近日，杭州旗晟智能科技有限公司申請(qǐng)的發(fā)明專利“基于多分辨率哈希地圖的連續(xù)時(shí)間位姿估計(jì)方法”成功獲得國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局授權(quán)。這項(xiàng)技術(shù)突破解決了在復(fù)雜動(dòng)態(tài)環(huán)境下如何實(shí)現(xiàn)高精度、低延遲3D激光SLAM的難題，特別是在僅使用LiDAR數(shù)據(jù)且位姿估算難度較大的情況，成功提高了巡檢機(jī)器人及其他運(yùn)動(dòng)底盤(pán)的地圖管理能力，并在工程落地應(yīng)用中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

一、技術(shù)方案亮點(diǎn)

該方案創(chuàng)新性地采用“連續(xù)時(shí)間建模 +多分辨率哈希地圖結(jié)構(gòu)”策略，在不犧牲精度的前提下，大幅提升了位姿估計(jì)的魯棒性和效率。核心流程包含以下四個(gè)步驟：

Step 1：激光數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理

系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取當(dāng)前時(shí)刻的激光雷達(dá)數(shù)據(jù)，并按時(shí)間戳將整幀點(diǎn)云數(shù)據(jù)拆分為小塊子幀；每一個(gè)子幀數(shù)據(jù)被精確地映射到全局坐標(biāo)系中，為構(gòu)建多分辨率地圖和構(gòu)建數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)提供統(tǒng)一參考。

Step 2：構(gòu)建多源殘差與連續(xù)時(shí)間優(yōu)化

· 在全局坐標(biāo)系下，使用當(dāng)前幀點(diǎn)云在多分辨率哈希地圖中建立點(diǎn)-面殘差（Point-to-Plane Residual），增強(qiáng)幾何約束。

· 基于連續(xù)時(shí)間模型，引入：

o 位姿一致性殘差（與上一幀相比）

o 速度一致性殘差（考慮時(shí)間連續(xù)性）

· 將上述多源信息聯(lián)合建模為一個(gè)優(yōu)化問(wèn)題，使用非線性優(yōu)化方法（如ceres）高效求解每一幀數(shù)據(jù)的精確位姿。

Step 3：多分辨率哈希地圖更新與維護(hù)

· 基于估計(jì)的每幀數(shù)據(jù)的位姿，實(shí)時(shí)更新地圖。

· 采用多分辨率哈希結(jié)構(gòu)進(jìn)行地圖組織，使得地圖既精細(xì)局部建圖，又快速全局訪問(wèn)。

· 同時(shí)，系統(tǒng)會(huì)移除視野外區(qū)域的數(shù)據(jù)塊，實(shí)現(xiàn)地圖的“按需加載與卸載”，顯著降低系統(tǒng)內(nèi)存占用與I/O負(fù)擔(dān)。

二、 技術(shù)優(yōu)勢(shì)總結(jié)

實(shí)施該方案后，巡檢機(jī)器人將具備高實(shí)時(shí)性、高精度和輕量化的地圖管理能力，運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性得到顯著提升，該方案的技術(shù)優(yōu)勢(shì)如下：

? 連續(xù)時(shí)間建模：精細(xì)建模雷達(dá)運(yùn)動(dòng)軌跡，顯著提升非同步數(shù)據(jù)處理精度

? 多分辨率哈希地圖：兼顧空曠空間與狹窄區(qū)域的精細(xì)地圖表示，室內(nèi)外場(chǎng)景精度一致性高

? 點(diǎn)-面殘差 + 運(yùn)動(dòng)一致性殘差：魯棒優(yōu)化，減少漂移

? 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)卸載機(jī)制：保證長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的資源可控性

? 純激光方案：無(wú)依賴IMU或GPS，適用于定位受限環(huán)境

三、技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐

該專利技術(shù)目前已部署于旗晟智能全系巡檢機(jī)器人產(chǎn)品，助力巡檢機(jī)器人導(dǎo)航、室內(nèi)外建圖等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，并在多個(gè)項(xiàng)目場(chǎng)景中驗(yàn)證：

