空地融合的城市道路基础设施数字化技术研究

城市道路基础设施三维模型的重构,在城市道路BIM应用与数字化领域具有重大意义;针对城市交通基础设施数字化重构的需求,对车载激光扫描与无人机倾斜摄影采集技术进行综合运用,提出一套从信息采集、空地点云配准、点云分割到三维重构的完整技术方法;首先使用车载激光扫描技术和无人机倾斜摄影技术对交通基础设施信息进行采集,并使用运动恢复结构算法(SfM,structure from motion)生成基础设施空地点云;其次使用迭代最近点法(ICP,iterative closest point)对空地点云进行精配准,然后利用基于PointNet网络的方法对融合点云进行语义分割;最后对分割出的交通基础设施对象进行三维重构;提出的空地融合的城市交通基础设施数字化技术能够高效地实现交通基础设施重构,为城市交通基础设施数字化提供基础、为后续交通专业领域的应用研究提供便利.     

无人机航拍图像中裸露地表的识别

电力输电线路下方或附近的无覆盖物的裸露地表,是引起输电线路事故的主要隐患之一;从无人机电力巡检航拍图像中识别裸露地表可以预防类似事故的发生;由于Mask RCNN识别无人机电力巡检航拍图像中裸露地表的精度较低,提出一种图像特征融合的方法,即人工提取HOG和LBP两种不同的图像特征,经过不同权重的融合共同表征图像中裸露地表区域的特征,再对SVM进行训练并用于识别;实验结果表明,采用该方法识别率可以达到80％以上,识别时间少于60 ms;HOG和LBP两种特征在进行融合时,当两种特征的数量级相当时,得到的识别率最高;可见,该方法在具有较高识别率的同时,具有比较好的实时性,适合于无人机机载平台对航拍图像的初筛,且训练时间较少,权重参数规模小,为无人机航拍图像中目标物的识别提供一种新思路.     

小型无人机发动机温度监控系统设计

为了实时监控小型油动无人机的发动机工作温度,设计开发了基于K型热电偶的4路温度监控系统;该系统采用模拟开关CD4052作通道切换,选通的热电偶信号经放大调理,由STM32F103控制器片上A/D采集,经DS18B20数字温度传感器作冷端补偿,最终以Modbus RTU协议将温度值发送到485总线上;经调试校准,该温度监控系统在蚊子直升机MZ202型发动机正常工作温度范围内与原机温度仪表相差±3℃,数据刷新率大于2 Hz,且工作稳定抗干扰能力较强,为发动机调校提供了可靠的依据,有效地保障了发动机安全稳定运行;该温度监控系统也可用于Rotax582,Rotax912/914等小型活塞航空发动机缸头及排气温度的采集与监控。     

基于RFID技术的四旋翼无人机轨迹跟踪控制系统设计

为促进四旋翼无人机的飞行自主性,增强无人监管情况下飞行器主机所具备的避障行进能力,设计基于RFID技术的四旋翼无人机轨迹跟踪控制系统;采用RFID标签识别技术,调制处理既定控制信号,利用标签识别协议,连接微型四旋翼轨迹控制器与内环姿态控制器,通过数据通信链路,提取轨迹跟踪控制所需的传输电子量,完成轨迹跟踪控制系统硬件设计;利用动力系统中的参数辨识策略,确定与轨迹姿态控制相关的物理规律标注,实现四旋翼无人机轨迹跟踪控制;实验结果表明,与机器视觉型控制系统相比,基于RFID技术的控制系统的SSI避障行进指标数值相对较高,全局最大值达到了 79％,四旋翼无人机滚转角平均值为85°,能够有效抑制四旋翼无人机滚转角的数值上升趋势,增强无人监管情况下飞行器主机避障行进能力.     

无人机群目标搜索的主动感知方法

为提升蚁群搜索算法在规模大的栅格环境中对未知目标的搜索效率,提出基于蚁群算法的主动感知搜索框架。该框架通过应用历史环境信息来选择无人机的运动方式,并由无人机运动方式和感知域信息得到新的环境信息,从而实现无人机群的智能自动化搜索功能。新方法计算出一种具有探索偏好的未搜索概率,可使无人机搜索时偏向未搜索程度高的栅格,以此来提高算法的搜索能力。同时,以未搜索概率和信息素作为运动方式决策的依据来建立一种新的运动方式选择机制。该机制不仅考虑了目标可能出现的区域,又可兼顾未知区域,从而可实现无目标先验信息条件下的搜索过程。仿真结果表明,此算法在规模大的栅格环境中,与现有算法相比具有更高的搜索效率,并且得到的目标分布信息将更加全面。     

