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。

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。

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。

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。

多机器人大满贯系统在受GPS污染的环境中需要循环封闭以维护无漂移的集中式地图。随着越来越多的机器人和环境大小，检查和计算所有循环闭合候选者的转换变得不可行。在这项工作中，我们描述了一个循环闭合模块，该模块能够优先考虑哪个循环闭合以根据基础姿势图，与已知信标的接近性以及点云的特性进行计算。我们在DARPA地下挑战和许多具有挑战性的地下数据集中验证该系统，并证明该系统能够生成和保持低误差的地图。我们发现，我们提出的技术能够选择有效的循环封闭，与探空量解决方案相比，与没有优先级排序的基线版本相比，中位误差的平均值减少了51％，中位误差的平均误差和平均值减少了75％。我们还发现，与处理四个半小时内每个可能的循环封闭的系统相比，我们提出的系统能够在一小时的任务时间内找到较低的错误。可以找到此工作的代码和数据集https://github.com/nebula-autonomy/lamp

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

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.

Simultaneous localization and mapping (SLAM) is one of the key components of a control system that aims to ensure autonomous navigation of a mobile robot in unknown environments. In a variety of practical cases a robot might need to travel long distances in order to accomplish its mission. This requires long-term work of SLAM methods and building large maps. Consequently the computational burden (including high memory consumption for map storage) becomes a bottleneck. Indeed, state-of-the-art SLAM algorithms include specific techniques and optimizations to tackle this challenge, still their performance in long-term scenarios needs proper assessment. To this end, we perform an empirical evaluation of two widespread state-of-the-art RGB-D SLAM methods, suitable for long-term navigation, i.e. RTAB-Map and Voxgraph. We evaluate them in a large simulated indoor environment, consisting of corridors and halls, while varying the odometer noise for a more realistic setup. We provide both qualitative and quantitative analysis of both methods uncovering their strengths and weaknesses. We find that both methods build a high-quality map with low odometry noise but tend to fail with high odometry noise. Voxgraph has lower relative trajectory estimation error and memory consumption than RTAB-Map, while its absolute error is higher.

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.

尽管常规机器人系统中的每个不同任务都需要专用的场景表示形式，但本文表明，统一表示形式可以直接用于多个关键任务。我们提出了用于映射，进程和计划（LOG-GPIS-MOP）的log-gaussian过程隐式表面：基于统一表示形式的表面重建，本地化和导航的概率框架。我们的框架将对数转换应用于高斯过程隐式表面（GPIS）公式，以恢复全局表示，该表示可以准确地捕获具有梯度的欧几里得距离场，同时又是隐式表面。通过直接估计距离字段及其通过LOG-GPIS推断的梯度，提出的增量进程技术计算出传入帧的最佳比对，并在全球范围内融合以生成MAP。同时，基于优化的计划者使用相同的LOG-GPIS表面表示计算安全的无碰撞路径。我们根据最先进的方法验证了2D和3D和3D和基准测试的模拟和真实数据集的拟议框架。我们的实验表明，LOG-GPIS-MOP在顺序的音程，表面映射和避免障碍物中产生竞争结果。

在这项工作中，我们介绍了一个新颖的全球描述符，称为3D位置识别的稳定三角形描述符（STD）。对于一个三角形，其形状由侧面或包含角度的长度唯一决定。此外，三角形的形状对于刚性转换完全不变。基于此属性，我们首先设计了一种算法，以从3D点云中有效提取本地密钥点，并将这些关键点编码为三角形描述符。然后，通过匹配点云之间描述符的侧面长度（以及其他一些信息）来实现位置识别。从描述符匹配对获得的点对应关系可以在几何验证中进一步使用，从而大大提高了位置识别的准确性。在我们的实验中，我们将我们提出的系统与公共数据集（即Kitti，NCLT和Complex-ublan）和我们自我收集的数据集（即M2DP，扫描上下文）进行了广泛的比较（即M2DP，扫描上下文）（即带有非重复扫描固态激光雷达）。所有定量结果表明，性病具有更强的适应性，并且在其对应物方面的精度有了很大的提高。为了分享我们的发现并为社区做出贡献，我们在GitHub上开放代码：https：//github.com/hku-mars/std。

