位姿确定方法、装置及存储介质和电子设备
阅读说明：本技术 位姿确定方法、装置及存储介质和电子设备 (Pose determination method and device, storage medium and electronic equipment ) 是由 孙晓峰 孔旗 张金凤 于 2021-08-06 设计创作，主要内容包括：本发明实施例提出位姿确定方法、装置及存储介质和电子设备。方法包括：实时计算采集每一激光点云帧时激光雷达传感器的初始绝对位姿；在采集到的每一激光点云帧中,进行搜索得到关键帧；以每个关键帧对应的激光雷达传感器的初始绝对位姿为其绝对位姿初始值,不断调整每个关键帧对应的激光雷达传感器的绝对位姿,使得所有第一帧云对对应的第一相对位姿残差、所有第二关键帧对对应的第二相对位姿残差以及所有第三关键帧对对应的第三相对位姿残差之和最小,从而得到每个关键帧对应的激光雷达传感器的最优绝对位姿。本发明实施例提高了激光雷达传感器的位姿的计算精度。(The embodiment of the invention provides a pose determining method, a pose determining device, a storage medium and electronic equipment. The method comprises the following steps: calculating the initial absolute pose of the laser radar sensor when each laser point cloud frame is acquired in real time; searching each collected laser point cloud frame to obtain a key frame; and continuously adjusting the absolute pose of the laser radar sensor corresponding to each key frame by taking the initial absolute pose of the laser radar sensor corresponding to each key frame as the initial absolute pose value of the laser radar sensor, so that the sum of first relative pose residuals corresponding to all the first frame clouds, second relative pose residuals corresponding to all the second key frames and third relative pose residuals corresponding to all the third key frames is minimum, and the optimal absolute pose of the laser radar sensor corresponding to each key frame is obtained. The embodiment of the invention improves the calculation precision of the pose of the laser radar sensor.)
技术领域
本发明涉及激光点云技术领域，尤其涉及位姿确定方法、装置及可读存储介质和电子设备。
背景技术
激光点云是由激光雷达传感器(LiDAR，Light Detection and Ranging)持续向场景目标发射激光束，并对反射回的激光信号进行检测和分析获取的点云数据。由于探测距离远、探测精度高、抗干扰能力强、对光照环境变化不敏感等优点，激光雷达传感器已大量部署于自动驾驶车辆，基于激光雷达的三维点云建图技术已成为自动驾驶相关领域的基础核心技术之一。
在静止状态下，一次激光扫描只能获取激光雷达传感器周边局部范围内的三维点云。为了构建大范围点云地图，需将激光雷达传感器装配到车辆、飞机等运动载体上进行持续扫描，并计算出激光雷达传感器每一时刻在全局坐标系下的三维位姿。最后，基于激光雷达传感器每一时刻在全局坐标系下的三维位姿，将每一时刻获取的局部点云数据进行全局投影与累积，得到覆盖整个场景的点云地图。
目前主要采用基于高精组合惯导的测绘建图方法，该方法需要在运动载体上搭载高精组合惯导(GNSS(全球导航卫星系统)+IMU(惯性导航单元))硬件设备，并基于差分定位与组合导航技术直接解算出激光雷达传感器在世界坐标系下的高精三维位姿，进而构建点云地图。
由于测绘建图的质量主要取决于组合惯导系统输出的激光雷达传感器的位姿精度，因此对GNSS信号的质量较为敏感。在树木茂盛、建筑物林立、桥隧遍布等GNSS信号遮挡或电磁干扰、多路径效应严重等弱GNSS信号区无法得到可靠的点云建图结果。
发明内容
本发明实施例提出位姿确定方法、装置及可读存储介质和电子设备，以提高激光雷达传感器的位姿的计算精度。
本发明实施例的技术方案是这样实现的：
一种位姿确定方法，该方法包括：
实时计算采集每一激光点云帧时激光雷达传感器的初始绝对位姿；
在采集到的所述每一激光点云帧中，进行搜索得到关键帧；
