一种基于“体基准”的导航增强网络系统及构建方法

1.本发明涉及导航定位技术领域，具体来说，涉及一种基于“体基准”的导航增强网络系统及构建方法。


背景技术：

2.卫星导航定位是基础时空网络，给人们精确的位置和时间，利用gnss获取的坐标体系是点坐标(经度纬度高度)，测绘技术发生变革，由原来的基础测量到现在的全息测绘，未来实景三维地图将取代现有二维、影像地图，成为基础地理信息主流，定位的概念也要适应新技术发展，物体抽象为一个点的测量，不能适应场景化、实体化、精细化管理需求，原来一个地理实体由一个质点位置变更为一组时空点云来标识。从点坐标到体坐标是必然趋势，目前尚未对此提出合理的解决方案。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种基于“体基准”的导航增强网络系统及构建方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于“体基准”的导航增强网络系统，包括：包括基准站确定系统、基准站模位置解算系统，基准站网数据处理系统、信息传输系统和终端增强信息处理系统；
5.其中，所述基准站确定系统在遥感影像上，通过目视解译的方法，选择静态地物点作为基准点，对目标物进行提取、分割，获得地物轮廓的坐标信息；
6.所述基准站模位置解算系统利用对场景内的目标识别，通过孪生场景和三维重建技术，得到基准站的三维立体坐标序列，以及地物属性信息；
7.所述基准站网数据处理系统汇聚一定区域内的所述基准站模位置解算系统提供的基准站网数据，并对所述基准站网数据中每个基准站的5g、视觉、gnss多源融合信息进行数据提取，获得特征矩阵、精准坐标位置信息并建设增强站数据库，为所述终端增强信息处理系统的增强信息服务做准备；
8.所述信息传输系统利用5g传输向所述终端增强信息处理系统发送其周围基准点的信息；
9.所述终端增强信息处理系统分散在各个终端，其依据终端自身gnss、ins等传感器，获取自身精准位置，同时向所述基准站网数据处理系统请求周边基准站的信息，在获取周边视觉基准站、gnss高精度差分信息后，增强自身的定位功能。
10.根据本发明的另一方面，提出一种基于“体基准”的导航增强网络系统的构建方法，包括如下步骤：
11.步骤1、在遥感影像上，通过目视解译的方法，选择静态地物点作为基准点，对目标物进行提取、分割，获得地物轮廓的坐标信息；
12.步骤2、基准站模位置解算系统对场景内的目标进行识别，通过孪生场景和三维重
建技术，得到基准站的三维立体坐标序列，以及带有地物属性信息，所述地物属性信息采用特征矩阵的方式表达；
13.步骤3、当预定区域基准站网数据统一汇聚到所述基准站网数据处理系统，所述基准站网数据处理系统对每个基准站的提取特征矩阵、精准坐标位置建设增强站数据库，为终端的增强信息服务做好准备；
14.步骤4、利用5g传输向周边需要服务的终端发送其周围基准点的信息；
15.步骤5、终端依据自身的gnss传感器，获取自身精准位置，同时向所述基准站网数据处理模块请求周边基准站的信息，在获取周边视觉基准站、gnss高精度差分信息后，增强自身的定位功能。
16.进一步的，所述“体基准”是指基于“面向对象”的理论，在二维地图中，地面的“点”，在实景三维中以“体”的方式展现。
17.进一步的，所述模位置指的是，通过北斗定位得到天线相位中心位置，具体来说是质点位置p(x,y,z),再通过“北斗+智能识别”融合定位得到一组具有空间拓扑关系的点集合即被称作模位置，具体来说是质点位置集合p{p1,p2
…
pn}，pn为第n个质点。
18.进一步的，利用遥感模式识别技术获取静态目标作为“基准站”，利用gnss提供精准的时空基准获取基准站的位置、利用遥感获取基准地物的特征点，所述特征点采用特征矩阵的方式进行表达。
19.进一步的，所述基准站网在一定区域内以均匀分布的形式进行构建，所述基准站以“体基准”为特征，基于“体基准”的增强信息作为信息的基本构成单元。
20.进一步的，所述信息传输模块利用5g传输网络，数据中心向多源融合终端提供周边“体基准”的模位置p{p1,p2
…
}，终端通过gnss定位以及本身传感器获得的场景内参考物，从而推算自己的或者周边地物的位置，区别于传统的导航增强系统提供的基于点位置的差分改正信息，“体基准”提供基于“体”信息的增强信息，增强位置信息之外，还对识别正确率进行增强。
21.进一步的，所述终端增强信息处理系统依托终端进行工作，所述终端增强信息处理系统通过5g传输网络获得所述基准站网数据处理系统信息并协同终端自身传感器信息进行工作，实现由已知点推算未知点位置的功能，解决室内外无缝定位问题。
22.进一步的，步骤s2中的基准站模位置解算系统，模位置计算包括以下步骤：
