基于车载激光雷达的封闭园区同时定位与建图研究
发布时间：2021-02-23 17:02
车辆的SLAM（同时定位与建图）技术是实现无人驾驶技术的基础环节。通过无人车的定位和环境地图的构建,使无人车在未知环境中安全行驶,完成指定任务。激光雷达性能稳定、受环境因素影响较小、距离信息精确,是构建环境地图的理想传感器。论文系统的阐明了激光雷达数据处理,SLAM前端运动估计,SLAM后端运动优化以及封闭园区环境地图的构建。主要研究内容如下:（1）对激光雷达数据进行预处理,解析激光雷达数据结构,将大量的点云数据以线的方式进行存储和调用。（2）对传统迭代最近点算法（ICP）进行改进,根据点集平滑度特征提取点和面特征点,分别建立点到线,点到面的约束方程,利用列文伯格-马夸尔特（Levenberg-Marquardt）方法进行帧间运动估计。（3）将已建立的点云地图进行立体网格划分,选取部分网格点云与当前帧点云进行降频的匹配和优化,在建立约束方程的过程中,构建由点集组成的协方差矩阵提高特征点匹配准确度。（4）利用点云地图构建八叉树三维栅格地图,实现更好地交互效果,为后续导航与路径规划等工作提供基础。（5）量化评价了不同尺寸的立体网格划分方案以及不同点集数量的协方差矩阵对建图结果的影响。采用最...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SLAM流程图
栅格
重庆大学硕士学位论文6况，激光点云地图就类似于直接表征法的地图表示；栅格地图是把环境划分成系列栅格，每个栅格表示是否被占据的概率（其表现形式如图1.2所示）；特征地图是用点、线、面等几何特征来表示环境信息；拓扑地图是把环境表示成结点和连接线的拓扑关系。（a）二维栅格地图（b）三维栅格地图图1.2栅格地图Fig.1.2Occupyinggridmap栅格地图的概念是由Elfes和Moravec在1985年首次提出[31]，基本思想是把环境划分了很多大小相同的网格，也称之为栅格。对每个栅格赋予一个属性值来表示它的状态，对于一个二维的栅格，用0、1来表示占据状态。根据环境的数据，假设该栅格有数据就表示为1，表明该栅格被占据，若没有数据就表示为0，表明该栅格未被占据。相较于二维栅格地图而言，三维栅格地图大体上是一致的，只是在每个栅格的属性上加入了高度信息，使得环境信息更加丰富。栅格地图的实现和维护都比较容易，但数据量大，搜索空间也比较大，效率相对较低。特征地图是由Smith,Cheesman,Durrant-whytels等学者提出[32]，其基本原理是将传感器采集的信息进行处理，整理出点、线、多边形等基本元素，将这些元素组合起来形成的地图就是特征地图，该地图可以为后续地图匹配也就是定位算法提供比较好的支持，可以保证匹配的速度和精度。拓扑地图由DedeogluG,MataricMJ,SukhatmeGS等学者在1999年提出[33]，在地图学中，拓扑地图属于统计地图，它主要是保证点与线相对位置关系一定正确，但是对于图形形状、面积、距离、方向等表示比较的抽象，其中像拐角、门、电梯这些环境中关键性位置在地图中就是地图中的结点，类似于走廊、过道之类的在地图中表示结点间的连接关系，它们组成地图中的边。如此一来省略了很多
【参考文献】：
期刊论文
[1]多无人机辅助定位信标的区域导航定位算法[J]. 许建新,熊智,陈明星,刘建业. 航空学报. 2018(10)
[2]智能网联汽车技术的发展现状及趋势[J]. 张翔,李智. 汽车与配件. 2018(08)
[3]移动机器人目标物体识别研究[J]. 许金波,杨晶东,韩太军. 软件导刊. 2018(01)
[4]基于单目视觉的同时定位与地图构建方法综述[J]. 刘浩敏,章国锋,鲍虎军. 计算机辅助设计与图形学学报. 2016(06)
[5]一种基于线性KD树的点云数据组织方法[J]. 陈茂霖,万幼川,田思忆,秦家鑫,卢维欣. 测绘通报. 2016(01)
[6]解约束方程组的列文伯格-马夸尔特算法[J]. 王贵峰,凌晨. 杭州电子科技大学学报. 2013(04)
[7]使用三维栅格地图的移动机器人路径规划[J]. 张彪,曹其新,王雯珊. 西安交通大学学报. 2013(10)
[8]三维点云ICP算法改进研究[J]. 周春艳,李勇,邹峥嵘. 计算机技术与发展. 2011(08)
[9]理想化最速下降法及其逼近实例[J]. 李鸿仪. 上海第二工业大学学报. 2011(01)
[10]基于kd树的多维索引在数据库中的运用[J]. 吴涵,杨克俭. 自动化技术与应用. 2007(09)
硕士论文
[1]基于RGB-D图像的移动机器人三维地图构建与导航系统研究与设计[D]. 舒凯翔.华南理工大学 2018
