准确的自我和相对状态估计是完成群体任务的关键前提，例如协作自主探索，目标跟踪，搜索和救援。本文提出了一种全面分散的状态估计方法，用于空中群体系统，其中每个无人机执行精确的自我状态估计，通过无线通信交换自我状态和相互观察信息，并估算相对状态（W.R.T.）（W.R.T.）无人机，全部实时，仅基于激光惯性测量。提出了一种基于3D激光雷达的新型无人机检测，识别和跟踪方法，以获得队友无人机的观察。然后，将相互观察测量与IMU和LIDAR测量紧密耦合，以实时和准确地估计自我状态和相对状态。广泛的现实世界实验显示了对复杂场景的广泛适应性，包括被GPS贬低的场景，摄影机的退化场景（漆黑的夜晚）或激光雷达（面对单个墙）。与运动捕获系统提供的地面真相相比，结果显示了厘米级的定位精度，该精度优于单个无人机系统的其他最先进的激光惯性射测。

对于大多数LIDAR惯性进程，精确的初始状态，包括LiDAR和6轴IMU之间的时间偏移和外部转换，起着重要作用，通常被视为先决条件。但是，这种信息可能不会始终在定制的激光惯性系统中获得。在本文中，我们提出了liinit：一个完整​​的实时激光惯性系统初始化过程，该过程校准了激光雷达和imus之间的时间偏移和外部参数，以及通过对齐从激光雷达估计的状态来校准重力矢量和IMU偏置通过IMU测量的测量。我们将提出的方法实现为初始化模块，如果启用了，该模块会自动检测到收集的数据的激发程度并校准，即直接偏移，外部偏移，外部，重力向量和IMU偏置，然后是这样的。用作实时激光惯性射测系统的高质量初始状态值。用不同类型的LIDAR和LIDAR惯性组合进行的实验表明我们初始化方法的鲁棒性，适应性和效率。我们的LIDAR惯性初始化过程LIINIT和测试数据的实现在GitHub上开源，并集成到最先进的激光辐射射击轨道测定系统FastLiO2中。

去中心化的国家估计是GPS贬低的地区自动空中群体系统中最基本的组成部分之一，但它仍然是一个极具挑战性的研究主题。本文提出了Omni-swarm，一种分散的全向视觉惯性-UWB状态估计系统，用于解决这一研究利基市场。为了解决可观察性，复杂的初始化，准确性不足和缺乏全球一致性的问题，我们在Omni-warm中引入了全向感知前端。它由立体宽型摄像机和超宽带传感器，视觉惯性探测器，基于多无人机地图的本地化以及视觉无人机跟踪算法组成。前端的测量值与后端的基于图的优化融合在一起。所提出的方法可实现厘米级的相对状态估计精度，同时确保空中群中的全球一致性，这是实验结果证明的。此外，在没有任何外部设备的情况下，可以在全面的无人机间碰撞方面支持，表明全旋转的潜力是自动空中群的基础。

In recent years, aerial swarm technology has developed rapidly. In order to accomplish a fully autonomous aerial swarm, a key technology is decentralized and distributed collaborative SLAM (CSLAM) for aerial swarms, which estimates the relative pose and the consistent global trajectories. In this paper, we propose $D^2$SLAM: a decentralized and distributed ($D^2$) collaborative SLAM algorithm. This algorithm has high local accuracy and global consistency, and the distributed architecture allows it to scale up. $D^2$SLAM covers swarm state estimation in two scenarios: near-field state estimation for high real-time accuracy at close range and far-field state estimation for globally consistent trajectories estimation at the long-range between UAVs. Distributed optimization algorithms are adopted as the backend to achieve the $D^2$ goal. $D^2$SLAM is robust to transient loss of communication, network delays, and other factors. Thanks to the flexible architecture, $D^2$SLAM has the potential of applying in various scenarios.