一种Anchor Free的无人机检测方法

目前几乎所有最先进的目标检测方法都依赖于预先定义的anchor,但是由于anchor的存在,网络会增加与anchor相关的计算开销,而且在现实世界中,目标尺度多种多样,比如地对空拍摄的无人机目标,预先定义的anchor不可能穷举所有的无人机尺度。因此,该文抛弃预先定义的anchor,采用anchor free的方法来检测无人机。该anchor free方法以目标中心区域的像素为训练样本来逐像素预测边界框的偏移量。针对地对空拍摄的无人机目标大部分都是小尺度的情况,采用高分辨率网络HRNet作为主干网络来提取小目标细粒度的特征,从而提高小目标检测的精度。相对于基于anchor的目标检测方法,该网络框架简单、灵活,并且可以自适应地预测无人机目标的边界框。在自己设计的无人机数据集上,该方法获得了更高的召回率和精确率。     

融合视觉显著性再检测的孪生网络无人机目标跟踪算法

针对旋翼飞行器在跟踪过程中目标尺度变化、快速运动、视角变化等问题,本文提出了一种基于MobileNetV2的孪生网络目标跟踪算法,可在无人机机载处理器上实时运行。该算法主要包含目标得分估计模块与目标尺度估计模块两个部分。结合多特征融合的策略,可准确预测出目标位置与目标框IoU,同时以目标框IoU为指导,利用梯度上升法对目标框进行迭代修正,进一步提升预测精度。针对完全遮挡而导致的目标跟丢问题,本文设计了一个基于视觉显著性的目标再检测算法,该算法可实时高效地预测出图像的显著性区域,以指导对目标的再检测,进而恢复跟踪。最后,通过标准无人机跟踪数据集测试与实际无人机跟踪实验,验证了算法的可行性。     

别里库姆沙漠胡杨沙堆回涡沙丘形态特征与空间格局

以别里库姆沙漠为研究区域,应用无人机倾斜摄影对胡杨沙堆回涡沙丘进行航拍,采用Agisoft处理航拍影像并获取DOM,利用Arc GIS10.2和SPSS19.0软件分析提取6个样区共60个回涡沙丘的形态特征,并进行其空间格局研究。结果表明:胡杨沙堆回涡沙丘的整体形态与新月形沙丘相似,迎风坡长而缓、背风坡短而陡。形态参数间存在明显的空间差异,不对称特性明显。胡杨沙堆回涡沙丘及胡杨沙堆形态参数间相关性良好,部分形态参数间存在函数关系。胡杨沙堆回涡沙丘总体上呈片状稀疏分布。各样区沙丘服从聚集分布和随机分布,且聚集程度随距离尺度的增加而增强。分布密度南部大于北部、东部大于西部。聚集度北部高于南部、东部高于西部。     

基于无人机技术的重力侵蚀影响因素研究

黄土高原地区重力侵蚀发生频率高、随机性强,一直是水土流失研究的难点和治理的薄弱环节。为探索无人机遥感技术用于快速、准确监测黄土丘陵沟壑区重力侵蚀的可行性,采用大疆无人机航拍影像资料和面向对象的多尺度分割、融合技术,提取辛店沟流域2017年7月26日暴雨引发的重力侵蚀特征数据,结果表明:共发生重力侵蚀95处、面积为0.3 hm~2,结合人工实地调查验证,重力侵蚀发生数量的提取精度为89.53%;采用基于无人机遥感技术和面向对象的多尺度分割与融合技术,构建重力侵蚀信息快速提取方法,可为黄土丘陵沟壑区重力侵蚀监测、研究与治理提供技术支持。对辛店沟流域重力侵蚀分布与高程、坡度、坡向、地表曲率的关系进行了分析,结果表明:地形曲率越接近0重力侵蚀越不易发生,重力侵蚀主要分布在坡度大于20°的区域,主要分布高程为950～1 050 m,主要分布方向为东、东南、南3个方向。     

多视无人机影像环形拼接算法

由于多视无人机影像拼接时误差的传播和累计经常导致拼接图扭曲偏斜或者拼接的失败.针对这个问题提出了构建拼接环并以多级拼接作为辅助的拼接策略.首先将待拼接图像分为多组,每组中以环形方式进行拼接,然后利用SIFT进行匹配,RANSAC实现误匹配的去除,而后计算透视变换关系,最后通过平差方程将误差削弱.通过实拍无人机影像进行的拼接实验表明该方式可以有效减少累计误差的影响,提高拼接精度.该方法的提出可以作为影像拼接消除累计误差的有效方式之一.