基于传感器融合里程计的相机与激光雷达自动重标定方法

智能驾驶车辆行驶环境复杂多样,不可避免地导致传感器相对位姿发生变化,此时需要进行重新标定。针对智能驾驶车辆的相机和激光雷达发生漂移后的重标定问题,提出一种基于传感器融合里程计的自动重标定方法。基于点云投影和图像配准原理建立基准点云和观测图像之间的3D-2D点对,利用N点透视投影得到平移尺度不准的相机运动;通过融合估计的激光雷达运动来恢复准确尺度的相机运动,并将基准点云根据相机运动转换到观测位置下,与观测点云通过点云配准求解变换矩阵,使用时域均值滤波得到最终的外参矩阵。基于智能驾驶车辆试验平台进行室内外实车试验。结果表明所提出的基于传感器融合里程计的方法无需设置标定板,不受环境和数据特征限制,能够实现相机和激光雷达的精确重标定,对传感器漂移具有较高的鲁棒性。     

基于最大互信息的激光雷达与相机的配准

针对智能车中激光雷达与相机的配准问题,提出了一种基于点云反射值与图像灰度值最大互信息的自动配准方法。该配准方法以刚体变换作为两传感器间坐标变换模型,首先利用点云反射值和图像灰度值计算互信息,将互信息值作为相似性度量,然后分别采用Barzilai-Borwein算法和改进Powell算法搜索互信息最大值,从而求得最优配准参数,最后通过实验对两种优化算法进行了分析比较。实验结果表明,基于最大互信息的配准方法可以实现智能车激光雷达与相机配准参数的自动、准确求解,并且改进Powell算法比Barzilai-Borwein算法具有更高的准确性和鲁棒性。     

采用自适应背景聚类的激光雷达与相机外参标定优化方法

针对在复杂外部环境下激光雷达外参标定过程中遇到的标定板三维点云提取不准确的问题,提出一种基于背景聚类的激光雷达和相机外参标定优化方法,避免了在整个三维点云中盲目检测标定板点云,而导致标定结果存在较大误差以及需要人工手动纠正错误特征点的问题。该方法利用无标定板的背景点云与有标定板的目标点云之间部分空间域内的密度差异性,通过自适应空间阈值模型获得标定板点云与背景点云之间的差异系数K,然后聚类两点云中的部分三维点,完成标定板的三维点云提取。实验证明,该方法可以在复杂环境中准确高效地提取标定板三维点云,从而提高激光雷达和相机外参标定的准确性,在此基础上点云正确投影比例可达97.43%,与对比方法相比投影误差降低25.33%左右。     

融合北斗/GNSS定位和5G通讯的地基激光雷达测量系统

针对海量激光点云异地实时扫描处理困难和现场绝对坐标系的配准问题,结合北斗/GNSS定位系统和5G通讯技术研制一套低成本地基激光雷达测量系统。该测量系统由激光雷达、高精度电机、北斗/GNSS接收模块和5G模组集成,激光雷达采集点云信息,高精度电机获取角度信息,北斗/GNSS接收模块接收时间并通过自主研发的时间同步模块,与高精度电机与激光雷达进行时间标记,获取带有时间标签的点云和角度文件,并通过5G通讯技术实时传输。终端通过自主研发的数据预处理软件,通过线性插值算法进行多帧点云时空配准,室外根据北斗/GNSS坐标进行多站激光点云粗配准,室内无北斗/GNSS环境下通过单站特征点进行多站点云粗配准,再利用临近迭代算法进行精配准以完成整体配准,并在自主研发的实时点云管理与可视化系统上进行可视化。实验表明该测量系统使用5G通讯技术传输速率50 Mbit/s,可以实现异地实时扫描传输,配准后的点云误差在3 mm以下,可为数字孪生、物质文化遗产监测、特大异形建筑施工运维分析等实时应用领域提供数字基础设施。     

