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基于ROS的自主无人机VSLAM研究

现代防御技术 2016年第6期44卷 61-66页

作者：刘峰吕强郭峰王国胜装甲兵工程学院控制工程系北京100072

针对未知复杂环境中无人机无法获得外部辅助情况下自主导航所面临的严峻问题,提出在ROS框架下在板运行单目VSLAM算法的自主无人机方案,仅依靠自身摄像机自主地完成SLAM和导航任务。研究VSLAM算法原理与前沿算法ORB-SLAM,设计并搭建了自... 详细信息

针对未知复杂环境中无人机无法获得外部辅助情况下自主导航所面临的严峻问题,提出在ROS框架下在板运行单目VSLAM算法的自主无人机方案,仅依靠自身摄像机自主地完成SLAM和导航任务。研究VSLAM算法原理与前沿算法ORB-SLAM,设计并搭建了自主导航无人机平台,针对搭建的无人机平台方案和特点完成视觉定位部分的改进设计。实验表明,自主无人机能够在未知环境中,自主实现同时定位和地图构建任务并完成精确的飞行控制与导航。

关键词：视觉同时定位于地图构建自主无人机 ROS 视觉定位位姿图优化自主导航

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自主无人机路径规划技术综述

智能物联技术 2022年第2期54卷 1-7页

作者：吴浩炜张川中国电子科技南湖研究院浙江嘉兴314001 中国科学技术大学先进技术研究院安徽合肥230000

近年来,无人机在军用和民用领域发展迅速。无人机的避障技术和路径规划能力是保障无人机安全飞行的重要前提。本文全面综述了当前无人机的路径规划技术,并进行了总结和比较,分析了当前无人机面临的挑战和未来发展的方向,并给出了相关建议。

关键词：自主无人机避障技术路径规划深度学习

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一种适用于农情监测的自主无人机研究

内蒙古农业大学学报:自然科学版 2023年第2期44卷 60-66页

作者：李小勇郭英喀什大学物理与电气工程学院喀什844006 新疆维吾尔自治区喀什地区喀什市喀什地区食品药品检验所喀什844006

精细化农业是未来的一个发展趋势,如何利用好自主无人机方便快捷的获取农田信息是一个非常重要的课题。本文在分析前人相关研究成果的基础上,对自主无人机进行适量的改进,使其适合用于特定的农情监测目的。该农情监测自主无人机可将自... 详细信息

精细化农业是未来的一个发展趋势,如何利用好自主无人机方便快捷的获取农田信息是一个非常重要的课题。本文在分析前人相关研究成果的基础上,对自主无人机进行适量的改进,使其适合用于特定的农情监测目的。该农情监测自主无人机可将自主导航避障的功能和农情监测的功能有效整合起来。经过算法仿真测试和在农田现场对部分功能进行测试,验证了设计的可行性。

关键词：农情监测自主无人机安全避障土壤墒情采集

针对室外环境下的小型自主无人机智能感知系统设计

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针对室外环境下的小型自主无人机智能感知系统设计

中国航天电子技术研究院科学技术委员会2020年学术年会

作者：胡博樊鹏辉孙猛宋国鹏孟博航天时代飞鸿技术有限公司

目前,随着遥控式无人机到自主式无人机的发展,无人机感知需求变得越来越复杂。由于无人机执行任务的自主性和复杂性的提高,同时伴随单体感知到群体感知的需求变化,无人机对感知范围、感知分辨率及感知处理能力方面的要求有很大的提高。... 详细信息

目前,随着遥控式无人机到自主式无人机的发展,无人机感知需求变得越来越复杂。由于无人机执行任务的自主性和复杂性的提高,同时伴随单体感知到群体感知的需求变化,无人机对感知范围、感知分辨率及感知处理能力方面的要求有很大的提高。由于无人机所选择的感知传感器感知能力的提升,传感器的数据量的增加对终端处理器的处理性能带来新的挑战。近几年随着人工智能和边缘计算的崛起,终端处理器"有效"算力性能有很大提高,使得后端智能到终端智能的转移成为可能。论文中分析了无人机感知需求的变化、感知传感器特点、感知数据处理器的发展。针对室外环境下感知任务需求特点、感知盲区等因素进行分析,使用华为海思Hi3559C异构处理器来进行硬件系统设计,并结合软件分层技术来来完成该自主无人机智能感知软件系统的设计。通过感知系统提升无人机信息的获取优势以及处理敏感度,从而提升无人机智能级别。