对于每一关键帧，在该关键帧的预设第一邻域内搜索强信号帧，将该关键帧的所有强信号帧组成局部子图，在该局部子图中搜索与该关键帧配准的激光点云，将该关键帧及与其配准的激光点云称为第一帧云对，将第一帧云对内的关键帧与激光点云之间的相对位姿称为第一相对位姿，将第一帧云对内的关键帧与激光点云配准时二者之间的相对位姿作为第一相对位姿约束；所述强信号帧为：在采集该激光点云帧时全球导航卫星系统GNSS信号强度值不小于预设信号强度阈值的帧；
将每两个相邻关键帧称为第二关键帧对，将第二关键帧对内两关键帧之间的相对位姿称为第二相对位姿，根据第二关键帧对内两关键帧分别对应的激光雷达传感器的初始绝对位姿，计算第二关键帧对内两关键帧之间的第二相对位姿约束；
将满足回环约束条件的每对关键帧称为第三关键帧对，将第三关键帧对内两关键帧之间的相对位姿称为第三相对位姿，根据第三关键帧对内两关键帧的帧间匹配度计算该两关键帧之间的第三相对位姿约束；
以每个关键帧对应的激光雷达传感器的初始绝对位姿为其绝对位姿初始值，不断调整每个关键帧对应的激光雷达传感器的绝对位姿，使得所有第一帧云对对应的第一相对位姿残差、所有第二关键帧对对应的第二相对位姿残差以及所有第三关键帧对对应的第三相对位姿残差之和最小，从而得到每个关键帧对应的激光雷达传感器的最优绝对位姿，其中，
第一帧云对对应的第一相对位姿残差用于衡量第一帧云对的第一相对位姿与第一相对位姿约束之间的差值，第二关键帧对对应的第二相对位姿残差用于衡量第二关键帧对的第二相对位姿与第二相对位姿约束之间的差值，第三关键帧对对应的第三相对位姿残差用于衡量第三关键帧对的第三相对位姿与第三相对位姿约束之间的差值。
所述实时计算采集每一激光点云帧时激光雷达传感器的初始绝对位姿包括：
采用基于GNSS+惯性导航单元IMU的测绘建图方法实时计算采集每一激光点云帧时激光雷达传感器的初始绝对位姿；其中，激光雷达传感器搭载在移动设备上并持续向场景目标发射激光束；
所述在采集到的所述每一激光点云帧中，进行搜索得到关键帧包括：
根据采集每一激光点云帧时的GNSS信号强度值，确定采集每一激光点云帧时激光雷达传感器的初始绝对位姿为弱信号位姿还是强信号位姿；
将每一组连续的弱信号位姿分别作为一个弱信号连通轨迹片段；
分别在每个弱信号连通轨迹片段对应的激光点云帧中，进行搜索得到所述关键帧。
所述根据采集每一激光点云帧时的GNSS信号强度值，确定采集每一激光点云帧时激光雷达传感器的初始绝对位姿为弱信号位姿还是强信号位姿，包括：
对于每一激光点云帧，若采集该帧时的GNSS信号强度值小于预设信号强度阈值，则采集该帧时激光雷达传感器的初始绝对位姿为弱信号位姿，否则为强信号位姿。
当确定出采集每一激光点云帧时激光雷达传感器的初始绝对位姿为弱信号位姿还是强信号位姿时，
设弱信号位姿的位姿信号标记为0，强信号位姿的位姿信号标记为1，
对于采集每一激光点云帧时激光雷达传感器的初始绝对位姿，计算位于该初始绝对位姿的预设第二领域内的所有初始绝对位姿的位姿信号标记的和，若该和值小于预设第一阈值，则最终确定该初始绝对位姿为弱信号位姿，否则，最终确定该初始绝对位姿为强信号位姿。
所述分别在每个弱信号连通轨迹片段对应的激光点云帧中，进行搜索得到所述关键帧，包括：
对于每个弱信号连通轨迹片段，获取该轨迹片段对应的所有激光点云帧；
按照获取的各激光点云帧在该轨迹片段上对应位置的从首到尾，对获取的所有激光点云帧按照从首到尾的方式进行排序；
将排在首位和末位的帧作为关键帧；
对于除了排在首位和末位的帧外的其他每一帧，若该帧与排在该帧前面且最近的关键帧之间的轨迹长度大于预设第二阈值，则将该帧作为关键帧；或者，若该帧与排在该帧前面且最近的关键帧之间的航偏角大于预设第三阈值，则将该帧作为关键帧。
所述在采集到的所述每一激光点云帧中，进行搜索得到关键帧之后，所述对于每一关键帧，在该关键帧的预设第一邻域内搜索强信号帧之前，进一步包括：
对于每一关键帧，在不与该关键帧位于同一弱信号连通轨迹片段内的所有关键帧中搜索满足如下第一条件和第二条件的关键帧，且，在与该关键帧位于同一弱信号连通轨迹片段内的所有关键帧中搜索满足如下第一条件、第二条件和第三条件的关键帧，且，将该关键帧与搜索到的每个关键帧分别作为满足回环约束条件的一关键帧对；
第一条件：激光雷达传感器在采集该两关键帧时的位置之间的欧式距离小于预设第四阈值；
第二条件：该两关键帧之间的帧间匹配度大于预设第五阈值；
第三条件：激光雷达传感器在采集该两关键帧时间隔的轨迹长度大于预设第六阈值。
所述将该关键帧与搜索到的每个关键帧分别作为满足回环约束条件的一关键帧对之后，进一步包括：
对于满足回环约束条件的每一关键帧对，若该关键帧对内的两关键帧分别对应不同的弱信号连通轨迹片段，则根据该两关键帧在弱信号连通轨迹片段内对应的点重合的原则，将该两关键帧对应的弱信号连通轨迹片段聚合成一弱信号连通轨迹片段子集。
所述对于每一关键帧，在该关键帧的预设第一邻域内搜索强信号帧，包括：
对于每一关键帧，在该关键帧对应的弱信号连通轨迹片段子集内，搜索位于该关键帧的预设第一邻域内的强信号帧；
所述将每两个相邻关键帧称为第二关键帧对，包括：
将位于同一弱信号连通轨迹片段子集内且相邻的两关键帧作为第二关键帧对。
所述得到每个关键帧对应的激光雷达传感器的最优绝对位姿之后，进一步包括：
对于每一第二关键帧对，根据该第二关键帧对内的两关键帧对应的激光雷达传感器的初始绝对位姿，计算该两关键帧的第一帧间匹配度；根据该第二关键帧对内的两关键帧对应的激光雷达传感器的最优绝对位姿，计算该两关键帧的第二帧间匹配度；
取第一帧间匹配度和第二帧间匹配度中的较大者，将较大者对应的该两关键帧之间的相对位姿作为新的第二相对位姿约束；
