SLAM及应用

大多数 SLAM 系统至少有两个主要组件： 

1. 距离测量

所有 SLAM 解决方案都包含某种设备或工具，允许机器人或其他车辆观察和测量周围的环境。

这可以通过相机、其他类型的图像传感器、LiDAR 激光扫描仪技术甚至声纳来完成。本质上，任何可用于测量位置、距离或速度等物理属性的设备都可以作为 SLAM 系统的一部分。 

2. 数据提取

一旦计算出这些测量结果，SLAM 系统就必须有某种软件来帮助解释这些数据。这方面也有多种可用选项，从一系列隔行算法到其他类型的复杂扫描匹配。

不过，所有这些“后端”解决方案本质上都有相同的目的：它们提取距离测量设备收集的传感数据，并用它来识别未知环境中的地标。

正常运行的 SLAM 解决方案可以看到测距设备、数据提取软件、机器人或车辆本身以及涉及的附加硬件、软件或其他处理技术之间持续的相互作用。

所有这些元素都根据用例而变化，但为了让任何 SLAM 系统能够准确地探索其环境，所有这些元素必须无缝地协同工作。 

激光雷达和 SLAM

利用光来确定不熟悉物体位置的测距设备被称为LiDAR 传感器。

LiDAR 扫描仪是任何同步定位和测绘解决方案的最 佳和最 受欢迎的选择之一

LiDAR 技术（光检测和测距的缩写）通过向目标发射激光并测量信号返回所需的时间，利用光能从表面收集数据。然后，该数据可用于创建高度准确的 3D 模型和地图。 

由于 LiDAR 几乎不需要任何光线即可运行，因此配备 LiDAR 的 SLAM 系统可以收集人眼难以观察的任何障碍物或地标的精 确、高精度数据。2D LiDAR SLAM 通常用于仓库机器人，3D LiDAR SLAM 则广泛用于从采矿作业到自动驾驶汽车的各个领域。 

话虽如此，在某些情况下，LiDAR 可能不是 SLAM 系统的正确选择。 

如果障碍物不多或者障碍物距离很远，机器人或车辆可能很难将自己与激光雷达的点云对齐。这可能会导致设备失去其位置并偏离航线。 

此外，激光雷达技术需要相当多的处理能力，虽然激光雷达技术的成本和尺寸正在迅速下降，但声纳或传统相机等其他距离测量设备可能仍然是许多用例和价位的正确选择。 

SLAM（同步定位和建图）应用

1. 清洁机器人

有趣的是，SLAM 技术在普通家庭中的首批应用之一是扫地机器人。

清洁机器人实际上是关于同步定位和地图绘制工作原理的最 佳教程之一。如果没有 SLAM，清洁机器人只能在地板上随机移动。它无法检测到障碍物，这意味着它会不断撞到椅子或脚。它也无法“记住”它已经清洁过的区域，这从一开始就违背了自主吸尘器的全部目的。 

然而，通过 SLAM，机器人能够越过它已经覆盖的区域（映射），并且能够避开任何障碍物或地标（定位）。它还能够同时（同时）完成这两件事，这使其成为 SLAM 技术如何在家庭内外发挥作用的完美示例。 

2. 娱乐 

2021 年 12 月，华特迪士尼公司获得了基于 SLAM 技术运行的“虚拟世界模拟器”专利

通过持续跟踪游客不断变化的视角，虚拟世界模拟器允许多个用户在现实世界主题公园景点内体验动态 3D 环境，而无需使用眼镜或耳机。 

根据该专利，这个虚拟世界模拟器有一天可以使用 SLAM 技术将道具、艺术甚至动画角色等所有内容直接投射到现实世界的场地中。这种基于 SLAM 的技术超越了虚拟或增强现实，有能力彻底颠覆主题公园世界和整个娱乐行业。

3. 医学

SLAM 正在医疗领域用于帮助手术室的医生，使手术变得更轻松、更微创。

通过在人体外部和内部使用 SLAM 技术和自主技术，医生现在能够快速、更准确地识别问题并使用 SLAM 制定解决方案。 

医疗 SLAM 可以为外科医生提供患者体内物体的“鸟瞰图”，而无需进行深切口。通过快速准确地显示患者体内动态物体的 3D 模型，SLAM 技术将在未来许多年继续用于协助手术和其他医疗工作。

4. 自动驾驶汽车

由于 SLAM 技术专门致力于帮助自动驾驶物品在未知位置找到路径，因此 SLAM 和自动驾驶汽车密切相关是有道理的。

事实正是如此——事实上，SLAM 是自动驾驶汽车在世界上行驶的主要方式。 

自动驾驶汽车可以使用 SLAM 软件来识别从车道线到交通信号灯再到道路上其他车辆的所有内容。SLAM 比 GPS 技术更准确、反应更灵敏，很可能成为释放自动驾驶汽车真正潜力的关键。

随着未来几年越来越准确的 SLAM 解决方案的出现，自动驾驶汽车几乎肯定会成为大众市场首先实施这些解决方案的领域之一。

SLAM 无人机

我们上面没有提到最后一个实施领域，那就是 SLAM 与无人机的交互。

无人机和其他无人机的 SLAM 是不断发展的技术中最令人兴奋的发展领域之一，并且有许多 SLAM 系统和无人机相遇的尖端项目。 

但无人机的 SLAM 到底是什么？ 

嗯，对于任何自主无人机要成功完成其预定操作，它都需要能够知道自己的位置，创建周围环境的地图并规划到达目的地的飞行路径。

如果它处于不断变化的环境中，就像许多商业和工业无人机一样，它需要在相对较短的时间内动态地完成所有这些工作。 

换句话说，这是SLAM实施的完美情况。  

SLAM 解决方案能够支持实时无人机自主操作，允许各种无人机根据途中的物体、地标和障碍物立即改变其飞行路径。使用 LiDAR 扫描仪和 SLAM 软件，所有不同类型的无人机都可以准确、动态地改变其路径和操作，而无需任何人工干预。 

需要注意的是，有些无人机的飞行速度太快，许多 SLAM 系统无法准确测量。 

然而，通过结合SLAM、激光雷达扫描仪和其他测绘和成像系统，飞行速度较慢的无人机可以对许多危险或难以到达的地点进行3D建模，包括洪泛区、茂密的森林、夜间事故现场、水下救援遗址、考古发掘等等

当然，正如多次提到的，您需要的 SLAM 系统或 LiDAR 扫描仪的具体类型在很大程度上取决于您的预期用例。

虽然选项和种类一开始可能令人眼花缭乱，但 SLAM 解决方案和无人机技术最令人兴奋的事情之一是它几乎可以针对任何项目进行定制。通过组合不同的 SLAM 组件和无人机类型，您可以创建用于几乎任何用途的 SLAM 无人机。