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四足机器人视觉导航系统研究

四足机器人视觉导航系统研究

作者：张润东山东交通学院

学位级别：硕士

随着我国城市轨道交通与电力行业的快速发展,劳动力成本逐渐上升,传统的人工巡检方式劳动强度大且存在夜间巡检,作业人员容易疲劳,对异常情况的判断存在着误判或漏判的情况。因此,利用移动机器人完成对城市轨道交通和变电站的巡检工作... 详细信息

随着我国城市轨道交通与电力行业的快速发展,劳动力成本逐渐上升,传统的人工巡检方式劳动强度大且存在夜间巡检,作业人员容易疲劳,对异常情况的判断存在着误判或漏判的情况。因此,利用移动机器人完成对城市轨道交通和变电站的巡检工作成为研究热点。但对于装备相机传感器的移动机器人,由于相机视场角有限,存在视野遮挡现象,当未知位置的障碍物出现时无法迅速避让,从而引发安全问题;对于在夜间进行巡检的移动机器人,由于光照强度与动态环境的影响,导致图像纹理特征缺失,特征点提取不足,定位信息不准,从而影响自主导航。针对移动机器人弱光与动态环境感知及自主导航的需求,基于四足机器人移动平台,搭配Intel Real Sense D435i相机、NUC工控机与惯性测量单元(IMU)等,研究在弱光与动态环境下四足机器人视觉定位方法、快速路径规划方法与准确轨迹跟踪方法,通过仿真实验和实体实验对研究内容进行验证。研究内容如下:(1)搭建四足机器人视觉导航系统硬件平台。根据四足机器人视觉定位技术、路径规划技术和轨迹跟踪技术的任务需求,搭建基于Intel Real Sense D435i相机与NUC工控机相结合的视觉感知硬件系统。在ROS开发平台下设计通信框架,并通过该框架实现ROS与LCM之间的数据交换,从而保证各个算法之间的稳定通信。设计基于四足机器人的视觉导航系统算法框架,为研究基于视觉定位的自主导航任务奠定了基础。(2)研究弱光与动态环境下的视觉定位方法。四足机器人通过相机获取周围环境图像,对图像进行灰度化处理;针对光照不足的影响,通过图像预处理提高图像的对比度,增强图像低光照区域的细节信息。结合图像灰度均值进行加权融合,使细微结构更加清晰,同时通过中值滤波去除噪声的影响。在提取Shi-Tomasi角点的基础上引入ORB特征点,结合其快速检测局部纹理特征和旋转不变性的特点,提高在动态环境下特征匹配的准确性,通过Eu Ro C数据集与TUM-VI数据集验证改进定位算法的可行性与优越性。(3)研究基于动态权重调整与扩展邻域策略的路径规划方法。路径规划算法获取定位信息与深度图像信息进行地图初始化,根据自身位置和目标位置规划一条初始轨迹。当相机视野中出现障碍物时,通过动态权重调整与扩展邻域的方法搜索出一条避障轨迹,同时考虑四足机器人的安全性和轨迹的平滑性,采用三阶均匀B样条方法平滑轨迹,得到远离障碍物的避障平滑轨迹。通过Matlab仿真对改进后算法的搜索时间与计算节点数量进行对比,验证其改进的有效性;在RVIZ仿真中对改进后的算法进行均匀B样条优化,验证改进算法的可行性与优越性。(4)研究基于动态预瞄与权重融合的轨迹跟踪方法。在Pure Pursuit算法的基础上,提出了一种动态计算公式,该公式基于转向角大小与当前速度的关系,实现了预瞄点的动态计算,从而确保了轨迹的稳定跟踪。该算法也引入了Stanley控制算法提高对平滑路径的准确跟踪能力,同时提出一种基于预瞄转向角的动态权重融合策略,根据预瞄转向角和运动状态动态调整权重,提高轨迹跟踪的精度。通过RVIZ仿真实验验证轨迹跟踪算法的有效性与优越性。(5)研究四足机器人弱光与动态环境下定位与室内外导航系统。通过搭建四足机器人软件环境保证算法的稳定运行,同时,对相机与IMU进行联合标定,提高视觉定位算法的定位精度。记录在弱光与动态环境下四足机器人的定位与RTK数据,通过EVO评价工具进行轨迹对比,验证改进后定位算法的优越性。通过在弱光与动态环境下的室内外导航实体实验,验证四足机器人视觉导航系统的可行性。

