基于无人机激光雷达的不同种类红树林单木分割

红树林是生长在热带和亚热带海岸线上的典型潮间带植物,气候变化、自然灾害和人为干扰的影响下退化严重,加强红树林监测是有效保护红树林的重要工作。本文选取广东雷州市东海岸红树林示范区为研究区域,通过样地无人机激光雷达(LiDAR)高密度点云数据以及样方实测数据搭建红树林结构参数反演模型,提取不同红树林种类样方的单木结构参数并检验红树林点云分割精度,依据精度检验指标与偏差度量指标验证单木反演参数精度并分析原因。结果表明(1)基于分水岭算法对不同种类红树林实地样方进行单木树高提取,其中无瓣海桑的整体分割效果最好。单木树高参数精度分析与拟合验证,无瓣海桑结果最优,其次为秋茄,白骨壤精度最低。(2)通过估测单木冠幅反演值与样地实测值的偏差以及偏离比例,发现红树林单木冠幅参数整体反演效果较差,识别精度最高的还是无瓣海桑。(3)单木树高的识别效果整体优于单木冠幅,整体分割结果为无瓣海桑最高,其次为秋茄,白骨壤最低。使用无人机激光雷达技术可以有效提取红树林结构参数,替代传统的红树林人工测量方法,为红树林资源动态变化监测及保护提供高精度基础数据。     

基于自适应遗传算法的无人机轨迹优化

针对目前无人机爬升轨迹优化算法存在的收敛速度慢、容易陷入局部最优解等问题,提出了一种基于自适应遗传算法的爬升轨迹优化方法。首先,结合无人机爬升阶段的运动方程和性能指标给出爬升段轨迹的优化模型。其次,为提高染色体的多样性和算法的收敛速度,对自适应遗传算法做了相应改进,使其更适合用于爬升轨迹的优化。最后,根据无人机爬升段轨迹特点,给出具体优化步骤,并对某型无人机爬升段轨迹做了优化仿真验证,结果表明所提出的方法能够在一定程度上节省运营成本。     

基于多因素融合建模下无人机航行环境评估方法

当前无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)任务路径的研究已日益广泛。现实环境中执飞空域将由多机种多机型共同参与,针对无人机间,以及与载人运输机间的航行环境分析及空域密度评估,还处于研究初级阶段。为正确分析大型无人机在复杂区域内执行任务对航行环境的影响,综合考虑尺寸与性能数据、空域结构、空中交通服务和飞行技术安全等因素,首次建立多种因素融合下的无人机航行环境评估模型,并获取量化评估结果。计算结果表明:通过分析模型计算得出航空器间最小距离,可为制定航路航线间隔,判断空域密度等问题提供数据参考。为未来低空空域开放,实现载人运输机和无人机安全、协同飞行创造条件。     

基于D-S证据理论在蜜罐捕获数据中的方法研究

为解决蜜罐捕获数据分析问题,采用基于推理的数据融合方法,分析证据理论用于多检测点数据融合的基本概念和理论,提出了一个新的证据合成公式,并将它应用于数据的分析,实验结果验证了这一方法的正确性和有效性。     

基于无人机激光雷达技术的开采沉陷监测方法与参数反演

矿区开采沉陷监测与预测对于煤炭安全生产来说至关重要,目前煤矿地表沉陷监测的主流手段均有一定的局限性,存在精度与效率不能兼得的问题。利用无人机激光雷达(unmanned aerial vehicle lidar, UAV LiDAR)技术可以实现矿区地表三维点云的快速获取,建立多期数字高程模型(digital elevation model, DEM),两期DEM相减即可得到沉陷盆地,具有高效高精的特点。对无人机激光雷达地表沉陷监测的原理流程和概率积分预计参数动态反演方法进行了分析讨论,以内蒙古唐家会煤矿为例,设计了无人机激光雷达飞行方案,采集了两期激光点云数据,并对实测数据进行了组合解算、融合、滤波,建立两期DEM,求取了观测时间段内的地表下沉盆地,并进行了全盆地动态反演,得到测区概率积分预计参数。结果表明：DEM精度分别为34 mm和37 mm;下沉盆地精度为50 mm,结果对于煤矿开采沉陷监测与预测来说是相对可靠的,为无人机激光雷达应用于地表监测提供了案例。     

基于轨迹线性化控制方法的全驱动自主式水下航行器轨迹跟踪控制

基于轨迹线性化控制(Trajectory Linearization Control,TLC)方法研究了全驱动自主式水下航行器（AUV）的轨迹跟踪控制.利用微分方程奇异摄动理论中的时标分离思想,将全驱动AUV的轨迹跟踪控制系统分成快、慢回路,分别基于轨迹线性化思想设计出快、慢回路控制器;利用Lyapunov稳定性理论对闭环控制系统进行了稳定性分析,通过AUV爬升转弯过程的仿真验证了该控制方法的有效性.     

