基于激光雷達(dá)的同時(shí)定位與建圖方法研究.pdf

1、同時(shí)定位與建圖技術(shù)（Simultaneous Localization and Mapping, SLAM）是實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人在未知環(huán)境下自主定位的關(guān)鍵技術(shù)，其核心思想是利用已經(jīng)建立的地圖對(duì)機(jī)器人進(jìn)行定位，再根據(jù)新的定位信息增量式地建立環(huán)境地圖。針對(duì) SLAM中存在的計(jì)算復(fù)雜度高、濾波方法無(wú)法處理大范圍累積誤差等問(wèn)題，本文主要研究?jī)?nèi)容與成果如下：
　　1.對(duì)相關(guān)性掃描匹配（Correlative Scan Matching, CSM

2、）算法進(jìn)行了改進(jìn)。設(shè)計(jì)了一種基于局部搜索的改進(jìn)CSM算法，并在此基礎(chǔ)上以單線激光雷達(dá)作為輸入傳感器實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)環(huán)境SLAM系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)表明，該方法在室內(nèi)環(huán)境下能夠準(zhǔn)確地對(duì)機(jī)器人運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行建圖，并比基于模板匹配CSM的Karto-SLAM方法具有更好的實(shí)時(shí)性。
　　2.提出了一種基于高度值匹配的CSM算法。針對(duì)平坦室外環(huán)境中的定位與建圖問(wèn)題，將多線雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)作為輸入，設(shè)計(jì)了包含高度值信息的平面柵格地圖表示模型，并提出了一種基于高度值

3、匹配的CSM算法用于解決輸入數(shù)據(jù)與局部地圖的匹配問(wèn)題。通過(guò)校內(nèi)離線數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該算法的有效性，并討論數(shù)據(jù)丟幀對(duì)算法的影響。通過(guò)與 GPS數(shù)據(jù)對(duì)比，對(duì)基于高度值匹配的 CSM算法定位與建圖結(jié)果的誤差進(jìn)行了討論。
　　3.針對(duì)SLAM中存在的誤差累積問(wèn)題，研究了后端優(yōu)化方法在SLAM問(wèn)題中的應(yīng)用。通過(guò)位姿圖優(yōu)化（Pose Adjustment）方法和CSparse工具包的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了位姿圖的稀疏化存儲(chǔ)與自動(dòng)優(yōu)化，提高了建圖的精度。