以每个关键帧对应的激光雷达传感器的最优绝对位姿为其绝对位姿初始值，不断调整每个关键帧对应的激光雷达传感器的绝对位姿，使得所有第一帧云对对应的第一相对位姿残差、所有第二关键帧对对应的第二相对位姿残差以及所有第三关键帧对对应的第三相对位姿残差之和最小，从而得到每个关键帧对应的激光雷达传感器的最终的最优绝对位姿，其中，
第一帧云对对应的第一相对位姿残差用于衡量第一帧云对的第一相对位姿与第一相对位姿约束之间的差值，第二关键帧对对应的第二相对位姿残差用于衡量第二关键帧对的第二相对位姿与新的第二相对位姿约束之间的差值，第三关键帧对对应的第三相对位姿残差用于衡量第三关键帧对的第三相对位姿与第三相对位姿约束之间的差值。
一种位姿确定装置，该装置包括：
初始绝对位姿计算模块，用于实时计算采集每一激光点云帧时激光雷达传感器的初始绝对位姿；
关键帧搜索模块，用于在采集到的所述每一激光点云帧中，进行搜索得到关键帧；
最优绝对位姿确定模块，用于：
对于每一关键帧，在该关键帧的预设第一邻域内搜索强信号帧，将该关键帧的所有强信号帧组成局部子图，在该局部子图中搜索与该关键帧配准的激光点云，将该关键帧及与其配准的激光点云称为第一帧云对，将第一帧云对内的关键帧与激光点云之间的相对位姿称为第一相对位姿，将第一帧云对内的关键帧与激光点云配准时二者之间的相对位姿作为第一相对位姿约束；所述强信号帧为：在采集该激光点云帧时GNSS信号强度值不小于预设信号强度阈值的帧；且，
将每两个相邻关键帧称为第二关键帧对，将第二关键帧对内两关键帧之间的相对位姿称为第二相对位姿，根据第二关键帧对内两关键帧分别对应的激光雷达传感器的初始绝对位姿，计算第二关键帧对内两关键帧之间的第二相对位姿约束；且，
将满足回环约束条件的每对关键帧称为第三关键帧对，将第三关键帧对内两关键帧之间的相对位姿称为第三相对位姿，根据第三关键帧对内两关键帧的帧间匹配度计算该两关键帧之间的第三相对位姿约束；且，
以每个关键帧对应的激光雷达传感器的初始绝对位姿为其绝对位姿初始值，不断调整每个关键帧对应的激光雷达传感器的绝对位姿，使得所有第一帧云对对应的第一相对位姿残差、所有第二关键帧对对应的第二相对位姿残差以及所有第三关键帧对对应的第三相对位姿残差之和最小，从而得到每个关键帧对应的激光雷达传感器的最优绝对位姿，其中，
第一帧云对对应的第一相对位姿残差用于衡量第一帧云对的第一相对位姿与第一相对位姿约束之间的差值，第二关键帧对对应的第二相对位姿残差用于衡量第二关键帧对的第二相对位姿与第二相对位姿约束之间的差值，第三关键帧对对应的第三相对位姿残差用于衡量第三关键帧对的第三相对位姿与第三相对位姿约束之间的差值。
一种非瞬时计算机可读存储介质，所述非瞬时计算机可读存储介质存储指令，所述指令在由处理器执行时使得所述处理器执行如上任一项所述的位姿确定方法的步骤。
一种电子设备，包括如上所述的非瞬时计算机可读存储介质、以及可访问所述非瞬时计算机可读存储介质的所述处理器。
本发明实施例中，将关键帧及与其配准的激光点云称为第一帧云对，将每两个相邻关键帧称为第二关键帧对，将满足回环约束条件的每对关键帧称为第三关键帧对，以每个关键帧对应的激光雷达传感器的初始绝对位姿为其绝对位姿初始值，不断调整每个关键帧对应的激光雷达传感器的绝对位姿，使得所有第一帧云对对应的第一相对位姿残差、所有第二关键帧对对应的第二相对位姿残差以及所有第三关键帧对对应的第三相对位姿残差之和最小，从而得到了每个关键帧对应的激光雷达传感器的最优绝对位姿，提高了激光雷达传感器的位姿计算精度，进而可提高最终的点云建图的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的位姿确定方法流程图；
图2为本发明实施例提供的7个弱信号连通轨迹片段被聚合为3个连通轨迹片段子集的示例图；
图3为本发明另一实施例提供的位姿确定方法流程图；
图4为本发明一实施例提供的位姿确定装置的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种电子设备的示例性结构示意图。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
下面以具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面几个具体实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
图1为本发明一实施例提供的位姿确定方法流程图，其具体步骤如下：
步骤101：实时计算采集每一激光点云帧时激光雷达传感器的初始绝对位姿。
具体地，采用基于GNSS+IMU的测绘建图方法实时计算采集每一激光点云帧时激光雷达传感器的初始绝对位姿；其中，激光雷达传感器搭载在移动设备上并持续向场景目标发射激光束。
即，采用基于GNSS+IMU的测绘建图方法实时计算出的采集每一激光点云帧时激光雷达传感器的绝对位姿就作为初始绝对位姿。
步骤102：在采集到的每一激光点云帧中，进行搜索得到关键帧。
步骤103：对于每一关键帧，在该关键帧的预设第一邻域内搜索强信号帧，将该关键帧的所有强信号帧组成局部子图，在该局部子图中搜索与该关键帧配准的激光点云，将该关键帧及与其配准的激光点云称为第一帧云对，将第一帧云对内的关键帧与激光点云之间的相对位姿称为第一相对位姿，将第一帧云对内的关键帧与激光点云配准时二者之间的相对位姿作为第一相对位姿约束；所述强信号帧为：在采集该激光点云帧时GNSS信号强度值不小于预设信号强度阈值的帧；其中，将与该关键帧配准的激光点云作为一虚拟关键帧。
