激光地图编辑指南

1. 前言2. 编辑激光地图2.1 注意事项2.2 “弹性连接”的地图2.2.1 移动关键帧2.2.2 开启图优化编辑3. 地图编辑最佳实践3.1 删除所有移动的杂点3.2 运用关键帧锁定功能3.2 运用建图模式3.3 删除不合理的关键帧3.4 删去地图中非固定结构的杂点3.5 错误的关键帧杂点3.6 修改不合理的关键帧关联3.7 批量处理工具3.8 添加移动物品区域标记3.9 录关键帧时的不合理

1. 前言

激光地图编辑功能极大拓展了Detour的激光SLAM应用场景，编辑功能能够解决的典型问题如下：

• 删除点云。删除地图上点云噪音，比如建图时录下的行人、托盘等。
• 标记物品移动区域。通过标记大动态区域（存在大量移动物体，且不参与定位计算的区域，比如车道），过滤动态区域移动物体形成的点云，提高激光SLAM稳定性。
• 标记匹配困难区域。通过标记匹配困难区域，算法自动从无反切换为有反，利用反光板（棒）构建环境特征，应对不利于无反的场景（比如较大面积的平面库，或总装车间滑板线旁车道）。
• 增补允许闭环区域。为180度视野的机器人标记匹配区域（其背后没有视野），提高在特定场景的点云配准能力。
• 优化激光地图的局部区域。
• 拉伸图层以实现特定目标。比如一段共线车道，通过拉伸另一个车型的激光地图（图层），使其坐标与另一个车型大致重合，以便管控软件实现交通管制功能。

2. 编辑激光地图

2.1 注意事项

1. 编辑地图应该离线进行，把Detour当作编辑器使用。即：不连接移动机器人，不读取雷达数据流，仅编辑静态的地图。
2. 合适安排编辑顺序，以方便工作为准，不需要固定顺序流程。可以先编辑地图的一部分，也可以交错使用不同的方法进行编辑。
3. 编辑地图的过程中随时保存！每当局部一个小区域编辑达到比较好的效果之后，应该及时保存一个版本。Detour的编辑没有“回退到上一步”功能。
4. 编辑过程中，合理利用“锁定”关键帧。被“锁定”的关键帧，在UI上显示的关键帧小红圈上会有一个红色的叉。锁定的关键帧是不会被程序自动移动的，也就是说，程序认为被“锁定”的关键帧被指定了正确的位置（“建图模式”不会改变被“锁定”关键帧的位置）。手动“移动”或“旋转”后的关键帧会自动变为“锁定”状态，可以按“解锁”解除。

2.2 “弹性连接”的地图

Detour使用图优化技术处理关键帧拓扑关系。关键帧是移动机器人通过激光雷达观测到的环境特征，类似我们沿途拍照，然后用照片判断是否在某个地标附近。关键帧位姿（位置和观测角度）在建图时由激光里程计给出，激光里程计的累积误差以图优化技术消除。图优化技术把关键帧连接为一个有机整体，编辑地图时移动一个关键帧，所有关联关键帧位姿都会移动，就像一张弹性地图。

图 2-1 激光地图局部

上图展示了关键帧之间的联系。红色空心圆是关键帧，关键帧间连线表示拓扑关系，即两个关键帧的相关程度（它们观测到点云的相似程度）。

2.2.1 移动关键帧

图 2-2 移动关键帧

鼠标点选关键帧，被选中关键帧以红色双同心圆表示，点击主菜单的”移动“操作，可移动关键帧位置。红色的点云是该关键帧观测到的环境轮廓，它们会和关键帧一起移动。使用移动功能可以修改关键帧位置，当Detour锁定该关键帧时，其输出位姿也会相应变化。被移动的关键帧处于锁定状态，以红色叉表示，可用主菜单的“解锁”功能解除。

