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基于视觉SLAM的排水管道机器人三维环境感知研究

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基于视觉SLAM的排水管道机器人三维环境感知研究

作者：刘浩志河北大学

学位级别：硕士

地下排水管道直接关乎居民的日常生活质量,更是城市安全健康发展的重要保障。随着城市化进程的快速推进,排水管网的规模与复杂程度也显著增大,给管道的定期巡检带来了前所未有的压力。管道机器人技术被认为是应对这一挑战的有效方案,然... 详细信息

地下排水管道直接关乎居民的日常生活质量,更是城市安全健康发展的重要保障。随着城市化进程的快速推进,排水管网的规模与复杂程度也显著增大,给管道的定期巡检带来了前所未有的压力。管道机器人技术被认为是应对这一挑战的有效方案,然而地下管道具有内部环境未知且无法使用卫星定位的“双盲”特性,因此目前只能依靠人工操作管道机器人通过回传视频观察管内环境,此方法不仅效率低下而且巡检的准确性和客观性无法得到保障。面对排水管道自动化巡检的迫切需求,本研究利用视觉SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)技术解决管道机器人三维环境感知中的精准定位和地图构建问题,为排水管网的智能化巡检提供技术支持,具有一定的科学价值和社会意义。本研究首先设计并搭建了一套轮式管道机器人系统用于采集实验管段内的环境数据,同时基于ROS(Robot Operating System)构建了机器人及其工作环境的仿真模型。从实际巡检视频中提取出管道内壁的矩形展开图,将其贴图到管道三维模型内表面仿真机器人的工况环境。然后,在机器人行进过程中,实时地拟合点云地图中排水管道的圆柱模型参数,将管道的三维环境实时地用圆柱结构化表征。最后在跟踪和建图环节利用管道的圆柱特征作为约束消除累积误差,解决传统视觉SLAM在排水管道环境中的视觉退化和尺度漂移问题。本论文取得了如下研究成果:(1)设计了基于粒子群优化的管道中心点提取算法和管道内壁展开图的径向矫正函数。(2)设计了基于图优化和轨迹方向均值估计的圆柱管道结构化实时表征方法,依据稳定性将圆柱特征分为活跃、活动、固定和失效圆柱并动态地优化和利用。(3)设计了基于圆柱特征约束的管道三维环境感知实时优化算法,包括基于活跃圆柱的临时地图点生成方法,基于活动圆柱约束的全局一致性优化和基于同径特性的实时一致性优化方法。

关键词：管道机器人视觉SLAM 圆柱特征约束图优化图像展开

区块链赋能的移动边缘计算辅助无人机系统性能优化研究

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区块链赋能的移动边缘计算辅助无人机系统性能优化研究

作者：姚元志南昌大学

学位级别：硕士

韧性视角下省会城市突发重大传染病事件应急管理能力评价体系构建研究

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韧性视角下省会城市突发重大传染病事件应急管理能力评价体系构建...

作者：张恒志南京中医药大学

学位级别：硕士

21世纪以来的突发重大传染病事件给人民群众的生命健康和社会的经济发展带来了巨大的损害,其在城市多点散发、局部暴发的态势暴露了更是目前我国城市面对突发重大传染病事件应急管理能力存在服务能力不足、卫生人力物力资源缺乏、人才... 详细信息

21世纪以来的突发重大传染病事件给人民群众的生命健康和社会的经济发展带来了巨大的损害,其在城市多点散发、局部暴发的态势暴露了更是目前我国城市面对突发重大传染病事件应急管理能力存在服务能力不足、卫生人力物力资源缺乏、人才队伍专业素养较低和卫生应急敏锐性不足等问题。而省会城市由于其人口高集聚性和高流动性,传染病流动强度呈现出以省会城市为中心,周边城市向省会城市汇聚的特点,对省会城市突发重大传染病应急管理能力提出了更高的要求。但由于我们很难预测突发重大传染病事件发生的时间和频率,因此需要城市自身具备一定的抵御和适应能力。鉴于以上现实背景和理论研究的需要,本研究从韧性视角出发对省会城市突发重大传染病应急管理能力进行评价研究,以期弥补现有研究的不足。本研究首先通过梳理韧性理论和突发重大传染病事件应急管理理论相关内容,从应急管理的四个阶段入手,认为省会城市在面对突发重大传染病疫情时,其主要任务是“全生命周期的传染病信息监测”“响应阶段的传染病传播”“准备及响应阶段物资供应保障”以及“响应及恢复阶段的应急救治”,并将这四个任务作为评价指标体系的一级指标,结合国内外相关文献和政策法规,在遵循可操作性、系统性、可比性和科学性原则基础上,从韧性基线模型的六个维度即设施、生态、经济、组织、社会和信息进行三级指标的选取,并借助专家咨询法对指标体系进行进一步的优化和筛选,最终构建出韧性视角下突发重大传染病事件省会城市突发重大传染病事件应急管理能力评价体系;其次运用G1法和AHP法相结合的办法,构建进行指标的赋权计算,计算出组合权重后运用TOPSIS法进行综合评价;最后,本研究选取全国27个省会城市为研究区域,通过ArcMAP10.8、SPSSAU以及Excel等软件对研究区域进行评价并进行空间分布特征和短板因素分析,并以南京市禄口机场疫情以及哈尔滨巴彦疫情为案例进行比较分析,进一步论证指标体系的科学性。结果表明,成都和广州属于高应急管理能力城市,武汉、杭州、郑州、南京、济南、哈尔滨、长春属于较高韧性城市,石家庄、西安、沈阳、昆明、贵阳、合肥、福州、长沙和海口属于中应急管理能力城市,太原、兰州、南昌、西宁、乌鲁木齐、银川属于较低应急管理能力城市,呼和浩特和拉萨属于低应急管理能力城市。同时,我国各省会城市存在着明显的空间分布差异,呈现由东到西,由沿海到内陆逐步递减的趋势,并且各城市应急管理能力存在不同的薄弱点,同时南京禄口机场疫情与哈尔滨巴彦的案例比较分析进一步证明了本指标体系具有一定的科学性。针对以上结果,提出提高沿海省会城市应急管理能力,加强沿海城市与内陆城市之间的交流;依据城市薄弱环节,提高城市综合应急管理能力两方面建议。