23.步骤s2.1》：实例分割
24.采用resnet-101+fpn作为backbone，通过两个分支来实现实例分割，分别为原型生成分支和mask系数分支。原型生成分支protonet主要基于fcn实现，生成mask原型。mask系数分支主要通过基于anchor的目标检测器实现mask系数的预测。两个分支独立计算，后通过矩阵乘法及sigmoid函数进行mask合成，最终输出分割结果；
25.步骤s2.2》：目标深度获取
26.采用双目相机进行获取深度信息。假设坐标为(i,j)处的目标，其深度值z(i,j)；则对每一个像素位置上的深度值采用一个邻域窗口进估计；其中，s为邻域窗口的大小；为符号函数；
27.步骤s2.3》：外参矩阵计算
28.通过一组世界坐标系下的n个3d点及其在图像中相应的2d坐标进行相机姿态估计
采用epnp(efficient pnp)算法实现姿态估计；
29.步骤s2.4》：位置解算
30.通过对像素进行坐标系的转换，可得到目标在世界坐标系下的三维位置。
31.像素坐标(u,v)，与图像坐标系的转换关系：
32.若fx、fy为相机在x轴和y轴的焦距，xc、yc、zc为目标在相机坐标系下的坐标值，则：
[0033][0034]
所述(x,y)指代目标在图像坐标系中的位置，所述(u，v)指代目标在像素坐标系下的位置，所述(u0,v0)指代把图像坐标原点从图像中心转移到左上角的参数，所述(dx，dy)指代每个像素点在x轴、y轴的尺寸；
[0035]
若fx、fy为相机在x轴和y轴的焦距，xc、yc、zc为目标在相机坐标系下的坐标值，则：
[0036][0037]
已知目标的像素坐标(u,v)和相机的内参矩阵，根据之前求解相机外参及目标深度，求解位置信息；所述r代表旋转矩阵，也即相机相较世界坐标系的旋转，和所述t代表平移矩阵，也即相机相较世界坐标系的平移；
[0038]
所述(xw，yw，zw)指代目标在世界坐标系中的三维位置。
[0039]
有益效果：
[0040]
与现有技术相比，本发明传统的导航增强系统和构建方法提供基于点位置的差分改正信息，本方面提供基于“体”信息的增强信息，除了对位置增强之外，还对识别正确率进行增强；基于5g信息快速传输的特点，对于基于北斗/惯导/视觉的综合应用终端开展服务，在任何一个场景下实现由已知点推算未知点位置的功能，彻底解决了室内外无缝定位问题。
附图说明
[0041]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0042]
图1是根据本发明实施例的一种基于“体基准”的导航增强网构建原理图。
[0043]
图2是根据本发明实施例的一种基于“体基准”的导航增强网服务示意图。
具体实施方式
[0044]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
[0045]
请参阅图1-2，根据本发明实施例的为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于“体基准”的导航增强网络系统，包括：
[0046]
基准站确定系统、基准站模位置解算系统，基准站网数据处理系统、信息传输系统和终端增强信息处理系统；
[0047]
其中，所述基准站确定系统在高精度的遥感影像上，通过目视解译的方法，选择静态地物点作为基准点，对目标物进行提取、分割，获得地物轮廓的坐标信息；所述高精度为厘米级。
[0048]
所述基准站模位置解算系统利用对场景内的目标识别，通过孪生场景和三维重建技术，得到基准站的三维立体坐标序列，以及地物属性信息；
[0049]
所述基准站网数据处理系统汇聚一定区域内的所述基准站模位置解算系统提供的基准站网数据，并对所述基准站网数据中每个基准站的5g、视觉、gnss等多源融合信息进行数据提取，获得特征矩阵、精准坐标位置等信息并建设增强站数据库，为所述终端增强信息处理系统的增强信息服务做准备；
[0050]
所述信息传输系统利用5g的高速传输特点，向所述终端增强信息处理系统发送其周围基准点的信息；
[0051]
所述终端增强信息处理系统分散在各个终端，其依据终端自身gnss、ins等传感器，获取自身精准位置，同时向所述基准站网数据处理系统请求周边基准站的信息，在获取周边视觉基准站、gnss高精度差分等信息后，增强自身的定位功能。
[0052]
根据本发明的另一实施例，提出一种基于“体基准”的导航增强网络系统的构建方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0053]
