基于背負(fù)式多激光系統(tǒng)的室內(nèi)二維與三維構(gòu)圖.pdf

1、近些年來(lái)，室內(nèi)移動(dòng)構(gòu)圖受到越來(lái)越多的關(guān)注，同時(shí)定位與地圖構(gòu)建問(wèn)題是室內(nèi)移動(dòng)構(gòu)圖中的一個(gè)重要問(wèn)題，通過(guò)同時(shí)定位與地圖構(gòu)建，可以獲得周圍環(huán)境的地圖和構(gòu)圖系統(tǒng)的自身定位，在室內(nèi)導(dǎo)航、虛擬現(xiàn)實(shí)、礦井環(huán)境探測(cè)等應(yīng)用中具有很高的應(yīng)用價(jià)值。由于室內(nèi)環(huán)境中存在過(guò)多干擾信息，加上樓房的遮擋，導(dǎo)致室內(nèi)構(gòu)圖系統(tǒng)無(wú)法使用GPS等設(shè)備來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)的絕對(duì)定位，所以在室內(nèi)環(huán)境中的同時(shí)定位與地圖構(gòu)建是一個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題。
　　本文搭建了一個(gè)基于背負(fù)式多激光設(shè)備的構(gòu)圖系統(tǒng)

2、，由“2D SLAM”模塊、“6-DOF位姿估計(jì)”模塊和“三維地圖構(gòu)建”模塊組成，解決了在室內(nèi)環(huán)境下的同時(shí)定位與地圖構(gòu)建問(wèn)題，最終獲得了室內(nèi)環(huán)境的二維和三維地圖?！?D SLAM”模塊利用二維激光雷達(dá)高精度、高分辨率的特點(diǎn)，采用RBPF-SLAM解決方案，構(gòu)建精確的二維柵格地圖并獲得構(gòu)圖系統(tǒng)在二維平面內(nèi)的3-DOF位姿信息;為獲得三維地圖的構(gòu)建過(guò)程中的六自由度（Six Degree Of Freedom，簡(jiǎn)稱6-DOF，包括構(gòu)圖系統(tǒng)在空

3、間中的位置x，y,z和在空間的三個(gè)角度橫滾，偏航，俯仰）來(lái)描述構(gòu)圖系統(tǒng)在空間中的位姿信息，“6-DOF位姿估計(jì)”模塊基于擴(kuò)展卡爾曼濾波（Extended Kalman Filter,簡(jiǎn)稱EKF）的方法將二維位姿和慣性測(cè)量單元（Inertial Measurement Unit，簡(jiǎn)稱IMU）得到的在三個(gè)方向的線加速度和三個(gè)角度的角加速度融合來(lái)得到構(gòu)圖系統(tǒng)在全局坐標(biāo)系的6-DOF位姿信息;“三維地圖構(gòu)建”模塊將6-DOF位姿信息引入配準(zhǔn)算法

4、，構(gòu)建信息豐富的三維點(diǎn)云地圖，通過(guò)閉環(huán)檢測(cè)并以g2o圖優(yōu)化器完成全局最優(yōu)化，最終生成全局一致的三維點(diǎn)云地圖。
　　本文構(gòu)建的背負(fù)式多激光構(gòu)圖系統(tǒng)對(duì)真實(shí)室內(nèi)場(chǎng)景進(jìn)行了掃描構(gòu)圖實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，在進(jìn)行大規(guī)模室內(nèi)場(chǎng)景測(cè)試時(shí)，本系統(tǒng)可以獲取兼具精確性和魯棒性的二維柵格地圖和三維點(diǎn)云地圖結(jié)果。另外，實(shí)驗(yàn)還表明構(gòu)圖系統(tǒng)使用的6-DOF位姿在三維點(diǎn)云地圖的構(gòu)建過(guò)程中具有較高的準(zhǔn)確度。最后，通過(guò)將系統(tǒng)構(gòu)建的三維點(diǎn)云地圖用于建筑物框架結(jié)構(gòu)提取和點(diǎn)云標(biāo)