Cartographer点云数据建立3D图

Question

在ros1(Noetic)中要如何使用Cartographer只根据激光雷达的点云数据建立3D图？
我目前使用的激光雷达是速腾16线激光雷达，可以读出数据，但是要怎么配置Cartographer才能进行3D建图，期望大概是下面这种效果

Answer 1

下午好🌅🌅🌅
本答案参考通义千问

在ROS 1 (Noetic)中使用Cartographer根据激光雷达的点云数据（如速腾16线激光雷达）进行3D建图，需要对Cartographer进行适当的配置。由于Cartographer本身是为2D SLAM设计的，要实现3D建图，你需要使用Cartographer的3D版本，即 cartographer_ros 的 3D 模块。

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✅ 实现目标

• 使用 速腾16线激光雷达（支持3D点云输出）
• 在 ROS Noetic 中使用 Cartographer 3D 进行 3D地图构建
• 输出类似你提到的效果（3D点云地图）

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🧩 步骤概览

1. 安装依赖和Cartographer

确保你已经安装了ROS Noetic，并且安装了必要的依赖项：

sudo apt-get install ros-noetic-cartographer*
sudo apt-get install ros-noetic-cartographer-ros

注意： Cartographer 3D 需要 cartographer_ros 的 3D 版本，因此请确认是否已正确安装。

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2. 配置激光雷达的点云发布

速腾16线激光雷达通常会通过 ROS 发布 /points 或 /cloud 类型的点云消息。确保你的激光雷达驱动程序能够将点云数据发布到某个话题，例如：

rostopic list | grep points
# 应该能看到类似 /sensory/point_cloud 或 /velodyne_points

如果未发布，请检查驱动配置或修改驱动代码以发布点云消息。

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3. 配置Cartographer 3D参数文件

Cartographer 3D 使用的是 cartographer/configuration_files/ 中的 .lua 文件。你需要创建一个适合你激光雷达的配置文件。

✅ 示例：my_3d.lua

include "cartographer/configuration_files/occupancy_grid.lua"

options {
  map_builder = MAP_BUILDER,
  trajectory_builder = TRAJECTORY_BUILDER,
  num_background_threads = 4,

  use_trajectory_builder_3d = true,

  map_builder {
    num_submaps = 10,
    submap_width = 1.0,
    grid_options_2d {
      resolution = 0.05,
    },
    grid_options_3d {
      resolution = 0.1,
    },
  },

  trajectory_builder_3d {
    motion_filter {
      max_angle_radians = math.rad(1.0),
    },
    odometry_config {
      imu_gravity_constant = 9.81,
    },
    sensor_model {
      hit_probability = 0.55,
      miss_probability = 0.05,
    },
    range_data_inserter {
      insertion_length = 0.05,
    },
  },
}

重点说明：

• use_trajectory_builder_3d = true：这是启用3D建图的关键设置。
• grid_options_3d：用于控制3D地图的分辨率。
• range_data_inserter：用于插入点云数据。

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4. 启动Cartographer节点

使用 cartographer_ros 提供的 launch 文件启动 Cartographer 3D。

✅ 示例：cartographer_3d.launch

<launch>
  <arg name="configuration_directory" default="$(find your_package)/config"/>
  <arg name="configuration_basename" default="my_3d.lua"/>

  <node name="cartographer_node" pkg="cartographer_ros" type="cartographer_node" args="
      -configuration_directory $(arg configuration_directory)
      -configuration_basename $(arg configuration_basename)
      -topic /points" />
  
  <node name="cartographer_occupancy_grid_node" pkg="cartographer_ros" type="cartographer_occupancy_grid_node" args="
      -resolution 0.05"
      output="screen"/>
</launch>

重点说明：

• -topic /points：指定你激光雷达发布的点云话题。
• 如果你的点云话题不是 /points，请替换为实际的话题名。

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5. 启动并查看结果

运行 launch 文件：

roslaunch your_package cartographer_3d.launch

然后使用 rviz 查看 3D 地图：

rosrun rviz rviz

在 RVIZ 中：

• 添加 PointCloud2 显示器，选择你的点云话题（如 /points）。
• 添加 OccupancyGrid 显示器，查看 2D 地图。
• 可以尝试添加 Map 显示器查看 3D 地图（如果可用）。

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🧠 注意事项

| 问题 | 解决方案 | |------|----------| | Cartographer 无法识别点云 | 确保点云话题正确，格式为 sensor_msgs/PointCloud2 | | 3D地图不清晰 | 调整 grid_options_3d 中的 resolution 和 insertion_length | | 建图不稳定 | 检查 IMU 数据或使用更稳定的传感器输入 | | 需要多传感器融合 | 可以加入 IMU、GPS 等辅助信息提升精度 |

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✅ 总结步骤（有序列表）

1. 安装 Cartographer 和 ROS 依赖

   sudo apt-get install ros-noetic-cartographer*
   

2. 确保激光雷达发布点云数据
   使用 rostopic list 检查 /points 或其他点云话题。

3. 编写 Cartographer 3D 配置文件
   创建 my_3d.lua 并启用 use_trajectory_builder_3d = true。

4. 编写 launch 文件启动 Cartographer
   使用 cartographer_node 和 cartographer_occupancy_grid_node。

5. 使用 RVIZ 查看 3D 地图
   添加 PointCloud2 和 OccupancyGrid 显示器。

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💡 参考资源

• Cartographer 官方文档
• Cartographer ROS 官方教程
• 速腾16线激光雷达 ROS 驱动

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如果你有具体的点云话题名称或配置文件内容，我可以进一步帮你调整配置！