水下石油管道漏油检测定位的粒子滤波SLAM算法

针对海底石油管道漏油位置检测定位这一问题,提出了捷联惯性导航系统与同时构图定位算法相组合的水下导航定位方法。利用声纳传感器采集石油管道的特征位置信息,在同时构图定位算法的作用下构建管道地图并获得高精度定位信息。然后利用粒子滤波算法将上述获得的定位信息与捷联惯性导航系统相结合,以补偿其位置误差积累。仿真实验结果显示所述组合方法的定位精度较高,达到总航程的0.1%。     

动态场景下基于双重特征约束的视觉惯性SLAM算法

针对传统视觉惯性算法在动态物场景下特征误匹配造成轨迹精度低的问题,提出一种动态场景下平面约束和双重特征误匹配剔除的改进视觉惯性SLAM算法。首先,采用改进Plane-Recover算法分割动态场景中静态平面区域,构建损失函数优化静态平面区域分割效果。其次,采用双重特征误匹配判断方法,通过平面约束策略得到正确面特征匹配,同时利用RANSAC与三焦张量算法结合的策略,提高点特征匹配准确度。在真实场景下进行验证,实验结果表明所提算法与VINS-mono算法相比轨迹精度平均提高20.82%,验证了所提算法可有效提升动态场景下的轨迹精度。     

基于四元数卷积神经网络的移动机器人闭环检测

为提高复杂环境下移动机器人闭环检测的准确性,减少视觉里程计的累积误差,提出了四元数卷积神经网络的闭环检测算法。首先,利用超像素分割,提取多尺度路标,提升图像描述的视角和外观不变性;然后,扩展卷积神经网络的卷积层为四元数卷积层,增加红绿蓝三通道的关联性,提取彩色图像的深层信息,更好地体现彩色图像的整体性;最后,在图像相似度度量中,不仅计算路标距离,还考虑路标形状和空间分布信息,提高相似性度量的准确性。在卡内基梅隆大学和昆士兰大学公开数据集上对算法有效性进行了验证。实验结果表明,相比传统闭环检测算法,所提算法在保证较高召回率的同时,提高了闭环检测的准确率,在数据集上分别取得87.64%和90.12%的平均准确率,显著提高了光照、视角和季节变化等复杂环境中移动机器人闭环检测的准确性。     

基于GPS的先验地图辅助视觉惯性定位方法

为提高视觉惯性导航系统定位精度,解决其航向缺失且无法提供绝对地理位置的问题,提出一种利用GPS生成先验地图来辅助视觉惯性同时定位与地图构建(SLAM)方法。将每一帧图像采集点的GPS地理坐标投影成绝对高斯坐标,与视觉关键帧信息同步,构建先验地图。利用词袋模型进行闭环检测,由视觉重投影误差因子、IMU残差因子、先验图像重投影误差因子共同构建目标优化函数,基于最小二乘法进行位姿估计与优化。通过地面车载和低空机载实验对该方法进行了验证,实验结果表明：相比于无先验地图的定位方法,x、y、z方向的平均定位误差分别降低了68.2%、75.1%、46.4%以上;相比于有先验地图(未融合GPS)的定位方法,x、y、z方向的平均定位误差分别降低34.9%、51.5%、19.4%以上,有效提高了视觉惯性导航系统在大范围环境中的定位精度。     

复杂环境下基于自适应极线约束的AGV视觉SLAM算法

针对传统视觉同步定位与地图构建（SLAM）算法不能有效处理复杂环境中的动态及潜在动态目标而影响定位与建图性能的问题,提出一种基于Mask R-CNN神经网络以及ORB-SLAM3算法改进的视觉SLAM方法。针对动态目标,提出一种基于语义信息的运动一致性检验算法,使用自适应阈值的极线约束方法实现图像中动态特征点的精确剔除;针对潜在动态目标,提出一种改进的长期数据关联方法,通过增大关键帧选取密度及优化关键帧中的潜在动态目标信息,对算法的回环优化和地图融合过程进行改进,提高回环优化效果与地图复用性。在TUM数据集和真实场景中进行验证,实验结果表明与ORB-SLAM3算法相比,采用TUM数据集在低动态场景和高动态场景中的绝对轨迹均方根误差分别减小8.5%和65.6%;在真实场景下测试,所提算法的定位精度提高了62.5%。     

基于特征编码和动态路由优化的视觉定位方法

针对视角变化、光照变化、大尺度和动态物体等复杂场景下,移动机器人定位的准确性低、鲁棒性差等问题,提出基于特征编码和动态路由优化的视觉定位方法。首先,引入基于残差网络的特征编码策略,提取图像的几何特征和语义特征,减少图像噪声信息,加快模型的收敛速度;其次,通过熵密度峰值优化网络的动态路由机制,采用向量表示特征之间的空间位置关系,提升图像特征提取和表达能力,优化网络整体性能;最后,融合优化后的特征编码和动态路由网络,将全局特征描述符和特征向量相结合,保留特征间的差异性和关联性,计算图像特征的相似性用于闭环检测。实验结果表明,相比基于VGG、AlexNet、BoVW及GIST的视觉定位方法,所提方法的准确率分别提高了24.54%、23.06%,43.81%和42.69%,实现了复杂场景下移动机器人闭环检测,提高了定位和建图的准确性和鲁棒性。     

