面向复杂室内环境的 MDF-ALC-SLAM 二维激光 SLAM 方法研究

《Applied Sciences》：Two-Dimensional LiDAR SLAM with Multi-Resolution Distance-Field Matching, Adaptive Keyframes, and Loop Closure

　　

摘要

在复杂室内环境中的二维激光SLAM探索与映射中，扫描匹配对初始姿态、误差累积以及冗余地图更新非常敏感。为了解决这些问题，本文提出了一种MDF-ALC-SLAM方法。首先，在前端构建了一个多分辨率距离场，并采用了从粗到细的扫描匹配策略来优化姿态估计方法。其次，该方法根据平移位移、旋转角度和匹配误差选择自适应的关键帧。再次，后端使用极坐标空间的几何描述符来搜索候选闭环，并在几何验证后进行姿态图优化，从而实现闭环检测和地图校正。最后，进行了离线重放仿真实验以及SIASUN智能公园的实物实验。离线实验使用了手动标注的参考位置和方向，轨迹偏差ATPE为0.042米，ATHE为1.54°，每帧的平均处理时间为68毫秒。现场实验进行了30次自动返回测试，并使用激光跟踪器来测量返回姿态。ATPE为0.053米，ATHE为1.94°；在RK3399平台上，该算法的每帧平均处理时间为73毫秒。现场返回误差反映了定位和运动控制共同作用下的系统性能，这并不等同于SLAM的整体轨迹定位误差。实验结果证明了所提方法的正确性和优越性。