激光雷达SLAM包括以下方案:
直接法,直接法的典型代表是ICP和NDT系列。ICP可以直接计算激光的位置和姿态,多帧可以形成联合优化。这种方案简单而有效,常用于激光雷达的多程对准。
基于特征匹配(LO),这种方案的典型代表是LOAM和随后的改进方案A-LOAM/F-LOAM。该方案通过寻找线、面特征和匹配特征来计算帧之间的姿态,并且可以对多个姿态进行BA优化。
多传感器融合方案。这一方案的典型代表是LIO-映射、LINS和LIO-萨姆。LIO映射算法借鉴了VINS-莫诺的前置积分和后端优化,前端视觉里程表改成了激光里程表。
基于网格,这个方案的代表是Google的开源制图学,在室内机器人定位方面有优势。
基于面板,这种方案的典型代表是suma。
基于语义信息,这种方案的典型代表是segmap和suma++。
高精度地图的制作包括语义信息提取(通常来自视觉,但也来自激光)、单向LIO(GNSS+IMU+DMI+激光雷达/视觉里程计)和多程对准。先说一下各部分的难点:
图像语义信息的提取。图像的语义信息包括车道线、杆状物体、标志、地面交通信号等。在高速场景下,物体遮挡少,物体检测准确率可达95%以上。在城市道路中,由于树木的遮挡(标志和杆状物体的遮挡)和车辆的遮挡(车道线和地面交通信号的遮挡),目前很难实现90%以上的检测。
点云语义信息提取。点云对于特殊材质(比如车道线)的反射率很高,基本上二分法可以解决很多问题。对于高速场景,车道线磨损不严重,语义信息容易提取。城市道路车道磨损严重,旧车道线干扰,难以提取90%以上的语义信息。
LIO。高精度采集车一般配备激光雷达、相机、imu、dmi、RTK,单向轨迹可采用多传感器融合。对于高速场景,建筑物遮挡较少,RTK信号较好,工后RTK精度可小于30cm(山区、隧道场景除外),自动化难度较大,与场景有关。
多遍融合它主要靠人眼分辨点云是否对齐。当然可以建立小规模的数据集进行评估,自动化率很低。
总的来说,目前很难实现高精度地图的自动化生产。主要原因是场景复杂,角点情况太多,绝对精度和相对精度难以满足要求。
综上所述,激光SLAM的直接法目前比较简单,可以用于激光里程计的多程对准或环路检测。目前工业界很少使用纯LO算法,一般采用多传感器融合的方案。毕竟用的是激光雷达,对于IMU这种传感器来说还不错。多传感器融合方案主要用于制作高精度地图。在自动驾驶领域,一般使用高精地图作为先验来定位,不会同时定位和地图。基于网格的可用于移动机器人。在室内环境中,网格假设大多是有效的。在室外场景中,NDT地图一般用来存储地图。基于语义信息和宁滨,人们对它了解不多,在工业界用的也不多。