Although Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) has been an active research topic for decades, current state-of-the-art methods still suffer from instability or inaccuracy due to feature insufficiency or its inherent estimation drift, in many civilian environments. To resolve these issues, we propose a navigation system combing the SLAM and prior-map-based localization. Specifically, we consider additional integration of line and plane features, which are ubiquitous and more structurally salient in civilian environments, into the SLAM to ensure feature sufficiency and localization robustness. More importantly, we incorporate general prior map information into the SLAM to restrain its drift and improve the accuracy. To avoid rigorous association between prior information and local observations, we parameterize the prior knowledge as low dimensional structural priors defined as relative distances/angles between different geometric primitives. The localization is formulated as a graph-based optimization problem that contains sliding-window-based variables and factors, including IMU, heterogeneous features, and structure priors. We also derive the analytical expressions of Jacobians of different factors to avoid the automatic differentiation overhead. To further alleviate the computation burden of incorporating structural prior factors, a selection mechanism is adopted based on the so-called information gain to incorporate only the most effective structure priors in the graph optimization. Finally, the proposed framework is extensively tested on synthetic data, public datasets, and, more importantly, on the real UAV flight data obtained from a building inspection task. The results show that the proposed scheme can effectively improve the accuracy and robustness of localization for autonomous robots in civilian applications.


翻译:虽然数十年来同步本地化和绘图(SLAM)一直是一项积极的研究课题,但目前最先进的地图方法在许多民用环境中仍然不稳定或不准确,因为许多民用环境中的特征不够充分或固有的估计漂移。为了解决这些问题,我们建议建立一个导航系统,将SLAM和先前基于地图的本地化进行梳理。具体地说,我们考虑将线性和平面特征进一步纳入SLAM,以确保特征的充足性和本地化的稳健性。更重要的是,我们将以往最先进的地图信息纳入SLAM,以便有效限制其漂移性并改进准确性。为了避免以往信息与当地观测之间的严格联系,我们把先前的知识作为低维结构的先行参数进行参数化,定义为不同几何地平面原始图像之间的相对距离/交错。我们考虑将线性和平面特征进一步整合成基于图形的优化问题,其中包括UMU、混杂性特征和结构。我们还将不同因素的分析表达出不同因素,以避免自动偏差性地改进间接性,提高准确性。我们为了避免将先前的信息与当地观测结果进行精确化。最后,一个基于先前结构结构结构的模型的模型的计算,只能进一步将先前选择。

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