关键词：自主无人机感知系统终端智能海思

来源： cnki会议评论

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基于树枝识别的自主剪枝无人机系统研究

基于树枝识别的自主剪枝无人机系统研究

作者：高远上海海洋大学

学位级别：硕士

随着科学技术的不断进步,无人机的应用正在朝着多功能化、智能化、自主化的方向发展。无人机所能搭载的工作机构,如视觉机构、武器装备、采摘装置和喷施装置等,都说明了无人机应用的可拓展性。其中,工作任务为植物保护的无人机应用已经... 详细信息

随着科学技术的不断进步,无人机的应用正在朝着多功能化、智能化、自主化的方向发展。无人机所能搭载的工作机构,如视觉机构、武器装备、采摘装置和喷施装置等,都说明了无人机应用的可拓展性。其中,工作任务为植物保护的无人机应用已经相对完善,通过无人机高空作业的优势,逐渐代替了人工的劳作,可以实现播撒药液、监测预警等功能。但是,在植物生长中还需要对冗余树枝、枯枝和干扰树枝进行修剪,现在基本采用的都是人工作业的方式,成本高且危险性大。为此本文设计了一款可以在空中对树枝进行修剪工作的无人机,该无人机具有树枝识别和自主航行的功能,可以完成空中树枝修剪的任务。文中首先提出了剪枝无人机系统方案,然后简介并设计了深度学习算法,提出了基于深度学习的剪枝无人机目标检测算法。设计了基于Attention-Center Net-L目标检测算法优化方案,用于识别需要检测的冗余树枝。提出了基于人工势场和动力学约束的路径规划算法,确定了无人机进行树枝修剪的运行轨迹。最后通过仿真实验,验证了设计的合理性。具体的工作如下:(1)根据修剪树枝的应用环境,提出了剪枝无人机系统。首先利用rhino3D对无人机结构进行了设计,确定了采用四旋翼无人机结构,着重设计了可搭载式剪枝工作机构。然后在结构基础上,设计了无人机的树枝识别模块和作业模块。树枝识别模块采用基于上下位机操作的系统结构,用于识别工作场景中的冗余树枝。作业模块主要采用剪枝工作机构来实现剪枝的功能,完成工作系统在靠近目标树枝时的修剪任务规划,模块上采用超声波传感器和电动剪枝机构协调工作。(2)构建了基于深度学习的目标检测算法模型,提出了适合本文设计目标的基于深度学习的剪枝无人机目标检测算法。在基于传统神经网络的目标检测算法的基础上,给出了相对表现优秀的Center Net目标检测算法方案。将残差网络模块Res Net50融入到Center Net的骨干提取网络中,搭建出了Center Net-Res Net50的网络模型,通过模型的训练与预测的过程分析,实现了网络模型的解码和推理。(3)优化部署基于Center Net的树枝检测模型,提出了基于Attention-Center NetL目标检测算法优化方案。首先基于Center Net中心点目标检测算法,为满足检测目标的需要,对目标检测算法中的Res Net50骨干提取网络进行优化。将多引入的批量归一化(BN)和激活函数Re LU放入到骨干提取网络每一个残差模块的输入之后,并将某些残差输出的激活函数Re LU上移,避免了特征传递过程的数据分散情况,构成了Res Net50-L优化方案,该优化方案加快了网络的训练速度,优化了深层网络在处理数据过程中的收敛性,防止出现梯度爆炸和消失等情况。在骨干提取网络改进的基础上,选择在上采样前的过程中加入了CBAM注意力机制模块,集中目标类的精准识别,防止在分类情况上的错误,构成了Attention-Center Net优化方案。(4)结合使用场景对剪枝无人机进行路径规划设计,提出了基于人工势场和动力学约束的路径规划算法。在对无人机机体进行动力学上的建模的基础上,运用PID算法实现了对无人机底层飞行控制器的数学建模,使得无人机在依据轨迹规划的飞行路径中保持稳定。分析工作场景的需要,通过对树体数据的收集,构建了树体的虚拟模型与障碍物模型,规范了不可修剪的范围,完成了无人机依据真实场景的路径规划方案设计,确定了局部路径跟随的策略。通过人工势场算法下的相互排斥力作用,在避障的基础上,加上虚拟向心力的动力学约束,使无人机的轨迹不会偏离。(5)将Res Net50-L和Attention-Center Net两种算法优化方案融合,形成Attention-Center Net-L目标检测算法优化方案,通过Python语言和Py Torch的运行环境,完成以上优化方案的实际嵌入。并利用VOC数据集来对模型进行验证,结果表明在训练时间几乎不变的前提下,提升了对目标识别的精准度,验证了优化后目标检测效果的实用性。在此基础上,根据本文设计任务,在本校的环境中采集充足数量的树体图像数据,进行树体可修剪部分的识别实验。制作数据集,最后对数据集进行训练,构建网络中的模型数据,最终完成对可修剪树枝的识别。根据前文剪枝无人机设计参数,在Solidworks中搭建无人机模型,导入Simulink中构建剪枝无人机控制器模块,仿真验证无人机运行的飞行控制。根据前文的设计参数,在Matlab仿真实验平台上构建了无人机与障碍物的仿真模型,完成了剪枝无人机的路径跟随策略仿真实验研究,验证基于人工势场和动力学约束的路径规划方法的可行性。本文提出的基于树枝识别的自主剪枝无人机从功能上看,其应用可以衍生到园林修剪、植保修剪、高空干扰树枝修剪等空中作业方面,具有广泛应用前景。

