Vergleich und Evaluation LiDAR-basierter 3D-SLAM-Verfahren zur kombinierten Nutzung für Navigation und Pflanzenanalyse in Baumobstkulturen - David Berschauer (2025)
Der Einsatz von autonom navigierenden Robotern im Anbau von Baumobstkulturen wird zunehmend nach-gefragt. Gleichzeitig steigt der Bedarf an baumbezogenen Informationen wie dem Wachstum, um eine präzise und bedarfsgerechte Bewirtschaftung der Obstplantage zu ermöglichen. Für beide Zwecke wurden bereits unabhängig voneinander erfolgreich LiDAR-Sensoren eingesetzt. In dieser Arbeit wird die Eignung von LiDARbasierten 3D-SLAM-Verfahren für die Nutzung in beiden Anwendungsfällen untersucht. Dafür werden die frei verfügbaren und ROS-fähigen SLAM-Verfahren LIO-SAM, RTABMap und HDL Graph SLAM mit acht für diese Arbeit aufgezeichneten Datensätzen evaluiert und die Ergebnisse verglichen. Die Datensätze wurden in einer typischen Ertragsanlage in der Obstanbauregion Altes-Land erstellt und zeigen Apfelbäume im Winter. Anhand von Evaluationskriterien, die für die Zwecke der Navigation und Pflanzenanalyse ausgewählt wurden, wird gezeigt, dass RTAB-Map unter diesen Bedingungen keine weiterverarbeitbaren Karten erzeugt. Mit LIO-SAM und HDL Graph SLAM entstehen mit ausgewählten Konfigurationen und horizontaler Ausrichtung des LiDAR-Sensors Karten, die die Struktur der Obstanlage widerspiegeln und für die Zwecke der Navigation eingeschränkt nutzbar sind. Für die Analyse von Baummerkmalen wie dem Wachstum sind diese Karten ungeeignet. Es wird gezeigt, dass vor allem die Abweichung der SLAMbasierten Lokalisierung von der Realität ein Problem für diese Zwecke darstellt.
Keywords: SLAM; LiDAR; Robotik; Kartierung; autonome Navigation; Obstanbau; Obstplantage; robotics; mapping; autonomous navigation; fruit growing; orchard