一种融合二维激光雷达和RGB-D相机的移动机器人建图方法研究

针对单独使用二维激光雷达描述环境信息不足、单独使用RGB-D相机构建地图精度不足以及三维激光雷达使用成本高的问题，提出一种使用低成本二维激光雷达和RGB-D相机点云信息融合的方法。首先，通过Autoware联合标定的方式获取相机的内部参数和外部参数，建立激光雷达数据和相机数据的变换关系。然后，基于体素网格滤波的方式降低相机原始数据的噪声和密度，并将滤波后的数据进行投影转换成伪激光雷达数据。最后，通过将转换后激光雷达数据与相机的伪激光雷达数据叠加的方式，实现两传感器信息融合。实验结果表明，有效弥补了移动机器人搭载单一传感器地图构建精度不足和获取环境信息描述不足的问题，提高了移动机器人建图的可靠性和完整性，为机器人有效导航提供保障。     

单线激光雷达与GNSS/INS的空间重构

为了解决多线激光雷达在三维空间重构任务中数据吞吐量过大导致运算负担过重以及扫描俯仰范围有限的问题,本文提出了一种利用单线激光雷达与惯性测量单元GNSS/INS相互结合的多站点扫描空间重构方案及相应解算方法。首先使用单线激光雷达扫描待测空间获取三维尺度信息,然后将点云数据与对应的任意方向的航向角相结合,再利用四元数姿态解算获取各站点扫描的点云图像。为提高计算效率,使用迭代最近点算法实现站点间点云配准时,对待匹配点云数据筛选并更新。实验结果表明在保留点云数字特征前提下,单线激光雷达与GNSS/INS系统能够提高76%的运算速率。本文提出的硬件方案和解算方法不但能够实现较高的配准精度,与多线激光雷达方案相比工程成本也得到显著下降。     

基于球面特征的点云配准方法研究

针对多视点云的配准问题,提出了基于球面特征的自动配准方法。在测量的零件周围固定标准球,把零件和标准球作为一个整体进行点云测量。用球面拟合的方法求解标准球的球心坐标,并在待配准点云的球心坐标中搜索对应点,从而计算粗配准中的旋转矩阵和平移矩阵,实现点云的粗配准,采用融入球心坐标信息的改进的ICP算法(迭代最近点法)实现点云的精配准。这种方法大大缩少了粗配准中对应点的搜索范围,并实现了自动配准,提高了配准效率,改进的ICP算法增强了配准算法的鲁棒性,实例证明该方法有效。     

复杂零件在线三维测量中的点云配准方法

复杂零件的在线检测对质量控制和工艺优化具有重要意义,而如何对齐由多个视点拍摄获得的三维点云是实现在线检测的关键。基于点云内部属性与坐标系无关这一性质,提出基于手眼标定的多视点云配准算法,将不同视点下传感器坐标系中的点云转移到固定的机器人基座坐标系中,实现多视点云的粗配准;针对粗配准精度不高的问题,提出一种由粗到精的自适应距离阈值ICP算法,实现多视点云的精配准。ICP粗配准阶段旨在扩大算法的收敛范围,加快迭代速度;ICP精配准阶段旨在消除误匹配,保证最终收敛结果的准确性。试验结果表明,所提点云配准方法的精度和速度均能够满足复杂在线检测的应用要求。     

地面三维激光扫描仪与外架数码相机间安置参数的高精度标定

提出了地面三维激光扫描仪与外置数码相机安置参数的高精度标定方案。首先,利用商业化近景摄影测量系统对相机内参数进行单独标定;然后,利用回光反射标志作为二维和三维匹配的同名控制点,对直接线性变换进行拓展应用,在算法迭代过程将内参数作为已知值对外参数进行求解;最后,根据相机数据采集特点确定其拍摄全景时多张影像之间的位置关系,对多张影像的外方位元素进行求解,从而实现全景点云与全景完整影像之间的映射。进行了实验测试,利用安置参数标定结果反求验证点像素坐标与真实测量结果之差验证了本文标定方法的精度和可行性。实验显示:点云与影像间的映射精度可达到1像素左右;相机拍摄全景获取的影像与全景点云可以实现正确映射,表明提出的标定方法正确,满足纹理贴图及将影像作为特征提取辅助信息的精度要求。     

