無人駕駛汽車三維同步定位與建圖精度評(píng)估

長安大學(xué) 汽車學(xué)院 西安 710064

1 研究背景

三維同步定位與建圖(SLAM)由于定位精度高、累計(jì)誤差小等優(yōu)點(diǎn),成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn),并被廣泛應(yīng)用于無人駕駛汽車的地圖構(gòu)建與定位。開源機(jī)器人操作系統(tǒng)是一種基于消息傳遞通信的分布式多進(jìn)程框架[1],聚合了由全世界開發(fā)者實(shí)現(xiàn)的大量開源功能包,可以極大減小工作量,在各個(gè)領(lǐng)域得到大量運(yùn)用。基于開源機(jī)器人操作系統(tǒng),目前通過激光雷達(dá)進(jìn)行地圖構(gòu)建的主流方法為激光雷達(dá)測距與建圖(LOAM)算法[2]。LOAM算法將SLAM分為高頻運(yùn)動(dòng)估計(jì)和低頻環(huán)境建圖,提高了SLAM的準(zhǔn)確性。

評(píng)估激光雷達(dá)系統(tǒng)輸出的航跡位置精度,以全球定位系統(tǒng)(GPS)真值為標(biāo)準(zhǔn),將差分GPS的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至激光雷達(dá)的定位坐標(biāo)系下,剔除異常值,繪制出GPS與激光雷達(dá)的軌跡比較圖,并進(jìn)行誤差分析。

目前,相關(guān)研究多偏于理論,缺少對(duì)激光雷達(dá)定位精度的評(píng)估,而激光雷達(dá)在很大程度上決定了地圖構(gòu)建和定位的效果。筆者通過采用16線激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)無人駕駛汽車SLAM,并基于差分GPS評(píng)估其精度。

2 硬件設(shè)備

2.1 激光雷達(dá)

筆者采用的16線激光雷達(dá)是Velodyne公司出品的最小型三維激光雷達(dá)[3],保留了電機(jī)轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)的功能,實(shí)時(shí)上傳周圍目標(biāo)距離和反射率測量值,具有100 m遠(yuǎn)程測量距離,安裝方便,質(zhì)量僅830 g。這一激光雷達(dá)可以實(shí)現(xiàn)每秒30萬個(gè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的輸出,具有±15°豎直視場、360°水平視場掃描功能,防塵、防濕氣等級(jí)為IP67,支持兩次回波接收,能夠測量第一次回波和最后一次回波的距離與反射強(qiáng)度,水平方向角度分辨率為0.1°～0.4°,測量頻率為5～20 Hz,具有很高的精度。……