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CN110243358A - 多源融合的无人车室内外定位方法及系统 - Google Patents

多源融合的无人车室内外定位方法及系统 Download PDF

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CN110243358A CN201910353912.XA CN201910353912A CN110243358A CN 110243358 A CN110243358 A CN 110243358A CN 201910353912 A CN201910353912 A CN 201910353912A CN 110243358 A CN110243358 A CN 110243358A
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Abstract

本发明公开了一种多源融合的无人车室内外定位方法及系统，其中系统包括感知层和决策层，感知层包括多个传感器；决策层包括视觉里程计系统、激光里程计系统、IMU里程计系统、两个多源融合系统。本发明选取IMU信息提供一个较好的初始位姿以及重力方向，弥补了视觉里程计的尺度问题以及尺度漂移的固有缺陷；采用激光雷达的高精度信息与视觉里程计融合，降低了运动估计误差，提高系统鲁棒性；加入GPS绝对位置校正，进一步降低系统的累计误差。本方法能根据车辆真实的运动轨迹生成准确的定位信息，定位精度高，能实现室内外的无缝切换，增强了车辆在室内外环境定位的稳定性，鲁棒性强，适用于大场景的无人驾驶汽车的室内外定位。

Description

多源融合的无人车室内外定位方法及系统
技术领域
本发明涉及无人驾驶车定位领域，具体涉及一种多源数据融合的无人车定位方法及系统。
背景技术
随着传感器、计算机信息、人工智能等技术的飞速发展，无人车技术的研究越来越受到国内外专家学者的重视。无人车通过传感器获取外部环境信息和自身状态信息，依据这些信息实现自主运动并完成一定的作业任务。而自主定位是无人车智能导航和环境探索研究的基础，由于单一传感器难以获取系统所需的全部信息，多传感器的信息融合就成为无人车实现自主定位的关键。
目前的技术来说，单独一种或者两种传感器的定位精度和稳定性很难满足要求，采用视觉或者激光里程计的方法较为成熟，但是在室外环境，高速运动和弱光照环境下其稳定性以及精确度有致命的缺点，并且二者在较大场景下都具有较高的累计误差；利用IMU来获取车辆的瞬时位移增量来推算出车辆的轨迹，然后来辅助GPS定位，具有较大的累积误差，且同一地点，不同的天气情况产生的误差相差很大，而且来自太空卫星的定位信号容易受到遮挡，比如隧道、高架桥、大树、高楼等等都会遮挡住卫星定位系统的信号，一旦卫星定位系统的信号被遮挡很容易产生很大的误差甚至无法定位。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种通过利用不同传感器之间的优势互补性，然后使用某一种数据融合算法来实现高精度、高稳定的定位的多源融合的无人车室内外定位方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
提供一种多源融合的无人车室内外定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：通过多传感器采集无人车当前的环境信息，包括摄像头采集的图像信息，激光雷达采集的三维点云信息，IMU采集的三轴加速度信息，以及GPS采集的经纬度信息；
S2：获取采集的环境信息，通过视觉里程计系统计算无人车的位姿变换通过激光里程计系统计算无人车的位姿变换通过IMU里程计系统计算无人车的位姿变换位姿变换中的六个量分别表示无人车的三轴坐标和三轴姿态，通过GPS置信度系统计算无人车的绝对位置(xworld,yworld,zworld)以及置信度Qgps；
