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基于激光SLAM的室内移动测量系统研究与实现

王世琳  
【摘要】:室内工程图是消防救援的基本要素,在现实生活中常常出现图纸丢失的情况,给消防救援工作带来巨大挑战,因此研究智能化绘图对消防救援具有重要意义。针对采用传统方法进行室内勘测效率低下的问题,提出了基于激光SLAM的室内移动测量系统进行室内绘图。首先,室内移动测量系统进行建模,分别对移动测量系统的运动模型、激光雷达观测模型以及环境地图模型进行详细的理论分析与推导。其次,针对室内移动测量系统的传感器精度问题,运用基于线性最小二乘方法对里程计进行标定,同时运用基于里程计线性插值方法对激光雷达运动畸变进行去除,从而提高室内移动测量系统定位的准确性。然后,对Cartographer SLAM算法的原理进行分析,完成室内栅格地图构建。最后,对栅格地图图像进行图像预处理,采用细化算法获得室内栅格地图轮廓信息,将室内轮廓信息存储到链表中并消除轮廓奇异点,利用基于Hough变换检测识别链表中直线与圆,从而获取图元参数对应的矢量特征数据,采用DXF文件格式完成室内栅格地图矢量数据输出。本课题在基于Cartographer SLAM算法上,针对里程计存在位姿角度估计较差的问题,提出了基于EKF的里程计与IMU融合进行位姿估计,同时针对在运动过程中激光点云波动导致栅格地图边缘存在误差的问题,提出了将直线特征引入构建栅格地图中提高室内地图边缘清晰度,通过仿真实验对Cartographer算法与改进Cartographer算法进行验证。为了验证以上算法的有效性,自主搭载室内移动测量系统作为实验平台,在室内环境中对Cartographer算法与改进Cartographer算法构建的室内栅格地图进行对比分析,将改进的Cartographer算法得到的栅格地图进行自动矢量化输出。实验表明,在室内没有GPS信号下,基于激光SLAM的室内移动测量系统可以实时准确的获得室内地图。


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