Robotics has been widely applied in smart construction for generating the digital twin or for autonomous inspection of construction sites. For example, for thermal inspection during concrete curing, continual monitoring of the concrete temperature is required to ensure concrete strength and to avoid cracks. However, buildings are typically too large to be monitored by installing fixed thermal cameras, and post-processing is required to compute the accumulated heat of each measurement point. Thus, by using an autonomous monitoring system with the capability of long-term thermal mapping at a large construction site, both cost-effectiveness and a precise safety margin of the curing period estimation can be acquired. Therefore, this study proposes a low-cost thermal mapping system consisting of a 2D range scanner attached to a consumer-level inertial measurement unit and a thermal camera for automated heat monitoring in construction using mobile robots.
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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.
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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。
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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。
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多模式传感器的融合在自动驾驶和智能机器人中变得越来越流行，因为它可以比任何单个传感器提供更丰富的信息，从而在复杂的环境中增强可靠性。多传感器外部校准是传感器融合的关键因素之一。但是，由于传感器方式的种类以及对校准目标和人工的需求，这种校准很困难。在本文中，我们通过关注立体相机，热摄像机和激光传感器之间的外部转换，展示了一个新的无目标跨模式校准框架。具体而言，立体声和激光器之间的校准是通过最小化登记误差在3D空间中进行的，而通过优化边缘特征的对齐方式来估计其他两个传感器的热外部传感器。我们的方法不需要专门的目标，并且可以在没有人类相互作用的情况下进行一次镜头进行多传感器校准。实验结果表明，校准框架是准确且适用于一般场景的。
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在未知和大规模的地下环境中，与一组异质的移动机器人团队进行搜救，需要高精度的本地化和映射。在复杂和感知衰落的地下环境中，这一至关重要的需求面临许多挑战，因为在船上感知系统需要在非警官条件下运作（由于黑暗和灰尘，坚固而泥泞的地形以及自我的存在以及自我的存在，都需要运作。 - 类似和模棱两可的场景）。在灾难响应方案和缺乏有关环境的先前信息的情况下，机器人必须依靠嘈杂的传感器数据并执行同时定位和映射（SLAM）来构建环境的3D地图，并定位自己和潜在的幸存者。为此，本文报告了Team Costar在DARPA Subterranean Challenge的背景下开发的多机器人大满贯系统。我们通过合并一个可适应不同的探针源和激光镜配置的单机器人前端界面来扩展以前的工作，即LAMP，这是一种可伸缩的多机前端，以支持大型大型和内部旋转循环闭合检测检测规模环境和多机器人团队，以及基于渐变的非凸度的稳健后端，配备了异常弹性姿势图优化。我们提供了有关多机器人前端和后端的详细消融研究，并评估美国跨矿山，发电厂和洞穴收集的挑战现实世界中的整体系统性能。我们还发布了我们的多机器人后端数据集（以及相应的地面真相），可以作为大规模地下大满贯的具有挑战性的基准。
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通过移动激光扫描和图像构建有色点的云是测量和映射的基本工作。它也是为智能城市建造数字双胞胎的重要先决条件。但是，现有的公共数据集要么是相对较小的规模，要么缺乏准确的几何和彩色地面真理。本文记录了一个名为Polyu-BPComa的多功能数据集，该数据集可独特地定位于移动着色映射。该数据集在背包平台上包含3D激光雷达，球形成像，GNSS和IMU的资源。颜色检查器板在每个调查区域粘贴，因为目标和地面真相数据是由先进的陆地激光扫描仪（TLS）收集的。 3D几何信息和颜色信息可以分别在背包系统和TLS产生的有色点云中恢复。因此，我们提供了一个机会，可以同时为移动多感官系统对映射和着色精度进行基准测试。该数据集的尺寸约为800 GB，涵盖室内和室外环境。数据集和开发套件可在https://github.com/chenpengxin/polyu-bpcoma.git上找到。
