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基于NCS的神经网络在无人机SLAM领域的应用研究

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基于NCS的神经网络在无人机SLAM领域的应用研究

作者：戴旭文沈阳航空航天大学

学位级别：硕士

在无人机发展的历程中,安全性是一个永恒的话题,利用各类传感器实现的避障技术是保障无人机飞行安全的重要基石。然而受到无人机载重和体积的限制,机上搭载的传感器和计算平台性能相对低下,仅能实现对障碍物轮廓的基本感知和了解,无法... 详细信息

在无人机发展的历程中,安全性是一个永恒的话题,利用各类传感器实现的避障技术是保障无人机飞行安全的重要基石。然而受到无人机载重和体积的限制,机上搭载的传感器和计算平台性能相对低下,仅能实现对障碍物轮廓的基本感知和了解,无法根据周边障碍物类型的不同选择合理的安全距离。这极大限制了无人机在复杂环境中的应用范围。为了能够赋予无人机对周边环境理解的能力,进而提升无人机在复杂环境下的避障能力。本文基于神经计算棒（Neural Compute Stick,NCS）设计并实现了一种适用于无人机的语义SLAM系统。对比传统的视觉SLAM系统,本文提出的语义SLAM系统在以下两个方面做出了改进。一方面增加语义分割网络模块,该模块在卷积神经网络的基础上,利用NCS实现了语义分割网络在无人机平台上的部署,并根据无人机使用场景和NCS的性能特点,从深度信息、网络结构和数据加载方式三个方向对传统语义分割网络进行改进;另一方面改进现有视觉SLAM系统的建图方法,首先将SLAM算法获取的点云数据和语义分割模块输出的语义信息结合,绘制包含语义信息的局部点云地图,再根据语义信息对周边物体设置合理的安全距离,最后利用八叉树建图技术将设置好安全距离的局部点云地图拼接成用于避障的预警地图。实验部分,本文首先对语义SLAM系统中的语义分割模块进行了验证。实验结果表明,基于NCS改进的语义分割模块能够在保证实时性的前提下,正确获取周边环境的语义。其次对语义SLAM系统整体运行效果进行验证。实验结果表明,本文提出的语义SLAM系统能够根据语义分割模块提供的语义信息,建立可用的预警地图。最后,本文通过半实物仿真的方式,整体验证了该系统配合PX4飞控避障的有效性。

关键词：无人机神经计算棒避障语义分割 SLAM

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从遥远的理想到触手可及的现实

现代物理知识 2023年第S1期 153-156页

作者：戴旭文中国科学院高能物理研究所

时光荏苒，岁月如梭，今年也是我来到高能物理研究所整整20年。回顾我亲身经历这20年来工作的点点滴滴，感慨于成长与发展的历练和收获，欣慰于时光的未曾虚度。2002年4月，我从北京理工大学毕业，来到了逐梦的起点——高能所加速器中...

时光荏苒，岁月如梭，今年也是我来到高能物理研究所整整20年。回顾我亲身经历这20年来工作的点点滴滴，感慨于成长与发展的历练和收获，欣慰于时光的未曾虚度。2002年4月，我从北京理工大学毕业，来到了逐梦的起点——高能所加速器中心机械组。时值BEPCII工程立项前期，各项设计任务全面展开，工作十分繁忙，在组长屈化民老师领导和杨云老师悉心指导下，我立即投入到紧张的工作之中。

关键词：

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EV用蓄电池的发展与应用

汽车工艺与材料 2002年第2期 37-40页

作者：刘剑谷中丽戴旭文北京理工大学电动汽车研究中心北京100081

电动汽车电池技术是电动车发展的关键。综述了目前电动汽车所有蓄电池开发的现状,世界各国用于电动车上的各类蓄电池的发展动态、性能比较及应用情况。

关键词：电动汽车蓄电池 EV 电池技术开发铅酸电池锌空气电池镍-镉电池镍金属氢化电池锂离子电池

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补偿模糊神经网络对电动汽车续驶里程的应用

汽车工艺与材料 2002年第6期 36-38页

作者：刘剑谷中丽戴旭文北京理工大学电动汽车研究中心北京100081

回顾了模糊逻辑系统和神经网络技术各自的特点,在讲述二者融合的基础上,引入了一种具有快速学习算法的模糊神经网络,介绍了该算法的基本思想、关键问题,并通过电动汽车研究应用中的实例进行了验证,最后对使用该算法进行模糊故障检测。

