在过去的几十年，光探测和测距（LIDAR）技术已被广泛研究作为自我定位与地图强大的替代方案。这些典型地接近状态自运动估计作为非线性优化问题取决于当前点云和地图之间建立的对应关系，无论其范围，局部或全局的。本文提出LiODOM，对于姿态估计和地图建设的新的激光雷达仅里程计和绘图方法中，基于最小化从一组加权点 - 线对应的衍生与本地地图损失函数从该组可用的抽象点云。此外，该工作场所特别强调赋予其快速数据关联的相关地图表示。为了有效地代表了环境，我们提出了一个数据结构与哈希方案相结合，可以快速进入地图的任何部分。 LiODOM通过在公共数据集的一组实验中，对于其媲美针对其它解决方案的装置验证。它的性能上，主板还报告了一个空中平台。

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.

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。

We propose a real-time method for odometry and mapping using range measurements from a 2-axis lidar moving in 6-DOF. The problem is hard because the range measurements are received at different times, and errors in motion estimation can cause mis-registration of the resulting point cloud. To date, coherent 3D maps can be built by off-line batch methods, often using loop closure to correct for drift over time. Our method achieves both low-drift and low-computational complexity without the need for high accuracy ranging or inertial measurements.The key idea in obtaining this level of performance is the division of the complex problem of simultaneous localization and mapping, which seeks to optimize a large number of variables simultaneously, by two algorithms. One algorithm performs odometry at a high frequency but low fidelity to estimate velocity of the lidar. Another algorithm runs at a frequency of an order of magnitude lower for fine matching and registration of the point cloud. Combination of the two algorithms allows the method to map in real-time. The method has been evaluated by a large set of experiments as well as on the KITTI odometry benchmark. The results indicate that the method can achieve accuracy at the level of state of the art offline batch methods.

This paper presents an accurate, highly efficient, and learning-free method for large-scale odometry estimation using spinning radar, empirically found to generalize well across very diverse environments -- outdoors, from urban to woodland, and indoors in warehouses and mines - without changing parameters. Our method integrates motion compensation within a sweep with one-to-many scan registration that minimizes distances between nearby oriented surface points and mitigates outliers with a robust loss function. Extending our previous approach CFEAR, we present an in-depth investigation on a wider range of data sets, quantifying the importance of filtering, resolution, registration cost and loss functions, keyframe history, and motion compensation. We present a new solving strategy and configuration that overcomes previous issues with sparsity and bias, and improves our state-of-the-art by 38%, thus, surprisingly, outperforming radar SLAM and approaching lidar SLAM. The most accurate configuration achieves 1.09% error at 5Hz on the Oxford benchmark, and the fastest achieves 1.79% error at 160Hz.

本文提出了一种有效的概率自适应体素映射方法，用于激光雷达的探光法。该地图是体素的集合；每个都包含一个平面（或边缘）功能，该特征可以实现环境的概率表示以及新的LIDAR扫描的准确配置。我们进一步分析了对粗到1的体素映射的需求，然后使用哈希表和动手组织的新型体素图来有效地构建和更新地图。我们将提出的体素图应用于迭代的扩展卡尔曼滤波器，并为姿势估计构建最大后验概率问题。与其他最先进的方法相比，开放Kitti数据集的实验显示了我们方法的高精度和效率。在具有非重复扫描激光雷达的非结构化环境上进行的室外实验进一步验证了我们的映射方法对不同环境和LIDAR扫描模式的适应性。我们的代码和数据集在GitHub上开源

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

在面对低纹理的场景时，视觉测距算法倾向于降解 - 从例如时。人造环境 - 往往难以找到足够数量的点特征。替代的几何视觉提示，例如可以在这些场景中找到的线，这可能会特别有用。此外，这些场景通常存在结构规律，例如并行性或正交性，并持有曼哈顿世界的假设。在这些场所，在这项工作中，我们介绍了MSC-VO，这是一个RGB-D基的视觉测量方法，它结合了点和线条特征和利用，如果存在，那些结构规律和场景的曼哈顿轴。在我们的方法中，这些结构约束最初用于精确地估计提取线的3D位置。这些约束也与估计的曼哈顿轴相结合，并通过本地地图优化将相机姿势改进的点和线路的重新注入误差。这种组合使我们的方法能够在不存在上述约束的情况下操作，允许该方法用于更广泛的方案。此外，我们提出了一种新颖的多视图曼哈顿轴估计程序，主要依赖于线特征。使用几个公共数据集进行评估MSC-VO，优于其他最先进的解决方案，并且即使使用一些SLAM方法也是有利的。