智能汽车激光雷达和相机数据融合系统标定

智能汽车采用激光雷达和相机的数据融合实现对环境的感知,针对数据融合中不同传感器坐标系的联合标定问题提出了特征点法和棋盘格法两种标定方法。特征点法采用专门设计的标定模板,提取若干对激光雷达和图像对应点,建立约束方程组,采用最小二乘法求解结果。棋盘格法采用张正友标定法获取相机的内部参数,利用棋盘格平面在两个坐标系的一致性,建立约束方程组,采用线性方法求解两个坐标系的外部参数初始解,再用非线性优化方法进一步优化。利用两种方法得到的标定结果将激光雷达点投影到图像上并比较其对准精度。实验表明,两种方法都可以获取各传感器坐标系之间的位置关系,其投影对准误差分别为特征点法3.03像素和棋盘格法2.33像素。     

Quantum Cooperative Robotics and Autonomy

The intersection of Quantum Technologies and Robotics Autonomy is explored in the present paper.The two areas are brought together in establishing an interdisci...     

考虑进油孔有限长滑动轴承油膜力的近似解析解

针对具有进油孔的有限长滑动轴承油膜力求解问题,采用变分原理和分离变量法,求得了有限长滑动轴承油膜压力分布的近似解析表达式。将油膜压力分布的近似解析表达式在油膜存在区域上进行积分,即得到了油膜力。将提出的计算有限长滑动轴承油膜力方法与无限长轴承模型、有限元方法的计算结果进行了比较,发现了提出的方法与有限元方法的计算结果很接近。最后,研究了进油孔位置和进油压力对油膜存在区域、油膜力等的影响,研究结果表明进油孔位置和进油压力对油膜存在区域和油膜力有较大的影响。     

基于多目标非支配解提取法的电力系统无功优化

针对传统的电力系统多目标粒子群优化算法采用权重系数法将多目标转化为单目标,从而忽视了各目标函数间的竞争关系这一问题,提出将非支配解提取法运用到电力系统多目标无功优化中,并设定了一套提取规则,以电力系统中的有功网损、电压偏差和电压稳定裕度为目标,使目标在充分竞争的情况下得出Pareto最优解,利用IEEE-14节点系统对多目标非支配解提取法的电力系统无功优化进行了仿真测试。研究结果表明,该算法一次运行可以得出多组非支配解,既有偏向单个目标的解也有兼顾所有目标的解,克服了权重系数法的盲目性和单一性,可使电力决策者根据实际问题选择最优解,具有较好的灵活性与多样性。     

On the Relation of Load to Average Gap in the Contact Between Surfaces with Longitudinal Roughness

A computer simulation model for the contact between longitudinally-oriented rough surfaces has been formulated. This model closely duplicates the actual surf ace contact deformation behavior by taking into account the elastic interactions between the asperities. There were no assumptions made about the shapes, or any deformation behavior of the asperities, except for their obeying the laws of elasticity. The plastic deformations on the high asperity peaks were taken into account by setting a ceiling on their contact pressures at the material hardness value. The simulations used real surface profiles which were digitized from unworn circumferentially ground steel surfaces. Each pair of these profiles was mathematically combined to form an equivalent rough profile pressing against an infinitely rigid flat and having the appropriately adjusted elastic modulus. A total of 28 different pairs of profiles were used in the simulations. Each contacting pair was subjected to 30 different load levels and the local contact pressures and deformations were calculated. The contact simulations yielded some important mathematical relationships between parameters, such as the real area of contact, average gap, and average asperity load through statistical curve fitting. Two analytical functions were generated to relate the average load to average gap and the real area of contact to load.     

