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基于激光雷达传感器的三维多目标检测与跟踪技术研究

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基于激光雷达传感器的三维多目标检测与跟踪技术研究

作者：吴开阳东南大学

学位级别：硕士

随着智能车出行成为社会关注热点,智能驾驶环境感知技术也变得越来越具有挑战性。目前,激光雷达、视觉相机、毫米波雷达等传感器在智能驾驶环境感知中已经广泛应用,但视觉相机在强光或弱光环境中检测效果不佳,毫米波雷达检测误差较大,... 详细信息

随着智能车出行成为社会关注热点,智能驾驶环境感知技术也变得越来越具有挑战性。目前,激光雷达、视觉相机、毫米波雷达等传感器在智能驾驶环境感知中已经广泛应用,但视觉相机在强光或弱光环境中检测效果不佳,毫米波雷达检测误差较大,而基于激光雷达的三维多目标检测跟踪技术能够在强光或弱光环境中对三维目标实现准确地检测与跟踪,有助于提高智能驾驶系统的安全性能。论文围绕基于激光雷达的三维多目标检测与跟踪展开如下研究:针对激光雷达点云数据存在异常点与噪点问题,对实际采集的点云数据进行预处理。采用球面线性插值法进行运动补偿,利用平面拟合法实现地面点的去除,并融合直通滤波、体素滤波、半径滤波对点云数据进行滤波处理,同时考虑到点云数据具有近密远疏的特性,采用基于极坐标系的栅格聚类方法对滤波后的点云数据进行聚类处理,最后结合霍夫直线检测法,利用3D包围盒对目标进行准确框选。针对基于激光雷达的三维多目标检测精度较低,且计算成本较高的问题,提出了一种改进PV（Point and Voxel）神经网络模型的三维多目标检测算法。通过基于体素的方法进行候选区域的选择,再通过基于点云关键点的分层提取特征与集合抽象化方法,以一种高效的方式融合体素和点云的3D信息,提高了复杂场景下3D多目标检测的准确率。最后利用KITTI数据集进行模型的训练与测试,与Voxel R-CNN算法相比,其中等难度检测精度提升了0.26%,困难难度检测精度提升了0.09%。针对基于激光雷达的三维多目标跟踪的关联准确率与联合召回率较低,且系统复杂性较高的问题,提出了一种快速而准确的实时三维多目标跟踪技术—PV3DMOT。研究了融合马氏距离与贪心算法的跟踪方法,提出了最佳数据关联方法,并基于该方法实现了三维多目标匹配与跟踪。利用3D卡尔曼滤波器进行了目标状态的预测与更新,并结合提出的最佳关联方法,实现了多目标的实时跟踪。最后利用KITTI数据集进行了验证与测试,相比AB3DMOT算法,其关联准确率提升了1.16%,联合召回率提升了3.44%,有效地提高了智能驾驶场景中的多目标跟踪精确度。利用基于CARLA与ROS联合虚拟仿真平台,通过Traffic Manager模块对场景中的车辆与行人进行管理与控制,并自定义Python API接口连通服务器端与客户端,且针对特殊测试场景,利用本文方法对场景中的三维多目标进行实时检测与跟踪,该方案有助于提高测试效率并降低测试成本。搭建了自组装实验平台,实现了激光雷达与惯性测量单元（IMU）、毫米波雷达、视觉相机的外参标定,最后运用本文方法在校区内进行了实车实验,实验结果中多目标检测平均准确率为83.2%,跟踪准确率为67.1%。

关键词：智能驾驶激光雷达点云数据预处理三维多目标检测与跟踪虚拟仿真实车实验

合金元素和界面相Al4C3对SiC/Al界面结合影响的第一性原理及实验研究

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合金元素和界面相Al4C3对SiC/Al界面结合影响的第一性原理及实验...

作者：吴开阳南昌航空大学

学位级别：硕士

本文主要研究了合金元素(Mg、Si、Cu)和界面相AlC对SiC/Al界面结合的影响。采用通管滴定法研究800℃、900℃、1000℃三种温度对SiC/Al体系润湿性影响,并且在900℃温度下,研究合金元素(Mg、Si、Cu)的添加对SiC/Al体系润湿性的影响,利用SE... 详细信息

