新型激光雷达传感器实现同步定位和建图

国外研发了新型传感器实现激光雷达SLAM,他们不使用昂贵的GPS INS,但是他们使用激光雷达数据本身来排列东西,这称为同步定位和建图(SLAM)。

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  激光雷达(LiDAR),是一种可以安装在不同遥感平台上的激光探测、测距和定位系统。它集激光测距、惯性测量、高精度定位等技术于一体,通过记录单个激光信号从发射到接收被地物反射的能量所历经的时间,并根据信号发出瞬间由定位定姿系统(POS)测定的激光扫描系统的位置和姿态,可以计算出地物目标的三维坐标,并绘制地形图。

新型激光雷达传感器实现同步定位和建图(SLAM)

激光雷达测绘

  激光雷达技术的最佳用途之一是测绘。有了激光雷达,就有了周围一切的三维模型。激光雷达的工作原理与微波雷达相近,以激光做信号源,激光信号到达目标表面 ——树木、道路、桥梁和建筑物等,在上述目标表面产生后向散射,从而使一部分激光回波信号回到激光雷达的接收器。然后通过光电信号转换和信号处理,实现激光测距计算,即得到目标点测距。激光信号扫描目标物表面后,还可以得到目标物表面三维点的数据,用此数据进行三维成像处理后,我们就拥有了精确的三维目标模型数据(目标立体图)。

  制作一张3D地图所需要做的就是将在不同地方拍摄的激光雷达扫描序列对齐。但是,将它们排列起来的过程并不那么容易。如果激光雷达安装在移动的平台上,比如汽车上,便更加不容易。

新型激光雷达传感器实现同步定位和建图(SLAM)

3D地图

  过去,激光雷达制图依赖于激光扫描仪,比如高精度GPS惯性导航系统( INS)。利用GPS INS测量的位置和方位,可以将激光雷达点云对齐。现代GPS INS使用诸如带有实时运动学(RTK)校正信号的地面站等技术,GPSINS系统可以将位置精确到几厘米之内,而像手机等相对便宜的GPS精确距离可能有几十米,可见现在GPS INS系统要好得多,但是,好的GPS INS系统非常贵,通常要数万美元。

  面对这种现状,国外研发了新型传感器实现激光雷达SLAM,他们不使用昂贵的GPS INS,但是他们使用激光雷达数据本身来排列东西,这称为同步定位和建图(SLAM)。以前,计算机的速度还不够快,无法使用激光雷达数据可靠地运行SLAM,但是现在,随着SLAM技术和计算机硬件的发展,使激光雷达进行SLAM成为可能。

新型激光雷达传感器实现同步定位和建图(SLAM)

测量激光雷达数据如何排列

  SLAM的原则是,对传感器数据的最佳解释是最简单的解释,对传感器数据最简单的解释是发生在所有东西都对齐时。新型传感器取代了以软件为中心的测绘策略,避免了对高精度GPS系统、车轮里程表或昂贵陀螺仪的需求。此外,新型传感器多光束闪光激光雷达在同其他激光雷达产生相同数量点的情况下,价格更便宜,体积更轻便。这意味着,无论是无人机、汽车还是机器人,新型传感器的地图系统都可以快速经济地部署在任何平台上。

  同时,每个新型传感器都有一个内置惯性测量单元(IMU)。这是一种低成本的传感器,类似于每一部智能手机。虽然不如高精度INS精确,但仍然非常有用。

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