地下管网AR巡检滑动窗口一致性修正方法、装置及设备与流程

本技术涉及增强现实定位与空间配准，特别涉及一种地下管网ar巡检滑动窗口一致性修正方法、装置及设备。

背景技术：

1、在地下管网增强现（augmented reality，ar）实巡检场景中，头戴设备通常同时集成gnss/rtk全局定位与slam/视觉惯性里程计局部定位能力，两种定位源在坐标系对齐完成后进入持续运行状态。巡检作业往往需要沿管线长距离行走，行走距离可达数百米甚至数公里，设备需要在整个行走过程中保持虚拟管线模型与现实地理空间的稳定叠加。现有融合方案普遍采用固定频率单点对齐策略，即每收到一帧gps/rtk数据便将虚拟场景直接平移至该坐标点，或在位置与航向上做固定系数插值。这类方法在处理长距离连续行走时存在明显不足：随着行走距离增加，slam局部里程计的累积漂移逐步放大，而固定系数的航向修正既无法在起步阶段快速收敛朝向，也无法在长距离阶段有效利用一段路程上的位移矢量进行稳定的航向估计，导致虚拟模型随行走距离增长逐渐偏离真实地理方向，漂移量可达数十米级别，严重时导致管线标注完全脱离实际位置。因此，如何在起步阶段快速建立准确朝向，同时在长距离行走中持续抑制累积漂移，成为亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、基于此，本技术提供一种地下管网ar巡检滑动窗口一致性修正方法，其特征在于，包括：

2、基于滑动时间窗口内ar里程计位移与卫星定位位移的累计水平路程差值，通过比例容差与站定保护判定，确定定位数据的丢弃或放行，获得放行数据；

3、根据累积物理位移所决定的修正阶段，对所述放行数据通过全量起点矢量解算与定长滑动窗口矢量解算的分级策略，生成航向偏差；

4、根据ar相机的角速度状态、所述定长滑动窗口内平移轨迹的直线度指标及前进方向变化，对所述航向偏差的采纳及修正过程执行暂停、舍弃或重置。

5、可选的，所述基于滑动时间窗口内ar里程计位移与卫星定位位移的累计水平路程差值，通过比例容差与站定保护判定，确定定位数据的丢弃或放行，获得放行数据，包括：

6、可选的，所述根据累积物理位移所决定的修正阶段，对所述放行数据通过全量起点矢量解算与定长滑动窗口矢量解算的分级策略，生成航向偏差，包括：

7、根据预设的滑动时间窗口内最早有效rtk定位帧与当前有效rtk定位帧，计算ar天线局部坐标水平累计路程与gnss enu坐标水平累计路程；

8、根据所述ar天线局部坐标水平累计路程与最小评估距离的比较结果，以及所述gnss enu坐标水平累计路程与站定漂移阈值的比较结果，执行站定保护判定，当所述ar天线局部坐标水平累计路程小于所述最小评估距离且所述gnss enu坐标水平累计路程大于所述站定漂移阈值时，丢弃本帧；

9、根据所述ar天线局部坐标水平累计路程与所述gnss enu坐标水平累计路程的差值，以及基于比例系数与固定容差计算的动态阈值，执行比例容差判定，决定丢弃或放行本帧。

10、根据已通过粗滤的每一有效步对应的天线局部坐标位移，执行距离累加，得到累积物理位移；

11、根据所述累积物理位移与预设的第一位移阈值、第二位移阈值的比较结果，确定当前所处的修正阶段；

12、根据所确定的修正阶段，执行对应的矢量航向解算：当处于第一阶段或第二阶段时，根据起点到当前点的ar天线局部坐标矢量与enu坐标矢量，计算有向夹角作为航向偏差；

13、当处于第三阶段时，根据定长路程滑动窗口内最早样本与当前样本的ar天线局部坐标矢量与enu坐标矢量，计算有向夹角作为航向偏差；

14、所述计算有向夹角，设为所述ar天线局部坐标矢量，为所述enu坐标矢量，则有向夹角。

15、可选的，所述根据ar相机的角速度状态、所述定长滑动窗口内平移轨迹的直线度指标及前进方向变化，对所述航向偏差的采纳及修正过程执行暂停、舍弃或重置，包括：

16、根据ar相机偏航角速度经低通平滑后的值与预设角速度阈值的比较结果，执行对所述航向偏差修正过程的暂停；

17、根据所述定长路程滑动窗口内gnss位移矢量弦长与窗内累计路程的比值与预设直线度阈值的比较结果，执行对当前航向偏差的采纳或舍弃；

18、根据当前有效步的世界系位移矢量与上一段前进矢量的夹角与预设折返夹角阈值的比较结果，执行对所述定长路程滑动窗口的清空及所述修正阶段的重置。

19、可选的，所述当处于第三阶段时，根据定长路程滑动窗口内最早样本与当前样本的ar天线局部坐标矢量与enu坐标矢量，计算有向夹角作为航向偏差，包括：

20、根据存储每一有效步的ar天线局部坐标、enu坐标及步距的先进先出队列，构成所述定长路程滑动窗口；

21、根据所述队列内样本步距的累加值，执行与预设窗口长度的比较，当所述累加值超过所述预设窗口长度时，弹出队列最旧样本，使窗口内累计路程不超过所述预设窗口长度；

22、根据所述队列中最旧样本的ar天线局部坐标与当前样本的ar天线局部坐标构成所述ar天线局部坐标矢量，根据所述最旧样本的enu坐标与当前样本的enu坐标构成所述enu坐标矢量。

