一种手持式半球形视角激光雷达SLAM三维建图技术_杨红刚.pdf
《一种手持式半球形视角激光雷达SLAM三维建图技术_杨红刚.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《一种手持式半球形视角激光雷达SLAM三维建图技术_杨红刚.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、 年 第 期杨红刚:一种手持式半球形视角激光雷达 三维建图技术引文格式:杨红刚 一种手持式半球形视角激光雷达 三维建图技术 测绘通报,():一种手持式半球形视角激光雷达 三维建图技术杨红刚(中铁第四勘察设计院集团有限公司,湖北 武汉)摘要:针对室内外场景快速三维建图问题,本文提出了一种半球形视角激光雷达扫描同时定位与建图()方法,设计了集成半球形视角激光雷达和惯性测量单元的手持便携式三维激光扫描系统。首先,根据半球形视角激光雷达扫描线结构特征,对分割的地面点云降采样,减少垂直约束冗余。然后,对惯性测量单元()和降采样激光点云通过一个紧耦合迭代扩展卡尔曼滤波器()进行联合位姿估计。最后,使用因子
2、图增量式后端优化处理消除累积误差,提升点云地图精度。采用本文方法研发的原型系统对典型室内外场景进行建图试验,结果表明:本文方法绝对定位精度优于,相对定位精度优于.,在室内外一体化三维建图方面具有广阔应用前景。关键词:同时定位与建图;半球形视角激光雷达;因子图优化;手持式激光扫描系统;三维点云中图分类号:文献标识码:文章编号:()(,):,(),(),(),.:;近年来,小型三维激光雷达(,)传感器研发和生产技术的不断成熟为移动测量、导航及制图等应用提供了新的选择。常见的小型 可分为机械式、固态式和混合固态式三类,被广泛应用于自动驾驶领域。轻量化的背包式、手持式激光扫描系统通过对小型 和惯性测量
3、单元(,)等传感器的高度集成,有效弥补了机载、车载等大型激光扫描系统作业难度高、在中小型场景中适用性低等不足。手持式激光扫描系统体积小、重量轻、便携化程度高,只需一人手持即可完成数据采集工作,在复杂场景中具有更大的灵活度,已被广泛应用于三维测图、建筑建模及考古探测等领域。手持式激光扫描系统在室内场景中无法接收到准确有效的全球卫星导航系统(,)信号,受用户行走时快速且不规则抖动干扰,在短时间内产生剧烈的位姿变化。稳定且稳健的同时定位与建图(收稿日期:基金项目:国家重点研发计划()作者简介:杨红刚(),男,高级工程师,主要从事铁路勘测、工程测量技术研究及实践。:测 绘 通 报 年 第 期,)算法在
4、扫描系统自身定位与建图的 过 程 中 发 挥 着 重 要 作 用。()被认为是最经典的激光 方法,它根据局部平滑度从扫描线中提取边特征和面特征,通过联合优化点到边的距离和点到面的距离,估计自身运动状态。文献提出了(),通过加入地面点提取、点云分割及回环检测,有效提高了 精度。文献在 框架中融入 预积分模块,并借助因子图实现后端优化。文献借鉴文献中视觉与惯性观测数据的联合状态估计思想,用 中的特征提取替换视觉图像处理。文献采用迭代扩展卡尔曼滤波器减小线性化误差,有效降低了系统计算量。文献提出了(),使用增量 树维护地图,被视为目前最有效的三维激光 方法之一。当前 算法主要针对 、和 等多线激光扫
5、描设备,常见的手持激光扫描系统设计方案包括多线 水平安装、小视场角的 朝前安装。这两种扫描系统及其对应的 算法都忽略了在竖直方向上获取充足激光扫描点的重要性。若激光雷达移动速度太快,扫描帧之间重叠点数量较少,导致帧间匹配失效。针对这一问题,本文提出一种半球形视角激光雷达 方法,通过一个 半球形视场角激光雷达扩充竖直方向视角,扩大室内场景覆盖视野,根据半球形视角激光雷达的扫描线结构特征设计 方法,以期实现轻量级、可便携手持式的室内外场景三维建图。手持式半球形视角激光扫描 系统手持式半球形视角激光扫描 系统集成了一个九轴、一个半球形视角激光雷达、同步控制板、工业控制计算机及电源模块,如图 所示。图
6、 手持式半球形视角激光扫描 系统半球形视角激光雷达采用 设备,其具有 视场角的半球形激光雷达。在 的常规扫描频率下,可在 的扫描半径内获取点云。每帧点云包含 条呈同心圆分布的扫描线,每条扫描线包含最多 个扫描点。被安装在手持激光扫描系统正前方,可对用户前方的场景进行最大范围扫描。和 以严格的工业标准进行集成固定,它们之间的工业参数可为系统外参的估计提供初值。工控机内置一块四核八线程的英特尔 处理器,为 算法提供算力支持。采用一块大疆的 智能电池供电,在常规情况下续航超过 ,可以满足较大规模场景的数据采集和处理工作。半球形视角激光雷达 算法 算法流程如图 所示。首先对半球形 扫描点云进行地面点分
7、割和降采样;然后结合 信息,通过一个紧耦合迭代扩展卡尔曼滤波器进行状态估计;最后将自动检测到的回环约束加入因子图进行后端优化,构建出全局一致的三维点云地图。图 手持式半球形激光扫描系统 方法技术流程 年 第 期杨红刚:一种手持式半球形视角激光雷达 三维建图技术.地面分割与降采样高密度激光扫描点云会消耗较大计算资源,影响 定位与建图的实时性。在原始扫描点云中提取特征点是一种比较常见的解决方案,特征点的数目和质量直接影响 的精度。在多数场景(尤其是室外场景)中,半球形 扫描出的单帧点云中落在地面上的点占比较大。图 给出了典型场景下半球形 扫描出的单帧点云分布。如果不加分类地对单帧点云进行特征提取,
8、则会导致非地面特征点进一步减少。将地面点分割出来并对其进行降采样处理,保证单帧扫描点云空间分布更加均匀。现有的对单帧 点云进行地面分割的方法都是针对水平放置多线 设计的,不适用于本文半球形 扫描模式。因此,本文提出了一种专用于半球形 的地面分割方法。图 半球形 地面分割示意手持式半球形激光扫描系统正常作业时,设备正下方的扫描点会落在地面上。沿设备行进方向选取距离扫描中心最近的 条扫描线;在所选扫描线上,选取与设备正下方点的夹角小于 的点作为地面种子点(图 中绿色点)。使用主成分分析法对种子点集合的协方差矩阵进行特征值分解 ()式中,为 种 子 点 集 合 的 协 方 差 矩 阵;为由特征向量组
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 一种 手持 半球形 视角 激光雷达 SLAM 三维 技术 杨红刚
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。