由于激光点云配准算法为成熟算法，本实施例对其不作赘述。
每一第一帧云对都会对应一个第一相对位姿约束，每一第一帧云对都可计算出一第一相对位姿。
两个激光点云帧分别对应的激光雷达传感器的绝对位姿之间的差值构成了两个激光点云帧之间的相对位姿。其中，由于绝对位姿通常是由多个位置参数和多个姿态参数组成的，因此，将两个激光点云帧对应的多个位置参数的值和多个姿态参数的值对应相减，就可得到两个激光点云帧之间的相对位姿。
第一领域的半径可根据经验等确定，例如：在以采集该关键帧时激光雷达传感器的位置为圆心，以预设半径r为半径的圆内，搜索激光雷达传感器位于该圆内时所采集到的强信号帧。
步骤104：将每两个相邻关键帧称为第二关键帧对，将第二关键帧对内两关键帧之间的相对位姿称为第二相对位姿，根据第二关键帧对内两关键帧分别对应的激光雷达传感器的初始绝对位姿，计算第二关键帧对内两关键帧之间的第二相对位姿约束。
步骤105：将满足回环约束条件的每对关键帧称为第三关键帧对，将第三关键帧对内两关键帧之间的相对位姿称为第三相对位姿，根据第三关键帧对内两关键帧的帧间匹配度计算该两关键帧之间的第三相对位姿约束。
步骤106：以每个关键帧对应的激光雷达传感器的初始绝对位姿为其绝对位姿初始值，不断调整每个关键帧对应的激光雷达传感器的绝对位姿，使得所有第一帧云对对应的第一相对位姿残差、所有第二关键帧对对应的第二相对位姿残差以及所有第三关键帧对对应的第三相对位姿残差之和最小，从而得到每个关键帧对应的激光雷达传感器的最优绝对位姿，其中，
第一帧云对对应的第一相对位姿残差用于衡量第一帧云对的第一相对位姿与第一相对位姿约束之间的差值，第二关键帧对对应的第二相对位姿残差用于衡量第二关键帧对的第二相对位姿与第二相对位姿约束之间的差值，第三关键帧对对应的第三相对位姿残差用于衡量第三关键帧对的第三相对位姿与第三相对位姿约束之间的差值。
上述实施例中，将关键帧及与其配准的激光点云称为第一帧云对，将每两个相邻关键帧称为第二关键帧对，将满足回环约束条件的每对关键帧称为第三关键帧对，以每个关键帧对应的激光雷达传感器的初始绝对位姿为其绝对位姿初始值，不断调整每个关键帧对应的激光雷达传感器的绝对位姿，使得所有第一帧云对对应的第一相对位姿残差、所有第二关键帧对对应的第二相对位姿残差以及所有第三关键帧对对应的第三相对位姿残差之和最小，从而得到了每个关键帧对应的激光雷达传感器的最优绝对位姿，提高了激光雷达传感器的位姿计算精度，进而可提高最终的点云建图的精度。
一可选实施例中，步骤102中，在采集到的每一激光点云帧中，进行搜索得到关键帧，具体包括：根据采集每一激光点云帧时的GNSS信号强度值，确定采集每一激光点云帧时激光雷达传感器的初始绝对位姿为弱信号位姿还是强信号位姿；将每一组连续的弱信号位姿分别作为一个弱信号连通轨迹片段；分别在每个弱信号连通轨迹片段对应的激光点云帧中，进行搜索得到关键帧。
通过上述实施例，只在弱信号连通轨迹片段中搜索关键帧，从而之后只对弱信号帧进行位姿优化，不仅减少了计算复杂度，也在GNSS信号较弱时，能够提高激光雷达传感器的位姿计算精度。
一可选实施例中，根据采集每一激光点云帧时的GNSS信号强度值，确定采集每一激光点云帧时激光雷达传感器的初始绝对位姿为弱信号位姿还是强信号位姿，具体包括：对于每一激光点云帧，若采集该帧时的GNSS信号强度值小于预设信号强度阈值，则采集该帧时激光雷达传感器的初始绝对位姿为弱信号位姿，否则为强信号位姿。
对应地，将弱信号位姿对应的激光点云帧称为弱信号帧，将强信号位姿对应的激光点云帧称为强信号帧。
例如：设si为采集第i帧时的GNSS信号强度值，Li为采集第i帧时激光雷达传感器的初始绝对位姿对应的强、弱信号位姿的二值化标签，其中，1表示强信号位姿，0表示弱信号位姿，θs为预设信号强度阈值，则：
预设信号强度阈值的取值可根据经验等设定。
一可选实施例中，为了得到平滑、连续的弱信号连通轨迹片段，基于每帧的邻域内的各帧对应的强、弱信号位姿信息，对得到的各帧对应的强、弱信号位姿信息进行平滑低通滤波，具体如下：
当确定出采集每一激光点云帧时激光雷达传感器的初始绝对位姿为弱信号位姿还是强信号位姿时，设弱信号位姿的位姿信号标记为0，强信号位姿的位姿信号标记为1；对于采集每一激光点云帧时激光雷达传感器的初始绝对位姿，计算位于该初始绝对位姿的预设第二领域内的所有初始绝对位姿的位姿信号标记的和，若该和值小于预设第一阈值，则最终确定该初始绝对位姿为弱信号位姿，否则，最终确定该初始绝对位姿为强信号位姿。
第一阈值、第二邻域的半径的取值可根据经验等设定。
例如：设为平滑处理后的采集第i帧时激光雷达传感器的初始绝对位姿对应的强、弱信号位姿的二值化标签，n为预设邻域半径，φi为第i帧对应的邻域集合，且φi∈[i-n,i+n]。
n的取值可根据经验等设定。
一可选实施例中，分别在每个弱信号连通轨迹片段对应的激光点云帧中，进行搜索得到关键帧，具体包括：
对于每个弱信号连通轨迹片段，获取该轨迹片段对应的所有激光点云帧；按照获取的各激光点云帧在该轨迹片段上对应位置的从首到尾，对获取的所有激光点云帧按照从首到尾的方式进行排序；将排在首位和尾位的帧作为关键帧；对于除了排在首位和尾位的帧外的其他每一帧，若该帧与排在该帧前面且最近的关键帧之间的轨迹长度大于预设第二阈值，则将该帧作为关键帧；或者，若该帧与排在该帧前面且最近的关键帧之间的航偏角大于预设第三阈值，则将该帧作为关键帧。
第二阈值、第三阈值的取值可根据经验等设定。
一可选实施例中，为了消除弱信号连通轨迹片段内部因组合惯导帧间推位造成的累积误差，同时保障弱信号连通轨迹片段间重合区域点云成图结果的一致性，通过帧间匹配算法来建立关键帧间的回环约束，具体如下：
