自20世纪80年代第一次出现同时定位与地图构建(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)的概念以来,SLAM的相关理论不断发展成熟,在移动机器人、无人驾驶、增强现实等领域得到广泛的应用。尤其是激光SLAM,已经在移动机器人领域得到了较为普遍的应用。虽然激光SLAM的相关理论已经比较成熟,但在实际的应用场合中面对多变的环境,仍然存在定位不准确、地图重影等问题。本文的主要研究内容为移动机器人基于激光SLAM的地图构建与优化,着重解决移动机器人在实际应用中定位精度不高等问题。本文首先分析了移动机器人的基本系统框架,结合本课题的研究目的对移动机器人的定位导航系统进行了设计。根据移动机器人的运动方式和所搭载的观测传感器,建立了移动机器人差速运动的里程计模型和激光雷达的观测模型,分析了激光雷达的噪声模型。根据激光雷达采集的数据特点,分析了激光雷达两种扫描匹配方的过程和优劣,选取基于特征的扫描匹配来作为激光雷达定位的方法。针对自然特征和人工特征分别提出了特征提取的相关方法。针对自然特征,研究了线段特征提取的方法,通过实验确定了合适的提取参数。针对人工特征,提出了提取人工特征的两个参数,通过实验确定了这两个提取参数的阈值,并测量了激光雷达提取人工特征的有效探测范围。针对激光SLAM的地图构建,使用二维占用栅格地图来描述机器人的环境空间,提出了占用栅格地图的更新方法,构建了激光SLAM的环境地图。本文提出使用图优化的方式在机器人的位姿之间、自然特征之间以及人工特征之间建立约束,然后进行全局优化,获得具有全局一致性的地图。最后实验验证了激光SLAM的算法性能。利用激光SLAM构建环境地图,机器人基于构建的地图执行导航任务,按要求顺利完成导航任务到达目的地。测试机器人在导航时进入站点的定位精度,测试结果表明激光SLAM的定位精度能满足实际要求。