針對地下大型基礎(chǔ)設(shè)施巡檢需求，本項目研制了空中機(jī)器人協(xié)同定位與建模系統(tǒng)，解決了地下環(huán)境中機(jī)器人定位與導(dǎo)航的難題。本項目關(guān)鍵技術(shù)包括為在暗光環(huán)境下利用主動視覺與激光雷達(dá)融合進(jìn)行空中機(jī)器人狀態(tài)估計與環(huán)境重構(gòu)。在視覺方面，開發(fā)了具備大范圍動態(tài)目標(biāo)跟蹤能力的主動視覺系統(tǒng)，使協(xié)同機(jī)器人能夠互相觀測并提供高精度定位；在激光雷達(dá)方面，開發(fā)了點云處理系統(tǒng)提升目標(biāo)點云質(zhì)量，能夠有效提高定位精度和改善表面重構(gòu)效果。最終，通過滑動窗口降維估計器融合來自視覺和激光雷達(dá)的估計結(jié)果，從而提高了定位系統(tǒng)的魯棒性。

（1）基于視覺的無人機(jī)狀態(tài)估計

在地面布置多臺主動視覺相機(jī)，建立多自由度運動學(xué)模型，提出協(xié)同調(diào)度方法，確保定位精度與跟蹤穩(wěn)定性。利用無人機(jī)上的紅外標(biāo)記特征，采用PnP算法實現(xiàn)6D狀態(tài)估計（位置和姿態(tài)），并通過機(jī)載與地面互觀測系統(tǒng)進(jìn)一步提升精度。性能要求：水平與垂直定位誤差（RMSE）均小于0.1m。

（2）基于激光雷達(dá)的狀態(tài)估計與環(huán)境重構(gòu)

地面激光雷達(dá)通過點云濾波投影確定無人機(jī)位置，結(jié)合卡爾曼濾波實現(xiàn)狀態(tài)估計；采用MLS平滑點云，結(jié)合kD最近鄰搜索三角化重構(gòu)環(huán)境表面。性能要求：狀態(tài)估計精度優(yōu)于0.1m。

在暗光環(huán)境下開發(fā)主動視覺定位方法，建立機(jī)載視覺定位系統(tǒng)與地面主動視覺定位基站之間的互相觀測機(jī)制，實現(xiàn)空中機(jī)器人6D狀態(tài)估計，并通過多相機(jī)協(xié)同調(diào)度提高定位精度；開發(fā)基于激光雷達(dá)點云的狀態(tài)估計系統(tǒng)，并利用多傳感器融合方法將系統(tǒng)誤差控制在0.1米以內(nèi)；建立基于激光雷達(dá)的三維重建方案，用于輔助損傷定位和后續(xù)維護(hù)。上述研究成果已在三峽、葛洲壩、溪洛渡等大型水電站中進(jìn)行了驗證，為嚴(yán)苛環(huán)境下機(jī)器人的自主作業(yè)提供了一種新的定位方法，并具有在能源設(shè)施維護(hù)、災(zāi)害救援等領(lǐng)域推廣應(yīng)用的潛力。