一种基于激光雷达的同步定位建图与自主导航算法研究.pdfVIP

ComputerScienceandApplication计算机科学与应用,2024,14(5),75-83

PublishedOnlineMay2024inHans./journal/csa

/10.12677/csa.2024.145116

一种基于激光雷达的同步定位建图与自主导航

算法研究

林腾飞，宋春林

同济大学信息与通信工程系，上海

收稿日期：2024年4月17日；录用日期：2024年5月16日；发布日期：2024年5月24日

摘要

同步定位与建图(SimultaneousLocalizationandMapping,SLAM)是自动驾驶领域的关键技术之一。基

于差异化的应用场景、传感器和算法，主流SLAM实现方法分为视觉SLAM、激光SLAM和多传感器SLAM

等，其性能的优化方向主要基于传感器性能，算法策略以及估计方法。室内场景下，视觉SLAM方法因

视觉传感器的视野范围有限且对光线明暗，性能受限于环境变化。多线激光雷达因价格昂贵，不适宜广

泛应用。多传感器融合的方案，因部分视觉传感器采集环境特征信息丰富而存在系统运行的时延问题且

融合设计复杂度高。针对以上问题，本文提出了一种基于单线激光雷达，感知算法与全局路径规划算法

融合的SLAM与自主导航方案，设计软件与硬件结合的系统框架，所实现的运动系统在室内场景下高速

获取环境信息，能够获取良好的建图性能并完成低时延自主导航。首先，本文系统利用IMU对单线激光

雷达采集的回波数据做畸变矫正，对激光雷达数据采用Gmapping算法处理，并对各传感器的坐标系关

系做精确计算和转换，而后采用Djikstra算法作为全局路径规划算法来实现运动系统的自主导航。最终

通过实验，利用ROS系统，NVIDIA-Jetson-Nano，IMU、2D-Lidar等，在实际环境中实现了算法模型与

系统构建，室内场景中建图效果良好，机器车在同步定位与建图过程中自主导航，验证了本文方案及系

统的可靠性与有效性。

关键词

SLAM，2D-Lidar，GMapping，ROS，Dijkstra

SLAMandAutonomousNavigation

AlgorithmBasedon2D-Lidar

TengfeiLin,ChunlinSong

DepartmentofInformationandCommunicationEngineering,TongjiUniversity,Shanghai

ththth

Received:Apr.17,2024;accepted:May16,2024;published:May24,2024

文章引用:林腾飞,宋春林.一种基于激光雷达的同步定位建图与自主导航算法研究[J].计算机科学与应用,2024,

14(5):75-83.DOI:10.12677/csa.2024.145116

林腾飞，宋春林

Abstract

SimultaneousLocalizationandMapping(SLAM)isakeytechnologyinautonomousdriving.Based

ondifferentapplications,hardwaresensorsandalgorithms,theSLAMimplementationmethods

aremostlydividedintoVisualSLAM,LaserSLAMandmulti-sensorSLAM.Theoptimizationdirec-

tionofSLAMperformanceismainlybasedonsensorperformance,algorithmandestimationme-

thod.Intheindoorscene,theperformanceofth