本發明專利技術提供了一種高精細地圖數據結構、采集和處理系統及方法，所述結構采用分層結構，共四層結構，每層數據互相關聯，即：第一層：道路網絡；第二層：車道網絡，同時與第一層道路關聯：第三層：車道線信息，同時與第二層道路關聯；第四層：特殊信息數據。所述系統包括：全景圖像拍攝處理模塊、GPS處理模塊、慣性導航模塊、旋轉編碼器以及地理信息處理模塊。本發明專利技術使用全景相機拍攝道路全景圖像，同時采集GPS原始數據、慣性導航裝置數據、旋轉編碼器數據，處理數據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，之后按照定義的數據結構對道理地理信息數據進行標注，得到高精細地圖。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及地理信息數據采集領域、地圖測繪領域，具體地，涉及一種高精細地圖 數據結構、基于全景圖像的高精細地圖數據采集和處理系統及方法。
技術介紹
全球定位系統（GPS)為地理信息采集提供了較為成熟的定位技術，也是高精細地 圖制作過程中必需的地理信息數據的提供者。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（RTK-GPS)來提高GPS定位精度。但實際中RTK-GPS對GPS 信號質量要求很高，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（INS)輔助定位。 現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據或進行 導航指令發布，這種導航地圖稱之為道路級別地圖，是對實際交通環境的大幅度簡化，能提 供的信息量數量少，精確度低，對駕駛員的輔助能力較低。 隨著車輛先進駕駛輔助系統技術以及無人駕駛技術的發展，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。 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，從應用角度出 發，高精細地圖不僅需要數據上的高精度，更要包含內容詳細，條理清晰的道路信息，但是 目前對于高精細地圖內容和數據結構缺少統一的細致定義。 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，數據量大，且生成圖像為反 射率圖像，與現實景物存在差異；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。
技術實現思路
針對現有技術的不足，本專利技術的目的是提供一種高精細地圖數據結構、采集和處 理系統及方法法，使用全景相機拍攝道路全景圖像，同時采集GPS原始數據、慣性導航裝置 數據、旋轉編碼器數據，處理數據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，之后按照定義的數據結構對道理地理信息數據進行標注，得到高精細地圖。 為了實現上述目的，本專利技術采用了以下技術方案： 根據本專利技術的一個方面，提供一種高精細地圖數據結構，所述結構采用分層結構， 共四層結構，每層數據互相關聯，即： 第一層：道路網絡； 第二層：車道網絡； 第三層：車道線信息； 第四層：包含交通標志、交通信號燈等一類的特殊信息數據。 所述高精細地圖數據結構采用分層結構，每一層存儲一種類型的數據，在地理信 息查詢和地圖顯示的過程的中可只對相應層數據進行操作，每層的具體信息可根據需要增 減，這樣能夠提高地圖數據的使用效率，方便在數據庫中存儲和使用。 上述高精細地圖數據結構，使用帶有空間擴展的數據庫管理系統，能方便地進行 數據庫連接和檢索。是本專利技術中以下所獲得的高精細地圖數據標注的依據，也是各類面向 道路的車道級高精細地圖可通用的結構定義。 