变化数据捕获研究及基于SQL SERVER的开发与应用

变化数据捕获是数据集成的核心内容,为高效地实现数据集成,探讨了变化数据捕获的常见机制,重点介绍了SQL SERVER的变化数据捕获方案——更改跟踪和变化数据捕获,并以实际开发项目为背景,介绍在偶尔连接场景下,如何运用变化数据捕获技术,合理设计数据集成方案,满足业务要求,实现异构数据源的有效更新．     

一种基于扰动的轨迹数据隐藏发布方法

针对轨迹数据发布中的隐私保护和数据可用性问题,结合统计学的概念,提出一种基于扰动的轨迹数据隐藏发布方法.首先定义一种隐私泄露检测机制,当该检测机制发现攻击者依赖所掌握部分轨迹能以较大概率推测出某隐私节点时,基于统计方法,寻找出现频率最低的同类隐私节点,若存在且用其替换有隐私泄露风险的隐私节点后不会出现新的隐私泄露,则执行替换操作;否则在拥有该隐私节点的所有轨迹中,选择最佳的那条轨迹,将该隐私节点移除.这样,就能降低隐私节点的隐私泄露概率,保证发布后的轨迹数据满足用户的隐私需求.理论分析和实验结果表明,所提出的方法能有效避免基于部分轨迹推测剩余隐私节点的攻击,有效保持原有轨迹数据中不同种类节点间连接关系的可用性.     

基于LSTM的四旋翼无人机轨迹预测方法

实时、准确、高效的轨迹预测是对四旋翼无人机进行有效管控的重要前提.基于深度学习理论,提出一种基于长短期记忆神经网络(LSTM)的四旋翼轨迹预测方法.在LSTM基础上,使学习速率自动调整,基于四旋翼无人机位置坐标与速度参量,对轨迹数据进行训练与预测,其经度、纬度、高度误差分别为6.04、6.45、2.33 m.分析历史时间步长对于预测精度的影响,结果表明历史学习步长为40～45时,LSTM预测结果最佳;比较不同预测步数的预测误差,结果表明一步预测、两步预测误差结果较好,三步预测误差显著增大.     

一种基于平面交叉口的浮动车数据轨迹重构方法

通过一种根据车辆运动列簇特征,提取同一运动列簇的多辆浮动车的运动轨迹的方法对平面交叉口的浮动车数据进行轨迹重构处理,为后续对交通信号灯配时估计提供数据准备.该方法简单,易于操作,不需要利用复杂的算法或模型去实现.首先,通过分析车辆的运动过程来提取车辆的运动特性,再根据车辆的运动特性,从空间和时间的角度对车辆的运动轨迹进行分析,对平面交叉路口的车辆轨迹进行分流处理,从而得到重构的车辆轨迹序列.选取了2个不同类型的平面交叉口数据为实验示例,实验结果表明,该方法能够有效地对平面交叉口浮动车轨迹进行重构.     

面向无人机视频分析的车辆目标检测方法

提出一种将航拍车辆视频预处理与轻量化目标检测模型结合的级联方式.首先,针对无人机拍摄的车辆视频数据大量冗余的问题,在边缘设备设置一个两级过滤器,通过帧的像素级及结构性差异过滤大量冗余帧,从而大幅减少传输到后端的检测模型的帧数;其次,针对高精度目标检测模型时延高的问题,采用通道剪枝与层剪枝结合的方法压缩YOLOv3模型并部署在PC端,实现时延和精度的均衡.实验结果表明:两级过滤器能够有效过滤90%以上的冗余帧数,相较于原模型,压缩模型在精度仅下降2%左右的情况下,检测速度提高78.3%,达到36.9帧·s^-1.     

采用模糊扩张状态观测器的四旋翼无人机滑模轨迹跟踪控制

针对四旋翼无人机(UAV)的轨迹跟踪控制存在外界未知扰动的问题,提出一种基于模糊扩张状态观测器的非奇异快速终端滑模控制算法.首先,根据双闭环控制结构分别对姿态内环、位置外环引入模糊扩张状态观测器,利用该观测器对系统所受到外部总扰动进行在线估计.然后,根据模糊扩张状态观测器的观测值,设计非奇异快速终端滑模控制器,保证四旋翼无人机的状态变量可在有限时间内收敛于期望轨迹.最后,根据李亚普诺夫理论,得出四旋翼无人机系统的闭环稳定性,并通过仿真对比实验验证该控制算法的优越性.结果表明：所提的控制算法可以提高跟踪性能,并有效增强系统的抗外界干扰能力.     

轨迹和干扰功率联合优化的无人机主动窃听算法

研究一种无人机(UAV)作为合法窃听器的无线通信窃听算法.首先,将一个合法窃听器(UAV(E))用于窃听可疑发射器(UAV(B))发送到地面可疑接收器的可疑信息.然后,利用可疑系统的特点,提出一种有效的主动干扰方案,从而最大限度地提高有效窃听速率;针对构造的原问题是一个优化变量耦合的混合非凸优化问题,应用更新速率辅助的块坐标下降和连续凸优化技术,在每次迭代中交替优化无人机轨迹和干扰功率.最后,针对非凸的无人机轨迹优化和干扰功率优化问题,分别利用连续凸优化算法将原非凸问题转化为近似的次优化问题,再使用凸优化方法进行求解.仿真结果表明:相较于其他基准算法,文中算法具有更高的有效窃听速率.     