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。

传统的LIDAR射测（LO）系统主要利用从经过的环境获得的几何信息来注册激光扫描并估算Lidar Ego-Motion，而在动态或非结构化环境中可能不可靠。本文提出了Inten-loam，一种低饮用和健壮的激光镜和映射方法，该方法完全利用激光扫描的隐式信息（即几何，强度和时间特征）。扫描点被投影到圆柱形图像上，这些图像有助于促进各种特征的有效和适应性提取，即地面，梁，立面和反射器。我们提出了一种新型基于强度的点登记算法，并将其纳入LIDAR的探光仪，从而使LO系统能够使用几何和强度特征点共同估计LIDAR EGO-MOTION。为了消除动态对象的干扰，我们提出了一种基于时间的动态对象删除方法，以在MAP更新之前过滤它们。此外，使用与时间相关的体素网格滤波器组织并缩减了本地地图，以维持当前扫描和静态局部图之间的相似性。在模拟和实际数据集上进行了广泛的实验。结果表明，所提出的方法在正常驾驶方案中实现了类似或更高的精度W.R.T，在非结构化环境中，最先进的方法优于基于几何的LO。

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。

在这项研究中，我们提出了一种新型的视觉定位方法，以根据RGB摄像机的可视数据准确估计机器人在3D激光镜头内的六个自由度（6-DOF）姿势。使用基于先进的激光雷达的同时定位和映射（SLAM）算法，可获得3D地图，能够收集精确的稀疏图。将从相机图像中提取的功能与3D地图的点进行了比较，然后解决了几何优化问题，以实现精确的视觉定位。我们的方法允许使用配备昂贵激光雷达的侦察兵机器人一次 - 用于映射环境，并且仅使用RGB摄像头的多个操作机器人 - 执行任务任务，其本地化精度高于常见的基于相机的解决方案。该方法在Skolkovo科学技术研究所（Skoltech）收集的自定义数据集上进行了测试。在评估本地化准确性的过程中，我们设法达到了厘米级的准确性；中间翻译误差高达1.3厘米。仅使用相机实现的确切定位使使用自动移动机器人可以解决需要高度本地化精度的最复杂的任务。

LiDAR的探测法吸引了相当大的关注，作为在复杂的GNSS污染环境中运行的自主机器人的强大定位方法。但是，由于自动操作所需的板载计算和内存资源的局限性，在大规模环境中在异质平台上实现可靠和有效的性能仍然是一个挑战。在这项工作中，我们提出了实时地下3D映射的强大且计算效率的\ LIDAR ODOMETIRY系统。 Locus 2.0包括一个新型的基于正态的\ Morrell {广义迭代的最接近点（GICP）}公式，该公式会减少点云对齐的计算时间，这是一种自适应体素电网滤波器，可维持所需的计算负载，无论环境的几何形状和滑动方式如何 - 窗口地图方法界限内存消耗。所提出的方法被证明适合在严重的计算和记忆约束下部署在参与大规模探索的异质机器人平台上。我们展示了Locus 2.0，这是Costar团队进入DARPA地下挑战赛的关键要素，在各种地下场景中。我们将基因座2.0作为开源库，并在具有挑战性和大规模的地下环境中发布基于\激光雷达的Odometry数据集。该数据集在多种环境中具有腿部和轮式平台，包括雾，灰尘，黑暗和几何归化环境，总计$ 11〜h $运营以及$ 16〜公里的距离。

感知性挑战性环境中的现场机器人需要快速准确的状态估计，但现代LIDAR传感器迅速压倒电流算法算法。为此，本文介绍了一种轻质前端激光乐曲线液，具有一致和准确的本地化，用于计算限制的机器人平台。我们的直接激光探针内径（DLO）方法包括多个关键算法创新，该创新优先考虑计算效率并实现密集，最小预处理的点云，以实时提供准确的姿态估计。这是通过一种新型密钥帧系统来实现的，该系统还有效地管理历史地图信息，除了用于数据结构回收的快速点云登记的自定义迭代最近的点求解器之外。我们的方法更准确地具有比当前最先进的计算开销更准确，并且在空中和腿机器人的几个感知性挑战环境中广泛地评估了作为美国国家航空航天委员会队队的一部分是美国国家航空航天委员会的一部分的感知挑战性的环境，这是DARPA地铁的研究和开发工作的一部分挑战。

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。

循环结束是自动移动系统同时本地化和映射（SLAM）的基本组成部分。在视觉大满贯领域，单词袋（弓）在循环封闭方面取得了巨大的成功。循环搜索的弓特征也可以在随后的6-DOF环校正中使用。但是，对于3D激光雷达的猛击，最新方法可能无法实时识别循环，并且通常无法纠正完整的6-DOF回路姿势。为了解决这一限制，我们呈现了一袋新颖的单词，以实时循环在3D LIDAR大满贯中关闭，称为Bow3D。我们方法的新颖性在于，它不仅有效地识别了重新审视的环路，而且还实时纠正了完整的6型循环姿势。 BOW3D根据3D功能link3D构建单词袋，该链接有效，姿势不变，可用于准确的点对点匹配。我们将我们提出的方法嵌入了3D激光射击系统中，以评估循环闭合性能。我们在公共数据集上测试我们的方法，并将其与其他最先进的算法进行比较。在大多数情况下，BOW3D在F1 MAX和扩展精度分数方面表现出更好的性能，并具有出色的实时性能。值得注意的是，BOW3D平均需要50毫秒才能识别和纠正Kitti 00中的循环（包括4K+ 64射线激光扫描），当在使用Intel Core i7 @2.2 GHz处理器的笔记本上执行时。