2.2.2 开启图优化编辑

在建图模式下，移动功能与图优化功能配合，可以“缝合”因建图操作错误而断开的地图。

图 2-3 “破裂”的地图

上图是一条双向四车道，激光地图应该是“口”字形。这个形状是因为建图过程中车速未控制在低速，且部分路段狭窄未用”小回环“方法，导致地图破裂为三块。在Detour的“单线激光SLAM”标签，点击“开启”按钮（打开图优化功能），然后切换到“建图模式”，依次选择正常和变形部分的一个关键帧，使用移动功能移动关键帧，与该关键帧关联的整个地图都会移动，就能看到有3个地图。

图 2-4 “破碎“的3个地图

开启图优化的移动功能非常强大。激光地图是互联的关键帧，移动其中一个，图优化功能会计算与之关联的所有关键帧，直到整个地图，因此我们可以拖动一个关键帧来移动地图。这种能力使激光地图编辑变得直观易用，不需要回到现场重新建图，节省大量工程时间。

注意：移动过的关键帧处于”锁定“状态。如果不解锁，在移动其归属地图的其他关键帧时，它会保持在原地。

接下来我们”缝合“破碎的地图。3点钟方向的地图顺时针旋转80度左右可以和12点钟地图拼合，解锁刚才移动的关键帧，然后选择该地图的一个关键帧，使用主菜单的”旋转“功能，把地图旋转到水平。

图 2-5 旋转至水平的地图

然后移动该地图，把它拖放到12点钟地图旁边。Detour会自动计算移动地图关键帧与附近关键帧的关联关系，自动关联配准分数高的关键帧，使两个地图融为一体。这个过程可在状态栏观察到。

图 2-6 “缝合”的地图

从上图可见，被锁定关键帧是我们移动地图的端点，现在两个地图边缘关键帧已建立拓扑关系，说明两个地图已经融合。解锁关键帧，点选融合边界两侧的关键帧，可见它们观测到的轮廓（红色点）大多是重合的（观测到同一个物体）。

对于在地图上靠近的两个关键帧，它们之间没有关联，可用主菜单的“关联”功能，让图优化计算两者关联性，是否需要建立拓扑关系。

图 2-7 关联优化结果

以图2-6中锁定关键帧为例，它和左侧关键帧非常近，但没有联系。解锁后使用鼠标框选这两个关键帧，使用“关联”功能优化。可见该关键帧消失，说明它和其他关键帧的关联性很弱。这现象说明地图在此破裂的一种可能性，即车速过快，导致关键帧的关联性未建立而断开地图。

备注：建图车速应在0.4m/s以下，在狭窄路段不能往复行驶建图时，关键帧呈现出单薄的直线型，此时如果车速较快，或者有快速转向动作，就会导致机器人观测到的环境发生快速变化，使关键帧联系无法建立。因此，越是狭窄路段越要低速，转弯时应低速，建图时候投入的时间远低于调试时返工时长。

3. 地图编辑最佳实践

3.1 删除所有移动的杂点

杂点是不应参与SLAM计算的噪音点，比如临时摆放的设备、视野中看到其他动态的人员或小车形成的点云，仅保留固定参照的点云结构（比如固定的墙体、固定的告示牌、固定的充电站、固定的柜子等等），并且确保这些点云结构无重影无失真。如下，第一张图展示了通道点云重影失真的现象，第二张图展示了无重影失真的情形：

图 3-1 通道点云重影失真

图 3-2 通道点云无重影失真

3.2 运用关键帧锁定功能

合理利用“锁定”关键帧。被“锁定”的关键帧，在UI上显示的关键帧小红圈上会有一个红色的叉。锁定的关键帧是不会被程序自动移动的，也就是说，程序认为被“锁定”的关键帧被指定了正确的位置（“建图模式”不会改变被“锁定”关键帧的位置）。手动“移动”或“旋转”后的关键帧会自动变为“锁定”状态，可以按“解锁”解除。

图 3-3 锁定与解锁菜单

3.2 运用建图模式

合理利用“建图模式”：“建图模式”并“开启回环检测”后，Detour会将相互关联的（之间有黄线连接的）关键帧进行配准。如下所示：前一张图是“锁定图层”模式下没有对齐的地图；后一张图是切换到“建图模式”并“开启闭环检测”后，关键帧自动贴合的效果。通常，在大幅度调整某些关键帧时，我们应该切换到“锁定图层”模式。在删除、添加一些关键帧关联关系后，要切换到“建图模式”并“开启回环检测”后才能看到效果。

