如何用低成本方案解决室内超大场景下机器人定位与导航难题？

说起室内超大场景下机器人定位与导航技术，我们得先了解其难点才好“对症下药”。

目前，室内无人自主设备主要面临以下挑战：SLAM 系统主要依赖图像信息浅层处理，缺乏认知层面的能力；SLAM 的鲁棒性、可靠性还未达到实用化程度；室内无人设备多智能体、动态环境的环境感知有待研究、开发。

此外，要实现低成本方案，还需要解决低功耗嵌入式算力平台，低成本、低性能传感器，以及动态、光照变化明显的室内复杂环境问题。

低成本室内定位导航系统面临的挑战

像机场这种超大空间、超多人流、复杂地形和动态车辆的应用环境，且随处可见玻璃幕墙、高光强 LED 光源、光滑反光的地面，是典型的室内超大场景。在机场应用机器人定位与导航技术，不仅对机场运营和管理带来挑战，还对精度定位和安全避障提出高要求。同时，机场每天都需要处理数以万计且实时更新的航班信息，大流量密集人群的高并发使用，还对机器人服务系统的无线通信网络有很高的带宽和实时性要求。

低成本方案：室内超大场景下机器人定位与导航

优必选高精度超大范围机器人服务系统，将智能服务机器人的多源传感器融合定位导航、视觉与语音 AI、5G 通信等技术进行了有机结合，机器人可以在超 20 万平方米的深圳宝安国际机场卫星厅进行高精度定位与导航。突破了大尺度空旷环境下的机器人厘米级定位与建图难题，这也是全国极少数能解决大场景机器人定位与导航的低成本技术方案。

下面我们将从机场应用场景的核心关注指标——导航精度、UWB 定位精度、重定位成功率三方面进行技术解析。

• 高精度定位导航

导航地图如果能形成较好的回环，没有很大的重影和噪点，将为机器人提供非常好的定位。为了达到这个需求，优必选自研的 USLAM 建图技术采取了三种方法，分别是最优子图搜索算法，减少多次行走重复路径导致的地图重影问题；以及关键帧约束搜索算法，为后端优化器建立更多的有效约束条件，减少回环重影；还有相似区域判定算法，抵抗机器人在高度相似性环境导致的误回环现象。

USLAM 手机 APP 建图

对于定位技术，第一是导航当中的定位，第二是到达目标点的执行，包含了执行精度的定位。USLAM 定位系统可以融合激光雷达、轮式里程计、IMU 等传感器信息。因此，在为旅客导航的过程中，基于高精度地图，Cruzr（克鲁泽）机器人可以规划出导航到目标点的行动轨迹并沿着路线行进。

• 高精度 UWB 定位

在机场、高铁站这样的环境中，普通的单线激光雷达方式往往无法完全“打到”边界，这就造成有效感知不足问题，不能提供较好的定位。针对这个问题，采取 UWB（超宽带）无线通信技术，能实现超大场景的测距与定位。

UWB 的测距原理是什么？通过一帧无线信号的飞行时间，可以计算出收发端的距离。此外，任何无线信号都可以用 TOF 测距，UWB 频率适中，精度与最大测距距离也比较平衡。

UWB 系统原理

有了测距作为输入后，再进行相应定位。已知多个基站坐标，和标签到这几个基站的距离，就可以求得标签坐标。像隧道这样的一维定位最少需要 2 个基站，平面定位最少需要 3 个基站，空间定位则最少需要 4 个基站。

机器人通过 UWB 进行测距与定位

机器人在机场等大场景中，通过和机场里的多个基站进行测距，就可以把自己的定位计算出来。现场 UWB 覆盖区域通过严谨的安装部署及调整，同时优化算法，UWB 定位精度小于 0.3m。在深圳机场卫星厅，10 台 Cruzr（克鲁泽）可以准确感知自己在机场的位置，记录机场数百个目标点的精确位置，还能自主规划出导航到目标点的行动轨迹并沿着路线行进。过程中能够避开移动的旅客和行李车等，以小于 30 厘米的偏差准确顺畅的将旅客带到目的地。

• 重定位成功率

重定位技术流程，首先是通过模板匹配提供一个粗精度的定位信息，再采用相关性匹配和高斯牛顿对初值进行精匹配。对不同场景进行特别设计，可以有效提升重定位精度，同时降低计算时间。

重定位技术流程

在机场这样的超大区域，优必选高精度超大范围机器人服务系统，通过优化导航过程中的多传感器融合感知算法，使用 USLAM 多传感融合定位，机器人丢失定位也能够即时重新获得准确位姿，成功率高达 97%。

5G+AI：赋能及时高效的智慧机场建设

基于超大场景机器人定位与导航技术的实现，接入 5G 网络后，AI 机器人 Cruzr（克鲁泽）可以将服务信息实现点对点的传达，为旅客提供及时有效的精准服务。如对航班动态等信息进行自动化接收和处理，为卫星厅旅客提供及时、准确的飞行信息和变化参数，以及为全球旅客提供带路引导、实时讯息播报、手续办理及娱乐等，可以有效的减少人工成本、优化服务模式以及提高服务效率。

Cruzr（克鲁泽）机器人在深圳卫星厅提供智能服务

此外，基于机场内部的安全信息检索，搭载旅客运行管理平台，Cruzr（克鲁泽）机器人可以获取旅客的位置坐标，到指定区域播报登机信息和提醒旅客登机。旅客也可以通过机器人进行航班信息查询、目的地查询、业务流程查询、机场服务、旅客须知等，支持语音对话、屏幕文字输入、刷身份证等多种查询方式。

Cruzr（克鲁泽）机器人在成都天府机场服务大众出行

交通运输是经济社会发展基础性、先导性、战略性产业和重要服务性行业。随着科技不断发展，要依靠大数据、人工智能等科技创新驱动，为交通基础设施提效能、扩功能、增动能。优必选科技带来的 5G+AI 智慧机场解决方案，以智能机器人为载体，人工智能技术为核心，为深圳机场卫星厅、长春龙嘉机场、成都天府机场打造了及时高效的智慧机场，助力各大城市机场智慧化建设和运营，赋能新基建和数字化经济建设。