关键词：四足机器人视觉导航图像预处理扩展邻域轨迹跟踪

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LiDAR辐射强度信号校正研究进展及趋势

激光与光电子学进展 2024年第14期61卷 31-41页

作者：王丹丁琼张润源安宇伟广东工业大学土木与交通工程学院测绘工程系

激光雷达不仅能获取目标三维空间信息，还能记录目标反射的回波辐射强度，为实现空谱一体化探测提供基础。但激光雷达信号在传播过程中易受距离、入射角、大气衰减等因素影响，原始强度数据的质量并不能满足后续应用的要求，影响空谱一... 详细信息

激光雷达不仅能获取目标三维空间信息，还能记录目标反射的回波辐射强度，为实现空谱一体化探测提供基础。但激光雷达信号在传播过程中易受距离、入射角、大气衰减等因素影响，原始强度数据的质量并不能满足后续应用的要求，影响空谱一体化应用的推广。首先论述激光雷达强度数据的产生和应用；随后，着重对国内外的强度校正研究现状进行梳理、归纳和总结；最后，对未来研究方向进行展望。随着未来遥感技术对空谱数据一体化获取需求的增加及技术的不断提升，激光雷达技术的空谱一体化优势必将得到极大提升。

关键词：激光雷达强度信号校正方法空谱一体化

递进关联标记“进一步”及其相关结构的句法语义分析

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语言研究 2024年第2期44卷 11-16页

作者：金鑫张润莲湖南师范大学国际汉语文化学院长沙410081

汉语有标复句常通过关联词来连接分句标示关系,同时还有一些关联标记也有类似作用,如表示递进关系的“进一步(说)”。我们对现代汉语中“进一步”及相关结构的不同用法进行分析,同时也从历时层面探究“进一步”从动宾短语演变为表示递... 详细信息

汉语有标复句常通过关联词来连接分句标示关系,同时还有一些关联标记也有类似作用,如表示递进关系的“进一步(说)”。我们对现代汉语中“进一步”及相关结构的不同用法进行分析,同时也从历时层面探究“进一步”从动宾短语演变为表示递进关联标记的过程与动因,核心动词“进”的语义俯瞰,“进一步”从具体的肢体行为动作义隐喻到抽象的进展、发展义的变化,这些都是“进一步”产生递进关联功能的重要动因。“进一步”与“退一步”常常对举共现,这对“进一步”的递进义以及“退一步”的让步义起到突显强化作用。

关键词：递进复句关联标记进一步隐喻

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基于机器学习的中强震短临最大余震预测研究

基于机器学习的中强震短临最大余震预测研究

作者：张润杰防灾科技学院

学位级别：硕士

地震发生后通常会有余震的发生,这些余震尤其是最大余震通常会导致道路建筑的进一步破坏,给震后救援工作带来困难。随着科学技术的快速发展,越来越多的研究人员使用机器学习技术开展余震预测研究。本文利用全球中心矩张量地震目录(Centr... 详细信息