S3：通过实时工作的第一多源融合系统，不间断的将IMU里程计系统，视觉里程计系统以及激光里程计系统估算的位置信息使用扩展卡尔曼滤波方法进行融合，得到准确的odom->car之间的坐标变换计算的坐标变换为odom->car，其中odom为三个里程计融合之后的坐标系，car为无人车的坐标系；
步骤4：在得到准确的GPS绝对位置信息时，通过间歇性工作的第二多源融合系统，将S3中得到的无人车当前位置L1和S2中GPS置信度系统得到的绝对位置使用粒子滤波方法进行融合，计算的坐标变换为world->odom，发布无人车的累积误差补偿值为最终world->car之间的坐标变换为无人车的准确位姿，world为世界坐标系。
接上述技术方案，激光里程计系统根据激光雷达采集的点云数据计算无人车的位姿变换具体为：
(1)将当前帧数据根据初始位姿投影到参考帧坐标系；
(2)对当前帧的点，在前一帧中找到最近的两个点，计算旋转矩阵Rl和平移向量tl；
(3)对点云进行坐标转换，计算误差，剔除离群点；
(4)计算误差函数的迭代增量，不断迭代，直至误差小于设定的最终的阈值；
(5)输出计算得到的旋转矩阵Rl和平移向量tl，得到无人车的位姿变换
接上述技术方案，视觉里程计系统根据摄像头采集的视频流输入计算无人车的位姿变换具体为：
(1)获取摄像头t和t+1时刻的图像I和I+1，以及摄像头的内部参数，并对采集到的两帧图像I和I+1进行去畸变处理；
(2)通过FAST算法对图像I进行特征检测，通过KLT算法跟踪这些特征到图像I+1中，如果跟踪特征全部丢失或特征数小于某个阈值，则重新进行特征检测；
(3)通过RANSAC算法来估计两幅图像的本质矩阵；
(4)通过计算的本质矩阵来估计两帧图像间的旋转矩阵R和平移向量t；
(5)对尺度信息进行估计，确定最终的旋转矩阵Rc和平移向量tc，得到无人车的位姿变换
接上述技术方案，IMU里程计系统根据IMU采集的三轴加速度信息计算无人车的位姿变换具体为：
(1)获取IMU采集的六个状态量，其中I表示IMU坐标系，G表示参考坐标系；IMU的姿态由旋转量和平移量GpI表示；旋转量为将任意向量从G坐标映射到I坐标的旋转量，用单位四元数表示；平移量GpI为IMU在G坐标系下的三维位置；GVI表示IMU在G坐标系下的平移速度；另外两个量bg和ba表示陀螺仪和加速度计的偏差bias。
(2)对线加速度进行两次积分得到位移，对角加速度两次积分得到方向变化，5由此推算出目标的位姿变化。
式中fb和分别为线加速度测量值和角速度测量值，表示速度变化量，Δθk表示方向变化量，由此得到无人车的位姿变换
接上述技术方案，GPS置信度系统根据GPS采集的经纬度信息计算无人车的绝对位置(xworld,yworld,zworld)以及置信度Qgps，具体为：
(1)采集当前能接收到的GPS卫星数量nGPS，对GPS置信度Qgps进行计算：
其中
LGPS为
其中δGPS设置为4，以区别好的和不好的测量，a为常量1。
(2)如果Qgps接近0那么就认为此次测量信息误差较大，直接结束计算；如果Qgps接近1那么就认为此次测量信息准确，执行下一步操作；其将GPS的经纬度坐标转换为UTM坐标，然后再转换为机器人的世界坐标，原理如下：
其中θ和分别表示侧倾，俯仰和偏航，c和s分别表示余弦和正弦函数，xUTM0，yUTM0和zUTM0是采集到的第一个GPS位置的UTM坐标，在后续的任一时刻t，系统都会按照式(1)将GPS测量值转换为无人车的世界坐标(xworld,yworld,zworld)。
接上述技术方案，第一多源融合系统具体工作过程为：
(1)建立系统的预测模型Xk和观测模型Zk
Xk＝f(Xk-1)+Wk-1
Zk＝h(Xk)+Vk
其中Xk是无人车在k时刻的系统状态向量，包括位姿、速度，f是非线性状态的转换函数，Wk-1是过程噪声，呈正态分布，Zk是在k时刻的测量量，h是非线性转换函数，包含有无人车的3D位置和3D方向，旋转角都是用欧拉角表示；
