非结构化影响下欠约束激光惯性SLAM系统的精准建图方法
黄晨烜1
王雷2
1.煤炭科学研究总院,北京 1000132.煤炭科学研究总院,北京 100013;中煤科工机器人科技有限公司,广东 深圳 518035
摘要：井工煤矿现场条件对绝大多数基于激光惯性紧耦合的同步定位及建图系统(Simultaneous Loc-alization and Mapping,SLAM)欠约束,导致煤矿机器人对环境地图的测绘失败,进而使其难以直接进入作业一线.研究分析退化环境中导致里程计漂移的因素,揭示点云非结构化对里程计进入漂移状态的作用机理,提出非结构化的针对性检测方法和尘雾的滤波-插值两步降噪方法,构建基于非结构化状态描述因子的自适应紧耦合里程计.在由WHU-TLS公开数据集Tunnel场地逆向构建的测试环境中,每百米绝对位置误差的均方根误差(EAP-ERMS)约为 0.40 m、平均值(EAP-Mean)为 0.37 m,相对位置误差的均方根误差(ERP-ERMS)为 0.015 m、平均值(ERP-Mean)为 0.011 m,总体指标显著优于其他方法.针对挂载超宽带设备的工程化应用需求,采用非线性优化方法维护里程计全局位姿,基于因子图构建非结构化状态约束松弛的里程计因子、UWB(Ultra Wide Band)因子和回环因子.通过对全部因子进行并行全局优化,实现高精度的全局定位及建图.在具备UWB信号的千米级模拟巷道场地中,连续建图 EAP-ERMS为 1.48 m、EAP-Mean为 1.32 m,ERP-ERMS为 0.026 m、ERP-Mean为0.013 m.在国家能源集团寸草塔煤矿某巷 2 000 m长无回环的现场测试中,连续建图的EAP-ERMS为15.64 m,EAP-Mean为 14.53 m,ERP-ERMS为 0.198 m,ERP-Mean为 0.037 m,验证了系统的工程应用潜力.利用符合防爆要求的 16线激光雷达和 6轴IMU构建退化场景下精准建图的SLAM系统,对快速推广煤矿机器人的实际应用具有重要意义.
关键词：同步定位及建图非结构化欠约束因子图优化井工煤矿
分类号：TD67(矿山电工)TP242(自动化技术及设备)
资助基金：国家重点研发计划(2022YFB4703600)中煤科工集团科技创新基金面上资助项目(2024-MS003)辽宁省重点研发计划项目(2024JH2/102400022)
论文发表日期：2025-12-31
在线出版日期：2026-01-16（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：15( 226-240 )
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