关键词：韧性韧性基线模型省会城市突发重大传染病事件应急管理能力层次分析法 TOPSIS

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图像数据挖掘技术在产品设计中的应用研究

图像数据挖掘技术在产品设计中的应用研究

作者：韩新志山东建筑大学

学位级别：硕士

残余应力对实腹式伸缩臂架稳定性影响及其焊接变形研究

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残余应力对实腹式伸缩臂架稳定性影响及其焊接变形研究

作者：丁凡志太原科技大学

学位级别：硕士

作为重要的工业设备,起重机在各类工程项目中发挥着不可替代的作用。尤其是在市政工程、风电吊装、冶金工业、石油化工以及建筑等领域,我们随处可见汽车起重机、全地面起重机等大型起重设备的身影,其臂架形式多为实腹式伸缩臂架。作为... 详细信息

作为重要的工业设备,起重机在各类工程项目中发挥着不可替代的作用。尤其是在市政工程、风电吊装、冶金工业、石油化工以及建筑等领域,我们随处可见汽车起重机、全地面起重机等大型起重设备的身影,其臂架形式多为实腹式伸缩臂架。作为吊装时的主要承载结构,实腹式伸缩臂架在制造过程中,主要由上下两块钢板通过折弯后焊接而成,焊缝贯穿了整个臂架,因此,焊接所产生的残余应力以及变形对臂架结构的影响不容忽视。本文以某汽车起重机U型伸缩臂架为研究对象,将焊接残余应力引入实腹式伸缩臂架的结构稳定性分析中,探寻焊接残余应力地存在对臂架结构稳定性的影响;同时对焊缝位于臂架不同位置时所导致的焊接变形进行讨论,为臂架结构优化设计提供参考。主要工作内容如下:(1)在ABAQUS中建立起重机臂架的有限元模型,对其进行非线性稳定性分析,得到发生屈曲并倒塌的最危险臂节,并将其作为焊接残余应力研究对象。(2)使用热弹塑性法对焊接过程进行模拟,确定了随温度变化的材料属性以及焊接热源模型,通过Fortran语言编写热源子程序,采用温度-应力顺序耦合的方式,实现了温度场到应力场的转化,并研究了不同路径下温度随时间变化的历程以及焊接残余应力的最终分布模式。同时使用固有应变法对残余应力进行模拟,通过解析法确定了固有应变数值大小;随后沿着不同路径将两种方法模拟的横向残余应力与纵向残余应力进行对比分析,验证了通过固有应变法模拟臂架焊接残余应力的可行性。(3)针对臂架在制造、安装、使用过程中,不可避免地会产生各种各样的缺陷,使用一致缺陷模态法模拟臂架的初始缺陷;通过固有应变法对危险臂节上的焊接残余应力进行模拟。随后,采用弧长法对残余应力作用下的臂架进行非线性稳定性求解,并与正常臂架对比,结果表明,残余应力的存在使得臂架受载后提前破坏失稳,降低臂架承载能力。(4)针对U型臂架上下钢板等厚的情况,对焊缝布置在不同位置时所导致的焊接变形进行讨论,研究焊缝在不同位置下焊接变形的分布趋势,为减小焊接所导致的臂架变形提供参考。

关键词：实腹式伸缩臂架焊接残余应力稳定性焊接变形

面向云边端协同的多模态数据建模技术及其应用

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软件学报 2024年第3期35卷 1154-1172页

作者：崔双双吴限王宏志吴昊哈尔滨工业大学计算学部黑龙江哈尔滨150001

云边端协同架构中数据类型多样,各级存储资源与计算资源存在差异,给数据管理带来新的挑战.现有数据模型或者数据模型的简单叠加,都难以同时满足云边端中多模态数据管理和协同管理需求.因此,研究面向云边端协同的多模态数据建模技术成为... 详细信息

