技術(shù)干貨 | 為什么說SLAM2.0時代到來?

高仙是全球最早從事SLAM技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用探索的公司之一，成立于2013年，5年間，高仙已成功向下游近百家智能機(jī)器人終端企業(yè)提供完整的SLAM商用解決方案，并實現(xiàn)了在國內(nèi)該領(lǐng)域超過60%的市場占比，機(jī)器人總體運(yùn)行超過百萬公里。高仙SLAM2.0技術(shù)戰(zhàn)略近期正式對外公布后受到用戶及合作伙伴的關(guān)注，究竟SLAM2.0是什么，接下來為大家詳解。

SLAM技術(shù)通過智能算法(深度學(xué)習(xí)算法等)進(jìn)行自主定位、建圖，被廣泛應(yīng)用于低速無人機(jī)、無人駕駛、機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域。針對在未知的環(huán)境中運(yùn)動需求，SLAM通過對環(huán)境的觀測確定自身的運(yùn)動軌跡，同時構(gòu)建環(huán)境地圖，再根據(jù)自身位置增量式的構(gòu)建地圖，完成不同領(lǐng)域產(chǎn)品的路徑規(guī)劃功能，從而達(dá)到同時定位和地圖構(gòu)建的目的。SLAM技術(shù)距今已經(jīng)有30余年的發(fā)展歷史，在以上領(lǐng)域都有較好的應(yīng)用前景。

傳統(tǒng)SLAM技術(shù)特點(diǎn)與不足

傳統(tǒng)SLAM雖然應(yīng)用廣泛，但是對于動態(tài)環(huán)境的定位建圖能力是有欠缺的，表現(xiàn)在缺乏對應(yīng)的動態(tài)實時分析機(jī)制。然而SLAM傳統(tǒng)的技術(shù)缺點(diǎn)主要在于每次重啟的起點(diǎn)位姿是初始點(diǎn)，丟失位姿時，將人工移動到地圖的零點(diǎn)位置，浪費(fèi)人力、效率低下，對應(yīng)用過程中會給用戶造成很大不便，總結(jié)來說，傳統(tǒng)SLAM及導(dǎo)航技術(shù)體系存在對復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)能力低下、成本較高、定位精度差等缺陷。

正是為了應(yīng)對動態(tài)環(huán)境沒有成熟、穩(wěn)定的解決方案這一現(xiàn)狀，高仙整合傳統(tǒng)SLAM技術(shù)與領(lǐng)先算法，提出了全新的SLAM2.0技術(shù)方案，即能完成動態(tài)環(huán)境下的定位建圖能力，并完整地考慮、覆蓋了機(jī)器人導(dǎo)航應(yīng)用需求及功能，尤其在商業(yè)環(huán)境下，針對其動態(tài)環(huán)境的高頻變化，SLAM2.0能夠動態(tài)地對環(huán)境特征進(jìn)行分析與特征提取，構(gòu)建完善的動態(tài)實時分析機(jī)制，并較好的提高系統(tǒng)魯棒性以及識別準(zhǔn)確率，完成定位-建圖-導(dǎo)航-重定位-更新動態(tài)的螺旋上升系統(tǒng)。

高仙SLAM2.0是什么

高仙SLAM2.0技術(shù)方案顯著地提高了SLAM多項關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，且將導(dǎo)航環(huán)節(jié)涵蓋了進(jìn)來，從而為用戶提供了一套完整的機(jī)器人自主定位、建圖、導(dǎo)航應(yīng)用系統(tǒng)，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，這一方案具有顛覆性，因此，高仙將它定義為SLAM2.0。

SLAM2.0通過機(jī)器人的多傳感器，獲取動態(tài)環(huán)境下的數(shù)據(jù)信息，對環(huán)境進(jìn)行實時定位，并構(gòu)建動態(tài)環(huán)境下完整的平面地圖，從而讓機(jī)器人在復(fù)雜的環(huán)境下具備自主規(guī)劃、組織、自適應(yīng)能力。在動態(tài)環(huán)境中，機(jī)器人將能夠有效規(guī)避動態(tài)路障(如，移動的人等)，而不需要設(shè)置固定的路徑;機(jī)器人構(gòu)建動態(tài)地圖以時間序列獲取周圍環(huán)境信息，與已構(gòu)建好的地圖進(jìn)行匹配，并采用深度學(xué)習(xí)算法精確確定其在全局地圖中的位置。在技術(shù)應(yīng)用中，SLAM2.0的算法實現(xiàn)主要考慮以下幾個關(guān)鍵問題：

