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。

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。

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。

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。

GNSS and LiDAR odometry are complementary as they provide absolute and relative positioning, respectively. Their integration in a loosely-coupled manner is straightforward but is challenged in urban canyons due to the GNSS signal reflections. Recent proposed 3D LiDAR-aided (3DLA) GNSS methods employ the point cloud map to identify the non-line-of-sight (NLOS) reception of GNSS signals. This facilitates the GNSS receiver to obtain improved urban positioning but not achieve a sub-meter level. GNSS real-time kinematics (RTK) uses carrier phase measurements to obtain decimeter-level positioning. In urban areas, the GNSS RTK is not only challenged by multipath and NLOS-affected measurement but also suffers from signal blockage by the building. The latter will impose a challenge in solving the ambiguity within the carrier phase measurements. In the other words, the model observability of the ambiguity resolution (AR) is greatly decreased. This paper proposes to generate virtual satellite (VS) measurements using the selected LiDAR landmarks from the accumulated 3D point cloud maps (PCM). These LiDAR-PCM-made VS measurements are tightly-coupled with GNSS pseudorange and carrier phase measurements. Thus, the VS measurements can provide complementary constraints, meaning providing low-elevation-angle measurements in the across-street directions. The implementation is done using factor graph optimization to solve an accurate float solution of the ambiguity before it is fed into LAMBDA. The effectiveness of the proposed method has been validated by the evaluation conducted on our recently open-sourced challenging dataset, UrbanNav. The result shows the fix rate of the proposed 3DLA GNSS RTK is about 30% while the conventional GNSS-RTK only achieves about 14%. In addition, the proposed method achieves sub-meter positioning accuracy in most of the data collected in challenging urban areas.

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。

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

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.

准确可靠的传感器校准对于在自主驾驶中融合激光雷达和惯性测量至关重要。本文提出了一种新型的3D-LIDAR和姿势传感器的新型三阶段外部校准方法，用于自主驾驶。第一阶段可以通过点云表面特征快速校准传感器之间的外部参数，以便可以将外部参数从大的初始误差范围缩小到很小的时间范围。第二阶段可以基于激光映射空间占用率进一步校准外部参数，同时消除运动失真。在最后阶段，校正了由自动驾驶汽车的平面运动引起的Z轴误差，并最终获得了精确的外部参数。具体而言，该方法利用了道路场景的自然特征，使其独立且易于在大规模条件下应用。现实世界数据集的实验结果证明了我们方法的可靠性和准确性。这些代码是在GitHub网站上开源的。据我们所知，这是第一个专门为自动驾驶设计的开源代码，用于校准激光雷达和姿势传感器外部参数。代码链接是https://github.com/opencalib/lidar2ins。

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。

Accurate and consistent vehicle localization in urban areas is challenging due to the large-scale and complicated environments. In this paper, we propose onlineFGO, a novel time-centric graph-optimization-based localization method that fuses multiple sensor measurements with the continuous-time trajectory representation for vehicle localization tasks. We generalize the graph construction independent of any spatial sensor measurements by creating the states deterministically on time. As the trajectory representation in continuous-time enables querying states at arbitrary times, incoming sensor measurements can be factorized on the graph without requiring state alignment. We integrate different GNSS observations: pseudorange, deltarange, and time-differenced carrier phase (TDCP) to ensure global reference and fuse the relative motion from a LiDAR-odometry to improve the localization consistency while GNSS observations are not available. Experiments on general performance, effects of different factors, and hyper-parameter settings are conducted in a real-world measurement campaign in Aachen city that contains different urban scenarios. Our results show an average 2D error of 0.99m and consistent state estimation in urban scenarios.

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 .

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。

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。

同时定位和映射（SLAM）被认为是智能车辆和移动机器人的重要功能。但是，当前的大多数LiDAR SLAM方法都是基于静态环境的假设。因此，在具有多个移动对象的动态环境中的本地化实际上是不可靠的。本文提出了一个动态的SLAM框架RF-LIO，该框架在LIO-SAM上构建，该框架添加了自适应多分辨率范围图像，并使用紧密耦合的LIDAR惯性探测器首先删除移动对象，然后将激光镜扫描与子束相匹配。因此，即使在高动态环境中，它也可以获得准确的姿势。在自收集的数据集和Open UrbanLoco数据集上评估了提出的RF-LIO。高动态环境中的实验结果表明，与壤土和LIO-SAM相比，所提出的RF-LIO的绝对轨迹精度分别可以提高90％和70％。 RF-LIO是高动态环境中最先进的大满贯系统之一。

准确的本地化是机器人导航系统的核心组成部分。为此，全球导航卫星系统（GNSS）可以在户外提供绝对的测量，因此消除了长期漂移。但是，将GNSS数据与其他传感器数据进行融合并不是微不足道的，尤其是当机器人在有和没有天空视图的区域之间移动时。我们提出了一种可靠的方法，该方法将原始GNSS接收器数据与惯性测量以及可选的LIDAR观测值紧密地融合在一起，以进行精确和光滑的移动机器人定位。提出了具有两种类型的GNSS因子的因子图。首先，基于伪龙的因素，该因素允许地球上进行全球定位。其次，基于载体阶段的因素，该因素可以实现高度准确的相对定位，这在对其他感应方式受到挑战时很有用。与传统的差异GNS不同，这种方法不需要与基站的连接。在公共城市驾驶数据集上，我们的方法达到了与最先进的算法相当的精度，该算法将视觉惯性探测器与GNSS数据融合在一起 - 尽管我们的方法不使用相机，但仅使用了惯性和GNSS数据。我们还使用来自汽车的数据以及在森林（例如森林）的环境中移动的四倍的机器人，证明了方法的鲁棒性。全球地球框架中的准确性仍然为1-2 m，而估计的轨迹无不连续性和光滑。我们还展示了如何紧密整合激光雷达测量值。我们认为，这是第一个将原始GNSS观察（而不是修复）与LIDAR融合在一起的系统。

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。

在本文中，我们提出了一种由静态建筑物和动态物体引起的3D LIDAR辅助全球导航卫星系统（GNSS）的非思照（NLOS）缓解方法。首先基于来自3D LIDAR传感器的实时3D点云，首先生成描述自我车辆周围的滑动窗图。然后，使用所提出的快速搜索方法，基于滑动窗口图检测NLOS接收，该方法没有初始猜测GNSS接收器的位置。而不是从进一步定位估计直接排除检测到的NLOS卫星，而是通过在滑动窗口图中检测到NLOS信号的反射点来校正伪距测量模型（1）校正伪距测量，并且（2）重塑不确定性利用新型加权方案的NLOS伪距测量。我们评估了使用汽车级GNSS接收器在香港在香港几个典型的城市峡谷中的拟议方法的表现。此外，我们还通过因子图优化评估了GNSS和惯性导航系统集成中所提出的NLOS缓解方法的潜力。