激光与视觉结合的复杂环境6D同步定位与地图创建研究

同步定位与地图创建(Simultaneous Localization And Mapping-SLAM）主要解决定位出现误差，地图精度不高，或者定位和地图均未知的情况下，地图创建与导航定位问题，是计算机视觉、测绘、遥感等领域多年来一直研究的核心科学问题，在智能交通、搜索救援、应急减灾、月球火星探测、井下隧道监测等方面应用广泛。课题面向复杂环境和实际应用，结合激光与视觉，实时感知和解译三维环境，实现6D同步定位、导航与地图创建，生成连续一致的三维语义环境模型。通过重点研究1）激光数据与图像数据交叉整合；2）三维环境的实时感知与解译；3）实时连续的数据协同与定位；4）连续一致的三维语意地图创建与重新定位等四方面重点内容，构成一个完整的基于激光与视觉的复杂环境6DSLAM的理论和方法框架，并形成自主知识产权的相应软件。

同步定位与地图创建主要解决定位出现误差，地图精度不高，或者定位和地图均未知的地图创建与定位问题，是计算机视觉、测绘、遥感等领域直研究的核心科学问题。课题面向复杂环境和实际应用，结合激光与视觉，实现6D同步定位与地图创建。主要研究内容包括：1）研究面向6DSLAM应用的激光数据与图像数据交叉整合方法；2）研究面向6DSLAM应用的三维环境的实时感知与解译；3）研究基于激光与视觉的实时连续数据协同与定位；4）研究复杂动态环境中连续一致的三维语意地图创建与重新定位。. 在项目执行期间，根据任务书要求，项目取得了多项创新性研究成果：1）自主开发出“轻小型低成本自主移动地图构建系统（ASQ-6DMap）”，完成了从基础理论研究到适用新系统研发的飞跃；2）通过多传感器协同作业与控制、倾角仪和编码器的组合定位、多传感器时间软同步、多传感器数据实时融合模型、多传感器协同作业的误差传播模型、EKF-SLAM的数据协同与定位方法、数据融合的全局误差校正方法、移动地图构建系统视准轴误差自标定、面向对象的地面激光点云分类、激光数据与图像数据自动交叉配准、立体视觉渐进式地图构建等算法的创新性研究，形成了“激光与视觉结合的复杂环境6D同步定位与地图创建”完整的方法体系，有效地解决了无GPS辅助的同步定位与地图构建问题，并开发了相应的系统控制与数据处理软件；3）拓展了ASQ-6DMap自主移动地图构建系统功能，可同步获取激光、高光谱、多光谱数据，可支持机载、车载和船载，拓宽了项目研究成果的应用范围，可广泛用于环境监测、防灾减灾、城市管理、预警探测、维稳反恐等众多领域；4）通过项目科研成果在国家重大行业中的应用，创造性研发出超长时连续监测新技术、无人值守远程操控与远程定期维护新技术，首次研发出小型化、远距离、全天时、无人值守三维激光坝面形变监测系统，拓展了三维激光扫描技术的应用范围。. 项目完成了从系列化的理论研究成果到适用性新技术新系统自主研发的飞跃，并不断完善与拓展功能，扩大成果的应用范围。通过成果在国家重大行业中的应用，进一步凝练技术，开展创新研究，使研究成果为实际应用服务。项目达到了预期目标，超额完成计划，相关研究成果已经通过专家鉴定，获得了2013年北京市科技进步三等奖。