根據本專利技術的第二方面，提供一種基于全景圖像的高精細地圖數據采集和處理系 統，包括：全景圖像拍攝處理模塊、GPS處理模塊、慣性導航模塊、旋轉編碼器以及地理信息 處理模塊，其中： 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； GPS處理模塊，用于接收GPS衛星信號，以及接收慣性導航模塊數據、旋轉編碼器 數據，將接收到的GPS原始數據經精確單點定位技術處理以及與慣性導航模塊數據、旋轉 編碼器數據融合，獲得高精度GPS數據，高精度的GPS數據可作為地理信息處理模塊輸入， 用于地理信息標注； 慣性導航模塊，用于接收慣性導航裝置數據，并輸入到GPS處理模塊，主要用于與 GPS數據、旋轉編碼器數據融合以獲取高精度GPS數據，以在GPS信號丟失情況下的數據推 算； 旋轉編碼器，根據車輪旋轉圈數，獲取車輛里程信息，并并輸入到GPS處理模塊， 主要用于與GPS數據、旋轉編碼器數據融合以獲取高精度GPS數據，幫助推導車輛航向角數 據； 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數據，將所有數據匯入地理信息標注工具軟件，在單張俯視投影圖上，根據高精細地 圖定義，標注一系列道路信息，生成高精度地圖。 優選的，所述全景圖像拍攝處理模塊架設在數據采集車輛上并高出車輛頂端，所 述旋轉編碼器安裝在車輪上，旋轉編碼器每檢測到車輛行駛過一段距離，就使系統發送一 個觸發脈沖，該脈沖觸發全景相機使之進行全景圖像拍攝，同時觸發一次時間戳記錄，用于 后處理中獲取該全景圖像對應的GPS數據。 優選的，所述GPS處理模塊，對采集的GPS原始數據使用精確單點定位技術做后處 理，得到厘米級別的高精度GPS數據，用于全景圖像拍攝位置的定位，針對信號遮擋區域無 法獲取GPS數據的情況，引入擴展卡爾曼濾波器對GPS原始數據、慣性導航裝置數據、編碼 器數據進行融合，融合后得到精度很高的GPS結果，同時得到精確的車輛航向角數據。 優選的，所述地理信息處理模塊，利用前視投影圖來觀察道路結構，俯視投影圖與 得到的GPS數據和車輛航向角數據結合，用以推測俯視投影圖中每個像素的GPS信息，這也 是后續標注地理信息數據的基礎。 優選的，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、特殊區域，或者根據實際需要添加 新信息類型，標注完的信息共同組成高精細地圖的地圖數據。 優選的，所述地理信息處理模塊，將獲取的數據導入數據庫表格中，然后使用地理 編輯軟件對數據進行可視化編輯，可觀察到車道級高精細道路地圖，其中數據精度可達厘 米級。 根據本專利技術的第三方面，提供一種基于全景圖像的高精細地圖數據采集和處理方 法，具體步驟如下： 步驟1、在數據采集車輛上架設高出車輛頂端全景相機，在車輪上安裝旋轉編碼 器，旋轉編碼器每檢測到車輛行駛過一段距離，就使系統發送一個觸發脈沖，該脈沖觸發全 景相機使之進行全景圖像拍攝，同時觸發一次時間戳記錄，用于后處理中獲取該全景圖像 對應的GPS數據； 步驟2、對采集的GPS原始數據使用精確單點定位技術（PPP)做后處理，可以得到 厘米級別的高精度GPS數據，用于全景圖像拍攝位置的定位，針對信號遮擋區域無法獲取 GPS數據的情況，本專利技術引入了擴展卡爾曼濾波器，對GPS原始數據、慣性導航裝置數據、編 碼器數據進行融合，融合后可以得到精度很高的GPS結果，同時得到精確的車輛航向角數 據； 步驟3、對全景圖像進行處理，運用球心投影算法，根據全景相機水平偏角以及俯 仰角數據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； 步驟4、步驟3中得到的前視投影圖用來觀察道路結構，俯視投影圖與步驟2中得 到的GPS數據和車輛航向角數據結合，用以推測俯視投影圖中每個像素的GPS信息，這也是 后續標注地理信息數據的基礎； 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、特殊區域等，也可根據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據； 步驟6、將獲取的數據導入數據庫表格中，然后使用地本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種高精細地圖數據結構，其特征在于，所述結構采用分層結構，共四層結構，每層數據互相關聯，即：第一層：道路網絡；第二層：車道網絡，同時與第一層道路關聯：第三層：車道線信息，同時與第二層道路關聯；第四層：特殊信息數據。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊明，賀勇，路昊，王春香，王冰，
申請(專利權)人：上海交通大學，
類型：發明
國別省市：上海;31
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