云边端协同架构中数据类型多样,各级存储资源与计算资源存在差异,给数据管理带来新的挑战.现有数据模型或者数据模型的简单叠加,都难以同时满足云边端中多模态数据管理和协同管理需求.因此,研究面向云边端协同的多模态数据建模技术成为重要问题.其核心在于,如何高效地从云边端三层架构中得到满足应用所需的查询结果.从云边端三层数据的数据类型出发,提出了面向云边端协同的多模态数据建模技术,给出了基于元组的多模态数据模型定义,设计了6种基类,解决多模态数据统一表征困难的问题;提出了云边端协同查询的基本数据操作体系,以满足云边端业务场景的查询需求;给出了多模态数据模型的完整性约束,为查询优化奠定了理论基础.最后,给出了面向云边端协同多模态数据模型的示范应用,并从数据存储时间、存储空间和查询时间这3个方面对所提出的数据模型存储方法进行了验证.实验结果表明,所提方案能够有效地表示云边端协同架构中的多模态数据.

关键词：多模态数据模型云边端协同查询处理

维普期刊数据库

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光伏黑片缺陷电磁检测技术研究

光伏黑片缺陷电磁检测技术研究

作者：蒋忠志东北电力大学

学位级别：硕士

光伏发电作为新能源的一种,具有多方面的优势,这使其在能源领域逐渐得到广泛应用。光伏组件在制造、运输、安装和工作环境等因素的影响下,光伏组件容易产生黑片缺陷,体现为光伏组件中的小栅格不发电,进一步影响光伏组件的发电效率。然而... 详细信息

光伏发电作为新能源的一种,具有多方面的优势,这使其在能源领域逐渐得到广泛应用。光伏组件在制造、运输、安装和工作环境等因素的影响下,光伏组件容易产生黑片缺陷,体现为光伏组件中的小栅格不发电,进一步影响光伏组件的发电效率。然而,目前的几种检测技术,如I-V曲线、热成像和电致发光对光伏组件的黑片缺陷的检测有着一定的局限性,I-V曲线检测是对整个光伏组件的发电效率进行检测,无法确定故障类型和故障位置;热成像检测技术会受到光伏组件保护玻璃的折射影响,检测的故障类型有限;电致发光检测需要对光伏组件进行反向加电并需要在暗室环境下进行检测,一般用于光伏组件生产厂家做质量检测使用,使用在光伏组件户外现场环境中进行检测存在一定的难度。本文以光伏组件黑片缺陷作为研究对象,进行了光伏组件黑片缺陷诊断的电磁仿真,探索了检测方案的可行性,并确定检测过程中的最佳参数设计。通过仿真所获取的实验参数,开发了电磁检测传感器,搭建了室内外光伏组件黑片缺陷检测实验平台,通过实验测量了不同发电状态下光伏组件的电磁信号。通过电磁信号预处理和特征提取以及多种检测方案对检测结果分析和实现了光伏组件黑片缺陷的诊断。首先,分析了光伏组件电磁分布,利用COMSOL软件进行仿真分析,构建了基于电磁法的光伏组件黑片缺陷诊断模型。通过该仿真模型,本研究分析了不同发电状态下光伏组件所产生的电磁信号对线圈传感器的影响,并对线圈传感器的位置进行了调整,以探索线圈在光伏组件黑片缺陷诊断中的位置因素对诊断效果的影响。通过仿真研究,确定了实验的优化参数及线圈的最佳位置配置,以提高故障检测的准确性和效率。其次,根据仿真实验结果,开发了一套基于电磁法的光伏组件黑片缺陷检测的室内外实验平台,并成功地完成了黑片缺陷的室内外检测。室内试验台使用黑色不透光胶带对光伏组件的黑片缺陷进行模拟,通过室内实验台对光照强度进行改变,通过多次实验寻找光伏组件频域信号波峰与光照强度的关系。室外实验台是对室内检测结果的验证,室外实验首先将待检测光伏组件进行电致发光检测,确定黑片缺陷的位置,之后对已知故障的光伏组件进行电磁检测,分别对光伏组件的黑片区域以及正常发电的位置进行检测,检测完成之后进行数据分析,核对实验结果是否满足室内黑片模拟实验的结论。最后,将电磁检测法的检测结果分别与电致发光检测法、热成像检测法和I-V曲线检测法进行对比,对各种法的检测结果进行分析,并讨论各种检测方法的利弊。基于电磁法的光伏组件黑片缺陷检测,在保证检测准确率情况下,可以在光伏组件工作状态下进行检测,且可以克服环境干扰,为现场工作状态下的光伏组件黑片缺陷检测提供了有效的方法。

关键词：光伏组件黑片缺陷电磁检测仿真分析检测实验

热塑性PMMA树脂合成过程及其复合材料拉挤工艺研究

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热塑性PMMA树脂合成过程及其复合材料拉挤工艺研究

作者：曾鑫志中北大学

学位级别：硕士

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基于一维光子晶体结构的宽带全向反射镜设计

基于一维光子晶体结构的宽带全向反射镜设计

作者：王浩志南京信息工程大学

学位级别：硕士