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。

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。

移动机器人应该意识到他们的情况，包括对周围环境的深刻理解，以及对自己的状态的估计，成功地做出智能决策并在真实环境中自动执行任务。 3D场景图是一个新兴的研究领域，建议在包含几何，语义和关系/拓扑维度的联合模型中表示环境。尽管3D场景图已经与SLAM技术相结合，以提供机器人的情境理解，但仍需要进一步的研究才能有效地部署它们在板载移动机器人。为此，我们在本文中介绍了一个小说，实时的在线构建情境图（S-Graph），该图在单个优化图中结合在一起，环境的表示与上述三个维度以及机器人姿势一起。我们的方法利用了从3D激光扫描提取的轨道读数和平面表面，以实时构造和优化三层S图，其中包括（1）机器人跟踪层，其中机器人姿势已注册，（2）衡量标准。语义层具有诸如平面壁和（3）我们的新颖拓扑层之类的特征，从而使用高级特征（例如走廊和房间）来限制平面墙。我们的建议不仅证明了机器人姿势估计的最新结果，而且还以度量的环境模型做出了贡献

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。

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。

我们介绍了一种简单而有效的方法，可以使用本地3D深度描述符（L3DS）同时定位和映射解决循环闭合检测。 L3DS正在采用深度学习算法从数据从数据中学到的点云提取的斑块的紧凑型表示。通过在通过其估计的相对姿势向循环候选点云登记之后计算对应于相互最近邻接描述符的点之间的度量误差，提出了一种用于循环检测的新颖重叠度量。这种新方法使我们能够在小重叠的情况下精确地检测环并估计六个自由度。我们将基于L3D的循环闭合方法与最近的LIDAR数据的方法进行比较，实现最先进的环路闭合检测精度。此外，我们嵌入了我们在最近的基于边缘的SLAM系统中的循环闭合方法，并对现实世界RGBD-TUM和合成ICL数据集进行了评估。与其原始环路闭合策略相比，我们的方法能够实现更好的本地化准确性。

固态激光雷达比传统的机械多线旋转倍增痛更紧凑，更便宜，这些旋转痛苦在最近在自主驾驶中变得越来越流行。但是，对于这些新的激光雷达传感器，包括严重的运动扭曲，较小的视野和稀疏点云存在一些挑战，这阻碍了它们被广泛用于激光雷达的探测仪。为了解决这些问题，我们为基于Risley Prism基于非重复扫描模式的基于Risley Prism的LIDAR提供了有效的连续时间激光射（ECTLO）方法。为了说明嘈杂的数据，将基于滤波器的平面高斯混合物模型用于强大的注册。此外，采用了仅开激光的连续运动模型来缓解不可避免的扭曲。为了促进隐式数据关联并行，我们将所有MAP点保持在单个范围图像中。使用具有不同扫描模式的固态激光雷达对各种测试床进行了广泛的实验，其有前途的结果证明了我们提出的方法的功效。

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。

本文研究了从深度摄像机读数中构建平面区域的多重代表的问题。这个问题对于复杂环境中的地形映射非常重要，并且在腿部运动应用中具有巨大的潜力。为了解决多重平面区域的表征问题，我们提出了一个两阶段的解决方案方案。在第一阶段，嵌入深度图像序列中的平面区域首先单独提取，然后合并以建立一个仅包含所选框架中平面区域的地形图。为了简化适用于腿部机器人立足计划的平面区域的表示，我们在第二阶段通过低维度的多面体进一步近似提取的平面区域。借助多重代表，所提出的方法在准确性和简单性之间取得了巨大的平衡。对RGB-D相机进行了实验验证，以证明所提出的方案的性能。所提出的方案成功地通过多面体以可接受的精度来表征平面区域。更重要的是，在整个测试中，整体感知方案的运行时间小于10ms（即> 100Hz），这强烈说明了本文中我们发展的方法的优势。