关键词：深度学习树枝识别自主无人机剪枝路径规划

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无人机地下环境自主探索关键技术研究

无人机地下环境自主探索关键技术研究

第十届中国指挥控制大会

作者：魏居尚綦秀利余晓晗张所娟中国人民解放军陆军工程大学指挥控制工程学院

城市作战中对地下空间的利用对攻守双方都具有重大意义。文章对无人机地下环境自主探索的优势进行了分析,对无人机平台、SLAM、探索规划、目标检测、兴趣区域覆盖规划等关键技术进行了梳理,提出了基于ROS、Dronecode的系统框架,对主要... 详细信息

城市作战中对地下空间的利用对攻守双方都具有重大意义。文章对无人机地下环境自主探索的优势进行了分析,对无人机平台、SLAM、探索规划、目标检测、兴趣区域覆盖规划等关键技术进行了梳理,提出了基于ROS、Dronecode的系统框架,对主要模块的运行流程进行了研究,并对实现步骤做了初步安排。

关键词：自主无人机地下环境探索规划 SLAM 目标检测覆盖规划

来源： cnki会议评论

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视觉感知的无人机端到端目标跟踪控制技术

浙江大学学报（工学版） 2022年第7期56卷 1464-1472页

作者：华夏王新晴芮挺邵发明王东中国人民解放军陆军工程大学野战工程学院江苏南京210007

针对无人机机动目标跟踪的自主运动控制问题,提出连续型动作输出的无人机端到端主动目标跟踪控制方法.设计基于视觉感知和深度强化学习策略的端到端决策控制模型,将无人机观察的连续帧视觉图像作为输入状态,输出无人机飞行动作的连续型... 详细信息

针对无人机机动目标跟踪的自主运动控制问题,提出连续型动作输出的无人机端到端主动目标跟踪控制方法.设计基于视觉感知和深度强化学习策略的端到端决策控制模型,将无人机观察的连续帧视觉图像作为输入状态,输出无人机飞行动作的连续型控制量.为了提高控制模型的泛化能力,改进基于任务分解和预训练的高效迁移学习策略.仿真结果表明,该方法能够在多种机动目标跟踪任务中实现无人机姿态的自适应调整,使得无人机在空中能够稳定跟踪移动目标,显著提高了无人机跟踪控制器在未知环境下的泛化能力和训练效率.

关键词：深度强化学习机器视觉自主无人机迁移学习目标跟踪

室外复杂环境下无人机伴随系统设计与实现研究

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室外复杂环境下无人机伴随系统设计与实现研究

作者：李金洋电子科技大学

学位级别：硕士

无人机凭借其宽视野、远距离、高机动、高灵活等优势,在人机协同和服务等领域具有极高的应用潜力,然而现有的无人机大多无法离开人的操控,无人机的智能化、自主化研究备受关注。无人机精确识别行人位姿,并具备自主伴随的能力是打开无人... 详细信息