基于无人机的大气污染物模糊控制溯源算法的仿真实现

针对无人机的大气污染物溯源问题,提出了一种基于无人机的大气污染物模糊控制溯源算法。该算法结合无人机与模糊控制的特点,根据无人机实际所处环境设计一个模糊控制器并确定模糊控制器的输入、输出变量,模仿人脑的思维构建了模糊控制规则库,从而实现了无人机对大气污染物的智能溯源。算法在MATLAB环境中进行了仿真实验,仿真结果表明了该算法的有效性和可行性,为解决大气污染物溯源问题提供了一种新的思路。     

无人机影像自动拼接校正

无人机影像可获得海量的高空间分辨率影像,在国土资源、林业调查、农业、灾害快速响应等多方面具有广阔的应用前景,不过如何立刻收集这些数据,是无人机快速应用的一个难题。如何拼接一系列具有重叠区的相邻影像,构成无缝可用的总影像,是应用的一个重要问题。研究采用浙江省富阳的无人机影像,预处理后基于参考影像,先对待匹配影像进行均质化变换,以减小影像间的明显差异,再寻找匹配特征并寻优。在影像之间的重叠区域,为尽量达到影像间无缝连接,采用平滑处理。拼接算法在Matlab 6.5中实现所得到的最终结果,较好地实现了影像间的结合,总体连接平滑并且接缝不明显。研究能够为实现无人机影像的自动化处理,加快无人机在各领域的应用。     

机器视觉辅助的插头锥套式无人机自主空中加油仿真

为准确获取无人机自主空中加油对接阶段受油插头与加油锥套的相对位姿信息,提出一种机器视觉辅助的插头锥套式无人机自主空中加油方案。研究了机器视觉识别跟踪加油锥套的算法,利用卡尔曼滤波算法估计无人机与加油锥套的相对位姿。实验结果表明:机器视觉图像处理算法可精确识别跟踪加油锥套,滤波器估计的相对位姿误差收敛速度较快,满足插头锥套式无人机自主空中加油的需要。     

无人机螺桨噪声主动控制实验

对无人机螺桨噪声的主动控制技术进行实验研究。针对某型国产无人机,通过对其发动机螺桨噪声的测量分析,设计并开发了一个四入二出的主动噪声控制系统。利用该系统,在实验室环境下分别对100 Hz单频正弦噪声、实际风扇噪声和实际录取的某型号无人机螺桨噪声进行了噪声控制实验,取得了较好的消声效果。     

无人机数据链带内连续波电磁干扰效应研究

数据链是无人机的重要分系统,是确保无人机实现地空通信的关键一环,但容易受到外界电磁干扰的影响而发生通信中断甚至硬件损伤.针对某型无人机数据链的前门耦合电磁敏感特性,对数据链设备进行电磁干扰的等效注入试验,研究了单频和双频电磁干扰对数据链的效应规律,得到了数据链敏感频点的失锁阈值以及误码率和信噪比的变化趋势.研究表明:由于大功率干扰信号通过自动增益控制电路,在射频前端降低了中频工作信号的输出功率,导致数据终端信噪比降低、误码率上升;当双频干扰均位于带内时,与单频干扰相比,在射频前端对工作信号增益的压缩作用更强,导致失锁时双频干扰中的任意一个干扰功率均低于只有单频干扰时的阈值,表明数据链带内干扰存在多源非线性增强效应.      

基于Q学习的无人机三维航迹规划算法

针对现有的基于强化学习的无人机航迹规划方法因无法充分考虑无人机的航迹约束而使规划获得的航迹可用性较差的问题,提出一种更有效的无人机三维航迹规划算法.该算法利用无人机的航迹约束条件指导规划空间离散化,不仅降低了最终的离散规划问题的规模,而且也在一定程度上提高了规划获得的航迹的可用性,通过在回报函数中引入回报成型技术,使算法具有满意的收敛速度.无人机三维航迹规划的典型仿真结果表明了所提出算法的有效性.     

基于ADRC的四旋翼无人机姿态控制研究

四旋翼无人机由于受到自身的非线性、模型的不确定性和外部突发气流等的影响,较难完成预设的飞行任务.为此,使用自抗扰控制,通过安排合理的过渡过程减少超调和设计扩张状态观测器来估计总扰动并实时补偿,并实现四旋翼无人机姿态控制.仿真结果表明:相比传统PID控制,该控制方法使得四旋翼无人机能够更好地适应自身参数的变化和应付外部气流带来的影响,具有更好的鲁棒性和抗扰性.同时验证了自抗扰控制器下的系统具有超调小、精度高、收敛速度快、抗扰能力强和鲁棒性能好等特点.