步骤s1、在高精度的遥感影像上，通过目视解译的方法，选择静态地物点作为基准点，对目标物进行提取、分割，获得地物轮廓的坐标信息；
[0054]
步骤s2、基准站的模位置利用利用对场景内的目标识别，通过孪生场景和三维重建技术，得到基准站的三维立体坐标序列，以及带有地物属性信息，所述地物属性信息采用特征矩阵的方式表达；
[0055]
步骤s3、当一定区域基准站网数据统一汇聚到所述基准站网数据处理系统，所述基准站网数据处理系统对每个基准站的提取特征矩阵、精准坐标位置等建设增强站数据库，为终端的增强信息服务做好准备；
[0056]
步骤s4、利用5g的高速传输特点，向周边需要服务的终端发送其周围基准点的信息；
[0057]
步骤s5、终端依据自身的gnss传感器，获取自身精准位置，同时向所述基准站网数据处理系统请求周边基准站的信息，在获取周边视觉基准站、gnss高精度差分等信息后，增强自身的定位功能。
[0058]
进一步的，所述“体基准”是指基于“面向对象”的理论，在二维地图中，一定尺度下
的地面“点”，在实景三维中以“体”的方式展现。
[0059]
进一步的，所述模位置指的是，通过北斗定位得到天线相位中心位置，具体来说是质点位置p(x,y,z),再通过“北斗+智能识别”融合定位得到一组具有空间拓扑关系的点集合即被称作模位置，具体来说是质点位置集合p{p1,p2
…
}。
[0060]
进一步的，利用遥感模式识别技术获取静态目标作为“基准站”，利用gnss提供精准的时空基准获取基准站的位置、利用遥感获取基准地物的特征点，所述特征点采用特征矩阵的方式进行表达。
[0061]
进一步的，所述基准站网在一定区域内以均匀分布的形式进行构建，进一步的，所述基准站以“体基准”为特征，基于“体基准”的增强信息作为本技术基本构成单元。
[0062]
进一步的，所述信息传输系统利用5g高传输网络，数据中心向多源融合终端提供周边“体基准”的模位置p{p1,p2
…
}，终端通过gnss定位以及本身传感器获得的场景内参考物，从而推算自己的或者周边地物的位置。
[0063]
进一步的，所述终端增强信息处理系统依托终端进行工作，进一步的，所述终端增强信息处理系统通过5g传输网络获得所述基准站网数据处理系统信息并协同终端自身传感器信息进行工作，在任何一个场景下实现由已知点推算未知点位置的功能，彻底解决了室内外无缝定位问题。
[0064]
根据本发明的一个实施例，步骤s2中的模位置计算包括以下步骤：
[0065]
步骤s2.1：实例分割
[0066]
采用resnet-101+fpn作为backbone，通过两个分支来实现实例分割，分别为原型生成分支和mask系数分支。原型生成分支protonet主要基于fcn实现，生成mask原型。mask系数分支主要通过基于anchor的目标检测器实现mask系数的预测。两个分支独立计算，后通过矩阵乘法及sigmoid函数进行mask合成，最终输出分割结果；
[0067]
步骤s2.2：目标深度获取
[0068]
采用双目相机进行获取深度信息。假设坐标为(i,j)处的目标，其深度值z(i,j)；则对每一个像素位置上的深度值采用一个邻域窗口进估计；其中，s为邻域窗口的大小。为符号函数；
[0069]
步骤s2.3：外参矩阵计算
[0070]
通过一组世界坐标系下的n个3d点及其在图像中相应的2d坐标进行相机姿态估计采用epnp(efficient pnp)算法实现姿态估计；
[0071]
步骤s2.4：位置解算
[0072]
通过对像素进行坐标系的转换，可得到目标在世界坐标系下的三维位置。
[0073]
像素坐标(u,v)，与图像坐标系的转换关系：
[0074][0075]
所述(x,y)指代目标在图像坐标系中的位置，所述(u，v)指代目标在像素坐标系下的位置，所述(u0,v0)指代把图像坐标原点从图像中心转移到左上角的参数，所述(dx，dy)指代每个像素点在x轴、y轴的尺寸；
[0076][0077]
若fx、fy为相机在x轴和y轴的焦距，xc、yc、zc为目标在相机坐标系下的坐标值，则，已知目标的像素坐标(u,v)和相机的内参矩阵，根据之前求解相机外参及目标深度，求解位置信息；
[0078]
所述(xw，yw，zw)指代目标在世界坐标系中的三维位置。
[0079]
与现有技术相比，本发明传统的导航增强系统提供基于点位置的差分改正信息，本技术提供基于“体”信息的增强信息，除了对位置增强之外，还对识别正确率进行增强；基于5g信息快速传输的特点，对于基于北斗/惯导/视觉的综合应用终端开展服务，在任何一个场景下实现由已知点推算未知点位置的功能，解决了室内外无缝定位问题。
[0080]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。