Simultaneous localization and mapping (SLAM) are essential in numerous robotics applications, such as autonomous navigation. Traditional SLAM approaches infer the metric state of the robot along with a metric map of the environment. While existing algorithms exhibit good results, they are still sensitive to measurement noise, sensor quality, and data association and are still computationally expensive. Alternatively, some navigation and mapping missions can be achieved using only qualitative geometric information, an approach known as qualitative spatial reasoning (QSR). We contribute a novel probabilistic qualitative localization and mapping approach in this work. We infer both the qualitative map and the qualitative state of the camera poses (localization). For the first time, we also incorporate qualitative probabilistic constraints between camera poses (motion model), improving computation time and performance. Furthermore, we take advantage of qualitative inference properties to achieve very fast approximated algorithms with good performance. In addition, we show how to propagate probabilistic information between nodes in the qualitative map, which improves estimation performance and enables inference of unseen map nodes - an important building block for qualitative active planning. We also conduct a study that shows how well we can estimate unseen nodes. Our method particularly appeals to scenarios with few salient landmarks and low-quality sensors. We evaluate our approach in simulation and on a real-world dataset and show its superior performance and low complexity compared to the state-of-the-art. Our analysis also indicates good prospects for using qualitative navigation and planning in real-world scenarios.


翻译:同时的本地化和绘图(SLAM)对于自主导航等许多机器人应用至关重要。传统的SLAM方法推断了机器人的量度状态以及环境图度。虽然现有的算法显示出良好的效果,但它们仍然对测量噪音、传感器质量和数据关联十分敏感,而且仍然在计算上十分昂贵。或者,一些导航和绘图任务只能使用定性的几何信息(称为定性空间推理(QSR))来完成。我们为这项工作提供了一种新型的概率性能定性本地化和绘图方法。我们推断了质量地图和相机质量状态(本地化)的构成(本地化)。我们第一次还纳入了摄影机姿势(感官模型)、改进计算时间和性能之间的定性概率性能限制。此外,我们利用定性推断特性性能来快速地接近具有良好性能的算法。此外,我们展示了如何在定性地图节点之间传播稳定性信息,从而改进了性能,并能够推断出隐形图的节点――这是进行积极定性规划的重要建筑块。我们还采用了一种精确度的精确度评估方法,我们用一种真实的精确度评估方法来评估。我们还用一种精确的模型来评估。我们用一种精确的模型来评估。我们用来评估我们的精确度和精确度评估。我们用来评估我们的精确度评估。我们如何的模型和精确度方法来评估。我们用一种比较。我们用来评估。我们用一种精确性能和精确性能评估。我们的方法,我们用来显示方法来评估了我们用来评估了一种不同的评估。我们的方法,我们用来显示我们的精确性能和精确的比。

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