1) 旗晟自研的A2系列輪式巡檢機(jī)器人：憑借該技術(shù)實(shí)現(xiàn)在甘肅某煤礦的配電室、35KV變壓器室等四個(gè)場(chǎng)景的無(wú)人化自主定位巡檢，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)全區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控、溫度監(jiān)測(cè)、噪聲監(jiān)測(cè)、氣體監(jiān)測(cè)，并對(duì)數(shù)字表計(jì)、信號(hào)燈、開(kāi)關(guān)旋鈕等進(jìn)行AI檢測(cè)，精準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題，大幅提升巡檢效率與準(zhǔn)確性。

2) 旗晟自研的A4系列機(jī)械臂輪式復(fù)合型巡檢機(jī)器人，通過(guò)激光SLAM技術(shù)的應(yīng)用，在多個(gè)軌交場(chǎng)所穩(wěn)定定位運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)列車車底、車輪、車側(cè)等列車整體環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻AI檢測(cè)和特殊作業(yè)，極大節(jié)約了地鐵等列車相關(guān)的人員巡檢所、培訓(xùn)、監(jiān)管等整體運(yùn)維費(fèi)用。

3) 旗晟自研算法適配的G系列四足巡檢機(jī)器人，通過(guò)自研定導(dǎo)算法的適配，實(shí)現(xiàn)在某五百?gòu)?qiáng)企業(yè)生產(chǎn)車間、某火車站站前廣場(chǎng)等復(fù)雜多變的環(huán)境中，穩(wěn)定動(dòng)態(tài)避障、持續(xù)運(yùn)行，高效完成巡檢任務(wù)，搭載雙攝云臺(tái)相機(jī)、3D激光雷達(dá)等傳感器、環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器等，結(jié)合旗晟智能AI中臺(tái)以及運(yùn)維軟件，實(shí)現(xiàn)了各場(chǎng)景下四足狗巡檢機(jī)器人的快速部署及應(yīng)用。

4) 旗晟自研的Ex系列防爆輪式巡檢機(jī)器人：依靠穩(wěn)定的激光SLAM定位導(dǎo)航技術(shù)，在化工原料生產(chǎn)罐區(qū)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)全區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控、溫度監(jiān)測(cè)、噪聲監(jiān)測(cè)、氣體監(jiān)測(cè)，并對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行安全帽、人員跌倒、環(huán)境漏液、儀器儀表等進(jìn)行巡檢，替代人工成為智能安全巡查員在高危環(huán)境下作業(yè)。

5) 其他場(chǎng)景：該算法專為3D純激光SLAM設(shè)計(jì)，應(yīng)用場(chǎng)景廣泛，還適用于：

· 城市道路或隧道中的自動(dòng)駕駛

· 室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人建圖與定位

· 大型倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境中的自主導(dǎo)航系統(tǒng)

· 各類對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的嵌入式SLAM場(chǎng)景

四、總結(jié)展望

杭州旗晟智能通過(guò)自研穩(wěn)定可靠、可擴(kuò)展、高精度的純激光SLAM方案，將前沿研究轉(zhuǎn)化為可量產(chǎn)的技術(shù)模塊并賦能產(chǎn)品，為用戶帶來(lái)更智能、更高效的巡檢機(jī)器人應(yīng)用解決方案！該專利的提出不僅是算法突破，更是工程化思維智慧的體現(xiàn)。從底層算法突破到工程化應(yīng)用落地，我們始終秉持 “精準(zhǔn)、高效、可靠” 的技術(shù)理念，構(gòu)建 “技術(shù)研發(fā) - 產(chǎn)品迭代 - 場(chǎng)景拓展” 的全鏈條創(chuàng)新生態(tài)。未來(lái)，杭州旗晟智能科技將繼續(xù)深耕SLAM算法，以更多硬核技術(shù)成果，打造更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品與服務(wù)，引領(lǐng)智慧運(yùn)維新潮流！