本文主要研究了合金元素(Mg、Si、Cu)和界面相AlC对SiC/Al界面结合的影响。采用通管滴定法研究800℃、900℃、1000℃三种温度对SiC/Al体系润湿性影响,并且在900℃温度下,研究合金元素(Mg、Si、Cu)的添加对SiC/Al体系润湿性的影响,利用SEM-EDS观察界面微观形貌;采用基于密度泛函理论(DFT)的Materials Studio软件的CASTEP模块建立理想SiC/Al模型,讨论Mg、Si、Cu三种元素掺杂对SiC/Al界面结合影响,用粘着功表征界面的结合强度,通过电子结构分析界面结合的本质;探讨AlC形成热力学;利用第一性原理计算方法,研究Al薄膜吸附C原子的过程;构建SiC+AlC/Al界面模型,分析界面上生成部分AlC时,对界面结合的影响;构建AlC/Al界面模型,通过电子结构分析AlC/Al结合本质。研究结果表明:SiC/Al体系润湿动力学主要分为三个阶段。800-1000℃温度范围内,SiC/Al体系的初始接触角和最终接触角都随着温度的增加而减小,初始接触角由131°减小到109°,最终接触角由90°减小到50°。随着温度升高,SiC/Al体系界面反应越强烈,生成AlC相越多,并且AlC相有利于SiC/Al体系的润湿。SiC/Al反应过程中,在整个体系的润湿性是一个动态变化的过程,真实的润湿性可能由SiO2/Al转变为SiC/Al,然后转变为SiC+AlC/Al,最后转变为AlC/Al。Al(111)面和SiC(001)面是各自低指数面中表面能最小的晶面。在SiC(001)面中,以Si原子为终止面的表面能小于以C原子终止表面,并且以Si原子为终止面的SiC/Al体系界面黏着功小于以C原子为终止面的SiC/Al体系。以Si原子为终止面的Brigde结构是SiC/Al结合的主要方式。Mg、Si、Cu三种元素的掺杂使得界面黏着功增加,界面处原子之间的单位布居数增大,互相成键作用加强,SiC/Al体系更加稳定,并且掺杂后体系黏着功:掺Mg>掺Si>掺Cu>未掺杂。随着掺杂合金原子数量增加,SiC/Al体系的黏着功都呈先增大后减小的变化趋势。Mg、Si、Cu三种元素的添加会使SiC/Al体系初始接触角有所增加,但最终接触角小于纯Al/SiC体系。最终接触角由73°,分别变为61°、67°和63°,说明Mg、Si、Cu三种元素均能改善SiC/Al体系的润湿性。根据AlC形成热力学模型计算所得,本文6组实验中都会产生AlC相。通过第一性原理模拟Al(111)表面吸附C原子,结果表明:在Bridge位置上吸附C原子最为稳定;随着C覆盖率的增加,C原子吸附能逐渐减小,Al和C原子之间形成共价键和离子键;通过第一性原理计算SiC+AlC/Al界面黏着功为1231mJ/m2;C原子在Al表面的吸附会使C原子和Al原子之间形成共价键和离子键,并且使界面处的Si原子同样形成共价键,促进了界面结合。AlC(001)面以Al原子为终止面的表面能小于以C原子终止表面,并且以Al原子为终止面的AlC/Al体系界面黏着功小于以C原子为终止面的AlC/Al体系。并且通过与实验测量AlC/Al体系的黏着功比较,以Al原子为终止面的HCP结构是AlC/Al结合的主要方式。通过比较三种体系黏着功变化,可以看出AlC相的产生会增强SiC/Al体系的界面结合。

关键词： SiC/Al界面结合润湿性第一性原理合金元素界面相

氧化态SiCp/5052Al复合材料的界面及热导性能

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稀有金属材料与工程 2015年第12期44卷 3130-3135页

作者：邹爱华吴开阳周贤良张建云白润南京航空航天大学江苏南京210016 南昌航空大学江西南昌330063 西北有色金属研究院陕西西安710016

研究了SiC颗粒经不同氧化时间的氧化行为,采用无压渗透法制备了体积分数大于55%的SiCp/Al复合材料,分析了复合材料的微观组织与界面形貌,探讨了氧化及界面反应对复合材料热导性能的影响。结果表明:当SiC颗粒在1100℃氧化时,随着氧化时... 详细信息

研究了SiC颗粒经不同氧化时间的氧化行为,采用无压渗透法制备了体积分数大于55%的SiCp/Al复合材料,分析了复合材料的微观组织与界面形貌,探讨了氧化及界面反应对复合材料热导性能的影响。结果表明:当SiC颗粒在1100℃氧化时,随着氧化时间的延长,其氧化增重及氧化层的厚度均增加,但氧化时间大于6 h时,其增加速率减缓;经氧化处理后,颗粒尖角明显钝化,所制备复合材料颗粒分布均匀,致密度比颗粒未氧化时要高;且氧化改变了复合材料的界面反应及结合,未经氧化颗粒表面出现了短棒状Al_4C_3,4 h氧化后颗粒表面形成了八面体MgAl_2O_4,6 h氧化后仍有残余的SiO_2;随氧化时间的延长,复合材料热导及界面热传导系数均呈先增大后减小的变化趋势,这与不同氧化时的实际界面状况密切相关。

