基于自然路標提取的森林環(huán)境移動機器人定位.pdf

1、準確的自我定位能力是移動機器人在環(huán)境中完成各種任務(wù)的關(guān)鍵。然而，森林環(huán)境給機器人定位問題帶來了諸多挑戰(zhàn)。首先，繁茂的枝葉遮擋了GPS的信號，基于里程計的航位推算方法由于地面的崎嶇起伏而累積了很大的誤差。另外，視覺傳感器也因自然環(huán)境的光照變化和陰影而變得不再可靠。針對這些問題，本文采用三維激光傳感器獲取森林環(huán)境信息，提出了一種全新的系統(tǒng)化方法從三維點云中提取樹干作為路標，并使用基于特征的掃描匹配方法解決了機器人在森林環(huán)境中的6DOF定位問

2、題。
　　 本文提出的路標提取方法以場景理解和樹木自動分析為基礎(chǔ)，從點數(shù)稀少且被噪聲干擾嚴重的三維掃描中提取樹干的幾何模型。方法分為三個步驟：
　　 1.利用樹干輪廓的圓形特征將三維點云分割為掃描分段，依據(jù)掃描分段的空間相鄰性將其組織成樹干分段。
　　 2.從形狀信息不充分的樹干分段中提取圓模型，并擬合樹干分段的軸線。
　　 3.通過分析樹干分段的空間不連續(xù)類型，對它們進行聚類和整合，并最終得到唯一代表樹

3、木的直樹干作為路標。
　　 在得到樹干作為高層特征后，本文將利用基于特征的成對掃描匹配方法跟蹤機器人的6D位姿。為了克服森林環(huán)境中機器人初始位姿估計的巨大誤差，本文提出了一種全新的獨立于相對位姿變換初始估計的掃描匹配方法。在該方法中，樹干特征直接而全方位地參與到掃描匹配的過程中，從而避免了對點層次掃描重疊的要求。該方法分為兩個步驟：
　　 1.提取掃描中的最大近似平行樹干組，利用其中的樹干對掃描進行除z方向外的5D匹配。