关键词：补偿模糊神经网络电动汽车续驶里程应用算法故障检测

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汽车双横臂独立悬架的运动学分析和计算

车辆与动力技术 2002年第2期 29-33页

作者：戴旭文谷中丽刘剑北京理工大学车辆与交通工程学院北京100081

利用机构运动学中的坐标变换以及数值计算的方法对汽车双横臂独立悬架系统进行运动学分析 ,从而建立悬架系统结构的运动模型 .实例的优化结果表明 ,将传统机构学方法与现代数值计算方法相结合 ,使悬架设计的更为精确和清晰 ,提高了工作... 详细信息

利用机构运动学中的坐标变换以及数值计算的方法对汽车双横臂独立悬架系统进行运动学分析 ,从而建立悬架系统结构的运动模型 .实例的优化结果表明 ,将传统机构学方法与现代数值计算方法相结合 ,使悬架设计的更为精确和清晰 ,提高了工作效率 .

关键词：汽车双横臂独立悬架导向机构运动学分析

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融合空洞卷积神经网络的语义SLAM研究

现代电子技术 2020年第22期43卷 152-156页

作者：潘琢金戴旭文魏鑫磊王传云沈阳航空航天大学计算机学院辽宁沈阳110136

为了解决传统视觉SLAM算法受动态环境因素影响较大、对设备的算力要求高的问题,该文提出一种融合ORB-SLAM2、语义标签以及全局性稠密光流法的视觉SLAM算法。该方法采用空洞卷积神经网络的语义分割模块为双目图像添加语义标签,识别物体... 详细信息

为了解决传统视觉SLAM算法受动态环境因素影响较大、对设备的算力要求高的问题,该文提出一种融合ORB-SLAM2、语义标签以及全局性稠密光流法的视觉SLAM算法。该方法采用空洞卷积神经网络的语义分割模块为双目图像添加语义标签,识别物体类别。再结合相邻帧间位置信息对图像的动态点进行剔除。最后使用Octo-map优化定位与建图,实现动态环境下地图的建立与实时更新。实验结果证明,该文提出的算法在动态环境下的特征点提取速度和质量相较传统视觉SLAM算法有一定提高。

关键词：语义SLAM 空洞卷积神经网络语义标签动态点剔除地图构建结果分析

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基于ARM面向校园的综合签到管理系统

物联网技术 2017年第1期7卷 119-120页

作者：魏鑫磊戴旭文曹一鹏沈阳航空航天大学辽宁沈阳110136

当前大学生到课率的问题一直是摆在教务管理人员面前的一道难题,而缺少一套行之有效的签到管理系统也是这个问题难以解决的原因之一。因此,开发一款面向学校、强调多考勤机协同工作的校园考勤系统非常必要。文中介绍了基于ARM处理器的... 详细信息

当前大学生到课率的问题一直是摆在教务管理人员面前的一道难题,而缺少一套行之有效的签到管理系统也是这个问题难以解决的原因之一。因此,开发一款面向学校、强调多考勤机协同工作的校园考勤系统非常必要。文中介绍了基于ARM处理器的树莓派和STM32单片机,配合指纹模块、无线传输模块,实现多考勤机协同工作,从而达到校园考勤系统的需求。采用本系统,可有助于提高学生的到课率,提高教学质量。

关键词：树莓派 STM32 指纹识别校园考勤签到

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三元锂离子动力电池多状态联合估计算法研究

三元锂离子动力电池多状态联合估计算法研究

作者：戴旭东吉林大学

学位级别：硕士

随着全球能源危机和气候问题的日益严峻,纯电动汽车等新能源交通工具受到了全球范围内的广泛关注。电池管理系统(Battery Management System,BMS)在确保动力电池高效、可靠运行方面扮演着至关重要的角色。准确估计汽车动力电池的荷电状... 详细信息

