应急救援车辆通常行驶于复杂地形环境,预瞄主动悬挂技术对保持车辆行驶速度具有重要作用,而车前地形环境的重建是实现预瞄控制的前提条件,为保证车辆控制的准确性与实时性,必须解决适用于应急救援车辆的车前地形环境实时重建问题。课题基于国家重点研发计划“高机动应急救援车辆(含消防车)专用底盘及悬挂关键技术研究”(课题编号:2016YFC0802902),对基于LiDAR(激光雷达)、INS(惯性导航系统)和GNSS(全球定位导航系统)的室外应急救援车辆非结构化路面的定位与车前三维地形重建方法进行探究。本文主要包括以下内容:根据LiDAR、INS、GNSS的误差特性,设计了LiDAR离群值消除方法、INS加速度无用分量消除方法和GNSS位置精度提高方法并完成了试验验证。研究了GNSS与INS在定位中的互补特性,从提高定位精度与频率的角度进行分析,建立了基于EKF(扩展卡尔曼滤波)的组合定位方法模型,通过仿真试验表明,EKF能够有效提高定位精度。根据GNSS信号减弱时的INS传感器特性,设计了高度限制EKF组合定位方法。研究了OctoMap(三维占据地形)与高程地形两种地形环境表示方法的特点,通过对比仿真试验表明,高程地形在内存占用、鲁棒性和连续性方面具有更好的建图效果。通过仿真试验分析了高程地形分辨率对地形信息表达的影响,并选取了合适的分辨率参数。搭建了移动试验车,利用基于EKF的组合定位方法和高程地形三维重建方法,通过坡路试验、GNSS信号减弱情况下的定位试验以及直线和转弯时通过减速带试验,验证了定位及建图效果。