导航方法、装置、电子设备及介质与流程

本发明涉及导航，具体涉及一种导航方法、装置、电子设备及介质。

背景技术：

1、随着时代的发展与科技的进步，智能设备（例如机器人）已逐步融入大众的生活与工作，高效协助完成相关任务指令。但目前投入使用的机器人，大多仅能适配特定的任务，依托固定的地图，在固定点位之间完成点对点的移动，难以应对复杂多变的多楼层场景以及用户灵活多样的指令需求。

2、近几年，vln（vision-and-language navigation，视觉语言导航）技术的提出，有效改善了机器人对自然语言指令的理解与执行能力，在一定程度上提升了任务执行的灵活性。然而，当前vln技术多适用于单层家庭类简单室内环境，难以直接应用于办公楼宇、学校、商场等大型多层空间场景。而此类场景恰恰是服务机器人需求最为集中的场所，用户往往希望机器人能够自主理解并执行跨楼层、多样化的服务指令。同时，目前的跨楼层路径规划方法普遍存在效率低、精度差的问题，难以支撑机器人在大型多层建筑中的自主移动。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提供一种导航方法，以解决相关技术中的智能设备导航难以适配多楼层复杂场景、以及跨楼层路径规划效率低精度差的问题；目的之二在于提供一种导航装置；目的之三在于提供一种计算机可读存储介质；目的之四在于提供一种电子设备。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种导航方法，包括：响应于导航指令，获取目标设备所处场景的分层拓扑图以及目标设备的当前位置，其中，分层拓扑图包括多个拓扑节点，分层拓扑图用于表征多个拓扑节点之间的层级连接关系，且每个拓扑节点对应目标设备所处场景中的一个拓扑区域；基于导航指令的语义信息与每个拓扑节点的节点信息之间的相似度，生成目标设备所处场景的热值图，以及基于热值图确定目标设备的目标位置；基于分层拓扑图，通过预设锚点查找算法分别从目标位置对应的目标拓扑节点和当前位置对应的当前拓扑节点向上逐层追溯，以得到目标拓扑节点和当前拓扑节点在分层拓扑图中的共同父节点；基于目标位置、当前位置和共同父节点，确定目标导航路径，并控制目标设备沿目标导航路径移动至目标位置。

4、根据本技术的一个实施例，基于导航指令的语义信息与每个拓扑节点的节点信息之间的相似度，生成目标设备所处场景的热值图，包括：对导航指令的语义信息进行特征提取，以得到导航指令的第一特征向量；响应于第一特征向量包括第一指令类型，对每个拓扑节点的节点信息进行解析，以得到每个拓扑节点对应拓扑区域的栅格地图，其中，栅格地图包括多个栅格以及每个栅格的语义特征向量；分别计算第一特征向量与每个栅格的语义特征向量之间的第一相似度，并基于第一相似度对每个栅格进行热值赋值，以生成目标设备所处场景的热值图。

5、根据本技术的一个实施例，基于热值图确定目标设备的目标位置，包括：分别基于不同聚类数量对热值图进行聚类，以得到每个聚类数量对应的聚类结果，并基于聚类结果计算每个聚类数量对应的轮廓系数；将轮廓系数中的最大值对应的聚类数量确定为目标聚类数量；基于目标聚类数量，通过高斯混合模型对热值图进行拟合，以得到高斯分布区域以及高斯分布区域的中心点，其中，高斯分布区域的数量与目标聚类数量相同；基于高斯分布区域的数量和每个高斯分布区域的中心点，确定目标位置。

6、根据本技术的一个实施例，基于高斯分布区域的数量和每个高斯分布区域的中心点，确定目标位置，包括：响应于高斯分布区域的数量为预设值，将高斯分布区域的中心点作为目标位置；响应于高斯分布区域的数量大于预设值，分别计算每个高斯分布区域的中心点与目标设备的当前位置之间的距离，将距离最小的中心点作为目标位置。

