2、构建小尺寸基于线段地图的方法

构建小尺寸基于线段地图的方法

1. 引言

机器人制图旨在通过移动机器人获取物理环境的空间模型。多机器人制图因并行探索的鲁棒性和高效性而备受关注。地图的表示方式有拓扑表示（如图形数据结构）和几何表示（如存储网格、点或线段的数据结构）。基于线段的地图可有效减少存储环境数据结构的维度，但只有尽量减少线段数量以避免数据冗余时，其优势才能充分体现。

本文提出一种构建基于线段地图的新方法，可显著减少地图中的线段数量。该方法将新获取的扫描数据 S 与现有地图 Mt 进行增量集成，先根据估计的位姿对齐 S 和 Mt，然后融合二者的线段以降低最终地图 Mt+1 的复杂度。此方法不依赖扫描数据的收集方式，自然适用于多机器人场景，在该场景中减少最终地图线段数量的需求更为迫切。

2. 地图构建方法

地图构建方法将新获取的扫描 S 和现有地图 Mt 集成到更新后的地图 Mt+1 中，同时尽量减少 Mt+1 中的线段数量。扫描是传感操作的结果，可视为二维空间中的线段集合，地图 Mt 由多个扫描集成而成，同样由线段组成。

该方法分为三个步骤：扫描获取、扫描对齐和扫描融合。
- 扫描获取 ：在实验中使用 SICK LMS 200 激光测距扫描仪，高度约 50 cm。每次扫描时，传感器沿 0.5° 间隔的方向获取 361 个距离测量值，扫描范围为 180°。原始数据为极坐标下的有序点集，经处理转换为线段。处理过程包括聚类和使用最小均方算法拟合线段，同时计算点到线段的距离以应对激光测距扫描仪的误差。
- 扫描对齐 ：每次扫描 S 都与估计的位姿 PS 相关联。由于里程计不可靠，