基于视觉的相对本地化可以为空中群体的合作提供有效的反馈，并在以前的作品中得到了广泛的调查。但是，有限的视野（FOV）本身限制了其性能。要应对这个问题，这封信提出了一种新的分布式主动视觉相关的相对本地化框架，并将其应用于空中群中的形成控制。灵感来自鸟群本质上，我们设计了基于图形的注意力计划（GAP），以改善群体中活跃视觉的观察质量。然后，主动检测结果与来自超宽带（UWB）的板载测量和视觉惯性内径（VIO）融合，以获得实时相对位置，从而进一步改善了群体的形成控制性能。模拟和实验表明，所提出的主动视觉系统在估计和形成准确性方面优于固定视觉系统。

同时定位和映射（SLAM）对于自主机器人（例如自动驾驶汽车，自动无人机），3D映射系统和AR/VR应用至关重要。这项工作提出了一个新颖的LIDAR惯性 - 视觉融合框架，称为R $^3 $ LIVE ++，以实现强大而准确的状态估计，同时可以随时重建光线体图。 R $^3 $ LIVE ++由LIDAR惯性探针（LIO）和视觉惯性探测器（VIO）组成，均为实时运行。 LIO子系统利用从激光雷达的测量值重建几何结构（即3D点的位置），而VIO子系统同时从输入图像中同时恢复了几何结构的辐射信息。 r $^3 $ live ++是基于r $^3 $ live开发的，并通过考虑相机光度校准（例如，非线性响应功能和镜头渐滴）和相机的在线估计，进一步提高了本地化和映射的准确性和映射接触时间。我们对公共和私人数据集进行了更广泛的实验，以将我们提出的系统与其他最先进的SLAM系统进行比较。定量和定性结果表明，我们所提出的系统在准确性和鲁棒性方面对其他系统具有显着改善。此外，为了证明我们的工作的可扩展性，{我们基于重建的辐射图开发了多个应用程序，例如高动态范围（HDR）成像，虚拟环境探索和3D视频游戏。}最后，分享我们的发现和我们的发现和为社区做出贡献，我们在GitHub上公开提供代码，硬件设计和数据集：github.com/hku-mars/r3live

本文通过讨论参加了为期三年的SubT竞赛的六支球队的不同大满贯策略和成果，报道了地下大满贯的现状。特别是，本文有四个主要目标。首先，我们审查团队采用的算法，架构和系统；特别重点是以激光雷达以激光雷达为中心的SLAM解决方案（几乎所有竞争中所有团队的首选方法），异质的多机器人操作（包括空中机器人和地面机器人）和现实世界的地下操作（从存在需要处理严格的计算约束的晦涩之处）。我们不会回避讨论不同SubT SLAM系统背后的肮脏细节，这些系统通常会从技术论文中省略。其次，我们通过强调当前的SLAM系统的可能性以及我们认为与一些良好的系统工程有关的范围来讨论该领域的成熟度。第三，我们概述了我们认为是基本的开放问题，这些问题可能需要进一步的研究才能突破。最后，我们提供了在SubT挑战和相关工作期间生产的开源SLAM实现和数据集的列表，并构成了研究人员和从业人员的有用资源。

精确和实时轨道车辆本地化以及铁路环境监测对于铁路安全至关重要。在这封信中，我们提出了一种基于多激光器的同时定位和映射（SLAM）系统，用于铁路应用。我们的方法从测量开始预处理，以便去噪并同步多个LIDAR输入。根据LIDAR放置使用不同的帧到框架注册方法。此外，我们利用来自提取的轨道轨道的平面约束来提高系统精度。本地地图进一步与利用绝对位置测量的全局地图对齐。考虑到不可避免的金属磨损和螺杆松动，在手术期间唤醒了在线外在细化。在收集3000公里的数据集上广泛验证了所提出的方法。结果表明，所提出的系统与大规模环境的有效映射一起实现了精确且稳健的本地化。我们的系统已应用于运费交通铁路以监控任务。

我们提出了一种准确而坚固的多模态传感器融合框架，Metroloc，朝着最极端的场景之一，大规模地铁车辆本地化和映射。 Metroloc在以IMU为中心的状态估计器上构建，以较轻耦合的方法紧密地耦合光检测和测距（LIDAR），视觉和惯性信息。所提出的框架由三个子模块组成：IMU Odometry，LiDar - 惯性内径术（LIO）和视觉惯性内径（VIO）。 IMU被视为主要传感器，从LIO和VIO实现了从LIO和VIO的观察，以限制加速度计和陀螺仪偏差。与以前的点LIO方法相比，我们的方法通过将线路和平面特征引入运动估计来利用更多几何信息。 VIO还通过使用两条线和点来利用环境结构信息。我们所提出的方法在具有维护车辆的长期地铁环境中广泛测试。实验结果表明，该系统比使用实时性能的最先进的方法更准确和强大。此外，我们开发了一系列虚拟现实（VR）应用，以实现高效，经济，互动的轨道车辆状态和轨道基础设施监控，已经部署到室外测试铁路。