随着全球能源危机和气候问题的日益严峻,纯电动汽车等新能源交通工具受到了全球范围内的广泛关注。电池管理系统(Battery Management System,BMS)在确保动力电池高效、可靠运行方面扮演着至关重要的角色。准确估计汽车动力电池的荷电状态(State of Charge,SOC)和健康状态(State of Health,SOH)对于锂离子电池管理系统至关重要,关系到电池运行的可靠性和安全性。本文以三元锂离子电池为研究对象,以实现车用动力电池高精度SOC估计为研究目的,分别从电池参数辨识和SOC-SOH联合估计角度对电池荷电状态估计展开研究,重点从电池工作特性、参数辨识方案的抗噪性、SOC估计方案的适应性以及联合估计方案的鲁棒性和实用性等方面展开研究,提出了一种基于参数稳定性分析的多时间尺度SOC和SOH联合估计方法。本文研究内容如下:首先,分析了锂离子电池的组成以及工作原理,依托实验室设备,基于动力电池特性,设计容量特性、电压特性以及内阻特性实验方案。从精度与复杂度两个角度下分析了多种模型在实际应用中的可开发性,最终选择了一阶Thevenin模型。随后基于实验数据进行电池特性研究,得到电池的参考容量、SOC-OCV曲线以及利用离线参数辨识方案得到的模型参数,准确的电池特性分析和电池模型为后续的联合估计方案选择提供了理论基础。之后,针对电池的实际应用场景,从电流噪声和电压噪声两个角度对比分析了各个参数对于不同辨识方案的稳定性差异,基于对比结果,最终选择了基于正则化遗忘因子递推最小二乘算法(Regularized Forgetting Factor Recursive Least Squares,RFFRLS)的联合在线参数辨识方案,分别利用RFFRLS算法和自适应扩展卡尔曼滤波(Adaptive Extended Kalman Filter,AEKF)算法在两个时间尺度下进行欧姆内阻和极化参数的辨识更新。最后基于Simulink软件构建一阶Thevenin模型,采用电流加噪后的HPPC工况数据进行仿真验证,结果表明该方案在噪声干扰下仍然保持较高的辨识精度,在电流噪声干扰下,所设计方案的平均相对误差仅为0.000065。而后,针对AEKF算法在非线性函数的泰勒级数展开中高阶项不能被忽略时,AEKF的线性化处理可能会导致较大的估计误差,在实际估计中稳定性较差这一缺点,采用有限差分技术替换AEKF中对非线性系统的求导步骤,引入了有限差分自适应扩展卡尔曼滤波算法(Finite Difference Adaptive Extended Kalman Filter,FDAEKF)进行电池荷电状态估计,旨在提升系统线性化过程中的计算效率与精度。基于实验工况数据对比多种SOC估计算法,其中FDAEKF的SOC估计误差均值为0.0073,具有更高的计算精度以及强鲁棒性,更适用于SOC估计。最后,由于SOC与电池实际容量和内部参数之间存在耦合关系,电池容量在SOC估计时是不可忽略项,因此建立了FDAEKF-AEKF的双扩展卡尔曼数学模型,通过两个滤波器耦合更新电池容量和SOC。针对电池参数更新的频率不同,在该算法的基础上增加了多时间尺度步骤和差异环节,即在微观时间尺度上完成欧姆内阻和极化内阻的在线辨识以及电池荷电状态估计,在宏观时间尺度上更新极化电容和电池容量。该方法实现了模型参数、SOC和SOH的稳定、准确的联合估计,SOC估计平均误差为0.762%,相比于单独的FDAEKF算法估计器,误差减小了0.193%。随后基于实验工况数据,分析验证算法在不同SOC初值、不同容量初值、多温度以及多工况条件下的鲁棒性,结果表明该算法可以适应多种复杂的情况,具有较高的精度和强鲁棒性,在多个温度范围内不同工况下的平均SOC误差均小于0.982%。最后基于Simulink软件搭建了算法模型,模拟真实应用场景中的传感器误差,通过给输入电流和输入电压加上方差为零的高斯白噪声来验证该算法在面对传感器误差时的稳定性,结果表明该算法可以适用于实际传感器的应用场景,具有实车开发价值。

关键词：锂离子电池荷电状态估算健康状态估算联合估算算法

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热塑性聚氨酯弹性体应力松弛研究

山东化工 2024年第14期53卷 189-191页

作者：戴旭阳上海长园电子材料有限公司上海221802

通过试验设计,将产品的拉拔力问题转化为应力松弛的研究。研究了不同温度、不同种类以及不同工艺下的TPU材料。研究发现,在常温下,硬度对TPU材料的应力松弛影响较大;适当的退火处理能有效改善TPU材料的应力松弛性能;温度对应力松弛影响... 详细信息

通过试验设计,将产品的拉拔力问题转化为应力松弛的研究。研究了不同温度、不同种类以及不同工艺下的TPU材料。研究发现,在常温下,硬度对TPU材料的应力松弛影响较大;适当的退火处理能有效改善TPU材料的应力松弛性能;温度对应力松弛影响较大,而在高温下,合适的辐照工艺可以有效提高材料的应力松弛性能。

关键词：热塑性聚氨酯弹性体应力松弛辐照

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