关键词： SiCp/5052Al复合材料氧化界面导热性能

不连续界面相Al_(4)C_(3)对SiC/Al复合材料界面结合影响的第一性原理及实验

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复合材料学报 2021年第3期38卷 824-831页

作者：邹爱华周贤良康志兵吴开阳苏玉琴南昌航空大学材料科学与工程学院南昌330063 中船九江海洋装备集团有限公司九江332100

采用密度泛函理论的第一性原理及实验相结合的方法,探讨了不连续界面相Al_(4)C_(3)对SiC/Al复合材料界面结合的影响,并与无界面新相生成时进行对比。研究表明,当Al(111)表面吸附C原子时,在Bridge位置上吸附C原子最为稳定;随着C覆盖率的... 详细信息

采用密度泛函理论的第一性原理及实验相结合的方法,探讨了不连续界面相Al_(4)C_(3)对SiC/Al复合材料界面结合的影响,并与无界面新相生成时进行对比。研究表明,当Al(111)表面吸附C原子时,在Bridge位置上吸附C原子最为稳定;随着C覆盖率的增加,C原子吸附能逐渐减小;当界面相呈不连续分布时,界面由原来的SiC/Al转变为(SiC+Al_(4)C_(3))/Al,界面黏着功由原来的0.851 J/m^(2)增加至1.231 J/m^(2),这主要由于当C原子在Al表面吸附时,C原子和Al原子间形成共价键和离子键,且与界面处的Si原子也形成共价键,从而促进界面结合。利用第一性原理计算的SiC/Al和(SiC+Al_(4)C_(3))/Al体系黏着功与实验值较为接近,且变化规律相同,具有较高的参考价值。

关键词： SiC/Al界面不连续界面相Al_(4)C_(3) 界面结合第一性原理黏着功

基体合金元素对SiC/Al界面结合影响的第一性原理及实验研究

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无机材料学报 2019年第11期34卷 1167-1174页

作者：邹爱华周贤良康志兵饶有海吴开阳南昌航空大学材料科学与工程学院

采用基于密度泛函理论的第一性原理及实验相结合的方法,探讨了Al基体中分别掺杂Mg、Si、Cu合金元素对SiC/Al界面结合的影响,重点考察了合金元素在界面偏聚时的电子结构和成键情况。研究表明:在未掺杂Al/SiC体系界面结构优化时,以Si原子... 详细信息

采用基于密度泛函理论的第一性原理及实验相结合的方法,探讨了Al基体中分别掺杂Mg、Si、Cu合金元素对SiC/Al界面结合的影响,重点考察了合金元素在界面偏聚时的电子结构和成键情况。研究表明:在未掺杂Al/SiC体系界面结构优化时,以Si原子为终止面的Brigde结构是最稳定的结合方式;当合金元素分别替换界面处的Al原子后,界面处原子的分波态密度、Muliken电荷及成键原子集居数等电子结构参数均有不同程度的变化,这不仅增加了界面处Si与Al原子结合,同时也增强了界面处和亚界面处的Al基体和SiC增强相原子之间的相互作用,使体系更加稳定,界面黏着功均有不同提升;其中掺Mg提升效果最明显,其次为掺Cu和掺Si;利用第一性原理计算的掺杂Al/SiC体系黏着功和实验值较为接近且变化规律相同。

关键词：合金元素 SiC/Al界面界面结合第一性原理

孔隙率对SiC_p/Al复合材料热导率影响

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材料热处理学报 2015年第7期36卷 236-240页

作者：周贤良吴开阳邹爱华华小珍阙玉龙南昌航空大学材料学院江西南昌330063 南京航空航天大学材料学院江苏南京210016

通过无压渗透方法制得不同孔隙率SiCp/Al复合材料,采用了有限元数值模拟方法并与实验相结合研究了孔隙率对复合材料热导率的影响,并与MEMA模型计算值进行了对比。结果表明：通过改变无压浸渗温度和时间,可以制备出2.8%-9.4%范围内可调... 详细信息

通过无压渗透方法制得不同孔隙率SiCp/Al复合材料,采用了有限元数值模拟方法并与实验相结合研究了孔隙率对复合材料热导率的影响,并与MEMA模型计算值进行了对比。结果表明：通过改变无压浸渗温度和时间,可以制备出2.8%-9.4%范围内可调的含孔隙复合材料;在有限元数值模拟中,当孔隙率为小于6%时,热导率下降较快,反之,下降平缓。含孔隙复合材料有限元数值模拟值和实验结果较吻合,有一定的参考价值。随着孔隙率的增大,MEMA模型计算值和有限元模拟值的偏差越大。