A monocular visual-inertial system (VINS), consisting of a camera and a low-cost inertial measurement unit (IMU), forms the minimum sensor suite for metric six degreesof-freedom (DOF) state estimation. However, the lack of direct distance measurement poses significant challenges in terms of IMU processing, estimator initialization, extrinsic calibration, and nonlinear optimization. In this work, we present VINS-Mono: a robust and versatile monocular visual-inertial state estimator. Our approach starts with a robust procedure for estimator initialization and failure recovery. A tightly-coupled, nonlinear optimization-based method is used to obtain high accuracy visual-inertial odometry by fusing pre-integrated IMU measurements and feature observations. A loop detection module, in combination with our tightly-coupled formulation, enables relocalization with minimum computation overhead. We additionally perform four degrees-of-freedom pose graph optimization to enforce global consistency. We validate the performance of our system on public datasets and real-world experiments and compare against other state-of-the-art algorithms. We also perform onboard closed-loop autonomous flight on the MAV platform and port the algorithm to an iOS-based demonstration. We highlight that the proposed work is a reliable, complete, and versatile system that is applicable for different applications that require high accuracy localization. We open source our implementations for both PCs 1 and iOS mobile devices 2 .

本文提出了一种新颖的方法，用于在具有复杂拓扑结构的地下领域的搜索和救援行动中自动合作。作为CTU-Cras-Norlab团队的一部分，拟议的系统在DARPA SubT决赛的虚拟轨道中排名第二。与专门为虚拟轨道开发的获奖解决方案相反，该建议的解决方案也被证明是在现实世界竞争极为严峻和狭窄的环境中飞行的机上实体无人机的强大系统。提出的方法可以使无缝模拟转移的无人机团队完全自主和分散的部署，并证明了其优于不同环境可飞行空间的移动UGV团队的优势。该论文的主要贡献存在于映射和导航管道中。映射方法采用新颖的地图表示形式 - 用于有效的风险意识长距离计划，面向覆盖范围和压缩的拓扑范围的LTVMAP领域，以允许在低频道通信下进行多机器人合作。这些表示形式与新的方法一起在导航中使用，以在一般的3D环境中可见性受限的知情搜索，而对环境结构没有任何假设，同时将深度探索与传感器覆盖的剥削保持平衡。所提出的解决方案还包括一条视觉感知管道，用于在没有专用GPU的情况下在5 Hz处进行四个RGB流中感兴趣的对象的板上检测和定位。除了参与DARPA SubT外，在定性和定量评估的各种环境中，在不同的环境中进行了广泛的实验验证，UAV系统的性能得到了支持。

我们提出了一种系统解决方案，以实现使用热图像和惯性测量的飞行机器人团队的数据效率，分散的状态估计。每个机器人可以独立飞行，并在可能的情况下交换数据以完善其状态估计。我们的系统前端应用在线光度校准以完善热图像，从而增强功能跟踪并放置识别。我们的系统后端使用协方差融合策略来忽略代理之间的互相关，以降低内存使用和计算成本。通信管道使用本地汇总的描述符（VLAD）的向量来构建需要较低带宽使用情况的请求响应策略。我们在合成数据和现实世界数据上测试我们的协作方法。我们的结果表明，相对于个人代理方法，该提出的方法最多可提高46％的轨迹估计，同时减少多达89％的通信交换。数据集和代码将发布给公众，扩展了已经发布的JPL XVIO库。