步骤102之后、步骤103之前，进一步包括：对于每一关键帧，在不与该关键帧位于同一弱信号连通轨迹片段内的所有关键帧中搜索满足如下第一条件和第二条件的关键帧，且，在与该关键帧位于同一弱信号连通轨迹片段内的所有关键帧中搜索满足如下第一条件、第二条件和第三条件的关键帧，且，将该关键帧与搜索到的每个关键帧分别作为满足回环约束条件的一关键帧对：
第一条件：激光雷达传感器在采集该两关键帧时的位置之间的欧式距离小于预设第四阈值；
第二条件：该两关键帧之间的帧间匹配度大于预设第五阈值；
第三条件：激光雷达传感器在采集该两关键帧时间隔的轨迹长度大于预设第六阈值。
第四阈值、第五阈值、第六阈值的取值可根据经验等设定。
一可选实施例中，在回环检测完成后，就建立了弱信号连通轨迹片段间重合区域内的关键帧之间的联系，进而可以通过关键帧之间的联系，建立弱信号连通轨迹片段间的关联，将空间上具有重合区域的弱信号连通轨迹片段聚合为连通轨迹片段子集。具体如下：
将该关键帧与搜索到的每个关键帧分别作为满足回环约束条件的一关键帧对之后，进一步包括：对于满足回环约束条件的每一关键帧对，若该关键帧对内的两关键帧分别对应不同的弱信号连通轨迹片段，则根据该两关键帧在弱信号连通轨迹片段内对应的点重合的原则，将该两关键帧对应的弱信号连通轨迹片段聚合成一弱信号连通轨迹片段子集。
图2给出了7个弱信号连通轨迹片段被聚合为3个弱信号连通轨迹片段子集的示例。
一可选实施例中，对于每一关键帧，在该关键帧的预设第一邻域内搜索强信号帧，包括：对于每一关键帧，在该关键帧对应的弱信号连通轨迹片段子集内，搜索位于该关键帧的预设第一邻域内的强信号帧；且，将每两个相邻关键帧称为第二关键帧对，包括：将位于同一弱信号连通轨迹片段子集内且相邻的两关键帧作为第二关键帧对。
一可选实施例中，为了降低因过弱信号导致的相邻帧间误差对最终点云成图精度的影响，本发明实施例在步骤106得到的各关键帧的最优绝对位姿基础上进行进一步的优化，具体如下：
步骤106之后，进一步包括：
对于每一第二关键帧对，根据该第二关键帧对内的两关键帧对应的激光雷达传感器的初始绝对位姿，计算该两关键帧的第一帧间匹配度；根据该第二关键帧对内的两关键帧对应的激光雷达传感器的最优绝对位姿，计算该两关键帧的第二帧间匹配度；
取第一帧间匹配度和第二帧间匹配度中的较大者，将较大者对应的该两关键帧之间的相对位姿作为新的第二相对位姿约束；
以每个关键帧对应的激光雷达传感器的最优绝对位姿为其绝对位姿初始值，不断调整每个关键帧对应的激光雷达传感器的绝对位姿，使得所有第一帧云对对应的第一相对位姿残差、所有第二关键帧对对应的第二相对位姿残差以及所有第三关键帧对对应的第三相对位姿残差之和最小，从而得到每个关键帧对应的激光雷达传感器的最终的最优绝对位姿，其中，
第一帧云对对应的第一相对位姿残差用于衡量第一帧云对的第一相对位姿与第一相对位姿约束之间的差值，第二关键帧对对应的第二相对位姿残差用于衡量第二关键帧对的第二相对位姿与第二相对位姿约束之间的差值，第三关键帧对对应的第三相对位姿残差用于衡量第三关键帧对的第三相对位姿与第三相对位姿约束之间的差值。
上述过程可以重复多次，以便得到各关键帧的精度更高的绝对位姿。
图3为本发明另一实施例提供的位姿确定方法流程图，其具体步骤如下：
步骤301：采用基于GNSS+IMU的测绘建图方法实时计算采集每一激光点云帧时激光雷达传感器的初始绝对位姿；其中，激光雷达传感器搭载在移动设备上并持续向场景目标发射激光束。
步骤302：根据采集每一激光点云帧时的GNSS信号强度值，确定采集每一激光点云帧时激光雷达传感器的初始绝对位姿为弱信号位姿还是强信号位姿。
步骤303：将每一组连续的弱信号位姿分别作为一个弱信号连通轨迹片段，分别在每个弱信号连通轨迹片段对应的激光点云帧中，搜索关键帧。
具体地，对于每个弱信号连通轨迹片段，获取该轨迹片段对应的所有激光点云帧；按照获取的各激光点云帧在该轨迹片段上对应位置的从首到尾，对获取的所有激光点云帧从首到尾进行排序；将排在首位和尾位的帧作为关键帧；对于除了排在首位和尾位的帧外的其他每一帧，若该帧与排在该帧前面且最近的关键帧之间的轨迹长度大于预设第二阈值，则将该帧作为关键帧；或者，若该帧与排在该帧前面且最近的关键帧之间的航偏角大于预设第三阈值，则将该帧作为关键帧。
步骤304：对于每一关键帧，在不与该关键帧位于同一弱信号连通轨迹片段内的所有关键帧中搜索满足如下第一条件和第二条件的关键帧，且，在与该关键帧位于同一弱信号连通轨迹片段内的所有关键帧中搜索满足如下第一条件、第二条件和第三条件的关键帧，且，将该关键帧与搜索到的每个关键帧分别作为满足回环约束条件的一关键帧对；
第一条件：激光雷达传感器在采集该两关键帧时的位置之间的欧式距离小于预设第四阈值；
第二条件：该两关键帧之间的帧间匹配度大于预设第五阈值；
第三条件：激光雷达传感器在采集该两关键帧时间隔的轨迹长度大于预设第六阈值。
步骤305：对于满足回环约束条件的每一关键帧对，若该关键帧对内的两关键帧分别对应不同的弱信号连通轨迹片段，则根据该两关键帧在弱信号连通轨迹片段内对应的点重合的原则，将该两关键帧对应的弱信号连通轨迹片段聚合成一弱信号连通轨迹片段子集。
步骤306：对于每一关键帧，在该关键帧对应的弱信号连通轨迹片段子集内，搜索位于该关键帧的预设第一邻域内的强信号帧；将该关键帧的所有强信号帧组成局部子图，在该局部子图中搜索与该关键帧配准的激光点云，将该关键帧及与其配准的激光点云称为第一帧云对，将第一帧云对内的关键帧与激光点云之间的相对位姿称为第一相对位姿，将第一帧云对内的关键帧与激光点云配准时二者之间的相对位姿作为第一相对位姿约束；其中，将与该关键帧配准的激光点云作为一虚拟关键帧。
