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cartographer内置评估工具使用流程：评估前端优化的误差

ds 2025/7/22 7:20:31

目的：评估前端（本地slam）优化参数是否合理，如偏差较大，则调整响应参数。
以下是使用 Cartographer 内置工具评估 SLAM 前端效果的完整流程整理，结合参数解析和实际应用建议：

1. 生成优化轨迹（开启后端）与未优化轨迹

目标

通过对比优化后的轨迹（optimized.pbstream，含后端闭环）和未优化的前端轨迹（test.pbstream），量化前端算法的精度。

步骤

录制建图数据包

rosbag record -O mapping.bag -a  # 根据实际传感器话题调整

生成优化轨迹（开启后端）
```
roslaunch cartographer_ros offline_backpack_2d.launch bag_filenames:=${BAG_PATH}
```
- 关键参数：在 bacpack_2d.lua 中确保 POSE_GRAPH.optimize_every_n_nodes 设置为非零值（如 30），以启用后端优化。
- ${BAG_PATH} 需要使用绝对路径：可以适当简化 $(pwd)/XX.bag
- 默认生成的pbstream文件，同名bag名，因此需要手动修改XX.pbstream -> optimized.pbstream
生成未优化轨迹（仅前端）
- 修改 bacpack_2d.lua 中的参数：
```
POSE_GRAPH.optimize_every_n_nodes = 0 //关闭后端优化
```
- 重新运行轨迹生成的命令生成 test.pbstream。

2. 提取伪真实值关系

指令

cartographer_autogenerate_ground_truth \-pose_graph_filename optimized.pbstream \-output_filename relations.pbstream \-min_covered_distance 10 \-outlier_threshold_meters 0.15 \-outlier_threshold_radians 0.02

参数解析

min_covered_distance：仅选择移动超过 10米 的相邻节点作为候选约束，避免短距离噪声干扰。
outlier_threshold_meters/radians：过滤异常约束的阈值（平移>0.15米或旋转>0.02弧度），确保伪真实值的可靠性。
原理：优化后的轨迹通过闭环检测修正了累计误差，其节点间关系可作为局部“真实值”参考。

3. 评估前端误差

指令

cartographer_compute_relations_metrics \-relations_filename relations.pbstream \-pose_graph_filename test.pbstream

输出示例与解读

Abs translational error 0.01944 +/- 0.01819 m
Sqr translational error 0.00071 +/- 0.00189 m^2
Abs rotational error 0.11197 +/- 0.12432 deg
Sqr rotational error 0.02799 +/- 0.07604 deg^2

平移误差：平均 1.94厘米，标准差 1.82厘米，说明前端定位在厘米级精度。
旋转误差：平均 0.11度，标准差 0.12度，表明方向估计较稳定。
误差来源：前端扫描匹配（如 ceres_scan_matcher 参数）、传感器噪声或运动畸变补偿不足。

4. 前端优化建议

根据误差结果调整前端参数（需修改 trajectory_builder_2d.lua）：

扫描匹配权重

TRAJECTORY_BUILDER_2D.ceres_scan_matcher = {translation_weight = 10,  -- 若平移误差大，可增加至15rotation_weight = 80,     -- 若旋转误差大，可降低至60
}

运动滤波阈值

TRAJECTORY_BUILDER_2D.motion_filter = {max_distance_meters = 0.03,  -- 更小值提高更新频率，但增加计算量max_angle_radians = math.rad(0.5),
}

IMU融合参数

TRAJECTORY_BUILDER_2D.use_imu_data = true  -- 确保IMU数据用于旋转估计
TRAJECTORY_BUILDER_2D.imu_gravity_time_constant = 1.0  -- 动态场景可调至0.5

实时相关匹配

TRAJECTORY_BUILDER_2D.real_time_correlative_scan_matcher = {linear_search_window = 0.2,  -- 特征稀疏环境可扩大至0.3angular_search_window = math.rad(40.),
}

5. 可视化验证

RViz对比轨迹

roslaunch cartographer_ros visualize_pbstream.launch pbstream_filename:=$(pwd)/optimized.pbstream
roslaunch cartographer_ros visualize_pbstream.launch pbstream_filename:=test.pbstream