(2)根据视觉里程计系统计算的位姿变换IMU里程计系统计算的位姿变换对当前状态进行预测：
其中f是系统运动学模型，F是f的雅可比矩阵，估计误差P矩阵是通过F映射然后再加上过程误差矩阵Q得到；
(3)根据激光里程计系统计算的位姿变换对预测结果进行校正：
利用测量协方差矩阵R和计算出卡尔曼増益K，然后利用卡尔曼増益K更新状态向量和协方差矩阵，其中Xk融合出的odom->car之间的坐标变换
接上述技术方案，第二多源融合系统具体工作过程为：
(1)采集两个信息，一个是经过GPS置信度系统转换过的位置信息(xworld,yworld,zworld)及其置信度Qgps，一个是第一多源融合系统发布的先验位置信息如果能够采集到GPS置信度系统信息就工作，否则不工作；
(2)随机生成一个粒子群，给予每个粒子给予三个特征——x，y，z轴坐标，如果是第一次运行则随机赋值，如果不是第一次运行则给上一时刻的估计值用矩阵存储N个粒子信息，其为N行3列的矩阵；在一个区域上生成服从均匀分布的粒子或服从高斯分布的粒子，另设一个矩阵用于存储粒子的权重；
(3)预测下一个状态的粒子，按照采集到的第一多源融合系统发布的先验位置信息作为运动模型，计算粒子运动的下一真实位置；
(4)更新，使用测量得到的GPS转换过的位置信息(xworld,yworld,zworld)来修正每个粒子的权值，保证与真实位置越接近的粒子获得的权值越大；
(5)重采样，预测正确概率越大的粒子给予的权重越大复制一部分权重高的粒子，同时去掉一部分权重低的粒子；
(6)计算估计，系统状态变量估计值通过粒子群的加权平均值的方法计算出最终的位置
本发明还提供了一种多源融合的无人车室内外定位系统，包括：
感知层，包括摄像头、激光雷达、IMU、GPS，该感知层用于采集无人车当前的环境信息，包括摄像头采集的图像信息，激光雷达采集的三维点云信息，IMU采集的三轴加速度信息，以及GPS采集的经纬度信息；
决策层，包括视觉里程计系统、激光里程计系统、IMU里程计系统、第一多源融合系统和第二多源融合系统；
该决策层用于获取采集的环境信息，通过视觉里程计系统计算无人车的位姿变换通过激光里程计系统计算无人车的位姿变换通过IMU里程计系统计算无人车的位姿变换位姿变换中的六个量分别表示无人车的三轴坐标和三轴姿态，通过GPS置信度系统计算无人车的绝对位置(xworld,yworld,zworld)以及置信度Qgps；
通过实时工作的第一多源融合系统，不间断的将IMU里程计系统，视觉里程计系统以及激光里程计系统估算的位置信息使用扩展卡尔曼滤波方法进行融合，得到准确的odom->car之间的坐标变换计算的坐标变换为odom->car，其中odom为三个里程计融合之后的坐标系，car为无人车的坐标系；
在得到准确的GPS绝对位置信息时，通过间歇性工作的第二多源融合系统，将S3中得到的无人车当前位置L1和S2中GPS置信度系统得到的绝对位置使用粒子滤波方法进行融合，计算的坐标变换为world->odom，发布无人车的累积误差补偿值为最终world->car之间的坐标变换为无人车的准确位姿，world为世界坐标系。
本发明产生的有益效果是：本发明选取IMU信息提供一个较好的初始位姿以及重力方向，弥补了视觉里程计的尺度问题以及尺度漂移的固有缺陷；采用激光雷达的高精度信息与视觉里程计融合，降低了运动估计误差，提高系统鲁棒性；加入GPS绝对位置校正，进一步降低系统的累计误差。本方法能根据车辆真实的运动轨迹生成准确的定位信息，定位精度高，能实现室内外的无缝切换，增强了车辆在室内外环境定位的稳定性，鲁棒性强，适用于大场景的无人驾驶汽车的室内外定位。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例多源融合的无人车室内外定位系统框图；
图2是本发明实施例两个多源信息融合系统的融合示意图；
图3是本发明实施例激光里程计系统工作原理图；