步骤307：将位于同一弱信号连通轨迹片段子集内且相邻的两关键帧作为第二关键帧对，将第二关键帧对内两关键帧之间的相对位姿称为第二相对位姿，根据第二关键帧对内两关键帧分别对应的激光雷达传感器的初始绝对位姿，计算第二关键帧对内两关键帧之间的第二相对位姿约束。
根据第二关键帧对内两关键帧分别对应的激光雷达传感器的初始绝对位姿，计算第二关键帧对内两关键帧之间的相对位姿，该相对位姿即为第二相对位姿约束。
步骤308：将满足回环约束条件的每对关键帧称为第三关键帧对，将第三关键帧对内两关键帧之间的相对位姿称为第三相对位姿，根据第三关键帧对内两关键帧的帧间匹配度计算该两关键帧之间的第三相对位姿约束。
点云配准(Point Cloud Registration)指的是输入两幅点云Ps(source)和Pt(target)，输出一个变换矩阵T，使得变换后的源点云T(Ps)和目标点云T(Pt)的重合程度尽可能高。由于根据变换矩阵T可以直接分解得到两幅点云间的相对位姿，因此本发明实施例中，在步骤304的第二条件中涉及的“帧间匹配”、步骤306中涉及的“在该局部子图中搜索与该关键帧配准的激光点云”过程中均能够通过点云配准算法来分别得到第三相对位姿约束和第二相对位姿约束。
需要说明的是，在现有的已公开的点云配准算法中，基于ICP(Iterative ClosestPoint，迭代最近点)或GICP(Iterative Closest Point，广义迭代最近点)的方法、基于NDT(Normal Distribution Transform，正态分布变换)的方法、基于人工设计或机器学习提取到的特征匹配方法均适用于本发明。
步骤309：以每个关键帧对应的激光雷达传感器的初始绝对位姿为其绝对位姿初始值，不断调整每个关键帧对应的激光雷达传感器的绝对位姿，使得所有第一帧云对对应的第一相对位姿残差、所有第二关键帧对对应的第二相对位姿残差以及所有第三关键帧对对应的第三相对位姿残差之和最小，从而得到每个关键帧对应的激光雷达传感器的最优绝对位姿，其中，
第一帧云对对应的第一相对位姿残差用于衡量第一帧云对的第一相对位姿与第一相对位姿约束之间的差值，第二关键帧对对应的第二相对位姿残差用于衡量第二关键帧对的第二相对位姿与第二相对位姿约束之间的差值，第三关键帧对对应的第三相对位姿残差用于衡量第三关键帧对的第三相对位姿与第三相对位姿约束之间的差值。
例如：关键帧A、B为相邻关键帧，即为一第二关键帧对，分别以关键帧A、B对应的激光雷达传感器的初始绝对位姿为绝对位姿初始值，不断调整关键帧A、B对应的激光雷达传感器的绝对位姿，每调整一次，就能根据调整后的关键帧A、B对应的激光雷达传感器的绝对位姿计算出关键帧A、B之间的相对位姿，即关键帧A、B之间的第二相对位姿，再将该第二相对位姿与第二相对位姿约束进行残差计算，得到第二相对位姿残差。
所有第一帧云对对应的第一相对位姿残差、所有第二关键帧对对应的第二相对位姿残差以及所有第三关键帧对对应的第三相对位姿残差之和可采用如下公式表示：
F(X)＝EM(X)+EG(X)+EL(X) (3)
其中，X表示各关键帧对应的激光雷达传感器的初始绝对位姿的集合，EM(X)表示各第一帧云对对应的第一相对位姿残差之和，EG(X)表示各第二关键帧对对应的第二相对位姿残差之和，EL(X)表示各第三关键帧对对应的第三相对位姿残差之和。
EM(X)、EG(X)、EL(X)的表达式相同，以EM(X)为例：
其中，M为第一帧云对集合，i，j为任一第一帧云对内的关键帧和激光点云(可看作虚拟关键帧)的编号，Xi、Xj分别为第一帧云对内的关键帧i、激光点云j对应的绝对位姿向量；Ri,j为关键帧i、激光点云j之间的第一相对位姿约束向量；manifold()为流形转换函数，用于衡量关键帧i、激光点云j之间的第一相对位姿与第一相对位姿约束之间的差的函数，用于将关键帧i、激光点云j对应的绝对位姿向量和第一相对位姿约束向量转换为残差向量，manifold()的具体表达式可采用现有的成熟表达式；Ωi,j为信息矩阵，可根据经验设定；T为矩阵转置运算符，-1为矩阵求逆运算符。
可采用现有的Levenberg-Marquardt方法对式(3)求解，得到每个关键帧或每个激光点云(可看作虚拟关键帧)对应的激光雷达传感器的最优绝对位姿。
在得到每个关键帧对应的激光雷达传感器的最优绝对位姿后，以该最优绝对位姿替换对应帧的初始绝对位姿，从而得到所有激光点云帧对应的绝对位姿集合。此后，按照式(4)依次将原始激光点云帧集合ρ中的每一帧Li投影到世界坐标系，并累积各帧激光点云得到高精点云地图Q，其中，式中为第i帧激光点云对应的投影变换矩阵。
图4为本发明实施例提供的位姿确定装置的结构示意图，该装置主要包括：
初始绝对位姿计算模块41，用于实时计算采集每一激光点云帧时激光雷达传感器的初始绝对位姿。
具体地，可采用基于GNSS+IMU的测绘建图方法实时计算采集每一激光点云帧时激光雷达传感器的初始绝对位姿；其中，激光雷达传感器搭载在移动设备上并持续向场景目标发射激光束。
关键帧搜索模块42，用于在采集到的每一激光点云帧中，进行搜索得到关键帧。
最优绝对位姿确定模块43，用于：