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在本文中，我们评估了八种流行和开源的3D激光雷达和视觉大满贯（同时定位和映射）算法，即壤土，乐高壤土，lio sam，hdl graph，orb slam3，basalt vio和svo2。我们已经设计了室内和室外的实验，以研究以下项目的影响：i）传感器安装位置的影响，ii）地形类型和振动的影响，iii）运动的影响（线性和角速速度的变化）。我们根据相对和绝对姿势误差比较它们的性能。我们还提供了他们所需的计算资源的比较。我们通过我们的多摄像机和多大摄像机室内和室外数据集进行彻底分析和讨论结果，并确定环境案例的最佳性能系统。我们希望我们的发现可以帮助人们根据目标环境选择一个适合其需求的传感器和相应的SLAM算法组合。
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激光雷达传感器是在未知环境中同时定位和映射（SLAM）的强大工具，但是它们产生的原始点云是密集的，计算量昂贵，并且不适合下游自治任务（例如运动计划）直接使用。为了与运动计划集成，希望大满贯管道生成轻量级的几何图表示。这样的表示也特别适合人造环境，通常可以将其视为在笛卡尔网格上建造的所谓“曼哈顿世界”。在这项工作中，我们为曼哈顿世界环境提出了一种3D激光雷达大满贯算法，该算法从点云中提取平面特征，以实现轻便，实时的定位和映射。我们的方法生成基于平面的地图，其记忆占其位置的记忆力明显少得多，并且适合于快速碰撞检查运动计划。通过利用曼哈顿世界的假设，我们靶向正交平面的提取，以生成比现有基于平面的LIDAR SLAM方法更结构化和组织的地图。我们证明了我们在高保真的AirSim模拟器以及配备有速蛋白底激光片的地面漫游车的现实实验中。在这两种情况下，我们都能够以匹配10 Hz的传感器速率的速率生成高质量的图和轨迹估计值。
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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。
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大多数现实世界情景的环境，如商场和超市始终变化。预构建的地图，不会占这些变化的内容容易过时。因此，有必要具有环境的最新模型，以促进机器人的长期运行。为此，本文呈现了一般终身同时定位和映射（SLAM）框架。我们的框架使用多个会话映射表示，并利用一个有效的地图更新策略，包括地图建筑，姿势图形细化和稀疏化。为了减轻内存使用情况的无限性增加，我们提出了一种基于Chow-Liu最大相互信息生成树的地图修剪方法。在真正的超市环境中，通过一个月的机器人部署全面验证了拟议的SLAM框架。此外，我们释放了从室内和户外变化环境中收集的数据集，希望加速在社区中的终身猛烈的Slam研究。我们的数据集可在https://github.com/sanduan168/lifelong-slam-dataset中获得。
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我们介绍了DLR行星立体声，固态激光雷达，惯性（S3LI）数据集，记录在埃特纳山上，西西里山（Sicily），一种类似于月球和火星的环境，使用手持式传感器套件，适用于适用于空间上的属性 - 像移动漫游器。环境的特征是关于视觉和结构外观的具有挑战性的条件：严重的视觉混叠，对视觉大满贯系统执行位置识别的能力构成了重大限制，而缺乏出色的结构细节，与有限的视野相连在利用的固态激光雷达传感器中，仅使用点云就挑战了传统的激光雷达大满贯。借助此数据，涵盖了在软火山斜坡上超过4公里的旅行，我们的目标是：1）提供一种工具来揭示有关环境的最先进的大满贯系统的限制，而环境并未广泛存在可用的数据集和2）激励开发新颖的本地化和映射方法，这些方法有效地依赖于两个传感器的互补功能。数据集可在以下URL上访问：https：//rmc.dlr.de/s3li_dataset
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本文介绍了在线本地化和彩色网格重建（OLCMR）ROS感知体系结构，用于地面探索机器人，旨在在具有挑战性的未知环境中执行强大的同时定位和映射（SLAM），并实时提供相关的彩色3D网格表示。它旨在被远程人类操作员使用在任务或之后或之后轻松地可视化映射的环境，或作为在勘探机器人技术领域进行进一步研究的开发基础。该体系结构主要由精心挑选的基于激光雷达的SLAM算法的开源ROS实现以及使用点云和RGB摄像机图像投影到3D空间中的彩色表面重建过程。在较新的大学手持式LIDAR-VISION参考数据集上评估了整体表演，并在分别在城市和乡村户外环境中分别在代表性的车轮机器人上收集的两个实验轨迹。索引术语：现场机器人，映射，猛击，彩色表面重建