We propose a framework for tightly-coupled lidar inertial odometry via smoothing and mapping, LIO-SAM, that achieves highly accurate, real-time mobile robot trajectory estimation and map-building. LIO-SAM formulates lidar-inertial odometry atop a factor graph, allowing a multitude of relative and absolute measurements, including loop closures, to be incorporated from different sources as factors into the system. The estimated motion from inertial measurement unit (IMU) pre-integration de-skews point clouds and produces an initial guess for lidar odometry optimization. The obtained lidar odometry solution is used to estimate the bias of the IMU. To ensure high performance in real-time, we marginalize old lidar scans for pose optimization, rather than matching lidar scans to a global map. Scan-matching at a local scale instead of a global scale significantly improves the real-time performance of the system, as does the selective introduction of keyframes, and an efficient sliding window approach that registers a new keyframe to a fixed-size set of prior "sub-keyframes." The proposed method is extensively evaluated on datasets gathered from three platforms over various scales and environments.

在本文中，我们介绍了全球导航卫星系统（GNSS）辅助激光乐队 - 视觉惯性方案RAILTOMER-V，用于准确且坚固的铁路车辆本地化和映射。 Raillomer-V在因子图上制定，由两个子系统组成：辅助LiDar惯性系统（OLIS）和距离的内径综合视觉惯性系统（OVI）。两个子系统都利用了铁路上的典型几何结构。提取的轨道轨道的平面约束用于补充OLI中的旋转和垂直误差。此外，线特征和消失点被利用以限制卵巢中的旋转漂移。拟议的框架在800公里的数据集中广泛评估，聚集在一年以上的一般速度和高速铁路，日夜。利用各个传感器的所有测量的紧密耦合集成，我们的框架准确到了长期的任务，并且足够强大地避免了退行的情景（铁路隧道）。此外，可以使用车载计算机实现实时性能。

我们在本文中介绍Raillomer，实现实时准确和鲁棒的内径测量和轨道车辆的测绘。 Raillomer从两个Lidars，IMU，火车车程和全球导航卫星系统（GNSS）接收器接收测量。作为前端，来自IMU / Royomer缩放组的估计动作De-Skews DeSoised Point云并为框架到框架激光轨道测量产生初始猜测。作为后端，配制了基于滑动窗口的因子图以共同优化多模态信息。另外，我们利用来自提取的轨道轨道和结构外观描述符的平面约束，以进一步改善对重复结构的系统鲁棒性。为了确保全局常见和更少的模糊映射结果，我们开发了一种两级映射方法，首先以本地刻度执行扫描到地图，然后利用GNSS信息来注册模块。该方法在聚集的数据集上广泛评估了多次范围内的数据集，并且表明Raillomer即使在大或退化的环境中也能提供排入量级定位精度。我们还将Raillomer集成到互动列车状态和铁路监控系统原型设计中，已经部署到实验货量交通铁路。

Mohamed Bin Zayed国际机器人挑战（MBZIRC）2020为无人机（无人机）构成了不同的挑战。我们提供了四个量身定制的无人机，专门为MBZIRC的单独空中机器人任务开发，包括自定义硬件和软件组件。在挑战1中，使用高效率，车载对象检测管道进行目标UAV，以捕获来自目标UAV的球。第二个UAV使用类似的检测方法来查找和流行散落在整个竞技场的气球。对于挑战2，我们展示了一种能够自主空中操作的更大的无人机：从相机图像找到并跟踪砖。随后，将它们接近，挑选，运输并放在墙上。最后，在挑战3中，我们的UAV自动发现使用LIDAR和热敏摄像机的火灾。它用船上灭火器熄灭火灾。虽然每个机器人都具有任务特定的子系统，但所有无人机都依赖于为该特定和未来竞争开发的标准软件堆栈。我们介绍了我们最开源的软件解决方案，包括系统配置，监控，强大无线通信，高级控制和敏捷轨迹生成的工具。为了解决MBZirc 2020任务，我们在多个研究领域提出了机器视觉和轨迹生成的多个研究领域。我们介绍了我们的科学贡献，这些贡献构成了我们的算法和系统的基础，并分析了在阿布扎比的MBZIRC竞赛2020年的结果，我们的系统在大挑战中达到了第二名。此外，我们讨论了我们参与这种复杂的机器人挑战的经验教训。