对于每一关键帧，在该关键帧的预设第一邻域内搜索强信号帧，将该关键帧的所有强信号帧组成局部子图，在该局部子图中搜索与该关键帧配准的激光点云，将该关键帧及与其配准的激光点云称为第一帧云对，将第一帧云对内的关键帧与激光点云之间的相对位姿称为第一相对位姿，将第一帧云对内的关键帧与激光点云配准时二者之间的相对位姿作为第一相对位姿约束；所述强信号帧为：在采集该激光点云帧时GNSS信号强度值不小于预设信号强度阈值的帧；其中，将与该关键帧配准的激光点云作为一虚拟关键帧；且，
将每两个相邻关键帧称为第二关键帧对，将第二关键帧对内两关键帧之间的相对位姿称为第二相对位姿，根据第二关键帧对内两关键帧分别对应的激光雷达传感器的初始绝对位姿，计算第二关键帧对内两关键帧之间的第二相对位姿约束；且，
将满足回环约束条件的每对关键帧称为第三关键帧对，将第三关键帧对内两关键帧之间的相对位姿称为第三相对位姿，根据第三关键帧对内两关键帧的帧间匹配度计算该两关键帧之间的第三相对位姿约束；且，
以每个关键帧对应的激光雷达传感器的初始绝对位姿为其绝对位姿初始值，不断调整每个关键帧对应的激光雷达传感器的绝对位姿，使得所有第一帧云对对应的第一相对位姿残差、所有第二关键帧对对应的第二相对位姿残差以及所有第三关键帧对对应的第三相对位姿残差之和最小，从而得到每个关键帧对应的激光雷达传感器的最优绝对位姿，其中，
第一帧云对对应的第一相对位姿残差用于衡量第一帧云对的第一相对位姿与第一相对位姿约束之间的差值，第二关键帧对对应的第二相对位姿残差用于衡量第二关键帧对的第二相对位姿与第二相对位姿约束之间的差值，第三关键帧对对应的第三相对位姿残差用于衡量第三关键帧对的第三相对位姿与第三相对位姿约束之间的差值。
一可选实施例中，关键帧搜索模块42在采集到的每一激光点云帧中，进行搜索得到关键帧包括：根据采集每一激光点云帧时的GNSS信号强度值，确定采集每一激光点云帧时激光雷达传感器的初始绝对位姿为弱信号位姿还是强信号位姿；将每一组连续的弱信号位姿分别作为一个弱信号连通轨迹片段；分别在每个弱信号连通轨迹片段对应的激光点云帧中，进行搜索得到关键帧。
一可选实施例中，关键帧搜索模块42根据采集每一激光点云帧时的GNSS信号强度值，确定采集每一激光点云帧时激光雷达传感器的初始绝对位姿为弱信号位姿还是强信号位姿，包括：对于每一激光点云帧，若采集该帧时的GNSS信号强度值小于预设信号强度阈值，则采集该帧时激光雷达传感器的初始绝对位姿为弱信号位姿，否则为强信号位姿。
一可选实施例中，关键帧搜索模块42当确定出采集每一激光点云帧时激光雷达传感器的初始绝对位姿为弱信号位姿还是强信号位姿时，设弱信号位姿的位姿信号标记为0，强信号位姿的位姿信号标记为1，对于采集每一激光点云帧时激光雷达传感器的初始绝对位姿，计算位于该初始绝对位姿的预设第二领域内的所有初始绝对位姿的位姿信号标记的和，若该和值小于预设第一阈值，则最终确定该初始绝对位姿为弱信号位姿，否则，最终确定该初始绝对位姿为强信号位姿。
一可选实施例中，关键帧搜索模块42分别在每个弱信号连通轨迹片段对应的激光点云帧中，进行搜索得到关键帧，包括：对于每个弱信号连通轨迹片段，获取该轨迹片段对应的所有激光点云帧；按照获取的各激光点云帧在该轨迹片段上对应位置的从首到尾，对获取的所有激光点云帧按照从首到尾的方式进行排序；将排在首位和尾位的帧作为关键帧；对于除了排在首位和尾位的帧外的其他每一帧，若该帧与排在该帧前面且最近的关键帧之间的轨迹长度大于预设第二阈值，则将该帧作为关键帧；或者，若该帧与排在该帧前面且最近的关键帧之间的航偏角大于预设第三阈值，则将该帧作为关键帧。
一可选实施例中，该装置进一步包括：回环检测模块，用于对于每一关键帧，在不与该关键帧位于同一弱信号连通轨迹片段内的所有关键帧中搜索满足如下第一条件和第二条件的关键帧，且，在与该关键帧位于同一弱信号连通轨迹片段内的所有关键帧中搜索满足如下第一条件、第二条件和第三条件的关键帧，且，将该关键帧与搜索到的每个关键帧分别作为满足回环约束条件的一关键帧对；
第一条件：激光雷达传感器在采集该两关键帧时的位置之间的欧式距离小于预设第四阈值；
第二条件：该两关键帧之间的帧间匹配度大于预设第五阈值；
第三条件：激光雷达传感器在采集该两关键帧时间隔的轨迹长度大于预设第六阈值。
一可选实施例中，回环检测模块将该关键帧与搜索到的每个关键帧分别作为满足回环约束条件的一关键帧对之后，进一步包括：对于满足回环约束条件的每一关键帧对，若该关键帧对内的两关键帧分别对应不同的弱信号连通轨迹片段，则根据该两关键帧在弱信号连通轨迹片段内对应的点重合的原则，将该两关键帧对应的弱信号连通轨迹片段聚合成一弱信号连通轨迹片段子集。
一可选实施例中，最优绝对位姿确定模块43对于每一关键帧，在该关键帧的预设第一邻域内搜索强信号帧，包括：对于每一关键帧，在该关键帧对应的弱信号连通轨迹片段子集内，搜索位于该关键帧的预设第一邻域内的强信号帧；
最优绝对位姿确定模块43将每两个相邻关键帧称为第二关键帧对，包括：将位于同一弱信号连通轨迹片段子集内且相邻的两关键帧作为第二关键帧对。
一可选实施例中，最优绝对位姿确定模块43得到每个关键帧对应的激光雷达传感器的最优绝对位姿之后，进一步包括：
对于每一第二关键帧对，根据该第二关键帧对内的两关键帧对应的激光雷达传感器的初始绝对位姿，计算该两关键帧的第一帧间匹配度；根据该第二关键帧对内的两关键帧对应的激光雷达传感器的最优绝对位姿，计算该两关键帧的第二帧间匹配度；且，
取第一帧间匹配度和第二帧间匹配度中的较大者，将较大者对应的该两关键帧之间的相对位姿作为新的第二相对位姿约束；且，
以每个关键帧对应的激光雷达传感器的最优绝对位姿为其绝对位姿初始值，不断调整每个关键帧对应的激光雷达传感器的绝对位姿，使得所有第一帧云对对应的第一相对位姿残差、所有第二关键帧对对应的第二相对位姿残差以及所有第三关键帧对对应的第三相对位姿残差之和最小，从而得到每个关键帧对应的激光雷达传感器的最终的最优绝对位姿，其中，