图4是本发明实施例视觉里程计系统工作原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明的多源融合的无人车室内外定位系统包括感知层和决策层。感知层主要包括多个传感器器，主要包括激光雷达、摄像头、IMU和GPS，通过这些传感器采集无人车当前的环境信息。决策层包括视觉里程计系统、激光里程计系统、IMU里程计系统、多源融合系统1和多源融合系统2。
本发明在感知层对每个传感器设计了单独的位姿估计系统。由于GPS工作频率较低、容易产生跳变，而且激光里程计和视觉里程计系统虽然能够实时工作、在大场景下累积误差严重，所以本发明设计了三个坐标系：world、odom、car，实现对无人车位姿的实时发布，解决了单一传感器不能实时工作和累积误差的问题。其中odom->car之间的坐标变换由所设计的实时工作的多源信息融合系统1发布，world->odom之间的坐标变换由所设计的间歇工作的多源信息融合系统2发布，用来对累积误差进行修正，最终world->car之间的坐标变换为无人车的准确位姿。
如图1、2所示，整个系统的工作流程主要分为四步：
步骤一：通过多传感器采集无人车当前的环境信息，包括摄像头采集的图像信息，激光雷达采集的三维点云信息，IMU采集的三轴加速度信息，以及GPS采集的经纬度信息；
步骤二：将采集的环境信息传递给决策层，通过视觉里程计系统计算无人车的位姿变换这六个量分别表示无人车的三轴坐标和三轴姿态，通过激光里程计系统计算无人车的位姿变换通过IMU里程计系统计算无人车的位姿变换通过GPS置信度系统计算无人车的绝对位置(xworld,yworld,zworld)以及置信度Qgps；
步骤三：通过多源融合系统1，该系统实时工作，不间断的将IMU里程计系统，视觉里程计系统以及激光里程计系统估算的位置信息使用扩展卡尔曼滤波方法进行融合，得到准确的odom->car之间的坐标变换计算的坐标变换为odom->car，其中odom为三个里程计融合之后的坐标系，car为无人车的坐标系；
步骤4：通过多源融合系统2，该系统间歇性工作，只有在得到准确的GPS绝对位置信息时才会工作，将步骤三中得到的无人车当前位置L1和GPS置信度系统得到的绝对位置使用粒子滤波方法进行融合，进一步得到无人车的准确位置，弥补里程计系统的累计误差，计算的坐标变换为world->odom，发布无人车的累积误差补偿值为最终world->car之间的坐标变换为无人车的准确位姿，world为世界坐标系。
如图3所示，本专利所设计的激光里程计系统工作原理为：
采集当前帧与前一帧的点云数据；
(1)将当前帧数据根据初始位姿投影到参考帧坐标系；
(2)对当前帧的点，在前一帧中找到最近的两个点，计算旋转矩阵Rl和平移向量tl；
(3)对点云进行坐标转换，计算误差，剔除离群点；
(4)计算误差函数的迭代增量，不断迭代，直至误差小于我们设定的最终的阈值；
(5)输出计算得到的旋转矩阵Rl和平移向量tl，得到无人车的位姿变换
如图4所示，本专利所设计的视觉里程计系统工作原理为：
采集摄像头的视频流输入，在相机t和t+1时刻获得的图像I和I+1，以及相机的内参
(1)对采集到的两帧图片I和I+1进行去畸变处理；
(2)通过FAST算法对图像I进行特征检测，通过KLT算法跟踪这些特征到图像I+1中，如果跟踪特征全部丢失或特征数小于某个阈值，则重新进行特征检测；
(3)通过RANSAC算法来估计两幅图像的本质矩阵；
(4)通过计算的本质矩阵来估计两帧图像间的旋转矩阵R和平移向量t；
(5)对尺度信息进行估计，确定最终的旋转矩阵Rc和平移向量tc，得到无人车的位姿变换
本专利所设计的IMU里程计系统工作原理为：
(1)对六个状态量进行采集其中I表示IMU坐标系，G表示参考坐标系。IMU的姿态由旋转量和平移量GpI表示。前者为将任意向量从G坐标映射到I坐标的旋转量，用单位四元数表示；后者为IMU在G坐标系下的三维位置。GVI表示IMU在G坐标系下的平移速度。另外两个量bg和ba表示陀螺仪(角速度计)和加速度计的偏差bias。
(2)对线加速度进行两次积分可以得到位移，对角加速度两次积分可以得到方向变化，由此可以推算出目标的位姿变化。
