露天煤矿环境下基于LiDAR_IMU的紧耦合SLAM算法研究.pdf

第

52

卷第

3

期煤

炭

科

学

技

术Vol.

52No.

3

2024

年

3

月Coal

Science

and

TechnologyMar.2024

马宝良，崔丽珍，李敏超，等.

露天煤矿环境下基于LiDAR/IMU的紧耦合SLAM算法研究[J].

煤炭科学技术，

2024，52（3）：236−244.

MA

Baoliang，CUI

Lizhen，LI

Minchao，etal.

Study

on

tightly

coupled

LiDAR-Inertial

SLAM

for

open

pit

coal

mine

environment[J].

Coal

Science

and

Technology，2024，52（3）：236−244.

露天煤矿环境下基于LiDAR/IMU的紧耦合SLAM算法研究

马宝良

，崔丽珍

，李敏超

，张清宇

（内蒙古科技大学

信息工程学院,

内蒙古

包头014010）

摘要：随着人工智能和无人驾驶等相关学科的快速发展，煤矿装备的智能化和无人化成为了新的趋

势。智能设备的应用将大幅提高煤矿作业的生产力以及人员安全性。露天煤矿地形复杂，与城市环

境相比无明显的几何特征，具有分段相似性，利用现有以激光雷达为主的同时定位与建图（Simultan-

eous

Localization

and

Mapping，SLAM）方案在该环境下易出现定位漂移和建图误差较大等现象。针

对上述问题，提出了一种基于激光雷达（Light

Detection

and

Ranging，LiDAR）和惯导（Inertial

Meas-

urement

Unit，IMU）紧耦合的SLAM算法，该算法使用LiDAR和IMU两种传感器作为数据输入，

对数据进行预处理，前端利用迭代扩展卡尔曼滤波器将预处理后的LiDAR特征点与IMU数据相融

合，并使用后向传播来矫正雷达运动畸变，后端利用雷达相对位姿因子将LiDAR帧间配准结果作为

约束因子与回环因子共同完成全局因子图优化。利用开源数据集和露天煤矿实地数据集验证了算法

的鲁棒性和精确性。试验结果表明在城市结构化环境中文中所提算法与当前激光SLAM算法精度保

持一致，而针对长达两千多米的露天煤矿实地环境，所提算法较FAST-LIO2、LIO-SAM紧耦合算法

在定位精度上分别提高了46.00%和23.15%，且具有更高的鲁棒性。

关键词：露天煤矿；同时定位与地图构建；激光雷达；惯性导航；因子图

中图分类号：TP242文献标志码：A文章编号：0253−2336（2024）03−0236−09

StudyontightlycoupledLiDAR-InertialSLAMforopenpitcoalmineenvironment

MA

Baoliang,

CUI

Lizhen,

LI

Minchao,

ZHANG

Qingyu

（School