23、可选的，所述根据所述ar天线局部坐标水平累计路程与所述gnss enu坐标水平累计路程的差值，以及基于比例系数与固定容差计算的动态阈值，执行比例容差判定，决定丢弃或放行本帧，包括：

24、根据所述ar天线局部坐标水平累计路程与所述gnss enu坐标水平累计路程的差值，与由所述比例系数乘以所述两种水平累计路程中的较大值再加上所述固定容差所构成的动态阈值进行比较；

25、所述动态阈值，设为所述ar天线局部坐标水平累计路程，为所述gnss enu坐标水平累计路程，为所述比例系数，为所述固定容差，则动态阈值；

26、根据所述比较结果，执行对当前帧的丢弃或放行，当所述差值大于所述动态阈值时，丢弃本帧，否则放行本帧。

27、可选的，所述根据所述定长路程滑动窗口内gnss位移矢量弦长与窗内累计路程的比值与预设直线度阈值的比较结果，执行对当前航向偏差的采纳或舍弃，包括：

28、根据所述定长路程滑动窗口内最早样本与当前样本的enu坐标，计算gnss位移矢量的模，得到所述弦长；

29、根据所述定长路程滑动窗口内各有效步的步距之和，得到所述窗内累计路程；

30、根据所述弦长与所述窗内累计路程的比值，与所述预设直线度阈值进行比较，当所述比值小于所述预设直线度阈值时，舍弃计算得到的当前航向偏差；

31、所述比值，设所述弦长为，所述窗内累计路程为，则直线度指标。

32、本技术还提供一种地下管网ar巡检滑动窗口一致性修正装置，所述装置包括：

33、双源位移一致性粗滤模块，用于基于滑动时间窗口内ar里程计位移与卫星定位位移的累计水平路程差值，通过比例容差与站定保护判定，确定定位数据的丢弃或放行，获得放行数据；

34、分级矢量航向修正模块，用于根据累积物理位移所决定的修正阶段，对所述放行数据通过全量起点矢量解算与定长滑动窗口矢量解算的分级策略，生成航向偏差；

35、运动感知轨迹保护模块，用于根据ar相机的角速度状态、所述定长滑动窗口内平移轨迹的直线度指标及前进方向变化，对所述航向偏差的采纳及修正过程执行暂停、舍弃或重置。

36、可选的，所述分级矢量航向修正模块，还包括：

37、累积位移跟踪模块，用于根据已通过粗滤的每一有效步对应的天线局部坐标位移，执行距离累加，得到累积物理位移；

38、修正阶段切换模块，用于根据所述累积物理位移与预设的第一位移阈值、第二位移阈值的比较结果，确定当前所处的修正阶段；

39、阶段矢量航向解算模块，用于根据所确定的修正阶段，执行对应的矢量航向解算：当处于第一阶段或第二阶段时，根据起点到当前点的ar天线局部坐标矢量与enu坐标矢量，计算有向夹角作为航向偏差，当处于第三阶段时，根据定长路程滑动窗口内最早样本与当前样本的ar天线局部坐标矢量与enu坐标矢量，计算有向夹角作为航向偏差。

40、本技术还提供一种电子设备，其特征在于，用于实现任一所述的地下管网ar巡检滑动窗口一致性修正方法，包括：

41、处理器，用于先基于滑动时间窗口内ar里程计位移与卫星定位位移的累计水平路程差值，通过比例容差与站定保护判定获得放行数据，再根据累积物理位移所决定的修正阶段，对所述放行数据通过全量起点矢量解算与定长滑动窗口矢量解算的分级策略生成航向偏差，并结合ar相机的角速度状态、所述定长滑动窗口内平移轨迹的直线度指标及前进方向变化，对所述航向偏差的采纳及修正过程执行暂停、舍弃或重置；

42、存储器，用于存储所述滑动时间窗口内数据、定长路程滑动窗口队列数据、预设阈值参数及中间计算结果。

43、本技术的有益效果为：通过基于累积物理位移的分级修正策略，将全量起点矢量与定长滑窗矢量相结合，实现起步快速定向与长距离漂移的兼顾，并通过ar里程计位移与卫星定位位移的滑动窗口一致性粗滤，结合站定保护与比例容差判定，实现野值及站定跳点的有效过滤，以及通过基于角速度、直线度与折返检测的三重运动感知保护机制，在异常运动状态下暂停或重置修正过程，实现修正结果的稳定性与复杂行走场景的鲁棒性。