基于变分贝叶斯优化的近邻采样 PF-SLAM 算法

针对移动机器人同时定位与地图构建（SLAM）中观测噪声随时间变化及粒子滤波(PF)中粒子多样性易丧失问题,提出基于变分贝叶斯优化的近邻采样PF-SLAM算法。采用高斯混合模型对时变的观测噪声建模,使用变分贝叶斯方法,迭代估算出混合模型中的未知参数;同时根据粒子权重将粒子划分为保留粒子和调整粒子,通过两种粒子间的近邻位置分布关系优化调整粒子位置,在处理时变观测噪声同时,解决粒子多样性丧失问题,使得优化的粒子集更好地表示机器人位置概率分布。实验表明,改进算法与传统PF-SLAM算法相比,定位与建图误差降低76%,较期望最大化算法下的定位与建图误差降低了54%,进一步验证了所提算法的可行性与有效性,为移动机器人同时定位与建图提供一定参考。     

一种融合外部姿态信息的SLAM算法

在GNSS信号缺失、地磁受外界干扰等特殊环境下,同步定位与建图(SLAM)技术受到位姿累计误差的严重影响.为消除SLAM系统中的累积误差,提出了融合视觉和外部姿态信息的SLAM算法.建立图像关键帧和稀疏的外部姿态关键帧,分析了位姿协方差关系,并针对外部姿态具有三自由度的特点,推导了融合地理真实姿态的SLAM姿态图优化和...     

一种人员惯性定位的鲁棒多约束地图匹配算法（英文）

针对传统的地图匹配算法在分岔口和半封闭场景下易出现匹配失效和精度下降的问题,提出了一种人员惯性定位的鲁棒多约束地图匹配算法。该算法构建了地磁/惯性融合航向估计系统,利用三轴陀螺仪实时校准地磁传感器偏差,采用校准后的地磁数据进行航向解算,可有效提升航向信息获取精度;在固定的时间窗口内引入粒子群轨迹的多重约束,增强了算法的鲁棒性;此外,设计了一种启发式多约束重采样策略,提升了粒子群的自适应能力。最后,通过多组室内和室外长距离行走实验对所提算法性能进行评估。实验结果表明,与地图回溯约束的粒子滤波算法相比,本文算法具有更强的鲁棒性,定位精度可提升2倍以上,定位误差小于总行程的0.5%。     

基于萤火虫群优化的空间非合作目标相对导航粒子滤波算法

研究了空间非合作目标相对导航算法,针对标准粒子滤波的重采样过程导致的粒子贫化现象及其造成的相对导航精度下降问题,分析了萤火虫优化算法的运行机制,提出一种基于萤火虫智能优化算法的改进粒子滤波算法。改进算法通过优化粒子滤波的重采样过程,使粒子群智能的向高似然区域移动,同时在低似然区域也合理保留了部分粒子,保证了粒子的多样性,提高了样本的整体质量。仿真结果表明,改进算法导航精度较标准算法提高了39.35%,达到稳定精度所需粒子数较少,有效抑制了粒子贫化问题。     

基于改进强化学习的移动机器人路径规划方法

随着移动机器人在各领域的应用与发展,对移动机器人路径规划能力提出了更高的要求。为了解决现有移动机器人利用强化学习方法进行路径规划时存在的收敛速度慢和规划出路径平滑度较差的问题,提出了一种改进的Q-learning算法。首先,在Q值初始化的过程中引入人工势场法中的引力势场,以加快收敛速度。然后,调整移动机器人动作方向,增加动作步长,并在状态集中增加了方向因素,以提高规划路线的精度。最后,在栅格地图中,对所提出的算法进行了仿真验证。仿真结果表明,改进后的算法较传统的Q-learning算法在路径规划的时间上减少了91%,并且规划出路径的平滑度提高了79%。     

即时定位与制图辅助的INS/GPS组合导航系统

即时定位与制图可以在线构建环境特征地图同时利用所建地图辅助定位,可以建立基于特征地图的的地形辅助全自主式导航系统。当GPS信号有效时,导航系统利用INS/GPS组合方式进行精确导航,同时在线建立特征地图,并不断更新修正地图。当GPS信号无效的时候,之前建立的地图用来修正惯导误差,约束惯导误差在一定的范围内,达到精确导航的目的。将及时定位与制图在线制图的功能引入组合导航系统使得该系统具有在线跟踪路标制图和限制系统误差扩延的能力,此性能通过计算机仿真得到验证。     

