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基于三维激光雷达的车辆检测与跟踪方法研究

基于三维激光雷达的车辆检测与跟踪方法研究

作者：胡东方湖南大学

学位级别：硕士

近年来,基于激光雷达的车辆检测与跟踪技术快速发展并已广泛应用于智能网联汽车领域。然而,现有的车辆检测与跟踪技术仍存在诸多不足,车辆检测算法受轮廓遮挡的影响,形状和航向估计的准确性较差;车辆跟踪算法则是难以兼顾精度和实时性,... 详细信息

近年来,基于激光雷达的车辆检测与跟踪技术快速发展并已广泛应用于智能网联汽车领域。然而,现有的车辆检测与跟踪技术仍存在诸多不足,车辆检测算法受轮廓遮挡的影响,形状和航向估计的准确性较差;车辆跟踪算法则是难以兼顾精度和实时性,且难以应对复杂环境下的多目标关联问题。为此,本课题以三维激光雷达的车辆检测与跟踪问题为研究对象,进一步优化车辆检测结果的形状和航向,再基于点模型对各目标车辆进行数据关联和航迹管理,有效地提高了形状和航向估计的准确性,为多目标关联问题提出了合理的解决方案。本文的主要工作如下:首先,为兼具车辆检测精度和推理速度,基于Point Pillars网络进行三维点云车辆检测。通过Pillar编码将原始点云转化为伪图像,再采用二维卷积骨干网络进行特征学习和上采样,然后基于SSD检测头预测各目标的类别、三维检测框和航向角;在设计损失函数时,综合考虑目标定位损失、航向角估计损失和目标分类损失并进行合理加权,有效避免航向角之差为所带来的巨大误差和失配框对匹配框特征的过度干扰,为形状优化和航向估计模块提供准确的检测和分类信息。其次,针对车辆点云簇呈L型时Point Pillars形状和航向估计不稳定的问题,提出了一种基于点云簇特征的车辆形状优化和航向估计算法。在航向角遍历阶段,利用矩形框特性并适当加大搜索步长,提高求解速度;在目标检测框的参数计算阶段,考虑不同位置激光点云分布特征,基于点云簇质心点与矩形检测框中心的位置关系设计优化策略;在目标函数设计阶段,综合考虑矩阵检测框面积、点云簇点数极值差和点云簇内所有点到矩形检测框的距离总和等因素对形状估计效果的影响;在车辆形状和航向输出阶段,通过设置目标函数和阈值对其是否需要优化进行判断,进而输出准确的车辆形状和航向。再次,针对现有的多目标跟踪方法难以兼顾实时性和精度的问题,采用点模型提高计算效率,基于卡尔曼滤波与交互多模型进行多目标车辆跟踪;针对复杂环境下的多目标关联匹配问题,提出了一种基于航迹长度改进的全局最近邻数据关联算法,综合考虑马氏距离和航迹长度的影响,基于匈牙利匹配算法求解最小关联距离;然后通过设计航迹建立、航迹保持和航迹撤销策略,进行各目标车辆的航迹状态管理。最后,基于智能网联汽车采集的实车点云数据,对车辆检测算法、形状优化算法和多目标跟踪算法进行实验验证。实验结果表明,基于Point Pillars的三维点云车辆检测算法具有较高的检测和分类精度;本文提出的形状优化及航向估计算法能有效应对车辆轮廓点云被遮挡呈L型时形状估计稳定性较差的问题,能在一定程度上提高形状和航向估计精度;本文提出的多目标数据关联算法具有较好的关联准确性,跟踪稳定性较好,航迹管理策略具有一定的可行性。

关键词：智能网联汽车环境感知激光雷达车辆检测形状优化多目标跟踪

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协同共生型组织生态的运转、异变与修正

领导科学 2022年第5期 92-94页

作者：王曼曼胡东方淮阴师范学院韩国嘉泉大学

在协同共生型组织生态视角下,以信任为核心的人际关系、以网络为核心的团体关系、以制度为核心的社会结构是组织生态的微观、中观和宏观维度,三个维度各自独立又相互支撑。而在现实中,协同共生型组织生态在三个维度均可能存在一定的现... 详细信息