尽管数十年来，同时定位和映射（SLAM）一直是一个积极的研究主题，但由于特征不足或其固有的估计漂移，在许多平民环境中，当前的最新方法仍然遭受不稳定或不准确性的困扰。为了解决这些问题，我们提出了一个梳理SLAM和先前基于图的本地化的导航系统。具体而言，我们考虑了线条和平面特征的其他集成，这些特征在平民环境中无处不在，在结构上更突出，以确保功能充足和本地化的鲁棒性。更重要的是，我们将一般的先验地图信息纳入SLAM以限制其漂移并提高准确性。为了避免在先前的信息和局部观察之间进行严格的关联，我们将先验知识的参数化为低维结构先验，定义为不同几何原始原始人之间的相对距离/角度。本地化被公式化为基于图的优化问题，其中包含基于滑动窗口的变量和因素，包括IMU，异质特征和结构先验。我们还得出了不同因素的雅各布人的分析表达式，以避免自动分化开销。为了进一步减轻结合结构先验因素的计算负担，根据所谓的信息增益采用了选择机制，以仅将最有效的结构先验纳入图表优化中。最后，对综合数据，公共数据集以及更重要的是，对所提出的框架进行了广泛的测试。结果表明，所提出的方案可以有效地提高平民应用中自动驾驶机器人的本地化的准确性和鲁棒性。

敏捷飞行或穿越不规则地形的激进运动会导致激光扫描中的运动失真，从而降低状态估计和映射。存在一些减轻这种效果的方法，但是对于资源受限的移动机器人来说，它们仍然太简单或计算成本高。为此，本文介绍了直接的激光惯性进程（DLIO），这是一种轻巧的激光惯性射击算法，采用新的粗到精细方法来构建连续的时间轨迹进行精确运动校正。我们方法的关键在于构建一组分析方程，这些方程仅通过时间来参数化，从而实现快速和可行的点。此方法之所以可行，仅仅是因为我们新颖的非线性几何观察者具有强大的收敛性能，该观察者提供了可证明正确的状态估计值来初始化敏感的IMU整合步骤。此外，通过同时执行运动校正和前期，并直接将每次扫描注册到地图并绕过扫描到扫描，DLIO的凝结体系结构在计算上的计算效率比当前最新的ART高20％精度提高12％。我们通过多种公共基准和自收集的数据集进行了广泛的测试，证明了DLIO的出色本地化精度，地图质量和较低的计算开销，与四种最先进的算法相比。

Ego-pose estimation and dynamic object tracking are two critical problems for autonomous driving systems. The solutions to these problems are generally based on their respective assumptions, \ie{the static world assumption for simultaneous localization and mapping (SLAM) and the accurate ego-pose assumption for object tracking}. However, these assumptions are challenging to hold in dynamic road scenarios, where SLAM and object tracking become closely correlated. Therefore, we propose DL-SLOT, a dynamic LiDAR SLAM and object tracking method, to simultaneously address these two coupled problems. This method integrates the state estimations of both the autonomous vehicle and the stationary and dynamic objects in the environment into a unified optimization framework. First, we used object detection to identify all points belonging to potentially dynamic objects. Subsequently, a LiDAR odometry was conducted using the filtered point cloud. Simultaneously, we proposed a sliding window-based object association method that accurately associates objects according to the historical trajectories of tracked objects. The ego-states and those of the stationary and dynamic objects are integrated into the sliding window-based collaborative graph optimization. The stationary objects are subsequently restored from the potentially dynamic object set. Finally, a global pose-graph is implemented to eliminate the accumulated error. Experiments on KITTI datasets demonstrate that our method achieves better accuracy than SLAM and object tracking baseline methods. This confirms that solving SLAM and object tracking simultaneously is mutually advantageous, dramatically improving the robustness and accuracy of SLAM and object tracking in dynamic road scenarios.

交付机器人旨在获得高精度以促进完全自主权。需要一个精确的人行行周围环境的三维点云图来估计自定位。有或没有循环结束方法，由于传感器漂移，较大的城市或城市地图映射后累积误差会逐渐增加。因此，使用漂移或错位的地图存在很高的风险。本文提出了一种融合GPS更新3D点云并消除累积错误的技术。提出的方法与其他现有方法显示了定量比较和定性评估的出色结果。