复杂环境下基于Huber-RKF的移动机器人信息融合算法

为解决移动机器人组合导航系统中由于存在时变、非高斯噪声而导致的估计精度下降问题,提出一种将秩卡尔曼滤波器(Rank Kalman Filter, RKF)与Huber统计线性回归近似方法相结合的Huber秩卡尔曼滤波算法(Huber-RKF)。RKF与高斯确定点采样型滤波算法结构相似,但它不需要满足高斯分布假设条件,完全利用秩统计量相关原理计算采样点及其权值,适用于非线性、非高斯系统;Huber方法将l1/l2混合范数作为代价函数,通过迭代求得最优估计值,具有较好的鲁棒性;把二者相结合,将Huber最优估计作为RKF算法结构中的量测更新,得到的Huber-RKF算法具有良好的鲁棒性和滤波估计精度。仿真实验中将Huber-RKF与EKF、RKF以及交互式多模型秩卡尔曼滤波器(IMM-RKF)进行比较,其纬度、经度估计误差分别减小了69.5%、75.6%,44%、44.1%,27%、14%;算法实时性方面,Huber-RKF算法中程序循环体单次执行的时间为20.8 ms,比IMM-RKF执行速度快33%。     

基于CMDLAC指标和遗传算法的结构损伤定位研究

提出了基于综合多损伤定位保证准则(CMDLAC)指标和遗传算法(GA)的结构损伤定位方法。基于结构损伤标量模型,结合灵敏度分析提出了基于频率和振型变化的CMDLAC指标,将损伤识别问题转化为约束优化问题,最后以CMDLAC指标为优化目标函数应用遗传算法求解实现了结构的损伤定位。在考虑测试自由度不完备和测量噪声等因素影响的情况下,对桁架结构损伤的数值模拟分析表明了方法的有效性,验证了CMDLAC指标定位损伤和抵抗噪声的能力,同时指出其具有较强的实际可操作性。     

基于导航信息双向融合的行人/移动机器人协同导航方法

为提高卫星导航系统失效且环境存在电磁干扰的情况下行人导航系统与移动机器人导航系统的定位性能,研究了一种基于人机一体化智能系统的信息双向融合协同导航方法。该方法利用行人导航系统与移动机器人导航系统不同的误差特性,构建信息双向融合滤波器同步修正两者的导航信息误差,即利用移动机器人捷联惯导系统较高的传感器精度完成对行人导航系统磁航向误差的实时修正,并利用行人导航系统较高的位移精度修正机器人惯导系统误差,实现同步提高两套导航系统的定位与航向精度。导航定位实验表明,该方法可有效提高人机一体化智能系统的导航定位精度,行人导航系统定位误差约为行进距离的3.3%,移动机器人导航系统的误差积累速度降低为单独工作时的1/3。本文所提出的方法利用了人机一体化智能系统的结构特征,在卫星导航系统失效的电磁干扰环境中有效提高了一体化系统的综合导航定位性能,具有较高的理论研究与工程应用价值。     

基于仿射不变性映射的不显著目标间接定位

图像制导过程中,对目标被遮挡或受背景干扰的不显著目标进行定位识别是当前研究的热点和难点问题。为了对这类不显著目标进行定位,基于远视距仿射不变性映射关系,提出了一种新的由显著目标到不显著目标的间接定位方法。该方法首先利用显著区域检测和匹配算法实现实时图和参考图的配准,然后利用仿射不变性建立目标平面在实时图和参考图之间的仿射变换关系,最后根据对应特征点估计参考图和实时图之间的单应矩阵,从而实现对不显著目标的间接定位。最后通过实验验证了该方法的有效性。     

含非线性摩擦系数的单自由度颤振系统全局动力学行为数值研究

摩擦系数模型取更具普适性的Stribeck非线性模型,基于事件驱动理论,利用C与Matlab联合仿真的方法开发了干摩擦颤振问题的快速求解程序。给出改进的胞映射算法,对含非线性摩擦的单自由度摩擦颤振系统的演化过程及其全局性态进行数值分析和研究,得到系统在任意的初始状态下的响应特性、系统收敛域的数值计算分析结果。分析结果表...     

道路约束条件下的移动机器人跟踪

为提高移动机器人的位置估计精度和跟踪效果,提出一种基于道路约束条件下的移动机器人鲁棒约束H∞滤波(CHF)跟踪算法.首先,将机器人移动的道路网络作为跟踪的约束条件,并利用当前统计模型对机器人的运动进行建模.其次,将道路约束条件作为机器人跟踪的非线性状态约束,利用最小协方差估计推导了鲁棒CHF递推方程.通过拉格朗日乘子法对非线性约束优化估计问题进行求解,并利用约束信息对CHF算法的状态更新过程进行了改进.最后,通过对CHF算法和无约束的H∞滤波算法的跟踪性能进行了对比分析和验证.仿真结果表明,该算法可以实现机器人的跟踪,且跟踪精度优于HF算法.