在协同共生型组织生态视角下,以信任为核心的人际关系、以网络为核心的团体关系、以制度为核心的社会结构是组织生态的微观、中观和宏观维度,三个维度各自独立又相互支撑。而在现实中,协同共生型组织生态在三个维度均可能存在一定的现实问题,主要表现为互动连接差导致脱节性关系、组织密度高导致过度竞争、制度关联弱导致合法性降低。领导者打造协同共生型组织生态,需要强化软性实力以提升信任指数,强化圈层结构以提升秩序格局,强化制度性建设以提升平台质量。

关键词：领导者组织生态协同共生

基于AMESim的先导阀芯驱动大流量可控阀动态特性仿真研究

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机床与液压 2022年第7期50卷 144-147页

作者：刘红亮胡东方新乡职业技术学院汽车工程系河南新乡453000 河南科技大学材料科学与工程学院河南洛阳471000

为实现比例阀的流量精确控制,设计一种电机带动丝杠推动先导阀芯运动的大流量可控阀。在主阀控制腔内建立开启阀芯所需压力并设置流量连通,从而实现对流量的比例控制;利用AMESim平台进行仿真分析。阶跃响应特性表明:开始时刻,主阀芯发... 详细信息

为实现比例阀的流量精确控制,设计一种电机带动丝杠推动先导阀芯运动的大流量可控阀。在主阀控制腔内建立开启阀芯所需压力并设置流量连通,从而实现对流量的比例控制;利用AMESim平台进行仿真分析。阶跃响应特性表明:开始时刻,主阀芯发生动作,在t=0.05 s时保持在5.8 mm的开启位移处,主阀出口流量为285 L/min,达到设计标准。启闭特性表明:在t=0.05 s后,主阀芯速度存在显著的滞后性,直至主阀芯开启。级间位置匹配特性表明:开启阶梯信号时,主阀芯也发生跟随运动,完成快速响应;开启斜坡信号时,主阀跟随先导阀发生运动,但仍存在位移响应滞后且形成了0.5 mm稳态误差。

关键词：先导阀芯大流量可控阀动态特性 AMESim仿真

支撑物参数对全钢化真空玻璃等效应力和变形量的影响

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硅酸盐通报 2023年第9期42卷 3372-3378页

作者：袁朝阳胡东方李彦兵河南科技大学机电工程学院洛阳471003 洛阳兰迪玻璃机械股份有限公司洛阳471000

全钢化真空玻璃是一种新型的高端建筑玻璃材料,具有极佳的隔热、隔音、安全性等优点,在现代建筑领域备受瞩目。作为全钢化真空玻璃的重要组成部分,支撑物参数对玻璃的等效应力和变形量具有重要影响。本文数值分析了在支撑物形状分别为... 详细信息

全钢化真空玻璃是一种新型的高端建筑玻璃材料,具有极佳的隔热、隔音、安全性等优点,在现代建筑领域备受瞩目。作为全钢化真空玻璃的重要组成部分,支撑物参数对玻璃的等效应力和变形量具有重要影响。本文数值分析了在支撑物形状分别为圆球形、圆柱形、圆环形时,支撑物不同布放间距、排列方式对全钢化真空玻璃的等效应力和变形量的影响。结果表明:无论支撑物形状或排列方式如何,全钢化真空玻璃的最大等效应力和变形量都与支撑物布放间距呈正相关。在其他条件相同的情况下,采用圆环形支撑物并以正三角形排列方式布放时,全钢化真空玻璃等效应力和变形量最小。此研究通过仿真结果得出了不同形状的支撑物在不同排布方式下合理的布放间距,为全钢化真空玻璃的制造提供了理论依据。