关键词： SiCp/Al复合材料热导率有限元模拟孔隙率 MEMA模型

Mn变质的A380铝合金富铁相原位拉伸变形行为及断裂机理研究

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热加工工艺 2023年第24期52卷 38-44页

作者：周佳宇项肇张栗颖吴开阳海军装备部驻武汉地区军事代表局驻九江地区军事代表室江西瑞昌332209

铝合金中不同富铁相对力学性能的影响一直是研究热点,但原位分析不同富铁相在受力过程中的变形行为则较为空白。使用0.5wt%Mn变质了A380铝合金,得到了鱼骨状α-Fe、块状α-Fe以及针状β-Fe共存的A380-0.5Mn合金。通过原位拉伸结合DIC(... 详细信息

铝合金中不同富铁相对力学性能的影响一直是研究热点,但原位分析不同富铁相在受力过程中的变形行为则较为空白。使用0.5wt%Mn变质了A380铝合金,得到了鱼骨状α-Fe、块状α-Fe以及针状β-Fe共存的A380-0.5Mn合金。通过原位拉伸结合DIC(数字图像相关法)分析研究其受力过程中的组织变形行为,并结合断口分析总结了不同富铁相的变形机理。结果表明,鱼骨状α-Fe及周围基体均存在较小应变,位错运动为切过机制,可提高强塑性。块状α-Fe无明显应变,周围存在微应变,位错运动为绕过机制,可提高强度。平行拉伸方向的针状β-Fe及周围基体均存在较大应变,受力产生内部微裂纹,形成的新相界恶化性能;垂直拉伸方向的针状β-Fe应变较小,周围基体均存在较大应变,是由于位错塞积,产生应力集中导致开裂。

关键词：富铁相原位拉伸变形行为断裂机理

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渗硼时间对45钢固体粉末渗硼渗层组织与性能的影响

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热加工工艺 2011年第24期40卷 182-184,224页

作者：吴开阳崔霞欧阳德来周贤良南昌航空大学材料科学与工程学院江西南昌330063

以45钢为基材对其表面进行固体粉末渗硼,探讨渗层生长行为及渗硼时间与渗层组织及性能的关系。结果表明,渗硼层由硼化物Fe2B构成,硼化物以长短不齐的方式垂直楔入基体形成连续针齿状层,与基体牢固结合。随渗硼时间延长,渗层厚度先快速... 详细信息

以45钢为基材对其表面进行固体粉末渗硼,探讨渗层生长行为及渗硼时间与渗层组织及性能的关系。结果表明,渗硼层由硼化物Fe2B构成,硼化物以长短不齐的方式垂直楔入基体形成连续针齿状层,与基体牢固结合。随渗硼时间延长,渗层厚度先快速增大后缓慢增加。渗层生长动力学符合抛物线规律。渗层显微硬度随渗层深度增加,先开始有所增加,后出现明显降低,最后缓慢降低。延长渗硼时间,渗硼深度增加,且显微硬度和耐磨性均能增加。

关键词：固体粉末渗硼渗层生长行为组织性能

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基于激光雷达的三维多目标检测与跟踪

传感器与微系统 2023年第1期42卷 122-125,130页

作者：吴开阳秦文虎云中华师威鹏东南大学仪器科学与工程学院江苏南京210096

在自动驾驶应用中,为提高基于激光雷达的三维(3D)多目标跟踪精确度,降低计算时间成本与系统复杂性,提出了一种快速准确的实时3D多目标跟踪技术-PV3DMOT。该方法先结合体素和点云进行全面特征学习,以实现快速准确的3D目标检测,然后用3D... 详细信息

在自动驾驶应用中,为提高基于激光雷达的三维(3D)多目标跟踪精确度,降低计算时间成本与系统复杂性,提出了一种快速准确的实时3D多目标跟踪技术-PV3DMOT。该方法先结合体素和点云进行全面特征学习,以实现快速准确的3D目标检测,然后用3D卡尔曼滤波器进行目标状态预测与更新,并利用马氏距离与贪心算法完成数据关联,最终实现高效的3D多目标实时跟踪。经自动驾驶KITTI数据集实验测试,该方法的检测结果在中等与困难类别中的准确率相比Voxel R-CNN算法提升了0.2%,跟踪结果相比AB3DMOT算法,其关联准确率提升了1.16%,联合召回率提升了3.44%,能有效提高智能驾驶中3D多目标检测跟踪的精确度。

关键词：激光雷达实时3D多目标跟踪 3D多目标检测状态预测与更新数据关联