几种2D

felwell 2019-05-24

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本文简单比较了这几种2D-Slam算法HectorSLAM ，Gmapping， KartoSLAM， CoreSLAM， LagoSLAM。

详细参见论文: An evaluation of 2D SLAM techniques available in robot operating system

1. 算法介绍

A . HectorSLAM

scan-matching(Gaussian-Newton equation) 传感器的要求高

要求: 高更新频率小测量噪声的激光扫描仪. 不需要里程计,使空中无人机与地面小车在不平坦区域运行存在运用的可能性.

利用已经获得的地图对激光束点阵进行优化, 估计激光点在地图的表示,和占据网格的概率.

其中扫描匹配利用的是高斯牛顿的方法进行求解. 找到激光点集映射到已有地图的刚体转换(x,y,theta).

(接触的匹配的方法还有最近邻匹配的方法(ICP) ,gmapping代码中的scanmatcher部分有两种方法选择.)

为避免局部最小而非全局最优的(类似于多峰值模型的,局部梯度最小了,但非全局最优)出现,地图采用多分辨率的形式.

　　导航中的状态估计可以加入惯性测量，进行ＥＫＦ滤波．

B. Gmapping:

proposed by Grisetti et al. and is a Rao-Blackwellized PF SLAM approach.

adaptive resampling technique

　目前激光2Dslam用得最广的方法，gmapping采用的是RBPF的方法. 必须得了解粒子滤波(利用统计特性描述物理表达式下的结果)的方法.

粒子滤波的方法一般需要大量的粒子来获取好的结果,但这必会引入计算的复杂度;粒子是一个依据过程的观测逐渐更新权重与收敛的过程,这种重采样的过程必然会代入粒子耗散问题(depletion problem), 大权重粒子显著,小权重粒子会消失(有可能正确的粒子模拟可能在中间的阶段表现权重小而消失).

自适应重采样技术引入减少了粒子耗散问题 , 计算粒子分布的时候不单单仅依靠机器人的运动(里程计),同时将当前观测考虑进去, 减少了机器人位置在粒子滤波步骤中的不确定性. (FAST-SLAM 2.0 的思想，可以适当减少粒子数)

c. KartoSLAM

   graph-based SLAM approach developed bySRI International’s Karto Robotics
   highly-optimized and non iterative Cholesky matrix decomposition for sparse linear systems as its solver
   the Sparse Pose Adjustment (SPA) is responsible for both scan matching and loop-closure procedures

Karto Open Libraries 2.0 SDK(Karto Open Libraries 2.0 is available under the LGPL open source license. You can try the full Karto SDK 2.1 for 30 days.) 后面在详细研究下(比较下ＭRPT )

图优化的核心思想我认为主要就是矩阵的稀疏化与最小二乘..参见graphslam学习

　　KartoSLAM是基于图优化的方法，用高度优化和非迭代 cholesky矩阵进行稀疏系统解耦作为解．　图优化方法利用图的均值表示地图，每个节点表示机器人轨迹的一个位置点和传感器测量数据集，箭头的指向的连接表示连续机器人位置点的运动，每个新节点加入，地图就会依据空间中的节点箭头的约束进行计算更新．

　　KartoSLAM的ROS版本，其中采用的稀疏点调整（the Spare Pose Adjustment(SPA)）与扫描匹配和闭环检测相关．landmark越多,内存需求越大,然而图优化方式相比其他方法在大环境下制图优势更大.在某些情况下KartoSLAM更有效,因为他仅包含点的图(robot pose),求得位置后再求map.

D. CoreSLAM

tinySLAM algorithm: two different steps(distance calculation and update of the map
simple and easy

为了简单和容易理解最小化性能损失的一种slam算法.将算法简化为距离计算与地图更新的两个过程, 第一步,每次扫描输入,基于简单的粒子滤波算法计算距离,粒子滤波的匹配器用于激光与地图的匹配,每个滤波器粒子代表机器人可能的位置和相应的概率权重,这些都依赖于之前的迭代计算. 选择好最好的假设分布,即低权重粒子消失,新粒子生成..在更新步骤,扫描得到的线加入地图中,当障碍出现时,围绕障碍点绘制调整点集,而非仅一个孤立点.

E. LagoSLAM

Linear Approximation for Graph Optimization
the optimization process requires no initial guess

基本的图优化slam的方法就是利用最小化非线性非凸代价函数.每次迭代, 解决局部凸近似的初始问题来更新图配置,过程迭代一定次数直到局部最小代价函数达到. (假设起始点经过多次迭代使得局部代价函数最小). LagoSLAM 是线性近似图优化,不需要初始假设. 优化器的方法可以有三种选择 Tree-based netORK Optimizer(TORO), g2o,LAGO