司南技术π·第9期｜SLAM技术优势与应用

核心导读

重塑空间感知边界的关键技术

在城市峡谷、林地、隧道、地下空间等传统GNSS信号盲区，仍存在广泛的测绘、巡检和导航需求。而SLAM（Simultaneous Localization and Mapping，即同步定位与建图）技术的出现，为解决这些问题提供了突破口。

SLAM能够在不依赖外部定位系统的前提下，通过设备自带的激光雷达、IMU、相机等传感器完成空间建图与自身定位。正因如此，它成为“空间数字化”领域的一项关键能力，在测量、导航、机器人等行业持续扩展其边界。

本期「司南技术π」将从SLAM的技术原理讲起，探讨其优势与局限，并深入解析其为何必须与GNSS融合，最终实现“全局锚定+局部重建”的双重定位能力。同时也将简要介绍司南导航在融合式SLAM系统方面的工程实践与落地探索。

Part 1

SLAM技术概述

空间感知与重建的技术基石

SLAM的本质，是让设备在没有地图的环境中，通过感知周围并不断更新地图的方式，实时判断“我在哪”。设备边走边绘制环境地图，边绘边估计自身在地图中的位置，实现了定位与建图的同步进行。

1.1  SLAM的核心技术要点

要实现上述能力，SLAM系统通常依赖以下六个关键环节：

1. 传感器数据获取：通过激光雷达、摄像头、惯性测量单元（IMU）等多源传感器采集环境信息；

2. 特征提取与跟踪：从传感器数据中提取特征点，并跟踪这些特征点来估计运动轨迹； 

3. 数据关联与地图构建：利用数据关联算法将不同时刻的特征点进行匹配，逐步完成地图构建；

4. 位置估计与优化：结合传感器与地图数据，通过滤波或优化算法估计设备当前位置并修正地图；

5. 循环检测与闭环校正：当设备回到既有路径时，通过闭环检测来校正累积误差，提高地图一致性；

6. 增量式更新：不断接收新的传感器数据，实时进行位置与地图的更新，实现持续建图与定位。

SLAM技术使扫地机器人能自主构建房间地图

其中，激光3D SLAM方案因其精度高、稳定性强，成为当前工程领域中的主流路径，具备以下突出优势：

•  高精度点云构建：激光雷达提供厘米级测距，生成稠密三维点云，利于环境重建与路径规划；

•  强环境适应性：可在隧道、林地、夜间等复杂环境稳定运行，不依赖光照或纹理；

•  无需外部基站：在GNSS不可用场所仍可独立完成定位与建图，灵活度高；

•  生态体系成熟：算法迭代完善，硬件成本持续下降，推动应用场景不断拓展。

3D SLAM用多线激光雷达获取环境的三维数据

1.2  SLAM的固有局限与融合突破

尽管优势明显，但SLAM依然存在不足：其定位基于相对运动推算，易产生累计漂移误差；所构建的“局部坐标系”难以直接对应全球坐标系，限制了成果的地理适配能力。

因此，在常规激光SLAM测量系统（激光雷达+IMU+影像传感器）的基础上，引入GNSS定位模块成为必然选择。通过增加GNSS天线，可将SLAM的相对位置与CGCS2000、WGS84等全球坐标体系对齐，既强化了定位精度与稳定性，又让激光SLAM测量系统拓展到更多对地理配准有强需求的应用场景。这一思路正是“GNSS+SLAM融合”的出发点。

“GNSS+SLAM”融合示意图

Part 2

融合探索

GNSS为SLAM补上“全局感知”的拼图

2.1  GNSS在SLAM系统中的角色：

SLAM定位是“局部准确、全局漂移”，GNSS定位则是“全局参考、局部易失”。二者天然互补，融合的价值正体现在关键场景中：

•   漂移约束器：GNSS的绝对位置输出可作为SLAM图优化的约束项，显著降低累计误差；

•   全局锚定器：使得SLAM构建的地图具备真实世界的地理坐标意义；

•   定位冗余源：在SLAM特征不足或算法失效时提供位置兜底；

•  任务适配支点：如GIS联动、施工导航、应急调度等对地理配准有强需求的场景。

2.2   融合的技术价值：1+1 > 2

1. 补强稳定性：融合系统在不同环境中智能切换主定位源，提升导航连续性；；

2. 提升成果精度：点云数据具备可复用的坐标价值，可直接导入建模、测绘或设计平台；

3. 扩展应用边界：无缝适用于户外林地到地下隧道的全域空间，支撑多任务协同；

4. 实现设备通用性：为多种载体（背包、车载、无人机等）提供统一定位输出。

融合不只是技术拼接，更是系统工程的协同升级。从“近场眼睛”走向“全局感知器”，SLAM在GNSS的配合下，正成长为一体化空间理解系统的核心组件。

“GNSS+SLAM融合”能获得更准确的定位信息

Part 3

典型场景实践

融合式SLAM系统的落地图谱

SLAM+GNSS融合系统已经在以下典型领域中发挥关键作用：

• 矿区巡检与隧道测量：在封闭或半封闭环境中进行三维空间建图与变形监测；

• 森林资源调查与巡检：突破树冠遮挡，实现林下结构还原与生态数据采集；

• 地下管廊与地铁站测绘：为城市“地下城”构建可视化数字地图；

•  应急救援与抢险指挥：在无地图、无通信的灾后环境中实现快速建图与定位引导。

这些场景的共同需求是：高精度定位+强环境适应+可地理配准的三维成果输出，正是融合系统发挥价值的最佳舞台。

Part 4

司南融合式SLAM系统

LS600从实验室走向工程现场

作为高精度GNSS导航系统领域的深耕者，司南导航正积极推动GNSS与SLAM的融合落地，推出融合式SLAM系统解决方案。

司南导航LS600系列融合系统

以LS600系列融合系统为例，该方案集成了双摄系统、激光雷达、GNSS高精度模块、多频天线，以及网络模块，具备以下特点：

• 模块化快拆设计：采用高效快拆结构，安装流程大幅简化，支持快速部署与即拿即用，显著提升外业操作效率。

• 极强的环境适应性：可高效完成建筑立面测绘、室内及地下空间扫描、地形测量、土方测算、粮库容量估算和矿山体积计算等多样化任务；

• 高精度点云数据：所生成的点云数据在厚度与精细度方面处于同类设备领先水平，数据质量可靠；

• 专用点云处理软件：界面逻辑清晰、操作简化，新用户也能快速上手；

• 实时可视化采集：可在采集过程中通过终端实时查看点云及轨迹，增强外业工作的可控性与便捷性；

• RTK 融合免回环扫描：融合RTK定位技术，在固定解状态下实时校准SLAM位姿，实现无回环扫描，尤其适用于大场景作业，有效减少人力与时间成本。

Part 5

结语

SLAM是一项兼具感知与推理能力的前沿技术，而GNSS为它提供了稳定、全局的导航锚点。二者的融合，不是简单的技术叠加，而是一次“局部与全局、相对与绝对”的协同升级。当下，空间智能的边界不在于设备能走多远，而在于是否能持续稳定地“知道自己在哪儿”——SLAM与GNSS融合，正是通向这一能力的关键路径。