关键词：全钢化真空玻璃数值模拟支撑物形状排列方式布放间距等效应力变形量

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基于遗传算法的个性化服务型产品设计

计算机集成制造系统 2019年第8期25卷 2036-2044页

作者：胡东方吴盘龙河南科技大学机电工程学院/机械装备先进制造河南省协同创新中心

针对目前用户难以准确获取个性化产品需求的问题,提出一种基于遗传算法的服务型个性化产品设计方法。该方法利用服务型平台精准获取用户原始意愿数据,通过服务型制造平台偏好设置对原始数据进行分类细化,使用户获得符合其初始期望的产... 详细信息

针对目前用户难以准确获取个性化产品需求的问题,提出一种基于遗传算法的服务型个性化产品设计方法。该方法利用服务型平台精准获取用户原始意愿数据,通过服务型制造平台偏好设置对原始数据进行分类细化,使用户获得符合其初始期望的产品模型。以初始产品适应度值为满意度指标,利用遗传算法对服务型目标函数迭代502次产生稳定适应度值的近似虚拟目标产品。通过与服务平台交互,使用户参与到最终产品的定制、后期维修、更新升级及回收入库等每个服务环节中,从而满足用户在产品全生命周期中每个环节的精准服务需求。通过用户产品设计实例表明,该方法能更精准地满足用户个性化需求。

关键词：精准设计遗传算法用户参与服务设计平台产品设计

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基于广义灰关联的农机离合器可靠性分析

农业工程学报 2016年第19期32卷 65-73页

作者：胡东方贺民璐河南科技大学机电工程学院洛阳471003

为具体分析离合器总成中各部件对其工作的影响程度,在农机离合器可靠性分析中引入灰关联分析法,结合离合器失效形式建立灰色关联模型,确定了离合器可靠性评定序列,通过Matlab绘制数据折线图比较各采样序列与特征行为序列的逼近程度,以... 详细信息

为具体分析离合器总成中各部件对其工作的影响程度,在农机离合器可靠性分析中引入灰关联分析法,结合离合器失效形式建立灰色关联模型,确定了离合器可靠性评定序列,通过Matlab绘制数据折线图比较各采样序列与特征行为序列的逼近程度,以获取最优样机序列。分析中发现当采用传统灰关联法评定离合器总体可靠性时,分析得出结果 10号数据样本为最优样机指标序列,其所含碟形弹簧变形特性,主从动盘轮毂强度,花键的机械效率三个指标均低于所设定的行为特征序列。但考虑到灰关联分析法在各评定指标点分布离散度高时,不能全面反映评定对象的序列特性,而采用广义灰关联分析法分析时,其绝对灰关联法可从曲线间的相似性角度,分析采样序列与特征序列的关联程度;相对灰关联法从曲线相对变化率角度阐述曲线间的关联性;综合灰关联法可整体考虑曲线间的相似性与接近性,评价视角更为全面、合理。其分析结果最优序列为只有主从动盘温度特性、减震弹簧抗震特性两个指标低于特征行为序列的7号序列。与10号样本序列进行对比,7号样本序列的两个指标的重要度相对较小,故综合判定7号样本数据为最优解。最后,两种方法的分析结果与离合器生产现场失效统计数据做对比后得出,广义灰关联分析法所得最优解更贴近工程实际,该分析可为同类产品的可靠性研究提供参考。

关键词：农业机械离合器可靠性灰关联广义灰关联行为序列

具有压差反馈的电液伺服阀死区补偿策略及控制特性仿真

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锻压技术 2022年第2期47卷 158-161,166页

作者：梁强刘芳刘红亮胡东方李庆新乡职业技术学院汽车技术系河南新乡453000 河南科技大学材料科学与工程学院河南洛阳471000 郑州机械设计研究院有限公司河南郑州450000