Conventional sensor-based localization relies on high-precision maps, which are generally built using specialized mapping techniques involving high labor and computational costs. In the architectural, engineering and construction industry, Building Information Models (BIM) are available and can provide informative descriptions of environments. This paper explores an effective way to localize a mobile 3D LiDAR sensor on BIM-generated maps considering both geometric and semantic properties. First, original BIM elements are converted to semantically augmented point cloud maps using categories and locations. After that, a coarse-to-fine semantic localization is performed to align laser points to the map based on iterative closest point registration. The experimental results show that the semantic localization can track the pose successfully with only one LiDAR sensor, thus demonstrating the feasibility of the proposed mapping-free localization framework. The results also show that using semantic information can help reduce localization errors on BIM-generated maps.

农业行业不断寻求农业生产中涉及的不同过程的自动化，例如播种，收获和杂草控制。使用移动自主机器人执行这些任务引起了极大的兴趣。耕地面向同时定位和映射（SLAM）系统（移动机器人技术的关键）面临着艰巨的挑战，这是由于视觉上的难度，这是由于高度重复的场景而引起的。近年来，已经开发了几种视觉惯性遗传（VIO）和SLAM系统。事实证明，它们在室内和室外城市环境中具有很高的准确性。但是，在农业领域未正确评估它们。在这项工作中，我们从可耕地上的准确性和处理时间方面评估了最相关的最新VIO系统，以便更好地了解它们在这些环境中的行为。特别是，该评估是在我们的车轮机器人记录的大豆领域记录的传感器数据集中进行的，该田间被公开发行为Rosario数据集。评估表明，环境的高度重复性外观，崎terrain的地形产生的强振动以及由风引起的叶子的运动，暴露了当前最新的VIO和SLAM系统的局限性。我们分析了系统故障并突出观察到的缺点，包括初始化故障，跟踪损失和对IMU饱和的敏感性。最后，我们得出的结论是，即使某些系统（例如Orb-Slam3和S-MSCKF）在其他系统方面表现出良好的结果，但应采取更多改进，以使其在某些申请中的农业领域可靠，例如作物行的土壤耕作和农药喷涂。 。

激光射道是激光雷达同时定位和映射（SLAM）的重要部分之一。但是，现有的LiDAR探光法倾向于将新的扫描与以前的固定置扫描相匹配，并逐渐累积错误。此外，作为一种有效的关节优化机制，由于大规模全球地标的密集计算，捆绑捆绑调整（BA）不能直接引入实时探光仪。因此，这封信设计了一种新策略，称为LINDAR SLAM中的捆绑调节探针仪（LMBAO）的具有里程碑意义的地图，以解决这些问题。首先，通过主动地标维护策略进一步开发了基于BA的进程法，以进行更准确的本地注册并避免累积错误。具体来说，本文将整个稳定地标在地图上保存，而不仅仅是在滑动窗口中的特征点，并根据其主动等级删除地标。接下来，减小滑动窗口长度，并执行边缘化以保留窗口外的扫描，但对应于地图上的活动地标，从而大大简化了计算并改善了实时属性。此外，在三个具有挑战性的数据集上进行的实验表明，我们的算法在户外驾驶中实现了实时性能，并且超过了最先进的激光雷达大满贯算法，包括乐高乐园和VLOM。

本文介绍了使用腿收割机进行精密收集任务的集成系统。我们的收割机在狭窄的GPS拒绝了森林环境中的自主导航和树抓取了一项挑战性的任务。提出了映射，本地化，规划和控制的策略，并集成到完全自主系统中。任务从使用定制的传感器模块开始使用人员映射感兴趣区域。随后，人类专家选择树木进行收获。然后将传感器模块安装在机器上并用于给定地图内的本地化。规划算法在单路径规划问题中搜索一个方法姿势和路径。我们设计了一个路径，后面的控制器利用腿的收割机的谈判粗糙地形的能力。在达接近姿势时，机器用通用夹具抓住一棵树。此过程重复操作员选择的所有树。我们的系统已经在与树干和自然森林中的测试领域进行了测试。据我们所知，这是第一次在现实环境中运行的全尺寸液压机上显示了这一自主权。