式中fb和分别为线加速度测量值和角速度测量值，表示速度变化量，Δθk表示方向变化量。由此得到无人车的位姿变换
本专利所设计的GPS置信度系统工作原理为：
(1)采集当前能接收到的GPS卫星数量nGPS，对Qgps(GPS置信度)进行计算：
其中
LGPS为
其中δGPS设置为4以区别好的和不好的测量，a为常量1；这些值是我们判定GPS质量好坏的标准，以及最终赋予GPS提供的定位信息的权重，也就是置信度。
(2)如果Qgps接近0那么就认为此次测量信息误差较大，直接结束计算；如果Qgps接近1那么就认为此次测量信息准确，执行下一步操作。其将GPS的经纬度坐标转换为UTM坐标，然后再转换为机器人的世界坐标，原理如下：
其中θ和分别表示侧倾，俯仰和偏航。c和s分别表示余弦和正弦函数，xUTM0，yUTM0和zUTM0是采集到的第一个GPS位置的UTM坐标。在后续的任一时刻t，系统都会按照式(1)将GPS测量值转换为无人车的世界坐标(xworld,yworld,zworld)。
本专利所设计的多源融合系统1工作原理为：
(1)首先建立系统的预测模型Xk和观测模型Zk。
Xk＝f(Xk-1)+Wk-1
Zk＝h(Xk)+Vk
其中Xk是无人车在k时刻的系统状态向量，包括位姿，速度等，f是非线性状态的转换函数，Wk-1是过程噪声，这里假设它是正态分布的。Zk是在k时刻的测量量，h是非线性转换函数：包含有无人车的3D位置和3D方向。旋转角都是用欧拉角表示。
(2)根据视觉里程计系统计算的位姿变换IMU里程计系统计算的位姿变换对当前状态进行预测：
其中f是系统运动学模型,F是f的雅可比矩阵，估计误差P矩阵是通过F映射然后再加上过程误差矩阵Q而得来的。
(3)根据激光里程计系统计算的位姿变换对预测结果进行校正：
利用测量协方差矩阵R和计算出卡尔曼増益K，然后利用K可以更新状态向量和协方差矩阵。其中Xk融合出的odom->car之间的坐标变换
本专利所设计的多源融合系统2工作原理为：
(1)采集两个信息，一个是经过GPS置信度系统转换过的位置信息(xworld,yworld,zworld)及其置信度Qgps，一个是多源融合系统1发布的先验位置信息如果能够采集到GPS置信度系统信息就工作，否则不工作。
(2)随机生成一个粒子群，给予每个粒子给予三个特征——x,y，z轴坐标，如果是第一次运行则随机赋值，如果不是第一次运行则给上一时刻的估计值用矩阵存储N个粒子信息，其为N行3列的矩阵。在一个区域上生成服从均匀分布的粒子或服从高斯分布(正态分布)的粒子，另设一个矩阵用于存储粒子的权重
(3)预测下一个状态的粒子，按照我们采集到的多源融合系统1发布的先验位置信息作为运动模型，计算粒子运动的下一真实位置。
(4)更新，使用测量得到的GPS转换过的位置信息(xworld,yworld,zworld)来修正每个粒子的权值，保证与真实位置越接近的粒子获得的权值越大。
(5)重采样，预测正确概率越大的粒子给予的权重越大复制一部分权重高的粒子，同时去掉一部分权重低的粒子。
(6)计算估计，系统状态变量估计值通过粒子群的加权平均值的方法计算出最终的位置
本发明选取IMU信息提供一个较好的初始位姿以及重力方向，弥补了视觉里程计的尺度问题以及尺度漂移的固有缺陷；采用激光雷达的高精度信息与视觉里程计融合，降低了运动估计误差，提高系统鲁棒性；加入GPS绝对位置校正，进一步降低系统的累计误差。本方法能根据车辆真实的运动轨迹生成准确的定位信息，定位精度高，能实现室内外的无缝切换，增强了车辆在室内外环境定位的稳定性，鲁棒性强，适用于大场景的无人驾驶汽车的室内外定位。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种多源融合的无人车室内外定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：通过多传感器采集无人车当前的环境信息，包括摄像头采集的图像信息，激光雷达采集的三维点云信息，IMU采集的三轴加速度信息，以及GPS采集的经纬度信息；
