地图构建算法——占据栅格地图构建算法

今天这篇文章主要介绍激光雷达SLAM中的一种经典的地图构建算法——占据栅格地图构建算法，下面将从地图的引入然后再详细的对该算法进行讲解。

1.地图的分类

• 尺度地图
  具有真实物理尺寸的地图，但是通常按照地图的分辨率来划分尺寸，如栅格地图，特征地图，点云地图等，常用于地图构建，SLAM，路径规划等方面。
  

• 拓扑地图
  拓扑导航基于拓扑学的原理，使用节点和边的连接关系来描述环境，构建拓扑地图。拓扑地图是一种抽象化的地图表示方法，它不需要记录精确的物理坐标和尺寸，只需记录节点以及节点之间的拓扑关系。
  

• 语义地图
  加标签的尺度地图，公认SLAM的未来–SLAM和深度学习的结合，常用于人机交互。
  

2.为什么要进行地图构建

可能很多人会很疑惑，机器人为什么要进行地图构建，我们使用本身已知的地图不行吗？实际上在某些应用领域，并不提供先验地图。令人惊讶的是，大部分建筑实际与工程师提供的蓝图并不一致。即使蓝图相当准确，蓝图中也不会包括家具和其他物体，但是从机器人的角度看，却是墙或门决定了环境的形状。能够获取原始地图，就能大大减少安置移动机器人的工作量，就能使机器人在无人值守的情况下适应变化。所以，地图构建是真正自主机器人的核心能力之一。

3.常见的地图构建方法

地图构建指机器人根据传感器采集环境数据将环境完整的表示出来。常用的地图 构建方法有三种

• 几何地图构建法
  几何地图法是指机器人为了更方便的估计位姿和检测障碍物，对传感器采集的数 据进行处理，从中提取几何特征，并用其描述环境。几何方法在较小范围内计算量小，精 度较高，但是范围较大时，难以获取精确的坐标位置
• 拓扑建图法
  拓扑地图法用拓扑的图（graph）中的节点表示环境特征，图中连接节点的弧相当于 环境中相邻特征点之间的连接。环境越复杂，拓扑地图算法复杂程度越高。
• 栅格地图法
  栅格地图法[68]是指将环境分为尺寸相同、个数不等的栅格。栅格的大小也代表了栅 格数量，过多的栅格会增加计算复杂度，使得系统鲁棒性降低，过少的栅格数量会减少地 图信息量，导致构建的地图不完整而影响路径规划效果。其次需要对栅格的状态进行说明， 通常用 SLAM 方法构建栅格地图，同时该地图有利于路径规划。

4.基础知识补充

为了方便直接截图啦hhh


解释一下什么是截断问题，计算机的位数是有限的，当概率靠近0的时候可能位数不足够就需要舍去一些位数，那么造成了数据的不精确，而如果我们用对数表示，那么就可以避免这个问题。

4.占据栅格地图构建算法

综上所示占据栅格地图构建算法是属于栅格地图法里面的一种，占用栅格地图构建描述了这样一个问题：假设机器入的位姿已知，如何利用有噪声和不确定的测量数据生成一致性地图。占用栅格的基本思想是用一系列随机变量来表示地图。每个随机变量是一个二值数据，表示该位置是否被占用。占用栅格地图构建算法对以上随机变量进行近似后验估计。下图为通过该算法构建出来的栅格地图，每一个栅格都有一种状态。

下面开始推导整个算法的流程。