Accurate and safety-quantifiable localization is of great significance for safety-critical autonomous systems, such as unmanned ground vehicles (UGV) and unmanned aerial vehicles (UAV). The visual odometry-based method can provide accurate positioning in a short period but is subjected to drift over time. Moreover, the quantification of the safety of the localization solution (the error is bounded by a certain value) is still a challenge. To fill the gaps, this paper proposes a safety-quantifiable line feature-based visual localization method with a prior map. The visual-inertial odometry provides a high-frequency local pose estimation which serves as the initial guess for the visual localization. By obtaining a visual line feature pair association, a foot point-based constraint is proposed to construct the cost function between the 2D lines extracted from the real-time image and the 3D lines extracted from the high-precision prior 3D point cloud map. Moreover, a global navigation satellite systems (GNSS) receiver autonomous integrity monitoring (RAIM) inspired method is employed to quantify the safety of the derived localization solution. Among that, an outlier rejection (also well-known as fault detection and exclusion) strategy is employed via the weighted sum of squares residual with a Chi-squared probability distribution. A protection level (PL) scheme considering multiple outliers is derived and utilized to quantify the potential error bound of the localization solution in both position and rotation domains. The effectiveness of the proposed safety-quantifiable localization system is verified using the datasets collected in the UAV indoor and UGV outdoor environments.


翻译:精确度和安全度的本地化对于安全关键的自主系统,例如无人驾驶地面飞行器(UGV)和无人驾驶飞行器(UAV)非常重要。视觉测量法可以在短时期内提供准确的定位,但会随时间漂移。此外,对本地化解决方案的安全性进行量化(错误受某种价值的约束)仍是一项挑战。为了填补空白,本文件建议采用一种安全度定量线地貌地貌本地化方法,并使用以前的地图。直观-非光度odorization 提供了高频本地布局估计,作为视觉本地化的初步猜测。通过获得直观线对配对关联,提议采用基于脚点的制约,以构建从实时图像提取的2D线与从高精度前3D点云图提取的3D线之间的成本功能。此外,根据全球导航卫星系统接收器自动完整性监测(RAIM)的启发方法,以量化本地化解决方案的本地化安全性(RA-I-I-I-I-I-L-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-L-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-

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