S2：获取采集的环境信息，通过视觉里程计系统计算无人车的位姿变换通过激光里程计系统计算无人车的位姿变换通过IMU里程计系统计算无人车的位姿变换位姿变换中的六个量分别表示无人车的三轴坐标和三轴姿态，通过GPS置信度系统计算无人车的绝对位置(xworld,yworld,zworld)以及置信度Qgps；
S3：通过实时工作的第一多源融合系统，不间断的将IMU里程计系统，视觉里程计系统以及激光里程计系统估算的位置信息使用扩展卡尔曼滤波方法进行融合，得到准确的odom->car之间的坐标变换计算的坐标变换为odom->car，其中odom为三个里程计融合之后的坐标系，car为无人车的坐标系；
步骤4：在得到准确的GPS绝对位置信息时，通过间歇性工作的第二多源融合系统，将S3中得到的无人车当前位置L1和S2中GPS置信度系统得到的绝对位置使用粒子滤波方法进行融合，计算的坐标变换为world->odom，发布无人车的累积误差补偿值为最终world->car之间的坐标变换为无人车的准确位姿，world为世界坐标系。
2.根据权利要求1所述的多源融合的无人车室内外定位方法，其特征在于，激光里程计系统根据激光雷达采集的点云数据计算无人车的位姿变换具体为：
(1)将当前帧数据根据初始位姿投影到参考帧坐标系；
(2)对当前帧的点，在前一帧中找到最近的两个点，计算旋转矩阵Rl和平移向量tl；
(3)对点云进行坐标转换，计算误差，剔除离群点；
(4)计算误差函数的迭代增量，不断迭代，直至误差小于设定的最终的阈值；
(5)输出计算得到的旋转矩阵Rl和平移向量tl，得到无人车的位姿变换
3.根据权利要求1所述的多源融合的无人车室内外定位方法，其特征在于，视觉里程计系统根据摄像头采集的视频流输入计算无人车的位姿变换具体为：
(1)获取摄像头t和t+1时刻的图像I和I+1，以及摄像头的内部参数，并对采集到的两帧图像I和I+1进行去畸变处理；
(2)通过FAST算法对图像I进行特征检测，通过KLT算法跟踪这些特征到图像I+1中，如果跟踪特征全部丢失或特征数小于某个阈值，则重新进行特征检测；
(3)通过RANSAC算法来估计两幅图像的本质矩阵；
(4)通过计算的本质矩阵来估计两帧图像间的旋转矩阵R和平移向量t；
(5)对尺度信息进行估计，确定最终的旋转矩阵Rc和平移向量tc，得到无人车的位姿变换
4.根据权利要求1所述的多源融合的无人车室内外定位方法，其特征在于，IMU里程计系统根据IMU采集的三轴加速度信息计算无人车的位姿变换具体为：
(1)获取IMU采集的六个状态量，
其中I表示IMU坐标系，G表示参考坐标系；IMU的姿态由旋转量和平移量GpI表示；旋转量为将任意向量从G坐标映射到I坐标的旋转量，用单位四元数表示；平移量GpI为IMU在G坐标系下的三维位置；GVI表示IMU在G坐标系下的平移速度；另外两个量bg和ba表示陀螺仪和加速度计的偏差bias。
(2)对线加速度进行两次积分得到位移，对角加速度两次积分得到方向变化，由此推算出目标的位姿变化。
式中fb和分别为线加速度测量值和角速度测量值，表示速度变化量，Δθk表示方向变化量，由此得到无人车的位姿变换
5.根据权利要求1所述的多源融合的无人车室内外定位方法，其特征在于，GPS置信度系统根据GPS采集的经纬度信息计算无人车的绝对位置(xworld,yworld,zworld)以及置信度Qgps，具体为：
(1)采集当前能接收到的GPS卫星数量nGPS，对GPS置信度Qgps进行计算：
lk＝lk-1+LGPS+a
其中
LGPS为
其中δGPS设置为4，以区别好的和不好的测量，a为常量1。
(2)如果Qgps接近0那么就认为此次测量信息误差较大，直接结束计算；
如果Qgps接近1那么就认为此次测量信息准确，执行下一步操作；其将GPS的经纬度坐标转换为UTM坐标，然后再转换为机器人的世界坐标，原理如下：