[2]基于图匹配的点云场景理解与重建[D]. 韩文静.西安电子科技大学 2017
[3]面向园区巡逻的单线激光雷达SLAM算法研究[D]. 任瑞科.国防科学技术大学 2016
[4]基于激光LIDAR的室外移动机器人三维定位与建图[D]. 韩明瑞.东南大学 2016
[5]基于3D激光点云的无人车城市环境SLAM问题研究[D]. 李玉.北京理工大学 2016
[6]基于协方差矩阵的目标跟踪方法[D]. 孙琦.黑龙江大学 2012
本文编号：3047924
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SLAM流程图
栅格
重庆大学硕士学位论文6况，激光点云地图就类似于直接表征法的地图表示；栅格地图是把环境划分成系列栅格，每个栅格表示是否被占据的概率（其表现形式如图1.2所示）；特征地图是用点、线、面等几何特征来表示环境信息；拓扑地图是把环境表示成结点和连接线的拓扑关系。（a）二维栅格地图（b）三维栅格地图图1.2栅格地图Fig.1.2Occupyinggridmap栅格地图的概念是由Elfes和Moravec在1985年首次提出[31]，基本思想是把环境划分了很多大小相同的网格，也称之为栅格。对每个栅格赋予一个属性值来表示它的状态，对于一个二维的栅格，用0、1来表示占据状态。根据环境的数据，假设该栅格有数据就表示为1，表明该栅格被占据，若没有数据就表示为0，表明该栅格未被占据。相较于二维栅格地图而言，三维栅格地图大体上是一致的，只是在每个栅格的属性上加入了高度信息，使得环境信息更加丰富。栅格地图的实现和维护都比较容易，但数据量大，搜索空间也比较大，效率相对较低。特征地图是由Smith,Cheesman,Durrant-whytels等学者提出[32]，其基本原理是将传感器采集的信息进行处理，整理出点、线、多边形等基本元素，将这些元素组合起来形成的地图就是特征地图，该地图可以为后续地图匹配也就是定位算法提供比较好的支持，可以保证匹配的速度和精度。拓扑地图由DedeogluG,MataricMJ,SukhatmeGS等学者在1999年提出[33]，在地图学中，拓扑地图属于统计地图，它主要是保证点与线相对位置关系一定正确，但是对于图形形状、面积、距离、方向等表示比较的抽象，其中像拐角、门、电梯这些环境中关键性位置在地图中就是地图中的结点，类似于走廊、过道之类的在地图中表示结点间的连接关系，它们组成地图中的边。如此一来省略了很多
【参考文献】：
期刊论文
[1]多无人机辅助定位信标的区域导航定位算法[J]. 许建新,熊智,陈明星,刘建业. 航空学报. 2018(10)
[2]智能网联汽车技术的发展现状及趋势[J]. 张翔,李智. 汽车与配件. 2018(08)
[3]移动机器人目标物体识别研究[J]. 许金波,杨晶东,韩太军. 软件导刊. 2018(01)
[4]基于单目视觉的同时定位与地图构建方法综述[J]. 刘浩敏,章国锋,鲍虎军. 计算机辅助设计与图形学学报. 2016(06)
[5]一种基于线性KD树的点云数据组织方法[J]. 陈茂霖,万幼川,田思忆,秦家鑫,卢维欣. 测绘通报. 2016(01)
[6]解约束方程组的列文伯格-马夸尔特算法[J]. 王贵峰,凌晨. 杭州电子科技大学学报. 2013(04)
[7]使用三维栅格地图的移动机器人路径规划[J]. 张彪,曹其新,王雯珊. 西安交通大学学报. 2013(10)
[8]三维点云ICP算法改进研究[J]. 周春艳,李勇,邹峥嵘. 计算机技术与发展. 2011(08)
[9]理想化最速下降法及其逼近实例[J]. 李鸿仪. 上海第二工业大学学报. 2011(01)
[10]基于kd树的多维索引在数据库中的运用[J]. 吴涵,杨克俭. 自动化技术与应用. 2007(09)
硕士论文
[1]基于RGB-D图像的移动机器人三维地图构建与导航系统研究与设计[D]. 舒凯翔.华南理工大学 2018
[2]基于图匹配的点云场景理解与重建[D]. 韩文静.西安电子科技大学 2017
[3]面向园区巡逻的单线激光雷达SLAM算法研究[D]. 任瑞科.国防科学技术大学 2016
[4]基于激光LIDAR的室外移动机器人三维定位与建图[D]. 韩明瑞.东南大学 2016
[5]基于3D激光点云的无人车城市环境SLAM问题研究[D]. 李玉.北京理工大学 2016
[6]基于协方差矩阵的目标跟踪方法[D]. 孙琦.黑龙江大学 2012
本文编号：3047924
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