第一帧云对对应的第一相对位姿残差用于衡量第一帧云对的第一相对位姿与第一相对位姿约束之间的差值，第二关键帧对对应的第二相对位姿残差用于衡量第二关键帧对的第二相对位姿与新的第二相对位姿约束之间的差值，第三关键帧对对应的第三相对位姿残差用于衡量第三关键帧对的第三相对位姿与第三相对位姿约束之间的差值。
本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储指令，所述指令在由处理器执行时可执行如上所述位姿确定方法中的步骤。实际应用中，所述的计算机可读介质可以是上述实施例各设备/装置/系统所包含的，也可以是单独存在，而未装配入该设备/装置/系统中。其中，在计算机可读存储介质中存储指令，其存储的指令在由处理器执行时可执行如上位姿确定方法中的步骤。
根据本申请公开的实施例，计算机可读存储介质可以是非易失性的计算机可读存储介质，例如可以包括但不限于：便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件，或者上述的任意合适的组合，但不用于限制本申请保护的范围。在本申请公开的实施例中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
如图5所示，本发明实施例还提供一种电子设备。如图5所示，其示出了本发明实施例所涉及的电子设备的结构示意图，具体来讲：
该电子设备可以包括一个或一个以上处理核心的处理器51、一个或一个以上计算机可读存储介质的存储器52以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序。在执行所述存储器52的程序时，可以实现上述位姿确定方法。
具体的，实际应用中，该电子设备还可以包括电源53、输入输出单元55等部件。本领域技术人员可以理解，图5中示出的电子设备的结构并不构成对该电子设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。其中：
处理器51是该电子设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个电子设备的各个部分，通过运行或执行存储在存储器52内的软件程序和/或模块，以及调用存储在存储器52内的数据，执行服务器的各种功能和处理数据，从而对该电子设备进行整体监控。
存储器52可用于存储软件程序以及模块，即上述计算机可读存储介质。处理器51通过运行存储在存储器52的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理。存储器52可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序等；存储数据区可存储根据服务器的使用所创建的数据等。此外，存储器52可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。相应地，存储器52还可以包括存储器控制器，以提供处理器51对存储器52的访问。
该电子设备还包括给各个部件供电的电源53，可以通过电源管理系统与处理器51逻辑相连，从而通过电源管理系统实现管理充电、放电、以及功耗管理等功能。电源53还可以包括一个或一个以上的直流或交流电源、再充电系统、电源故障检测电路、电源转换器或者逆变器、电源状态指示器等任意组件。
该电子设备还可包括输入输出单元54，该输入单元输出54可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与用户设置以及功能控制有关的键盘、鼠标、操作杆、光学或者轨迹球信号输入。该输入单元输出54还可以用于显示由用户输入的信息或提供给用户的信息以及各种图像用户接口，这些图形用户接口可以由图形、文本、图标、视频和其任意组合来构成。
本申请附图中的流程图和框图，示出了按照本申请公开的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或者代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应该注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同附图中所标准的顺序发生。例如，两个连接地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按照相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或者流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本申请中。特别地，在不脱离本申请精神和教导的情况下，本申请的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合，所有这些组合和/或结合均落入本申请公开的范围。
本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思路，并不用于限制本申请。对于本领域的技术人员来说，可以依据本发明的思路、精神和原则，在具体实施方式及应用范围上进行改变，其所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。