针对无阀芯位移电液伺服阀死区引起的流量非线性问题,在分析电液伺服阀死区模型的基础上,设计得到了一种具有压差反馈的电液伺服阀死区补偿模型,实现了无需通过位移反馈便能达到对死区的补偿作用。模拟补偿电压信号增加到电液伺服阀的... 详细信息

针对无阀芯位移电液伺服阀死区引起的流量非线性问题,在分析电液伺服阀死区模型的基础上,设计得到了一种具有压差反馈的电液伺服阀死区补偿模型,实现了无需通过位移反馈便能达到对死区的补偿作用。模拟补偿电压信号增加到电液伺服阀的控制系统中,并通过设置比例流量阀在不同变化阶段的"电压-流量"斜率来达到快速补偿比例流量阀流量的作用。针对不同进、出口压差条件下的电液伺服阀死区差异,对电液伺服阀死区进行补偿分析。仿真结果表明:静态控制特性下,当进、出口压差从2 MPa升至6 MPa时,阀芯位移降低近0.1 mm(最大值),流量死区缩小约2%;动态控制特性下,所提出的补偿方法可以将电液伺服阀死区减小到3%,补偿方法是完全可行的。

关键词：电液伺服阀死区补偿压力反馈控制特性比例增益

基于实例推理与人工免疫系统的工程产品设计方法

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计算机集成制造系统 2018年第1期24卷 146-153页

作者：胡东方雷若楠河南科技大学机械装备先进制造河南省协同创新中心河南洛阳471003

为了快速、准确地设计出最大程度满足客户个性化需求的工程产品,分析实例推理(CBR)与人工免疫系统(AIS)的应用特点,提出将二者结合的工程产品设计方法及模型。根据客户对工程产品的个性化需求,提取相关技术特征参数,依据实例推理进行工... 详细信息

为了快速、准确地设计出最大程度满足客户个性化需求的工程产品,分析实例推理(CBR)与人工免疫系统(AIS)的应用特点,提出将二者结合的工程产品设计方法及模型。根据客户对工程产品的个性化需求,提取相关技术特征参数,依据实例推理进行工程产品的技术特征参数检索,快速得到相似实例。利用人工免疫系统进行相似实例的修改,将相似实例作为免疫算法初始种群进行算法的初始化,分析待解决问题并提取特征信息作为免疫疫苗,通过接种疫苗和免疫选择后实现相似实例的快速、准确优化,获得最大程度满足客户需求的工程产品。以全钢化真空玻璃保温性能的设计为例,验证了模型的高效性和准确性。

关键词：工程产品设计实例推理人工免疫系统全钢化真空玻璃产品设计

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基于灰关联决策的模块化光电吊舱可靠性分析

兵工学报 2016年第8期37卷 1506-1516页

作者：胡东方姬源浩河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003

在模块化光电吊舱可靠性分析中引入灰色系统理论,建立了灰色关联度数学模型。依据光电吊舱可靠性的指标特性类别和设计需求完成模块划分,评定了各样本模块的可靠性指标参数。基于改进的灰色绝对关联法,对模型中的分辨系数进行了分析与计... 详细信息

在模块化光电吊舱可靠性分析中引入灰色系统理论,建立了灰色关联度数学模型。依据光电吊舱可靠性的指标特性类别和设计需求完成模块划分,评定了各样本模块的可靠性指标参数。基于改进的灰色绝对关联法,对模型中的分辨系数进行了分析与计算,从接近性角度阐述样本数据线与设计标准线的关联度,实现了模块化光电吊舱的可靠性分析。根据可靠性分析结果对现有光电吊舱模块进行优选,得到光电吊舱产品的初步模块化设计方案。依据最优和次优方案试制试验样机,对两套试制样机的可靠性指标参数进行测试和评定,测试结果与分析结果相吻合。验证了该方法在缩短产品研制周期和研究模块化产品可靠性中的有效性与可行性。

关键词：飞行器控制、导航技术光电吊舱模块化可靠性灰色系统理论灰色绝对关联法