无人机自主探索是多个应用领域中的一个基本问题。近年来,基于LiDAR的探索技术因其能够生成大规模环境的高精度点云地图而备受关注。虽然点云对于导航来说信息丰富,但许多现有的探索方法仍依赖额外且通常昂贵的环境表示。这种依赖主要有两个原因:一是需要进行“边界检测”或信息增益计算,这通常依赖于占用大量内存的栅格地图;二是直接在点云上进行路径规划的计算复杂度较高,尤其是碰撞检测的成本昂贵。
为了解决这些问题,我们提出了EPIC,这是一种轻量级的基于LiDAR的无人机探索框架,能够直接利用点云数据探索大规模环境。EPIC引入了一种基于点云质量的新型观测地图,避免了对全局栅格地图的依赖,同时保留了全面的探索能力。我们还提出了一种增量式拓扑图构建方法,直接在点云上操作,使得在大规模环境中可以进行实时路径规划。
通过这些组件,我们构建了一个分层规划框架,能够生成敏捷且节能的轨迹,与大多数现有方法相比,显著减少了内存占用和计算时间。大量的模拟和真实实验表明,EPIC能够更快地完成探索任务,同时大幅减少内存消耗,与最新的技术方法相比具有明显优势。