三绕组变压器的双绕组等效建模及在Matpower中的应用

针对实际电网存在着大量的三绕组变压器,但国际上一些著名商业软件,如BPA仿真软件、Matpower这一权威潮流计算开源软件,均只提供双绕组变压器模型,限制了其在具有三绕组变压器的电力系统中的应用的问题,潮流计算是自主开发的电力系统各种应用软件的核心模块,因此依托国际权威开源程序进行二次开发,是一种较好的选择。对Matpower要求的数据格式进行了归纳,对变压器的一般的等值电路及带理想变压器的等值电路和带标幺值的等值电路进行了分析研究,提出了三绕组变压器转换为双绕组等效模型的建模方法,使得原先只适应双绕组变压器的潮流计算软件可以适用于三绕组变压器电网的潮流计算;最后以Matpower软件为例进行了案例计算,并用PSASP仿真软件进行对比验证。研究结果证明,所提出的建模方法是有效的。     

Hybrid inversion method for equivalent electric charge of thunder cloud based on multi-station atmospheric electric field

This article proposes the hybrid method to inverse the equivalent electric charge of thunder cloud based on the data of multi-station atmospheric electric field. Firstly,the method combines the genetic algorithm( GA) and New ton method through the mosaic hybrid structure. In addition,the thunder cloud equivalent charge is inversed based on the forw ard modeling results by giving the parameters of the thunder cloud charge structure. Then an ideal model is built to examine the performance compared to the nonlinear least squares method. Finally,a typical thunderstorms process in Nanjing is analyzed by Genetic-New ton algorithm with the help of weather radar. The results show the proposed method has the strong global searching capability so that the problem of initial value selection can be solved effectively,as well as gets the better inversion results. Furthermore,the mosaic hybrid structure can absorb the advantages of tw o algorithms better,and the inversion position is consistent with the strongest radar echo.The inversion results find the upper negative charge is small and can be ignored,w hich means the triple-polarity charge structure is relatively scientific,w hich could give some references to the research like lightning forecasting,location tracking.     

虚拟式流体参量集成测试系统及其实现

为了实现对流体参量的自动测量,运用虚拟仪器设计思想,采用组件技术、海量数据存储技术及仪器通用化设计方法,设计并实现了虚拟式流体参量集成测试系统.该系统能同时对流体的温度、压力和流量等进行动态测试.实验室演示表明,该集成测试系统性能稳定,操作简单,功能较强大.     

电站锅炉模糊风险评价方法研究与应用

针对电站锅炉风险等级评价问题,将模糊综合评价技术应用到电站锅炉风险等级评价中。开展了电站锅炉失效影响因素及模糊评价因素的重要程度分析,建立了一套科学合理适于在线评价的电站锅炉风险评价体系,提出了模糊综合评价技术与改进的模糊层次分析法相结合的模糊风险评价方法,利用改进的模糊层次分析法计算了指标体系中各层指标权重。对某一台电站锅炉的实际运行工况影响子因素进行了模糊风险评价,采用模糊合成算子进行模糊综合运算得到电了站锅炉运行工况影响子因素的评价向量。研究结果表明:电站锅炉的运行工况影响子因素的风险评价等级为第6级,失效可能性等级为小,该电站锅炉运行工况良好。     

交通荷载作用下桥梁结构参数识别方法

应用动力节点加载法,将作用在桥梁上的交通荷载转化为等效节点荷载,再用两步构造法识别结构物理参数.第1步,用Newmark-β方法变换结构运动方程,并用结构的加速度响应求得变换空间内的位移、速度和加速度响应;第2步,基于最小二乘原理,构造出变换空间内求解结构参数的递推式,进行结构物理参数识别.数值模拟结果表明,在交通荷载作用下,该方法能够快速、准确地进行桥梁结构参数识别.