Drift-free localization is essential for autonomous vehicles. In this paper, we address the problem by proposing a filter-based framework, which integrates the visual-inertial odometry and the measurements of the features in the pre-built map. In this framework, the transformation between the odometry frame and the map frame is augmented into the state and estimated on the fly. Besides, we maintain only the keyframe poses in the map and employ Schmidt extended Kalman filter to update the state partially, so that the uncertainty of the map information can be consistently considered with low computational cost. Moreover, we theoretically demonstrate that the ever-changing linearization points of the estimated state can introduce spurious information to the augmented system and make the original four-dimensional unobservable subspace vanish, leading to inconsistent estimation in practice. To relieve this problem, we employ first-estimate Jacobian (FEJ) to maintain the correct observability properties of the augmented system. Furthermore, we introduce an observability-constrained updating method to compensate for the significant accumulated error after the long-term absence (can be 3 minutes and 1 km) of map-based measurements. Through simulations, the consistent estimation of our proposed algorithm is validated. Through real-world experiments, we demonstrate that our proposed algorithm runs successfully on four kinds of datasets with the lower computational cost (20% time-saving) and the better estimation accuracy (45% trajectory error reduction) compared with the baseline algorithm VINS-Fusion, whereas VINS-Fusion fails to give bounded localization performance on three of four datasets because of its inconsistent estimation.


翻译:在本文中,我们通过提出一个基于过滤的框架来解决这个问题,这个框架将视觉-神经计量和对预建地图特征的测量结合起来。在这个框架中,眼计量框架和地图框架之间的转换将扩大为状态,并在飞行上进行估计。此外,我们只保留地图中的关键框架,并使用施密特扩展的卡尔曼过滤器来部分更新状态,这样就可以以较低的计算成本来持续考虑地图信息的不确定性。此外,我们理论上表明,不断变化的估算状态线性点可以给扩充后的系统带来虚假的信息,并使最初的四维不可观测的子空间消失,导致实践中的估算不一致。为了缓解这一问题,我们使用第一估计的雅各布(FEFJ)来保持增强系统准确的可观测性能。此外,我们引入了一种难以观察的更新性更新方法,以弥补长期缺勤缺(可能为3分钟和1公里)之后大量累积的错误。此外,我们估算的地图直线化点可以向扩大的系统直线性信息,使最初的四维维维维的子子空间消失消失,通过模拟,我们拟议的四度测算算算算出了4次的精确的精确度数据,我们一直进行。

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