无人机凭借其宽视野、远距离、高机动、高灵活等优势,在人机协同和服务等领域具有极高的应用潜力,然而现有的无人机大多无法离开人的操控,无人机的智能化、自主化研究备受关注。无人机精确识别行人位姿,并具备自主伴随的能力是打开无人机智能化的关键所在。因此本文针对无人机伴随行人的应用,开展无人机自主安全飞行与目标跟踪的研究,实现无人机在室外复杂环境下基于视觉的自主飞行与伴随目标跟踪,提出一套轻量化的无人机自主伴飞系统,对提升无人机的应用价值具有重要的意义,主要工作内容总结如下:本文提出一种基于多相机融合的伴随目标位姿估计与跟踪方法,解决飞行状态下无人机对伴随目标位姿估计和跟踪的问题。由于单目相机的尺度不相关性、双目相机计算量大、目标识别困难等问题,本文创新性的利用双目相机完成对人体骨骼真实距离的标定,再结合人体双肩及双髋在同一平面的假设,将位姿恢复问题转换为PNP(3D-2D投影)问题,通过单目相机恢复出伴随目标的位姿信息,最后通过卡尔曼滤波完成对伴随目标的跟踪。实验验证该方法5m内对伴随目标位姿估计的平均误差为0.2m以内,比双目节约资源50%以上。本文对伴随目标的运动轨迹进行实时预测,开展无人机伴随策略研究,根据环境实时路径规划,解决伴随目标因障碍物遮挡而短暂丢失以及无人机在障碍物环境下的自主伴随飞行问题。通过实验证明了轨迹预测重定位成功率平均为69.6%,无人机能够以3m/s的速度高效平滑的对目标进行伴随。本文在验证视觉定位和感知在无人机上的可行性后,自主设计机械硬件并搭建了一套基于视觉感知的无人机伴随系统。由于无人机的负载能力和计算能力十分有限,因此本文选用双目相机作为无人机的主要感知传感器,通过视觉惯性里程计算法(VIO)和双目立体匹配算法,获取到无人机的实时定位信息和周围环境的深度信息。最后通过实验飞行验证,无人机在无GPS的障碍物环境下,能够达到最高3m/s的飞行速度和20m的深度感知。上述内容均在自主设计并搭建的无人机平台上进行了实验验证,自主设计的无人机大大减轻了负载压力,本文提出的方法高效且精确的计算出了伴随目标的位姿信息,最终制定高效的跟踪策略,规划合理的路径完成了对伴随目标的追踪。

关键词：自主无人机视觉惯性里程计深度感知目标位姿估计与跟踪自主伴随飞行

基于5G与北斗的输电线路无人机车载智能移动巡检系统设计

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中国测试 2023年第12期49卷 87-93页

作者：王峰杨利波杨嘉妮万富力孙高森孙秋芹何赟泽国网湖南省电力有限公司湖南长沙410004 智能带电作业技术及装备(机器人)湖南省重点实验室湖南长沙410004 带电巡检与智能作业技术国网公司实验室湖南长沙410100 湖南大学湖南大学电气与信息工程学院湖南长沙410082

为提高无人机巡检作业效率,针对输电线路无(弱)信号区域实时数据传输效率低的问题,以无人机移动作业平台为研究对象,以5G与北斗的双通信方式保障巡检系统与无人机之间的数据交互,构建一种适应无人机输电线路全地域巡检的智能车载移动作... 详细信息

为提高无人机巡检作业效率,针对输电线路无(弱)信号区域实时数据传输效率低的问题,以无人机移动作业平台为研究对象,以5G与北斗的双通信方式保障巡检系统与无人机之间的数据交互,构建一种适应无人机输电线路全地域巡检的智能车载移动作业系统。首先,基于模块化设计思路,给出适应无人机巡检的移动作业车改装设计方案;其次,基于信号增强与卫星通信技术,提出一种基于5G+北斗的通信系统及其部署方案,在5G网络弱覆盖或失效时,进行信号增强并由卫星通信系统完成通信链路建立和数据传输,进而保障巡检数据传输;然后,基于对Tag码的视觉定位与识别,完成巡检无人机的精准降落回收;进一步,研发移动巡检系统应用软件;最后,通过实地测试验证系统的性能。经实验测试,该智能车载移动作业系统能够实现无人机的自主飞行、远程数据传输及基于视觉伺服的精准降落等巡检任务,为输电线路全地域巡检提供一种系统解决方案。

关键词：移动巡检平台 5G与北斗通信自主无人机视觉伺服