基于曲线特征建模的移动机器人自主导航算法研究

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到目前为止,很多关于即时定位与构建(SLAM)算法的研究都是用点特征作为地图特征,即地图是由有限个点组成的。采用点特征构建地图最大的优点是计算简单直观,并且基于点特征的SLAM的研究也基本成熟。随着实际情况的需要,后来又出现了线特征,并已经成功应用在室内环境的描述中。点特征和线特征可以很好的应用在结构化环境中,但在非结构化环境中,环境往往是复杂的,形状不规则并且没有明显的边缘,不能有效地提取点或者线特征来描述环境。本文提出了可以应用于非结构化环境下的环境表示方法——B样条(也叫基本样条)方法。B样条SLAM方法采用B样条函数作为基函数,用一组控制点来表示一条样条,用一组节点向量来确定样条的位置。目前,B样条曲线的相关理论发展成熟,各种算法及参数已经系统化,如用Hartley-Judd方法确定节点向量的算法、Shetty和White提出的样条曲线的延伸算法、计算B样条曲线上点的德布尔算法等。利用B样条作为特征表示环境的显著优点是B样条特征包含了点和(直)线特征但又不限于这两种特征,并且对环境的要求较低。基于B样条的SLAM主要有以下三个特点:第一,控制点是直接观测不到的,需要从数据点中得到控制点;第二,理论上,样条间的数据关联远远复杂于单个点之间的数据关联;第三,点特征是离散的,B样条曲线是连续的,在采用B样条作为环境表示特征的SLAM方法中,数据关联之后有时需要将样条进行延伸,这会增加计算的复杂度。本文的创新之处有两点,第一,实现了智能控制点的选择。本文采用动态的节点向量来描述样条,根据数据点的个数确定控制点的个数。第二,提出了新的数据关联方法。文中提出的数据关联包括初步关联和确认关联两部分。在初步关联中,将地图中已有的样条进行简化,简化原则为已有样条和载体的最近距离小于距离阈值。然后用简化后的地图样条和新样条进行点对的匹配。
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