其中θ和分别表示侧倾，俯仰和偏航，c和s分别表示余弦和正弦函数，xUTM0，yUTM0和zUTM0是采集到的第一个GPS位置的UTM坐标，在后续的任一时刻t，系统都会按照式(1)将GPS测量值转换为无人车的世界坐标(xworld,yworld,zworld)。
6.根据权利要求1所述的多源融合的无人车室内外定位方法，其特征在于，第一多源融合系统具体工作过程为：
(1)建立系统的预测模型Xk和观测模型Zk
Xk＝f(Xk-1)+Wk-1
Zk＝h(Xk)+Vk
其中Xk是无人车在k时刻的系统状态向量，包括位姿、速度，f是非线性状态的转换函数，Wk-1是过程噪声，呈正态分布，Zk是在k时刻的测量量，h是非线性转换函数，包含有无人车的3D位置和3D方向，旋转角都是用欧拉角表示；
(2)根据视觉里程计系统计算的位姿变换IMU里程计系统计算的位姿变换对当前状态进行预测：
其中f是系统运动学模型，F是f的雅可比矩阵，估计误差P矩阵是通过F映射然后再加上过程误差矩阵Q得到；
(3)根据激光里程计系统计算的位姿变换对预测结果进行校正：
利用测量协方差矩阵R和计算出卡尔曼増益K，然后利用卡尔曼増益K更新状态向量和协方差矩阵，其中Xk融合出的odom->car之间的坐标变换
7.根据权利要求1所述的多源融合的无人车室内外定位方法，其特征在于，第二多源融合系统具体工作过程为：
(1)采集两个信息，一个是经过GPS置信度系统转换过的位置信息(xworld,yworld,zworld)及其置信度Qgps，一个是第一多源融合系统发布的先验位置信息如果能够采集到GPS置信度系统信息就工作，否则不工作；
(2)随机生成一个粒子群，给予每个粒子给予三个特征——x，y，z轴坐标，如果是第一次运行则随机赋值，如果不是第一次运行则给上一时刻的估计值用矩阵存储N个粒子信息，其为N行3列的矩阵；在一个区域上生成服从均匀分布的粒子或服从高斯分布的粒子，另设一个矩阵用于存储粒子的权重；
(3)预测下一个状态的粒子，按照采集到的第一多源融合系统发布的先验位置信息作为运动模型，计算粒子运动的下一真实位置；
(4)更新，使用测量得到的GPS转换过的位置信息(xworld,yworld,zworld)来修正每个粒子的权值，保证与真实位置越接近的粒子获得的权值越大；
(5)重采样，预测正确概率越大的粒子给予的权重越大复制一部分权重高的粒子，同时去掉一部分权重低的粒子；
(6)计算估计，系统状态变量估计值通过粒子群的加权平均值的方法计算出最终的位置
8.一种多源融合的无人车室内外定位系统，其特征在于，包括：
感知层，包括摄像头、激光雷达、IMU、GPS，该感知层用于采集无人车当前的环境信息，包括摄像头采集的图像信息，激光雷达采集的三维点云信息，IMU采集的三轴加速度信息，以及GPS采集的经纬度信息；
决策层，包括视觉里程计系统、激光里程计系统、IMU里程计系统、第一多源融合系统和第二多源融合系统；
该决策层用于获取采集的环境信息，通过视觉里程计系统计算无人车的位姿变换通过激光里程计系统计算无人车的位姿变换通过IMU里程计系统计算无人车的位姿变换位姿变换中的六个量分别表示无人车的三轴坐标和三轴姿态，通过GPS置信度系统计算无人车的绝对位置(xworld,yworld,zworld)以及置信度Qgps；
通过实时工作的第一多源融合系统，不间断的将IMU里程计系统，视觉里程计系统以及激光里程计系统估算的位置信息使用扩展卡尔曼滤波方法进行融合，得到准确的odom->car之间的坐标变换计算的坐标变换为odom->car，其中odom为三个里程计融合之后的坐标系，car为无人车的坐标系；
在得到准确的GPS绝对位置信息时，通过间歇性工作的第二多源融合系统，将S3中得到的无人车当前位置L1和S2中GPS置信度系统得到的绝对位置使用粒子滤波方法进行融合，计算的坐标变换为world->odom，发布无人车的累积误差补偿值为最终world->car之间的坐标变换为无人车的准确位姿，world为世界坐标系。
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