1. 地圖表示問題——這一需要根據(jù)實際場景需求去抉擇;

2. 信息感知問題——通過多傳感器融合全面地感知環(huán)境;

3. 數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)問題——不同的sensor的數(shù)據(jù)類型、時間戳、坐標(biāo)系表達(dá)方式各有不同，需要統(tǒng)一處理;

4. 定位與構(gòu)圖問題——即如何實現(xiàn)位姿估計和建模，其中將包括數(shù)據(jù)計算、物理模型建立以及狀態(tài)估計、優(yōu)化等。

基于SLAM2.0進(jìn)行全局動態(tài)定位和環(huán)境的自動、智能判斷分析識別，同時采用構(gòu)建地圖過程中歷史數(shù)據(jù)的不斷更新機(jī)制，并利用智能匹配算法以及對匹配結(jié)果的綜合分析，來確定機(jī)器人在全局地圖中的位姿，整個方案實現(xiàn)性好、響應(yīng)快速、準(zhǔn)確性高，并且，能夠涵蓋從數(shù)據(jù)化獲取-數(shù)據(jù)融合-任務(wù)規(guī)劃-路徑規(guī)劃-運(yùn)動控制-底層執(zhí)行全過程。

一般的動態(tài)環(huán)境主要通過測量兩個特征之間的相似程度，具體做法是在兩個連續(xù)圖像幀中提取所有可以提取的特征點(diǎn)，這種做法往往會造成奇異性，SLAM2.0則是在特征比對的基礎(chǔ)上，再利用數(shù)據(jù)融合方法對動態(tài)環(huán)境進(jìn)行建圖與導(dǎo)航，因而大大提高了效率與準(zhǔn)確性。

高仙SLAM2.0關(guān)鍵技術(shù)性能的領(lǐng)先性

? 領(lǐng)先的多傳感器融合算法，同步集成20+主流傳感器

激光、單/雙目視覺、超聲、防碰撞、防跌落、GPS、紅外、UWB、RFID等多傳感器數(shù)據(jù)的融合能力，能夠最大程度實現(xiàn)對動態(tài)環(huán)境的感知，在精確性、魯棒性、場景分析、避障、建圖面積以及成本方面達(dá)到最優(yōu)解。

? 百萬平米級建圖能力，室外+室內(nèi)全場景通用

高仙SLAM2.0實現(xiàn)了百萬平米建圖能力，超業(yè)界平均水平20倍，且能夠覆蓋室內(nèi)、室外各類復(fù)雜場景。

? 1cm-3cm高精度定位

基于強(qiáng)大的環(huán)境感知和建圖能力，高仙SLAM2.0可在任何地點(diǎn)進(jìn)行開機(jī)識別、全局定位，達(dá)到室內(nèi)1cm-室外3cm的高精度。

高仙SLAM2.0的應(yīng)用領(lǐng)域與發(fā)展前景

在機(jī)器人配送、陪伴/看護(hù)、掃地以及低速駕駛、遠(yuǎn)程呈現(xiàn)等場景中，SLAM2.0技術(shù)方案將越來越具有核心地位，因為這些場景下機(jī)器人自主移動通常會存在環(huán)境復(fù)雜、粒度細(xì)、無法使用GPS等困難，因此，可以說機(jī)器人如果要自主移動，幾乎只能依賴SLAM2.0。

基于SLAM2.0的新一代技術(shù)方案擁有廣闊的發(fā)展前景，未來的趨勢主要有兩個方向：一是朝著輕量化、小型化發(fā)展，利用SLAM2.0在嵌入式或者小型設(shè)備上運(yùn)行，考慮以它為底層功能的應(yīng)用。另一方面則是利用高性能計算設(shè)備，實現(xiàn)精密的動態(tài)三維模型的重建、場景理解等功能，且可以在實現(xiàn)完美重建場景的同時，對計算資源與設(shè)備便攜性不會有大限制和高要求，讓用戶能夠更便捷、更低成本地開展各類技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用。

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