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许多施工机器人任务（例如自动水泥抛光或机器人石膏喷涂）需要高精度3D表面信息。但是，目前在市场上发现的消费级深度摄像头还不够准确，对于需要毫米（mm）级别准确性的这些任务。本文介绍了SL传感器，SL传感器是一种结构化的光传感溶液，能够通过利用相移初量法（PSP）编码技术来生产5 Hz的高保真点云。将SL传感器与两个商用深度摄像机进行了比较 - Azure Kinect和Realsense L515。实验表明，SL传感器以室内表面重建应用的精度和精度超过了两个设备。此外，为了证明SL传感器成为机器人应用的结构化光传感研究平台的能力，开发了运动补偿策略，该策略允许SL传感器在传统PSP方法仅在传感器静态时工作时在线性运动过程中运行。现场实验表明，SL传感器能够生成喷雾灰泥表面的高度详细的重建。机器人操作系统（ROS）的软件和SL传感器的示例硬件构建是开源的，其目的是使结构化的光传感更容易被施工机器人社区访问。所有文档和代码均可在https://github.com/ethz-asl/sl_sensor/上获得。
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我们建议以人为本的4D场景捕获（HSC4D）准确有效地创建一个动态的数字世界，其中包含大规模的室内场景，各种各样的人类动作以及人类与环境之间的丰富互动。 HSC4D仅使用车身安装的IMU和LIDAR，没有任何外部设备的限制和无图形地图，没有预构建的地图。考虑到IMU可以捕获人的姿势，但始终为长期使用而漂移，而LiDar对于全球本地化却是稳定的，但对于本地位置和方向而言，HSC4D使两个传感器通过联合优化和实现长期的有希望的结果相互补充。捕获。还探索了人与环境之间的关系，以使其相互作用更加现实。为了促进许多下游任务，例如AR，VR，机器人，自动驾驶等，我们提出了一个数据集，其中包含三个大型场景（1k-5k $ m^2 $），并具有准确的动态人类动作和位置。各种场景（攀岩馆，多层建筑，坡度等）以及挑战人类活动（锻炼，上下楼梯，攀岩等）展示了HSC4D的有效性和概括能力。数据集和代码可在http://www.lidarhumanmotion.net/hsc4d/上获得。
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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
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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。
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Lidar-based SLAM systems perform well in a wide range of circumstances by relying on the geometry of the environment. However, even mature and reliable approaches struggle when the environment contains structureless areas such as long hallways. To allow the use of lidar-based SLAM in such environments, we propose to add reflector markers in specific locations that would otherwise be difficult. We present an algorithm to reliably detect these markers and two approaches to fuse the detected markers with geometry-based scan matching. The performance of the proposed methods is demonstrated on real-world datasets from several industrial environments.
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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.
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同时本地化和映射（SLAM）正在现实世界应用中部署，但是在许多常见情况下，许多最先进的解决方案仍然在困难。进步的SLAM研究的关键是高质量数据集的可用性以及公平透明的基准测试。为此，我们创建了Hilti-Oxford数据集，以将最新的SLAM系统推向其极限。该数据集面临着各种挑战，从稀疏和常规的建筑工地到17世纪的新古典建筑，并具有细节和弯曲的表面。为了鼓励多模式的大满贯方法，我们设计了一个具有激光雷达，五个相机和IMU（惯性测量单元）的数据收集平台。为了对精度和鲁棒性至关重要的任务进行基准测试量算法，我们实施了一种新颖的地面真相收集方法，使我们的数据集能够以毫米精度准确地测量SLAM姿势错误。为了进一步确保准确性，我们平台的外部设备通过微米精确的扫描仪进行了验证，并使用硬件时间同步在线管理时间校准。我们数据集的多模式和多样性吸引了大量的学术和工业研究人员进入第二版《希尔蒂·斯拉姆挑战赛》，该挑战于2022年6月结束。挑战的结果表明，尽管前三名团队可以实现准确性在某些序列中的2厘米或更高的速度中，性能以更困难的序列下降。
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