地震发生后通常会有余震的发生,这些余震尤其是最大余震通常会导致道路建筑的进一步破坏,给震后救援工作带来困难。随着科学技术的快速发展,越来越多的研究人员使用机器学习技术开展余震预测研究。本文利用全球中心矩张量地震目录(Centroid-Moment-Tensor,CMT)和美国国家地震信息中心数据(National Earthquake Information Center,NEIC),基于支持向量回归(Support Vector Regression,SVR)、随机森林(Random Forest,RF)、轻量梯度提升机(Light Gradient Boosting Machine,LGBM)三种机器学习算法,以及投票集成(Voting)、堆叠集成(Stacking)两种集成算法,开展中强震短临最大余震预测研究,建立最大余震预测模型并应用于震后最大余震的实际预测业务中。本文的主要研究工作如下:(1)利用CMT和NEIC地震目录数据建立训练数据集。收集了1976年至2023年全球范围内的地震数据,对收集到的数据汇总整理、分析,并根据地震断层的滑动方式,划分了不同的地震类型,建立主余震序列。之后对主余震序列进行分析,划分成不同的时空范围,作为本文的研究数据,为后续研究做准备。(2)利用SVR、RF、LGBM三种机器学习算法以及Voting、Stacking两种集成算法建立最大余震预测模型,并采用贝叶斯优化算法对模型的超参数进行优化。之后对不同时空范围主余震序列,不同类型的地震进行训练,探索不同的机器学习模型在不同时空范围下,对不同地震类型的拟合情况,得出最优的最大余震预测模型。(3)最后,对建立的最大余震预测模型进行了实际应用。通过建立中强震短临余震智能分析预测平台,将研发好的模型嵌入系统,实现震后最大余震预测的方便性与快捷性。同时使用本文提出的模型对2023年7月至2024年3月以来新疆、甘肃和中国台湾等地区发生地震的最大余震作了预测,以供参考。

关键词：地震主余震序列时空范围机器学习最大余震预测

1960-2019年鄱阳湖五河流域陆地水储量变化及其对主湖区水量的影响

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湖泊科学 2024年第4期36卷 1204-1219,I0026,I0027页

作者：章阳张润润马苗苗布庆月河海大学水文水资源学院南京210098 中国水利水电科学研究院防洪抗旱减灾工程技术研究中心(水旱灾害防御中心) 北京100038 河海大学水安全与水科学协同创新中心南京210098

流域内地表水、土壤水和地下水等水储量组分相互作用和影响,共同构成了陆地水储量(TWS)的动态变化格局。本文以GRACE卫星数据为基准,利用GLDAS数据解析1960-2019年鄱阳湖“五河”流域TWS的时空变化特征及各组分对其变化的贡献,采用相关... 详细信息

流域内地表水、土壤水和地下水等水储量组分相互作用和影响,共同构成了陆地水储量(TWS)的动态变化格局。本文以GRACE卫星数据为基准,利用GLDAS数据解析1960-2019年鄱阳湖“五河”流域TWS的时空变化特征及各组分对其变化的贡献,采用相关分析方法分析TWS对降水的滞后响应关系,并进一步采用多元线性回归分析方法探究了“五河”流域TWS及各组分对鄱阳湖主湖区水量的影响。结果表明:“五河”流域年TWS在1960-2011年(P1)以-0.07 mm/a的下降,而在2012-2019年(P2)以3.37 mm/a的速率上升。相较于P1阶段,P2阶段春、夏季TWS盈余增强,秋、冬季TWS亏损减弱。春、夏季流域西部TWS变化逐渐由地表水转变为地下水储量主导,流域东部TWS变化主要由地下水储量主导;秋、冬季流域TWS变化主要为地下水储量主导,且地表水对TWS变化的贡献减弱。流域TWS对降水变化的响应滞时呈现夏、秋季短(1个月)而冬、春季长(3~6个月)的季节模式。地下水储量和土壤水对TWS变化的贡献增加会延长TWS对降水的响应滞时,而地表水对响应滞时起相反的作用。“五河”流域TWS与鄱阳湖主湖区水量具有显著的正相关性,地表水和地下水储量增加对湖区水体的增长具有正向作用,而土壤水增加对湖区水体的增长具有反向作用。本研究解析了近六十年鄱阳湖“五河”流域陆地水储量的变化及其对主湖区水量的影响,可为流域水安全管理提供参考。

关键词： GLDAS 陆地水储量季节模式组分贡献率响应滞时鄱阳湖流域

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原油结垢对换热器换热效果影响的分析

石油化工设备 2010年第5期39卷 88-91页

作者：刘成延张润虎高贵斌左周中国石油长庆油田分公司陕西西安710001 长庆油田分公司超低渗透油藏第四项目部甘肃庆阳745000 长庆油田分公司第二采油厂甘肃庆阳745100

通过原油污垢系数对原油加温换热器性能的影响及其实际运行情况的分析,认为对于不同的原油成分,在设计换热器时需要采用不同的原油污垢系数。

关键词：换热器污垢系数原油结垢换热分析