图 3-4 锁定图层是定位模式

图 3-5 启用建图模式

3.3 删除不合理的关键帧

关键帧被拉到了不正确的位置。选中后，点击顶部菜单栏的“删除”按钮。

图 3-6 错误的关键帧（红色观测点偏离环境轮廓）

图 3-7 删除（关键帧）菜单

3.4 删去地图中非固定结构的杂点

地图上的非固定环境杂点需要去除，例如环境中临时摆放的物料、设备，路过的其他AGV或人员等。

图 3-8 非固定结构杂点

如上图所示，录制地图时存在较多不属于固定场景的杂点。选中当前图层，根据实际需要调整刷子的半径大小，点击“擦除点云”按钮，在地图界面上按住鼠标左键，将杂点擦除。

图 3-9 擦除点云功能

中间红框区域的杂点擦除后，效果如下图所示。

图 3-10 删除杂点后的地图

3.5 错误的关键帧杂点

需要注意的是，某些“杂点”可能不是杂点，而是完全错误的关键帧。如下图所示，红框内的区域应该是开阔的通道，但是其中出现了一整条点云的结构。

图 3-11 错误关键帧带来的虚假结构轮廓（红圈中白色轮廓线）

我们可以通过反复框选关键帧，逐步缩小范围，查看这里异常的点云是哪个位置的关键帧引起的。

图 3-12 框选关键帧以判断虚假结构轮廓源头

图 3-13 框选关键帧以判断虚假结构轮廓源头2

图 3-14 找到虚假结构轮廓的关键帧

最终确定到，红框内的三个关键帧“跑偏”后在走廊通道内形成了错误的点云。这种情况我们直接删除这几个关键帧。

3.6 修改不合理的关键帧关联

建图后，需要检查关键帧之间建立的关联关系是否合理，尤其是距离较远的关键帧。如下图所示，红线标出的这个关联关系是不合理的。

图 3-15 不应关联的关键帧

我们可以分别点击选中两个关键帧进行观察，如下所示：

图 3-16 分析错误关联的关键帧

图 3-17 分析错误关联的关键帧2

可以看到，两个关键帧（红色点云）的重叠部分实际上非常少，将这两个关键帧进行关联是不合理的。按住Ctrl键同时选中两个关键帧，点击顶部菜单栏的“解除关联”按钮。

图 3-18 解除关联菜单

注意：修改关键帧的关联关系后，应该将地图切换为“建图”模式，并“开启图优化”，图优化会对地图进行自动精调。

3.7 批量处理工具

解除关联的下拉菜单中有两个批量化处理工具：

图 3-18 批量解除关联

解除和未选中部分的关联：选中一部分关键帧，点击该按钮，选中的关键帧和其余未选中关键帧之间的关联会被取消。

按距离解除关联：选中一部分关键帧，点击该按钮，选中的关键帧之间，若两者距离大于指定值，它们之间的关联将被解除。

3.8 添加移动物品区域标记

若某区域存在大量高频率移动的动态点云（例如其他不断移动的设备、其他人员等），应当标记为移动物品区域。选中“标记移动物品区域”，并在UI上按住鼠标左键进行涂抹标记。标记后的区域为红色。有效点云的位置不应当被标记。

图 3-19 涂红移动物品区域

注意：若我们不希望某处的点云参与里程计匹配，则应当将该区域标红。若不希望某处的点云参与地图匹配，应该将其直接擦除（参考“2. 删去地图中非固定结构的杂点”）。 若某一区域物品的移动频率较低（频率低，而非“速度慢”），则应当将该区域的点云擦除，但不应该将该区域标红。例如堆积的货架、料框、物料（几小时、或几天移动一次）。因为这一类区域中出现的物体仍然可以作为里程计可用的点云。

3.9 录关键帧时的不合理

有以下情况时，需要打开小车，开到相关位置进行点云的补录。

图 3-20 补录关键帧

如上图所示，红框是主干道，蓝框是工位。黄框中这一段主干道上缺失关键帧。