地形特征匹配和量子密钥分发进行数据加密

45、本发明提供了一种用于复杂地形的地图测绘精准定位系统及方法。具备以下有益效果：

46、1、本发明通过集成固态激光雷达和超宽带模块，有效地融合了高分辨率的3d点云数据和厘米级的定位信息，显著提高了测绘和定位的精度。这种数据融合方法能够在复杂环境中提高测绘精度，为高精度地图测绘提供了强有力的技术支持。

47、2、本发明通过实时监控传感器状态并使用神经网络进行异常检测，以及自适应滤波技术优化数据整合，显著增强了系统在多变环境下的适应性和鲁棒性。这些技术的应用确保系统能够在不同环境条件下稳定运行，提高了系统的整体可靠性。

48、3、本发明通过环境感知单元的引入使得系统能够实时监测环境条件，并据此调整传感器参数，从而优化操作性能。此外，高级传感器校准单元的自动校正功能确保了数据采集的连续性和准确性，降低了维护成本并提高了操作效率，为复杂地形下的精确测绘奠定了坚实的技术基础。

1.一种用于复杂地形的地图测绘精准定位系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种用于复杂地形的地图测绘精准定位系统，其特征在于，所述多传感器数据融合单元的卡尔曼滤波器的状态更新方程为：

3.根据权利要求1所述的一种用于复杂地形的地图测绘精准定位系统，其特征在于，所述系统进一步包括一个加权最小二乘法单元用于静态和批量数据融合：

4.根据权利要求1所述的一种用于复杂地形的地图测绘精准定位系统，其特征在于，所述深度强化学习单元的奖励函数为：

5.根据权利要求1所述的一种用于复杂地形的地图测绘精准定位系统，其特征在于，所述量子计算单元采用格罗弗算法，其公式为：

6.根据权利要求1所述的一种用于复杂地形的地图测绘精准定位系统，其特征在于，所述固态激光雷达模块与超宽带模块的数据融合通过以下公式实现：

7.根据权利要求1所述的一种用于复杂地形的地图测绘精准定位系统，其特征在于，所述系统包括数据采集和处理软件，包括：

8.根据权利要求1所述的一种用于复杂地形的地图测绘精准定位系统，其特征在于，所述系统包括一个环境感知单元，用于实时监测和分析周围环境，所述环境感知单元包括：

9.根据权利要求1所述的一种用于复杂地形的地图测绘精准定位系统，其特征在于，所述系统包括一个高级传感器校准单元，包含：

10.一种用于复杂地形的地图测绘精准定位的方法，其特征在于，基于权利要求1-8任一项所述一种用于复杂地形的地图测绘精准定位系统，包括以下步骤：