7、根据本技术的一个实施例，基于导航指令的语义信息与每个拓扑节点的节点信息之间的相似度，生成目标设备所处场景的热值图，还包括：响应于第一特征向量包括第二指令类型，对每个拓扑节点的节点信息进行解析，以得到每个拓扑节点对应拓扑区域的区域标识特征向量；分别计算第一特征向量与每个拓扑节点对应拓扑区域的区域标识特征向量之间的第二相似度，并基于第二相似度对每个栅格进行热值赋值，以生成目标设备所处场景的热值图。

8、根据本技术的一个实施例，基于目标位置、当前位置和共同父节点，确定目标导航路径，包括：以当前位置为起始点，按共同父节点至目标位置的方向顺序提取路径点序列，并基于路径点序列中的相邻路径点确定多个连续的规划路段；基于每个规划路段对应区域的栅格地图，采用预设路径规划算法，确定每个规划路段的导航路径；将多个连续的规划路段的导航路径进行整合，以得到目标导航路径。

9、根据本技术的一个实施例，获取目标设备所处场景的分层拓扑图，包括：获取目标设备所处场景的点云数据，并基于点云数据生成目标设备所处场景的拓扑结构；对拓扑结构进行分区处理以得到多个拓扑区域，并确定每个拓扑区域的类型；基于每个拓扑区域的类型、门体坐标和预设树状层级关系，构建分层拓扑图。

10、根据本技术的一个实施例，基于点云数据生成目标设备所处场景的拓扑结构，包括：基于点云数据中点云的高度值，采用预设聚类算法对点云进行聚类以得到多个点云簇；通过统计每个点云簇的高度分布，以得到每个点云簇的高度峰值和密度；根据预设排序策略对密度大于预设密度阈值所对应的高度峰值进行排序，并基于相邻高度峰值之间的间隔和预设楼层高度，对点云进行分割，以得到目标设备所处场景的每个楼层的点云数据；分别从每个楼层的点云数据中，提取每个楼层的垂直结构点云；将垂直结构点云去除高度值，以得到对应楼层的平面结构点云；基于预设轮廓提取算法从平面结构点云中提取外轮廓边界点，并基于预设拟合算法对外轮廓边界点进行直线拟合，以生成每个楼层的墙体轮廓线；分别将每个楼层的墙体轮廓线进行围合，以得到目标设备所处场景的拓扑结构。

11、根据本技术的一个实施例，分层拓扑图中的父节点包括目标设备所处场景的电梯。

12、一种导航装置，包括：获取模块，用于响应于导航指令，获取目标设备所处场景的分层拓扑图以及目标设备的当前位置，其中，分层拓扑图包括多个拓扑节点，分层拓扑图用于表征多个拓扑节点之间的层级连接关系，且每个拓扑节点对应目标设备所处场景中的一个拓扑区域；生成模块，用于基于导航指令的语义信息与每个拓扑节点的节点信息之间的相似度，生成目标设备所处场景的热值图；第一确定模块，用于基于热值图确定目标设备的目标位置；追溯模块，用于基于分层拓扑图，通过预设锚点查找算法分别从目标位置对应的目标拓扑节点和当前位置对应的当前拓扑节点向上逐层追溯，以得到目标拓扑节点和当前拓扑节点在分层拓扑图中的共同父节点；第二确定模块，用于基于目标位置、当前位置和共同父节点，确定目标导航路径；控制模块，用于控制目标设备沿目标导航路径移动至目标位置。

13、一种计算机可读存储介质，其上存储有导航程序，该导航程序被处理器执行时实现前述的导航方法。

14、一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并能够在处理器上运行的导航程序，处理器执行导航程序时，实现前述的导航方法。

15、本发明的有益效果：本技术通过获取目标场景的分层拓扑图，将多楼层场景抽象为多个拓扑节点及其层级连接关系，解决了智能设备导航难以适配多楼层复杂场景的问题；通过导航指令语义信息与各拓扑节点的节点信息的相似度匹配生成热值图并确定目标位置，使目标设备能够灵活理解多样化的自然语言指令，克服了传统设备仅能在固定点位间移动的局限；通过预设锚点查找算法从目标拓扑节点和当前拓扑节点向上逐层追溯共同父节点，跨楼层路径规划无需遍历底层栅格地图，仅通过少量节点的跳层查询即可快速确定目标导航路径，显著提升了跨楼层路径规划的效率和精度。