Mehrstufige Oberflächenkarten zur Kartierung von Freiflächen und zur Problemlösung von Schleifen

Um im Freien oder auf unebenen Oberflächen zu arbeiten, benötigen mobile Roboter geeignete Datenstrukturen, die eine kompakte Darstellung der Umgebung bieten und gleichzeitig wichtige Aufgaben wie die Routenplanung und Lokalisierung unterstützen. Eine solche Darstellung, die in der Vergangenheit häufig verwendet wurde, sind Höhenkarten, die in jeder Zelle eines diskreten Gitters die Höhe der Oberfläche im entsprechenden Bereich speichern. Während Höhenkarten eine kompakte Darstellung bieten, fehlt ihnen die Fähigkeit, vertikale Strukturen oder sogar mehrere Ebenen darzustellen. In diesem Papier schlagen wir eine neue Darstellung vor, die als mehrstufige Oberflächenkarten (MLS-Karten) bezeichnet wird. Unser Ansatz ermöglicht es, mehrere Oberflächen in jeder Zelle des Gitters zu speichern. Dadurch kann ein mobiler Roboter Umgebungen mit Strukturen wie Brücken, Unterführungen, Gebäuden oder Minen modellieren. Darüber hinaus ermöglichen sie die Darstellung von vertikalen Strukturen. Im gesamten Papier präsentieren wir Algorithmen zur Aktualisierung dieser Karten basierend auf Sensoreingaben, um Karten abzugleichen, die aus zwei verschiedenen Scans berechnet wurden, und um das Schleifenverschlussproblem bei gegebenen Karten zu lösen. Experimente, die mit einem realen Roboter in einer Außenumgebung durchgeführt wurden, zeigen, dass unser Ansatz gut geeignet ist, um großflächige Außenumgebungen darzustellen.