一种基于三维栅格地图的环境特征的相似性度量方法与流程

技术特征：

1.一种基于三维栅格地图的环境特征的相似性度量方法，该方法是通过比对两个相似环境的特征矩阵，以确定两个相似环境的关系，或者镜像对称——称之为镜像对称性，或者循环移位——称之为平移不变性，或者旋转对称——称之为旋转不变性，该方法中的三维栅格地图如下定义：将环境空间抽象为三维直角坐标系O：xyz下的栅格空间，空间的全集为Ω，Ω内的每个元素称为体元，用c_x，y，z表示，(x，y，z)即为该体元的三维坐标，每个体元是一个边长为μ的正方体，正方体的每条边都与空间坐标轴平行，根据实际环境有无物体占据，来确定或概率意义上确定相应体元的占空值，基于此形成的地图称为三维栅格地图，μ称为三维栅格地图的分辨率；本方法中的环境建模及特征量、相似性、相似比、镜像对称性、平移不变性、旋转不变性按如下步骤给出：

(1)通过相关的设备及算法，建立与实际环境对应的三维栅格地图，这里的设备包括三维激光雷达或双目视觉传感器；

(2)在栅格地图上逐个分析每个障碍物体元对周边空闲体元的影响，如下所示：

障碍物体元对体元x的影响记作f(x_β，θ，d)，β∈[0，π]表示障碍物体元相对体元x的俯仰角，选取三维栅格地图的Z轴方向做为俯仰角0度起始方向，θ∈[0，2π)表示障碍物体元相对体元x的偏航角，选取三维栅格地图的X轴方向做为偏航角0度起始方向，d表示障碍物体元相对体元x的距离，按照β，θ的递增顺序，体元x所受的影响记为：

(3)f(x)的离散化：

首先，对体元x所受的影响按角度θ离散到有限的偏航面内[δ₁，δ₂，...，δ_s]，s∈N，每个偏航面δ表示一个以体元x所在的Z轴方向为边界的半平面，其次，在每个偏航面δ内，按角度β离散到有限的俯仰角上[η₁，η₂，...，η_n]，n∈N，方法如下：

某障碍物体元对体元x的影响当δ_i≤θ_k≤δ_i+1，i∈[1，s-1]，k∈[1，s]，则把按向量分解投影到偏航面δ_i与偏航面δ_i+1上，然后再分别把偏航面δ_i与偏航面δ_i+1内的分量，分别按向量分解投影到η_j与η_j+1两个俯仰角上，离散化后，

(4)根据体元x的所受影响f(x)，提炼出其特征矩阵F(x)，

是一种变换，这里的变换使用二维Fourier变换或二维Walsh变换；

(5)根据体元x的特征矩阵F(x)，计算出其特征谱P(x)，针对上一步骤中的变换，其特征谱分别是相应变换的功率谱，特征谱即为体元的环境特征；

(6)特征谱比对：

体元x的影响矩阵f(x)对应的特征谱为P(x)，体元y的影响矩阵f(y)对应的特征谱为P(y)，我们定义一阈值角度degree^threshold，若向量P(x)与向量P(y)之间的夹角∠(P(x)，P(y))≤degree^threshold，或者cos∠(P(x)，P(y))≥cos(degree^threshold)，就表示矩阵f(x)与f(y)是相似的，也就是体元x与体元y在实际环境中是相似的，利用向量运算法则，我们可以计算：

与cos(degree^threshold)比较后，我们即可得出相似性，

相似的向量P(x)与向量P(y)是同向的，他们之间的转化因子即为相似比；

(7)环境的不变性：

对于n×s阶矩阵f(x)，考察f(y)所表示的实际环境，都归一化之后，如果：

f(y)[i][j]＝f(x)[(i+u)％n][(j+l)％s]对j∈[0，s-1]，l∈N使得等式成立，则称环境f(x)与f(y)具有平移不变性；

如果矩阵f(y)[i][j]＝f(x)[j][s-1-i]对j∈[0，n-1]使得等式成立，则称环境f(x)左旋之后等同f(y)，称它们具有旋转不变性；

如果矩阵f(y)[i][j]＝f(x)[n-1-j][i]对j∈[0，n-1]使得等式成立，则称环境f(x)右旋之后等同f(y)，称它们具有旋转不变性；

如果对j∈[0，s-1]使得三个等式中有一个成立，则称环境f(x)与f(y)具有镜像对称性；

通过特征矩阵F(x)与F(y)的计算，即可确定其镜像对称性、平移不变性及旋转不变性；

(8)对实际环境，通过特征矩阵与特征谱计算，我们即可找出实际环境体元x与体元y的相似性与相似比，以及镜像对称性、平移不变性、旋转不变性，这样就达到了环境特征相似性度量的目的。

2.如权利要求1所述的一种基于三维栅格地图的环境特征的相似性度量方法，其特征在于，通过特征谱判断两个环境的相似性。

3.如权利要求1所述的一种基于三维栅格地图的环境特征的相似性度量方法，其特征在于，通过相似环境的相似比来表示相似程度。

4.如权利要求1所述的一种基于三维栅格地图的环境特征的相似性度量方法，其特征在于，通过相似环境之间的镜像对称性、平移不变性与旋转不变性来表示两个环境的相似性。

5.如权利要求1所述的一种基于三维栅格地图的环境特征的相似性度量方法，其特征在于，为了计算方便把栅格的影响矩阵通过变换求取特征矩阵，通过特征矩阵计算相似环境之间的镜像对称性、平移不变性与旋转不变性，这里的变换使用Fourier变换或Walsh变换。