針對(duì)地下大型基礎(chǔ)設(shè)施巡檢需求，本項(xiàng)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(xiàng)目關(guān)鍵技術(shù)包括為在暗光環(huán)境下利用主動(dòng)視覺(jué)與激光雷達(dá)融合進(jìn)行空中機(jī)器人狀態(tài)估計(jì)與環(huán)境重構(gòu)。在視覺(jué)方面，開(kāi)發(fā)了具備大范圍動(dòng)態(tài)目標(biāo)跟蹤能力的主動(dòng)視覺(jué)系統(tǒng)，使協(xié)同機(jī)器人能夠互相觀測(cè)并提供高精度定位；在激光雷達(dá)方面，開(kāi)發(fā)了點(diǎn)云處理系統(tǒng)提升目標(biāo)點(diǎn)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(guò)滑動(dòng)窗口降維估計(jì)器融合來(lái)自視覺(jué)和激光雷達(dá)的估計(jì)結(jié)果，從而提高了定位系統(tǒng)的魯棒性。

（1）基于視覺(jué)的無(wú)人機(jī)狀態(tài)估計(jì)

在地面布置多臺(tái)主動(dòng)視覺(jué)相機(jī)，建立多自由度運(yùn)動(dòng)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(wú)人機(jī)上的紅外標(biāo)記特征，采用PnP算法實(shí)現(xiàn)6D狀態(tài)估計(jì)（位置和姿態(tài)），并通過(guò)機(jī)載與地面互觀測(cè)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(jì)與環(huán)境重構(gòu)

地面激光雷達(dá)通過(guò)點(diǎn)云濾波投影確定無(wú)人機(jī)位置，結(jié)合卡爾曼濾波實(shí)現(xiàn)狀態(tài)估計(jì)；采用MLS平滑點(diǎn)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(jì)精度優(yōu)于0.1m。

在暗光環(huán)境下開(kāi)發(fā)主動(dòng)視覺(jué)定位方法，建立機(jī)載視覺(jué)定位系統(tǒng)與地面主動(dòng)視覺(jué)定位基站之間的互相觀測(cè)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)空中機(jī)器人6D狀態(tài)估計(jì)，并通過(guò)多相機(jī)協(xié)同調(diào)度提高定位精度；開(kāi)發(fā)基于激光雷達(dá)點(diǎn)云的狀態(tài)估計(jì)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?xún)?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(yàn)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。