基于高斯投影的变电站巡检机器人定位建图技术

保障变电站的安全是电力供应的关键要素,因此变电站的巡检工作是不可或缺的。目前,采用机器人进行自动化巡检是变电站巡检领域的重要趋势。获得变电站的平面地图是实现变电站自动化巡检的关键。目前传统的定位建图方案,如同步定位与建图（Simultaneous Localization and Mapping,SLAM）、离线全球定位系统（Global Positioning System,GPS）定位等,往往存在特征识别困难、建图时间过长或者地图所需存储空间过大等缺点。基于此,提出了一种基于高斯投影的变电站巡检机器人定位建图技术。采集完工作区域内外边界和障碍区域的边界点后,通过高斯投影,将采集到的地理位置坐标转换为平面直角坐标,并通过射线法实现平面栅格地图的建立。再根据已有的栅格地图信息和实时接收的机器人当前位置信息实现定位功能。实验验证了该定位建图技术的可行性,该方法可极大地提升建图速度,减少地图所需的存储空间,建立的地图可用于巡检机器人后续的路径规划和导航。     

开放式环境下变电站机器人SLAM算法研究

同时定位与建图技术是变电站巡检机器人自主运行的关键。目前投入使用的机器人大多使用2D激光作为传感器,其发展出的两类算法也比较成熟。但这两类算法存在实时性不强、过于依赖先验地图等缺点。针对现有两类算法的缺点,提出了一种在开放式环境下也能正常运行的局部建图算法。该算法融合了现有算法的优点,在地图无变化区域使用原有算法,在地图变化区域进行实时建图。通过与现有算法的比较,证实了该算法的可靠性。并通过比较,提出了使用最小二乘法来提高该算法的精度。     

动态环境下视觉定位与建图的运动分割研究进展

动态环境中视觉定位与建图系统受环境中动态物体的影响，定位与建图误差增加同时鲁棒性下降。而对输入图像的运动分割可显著提高动态环境下视觉定位与建图系统的性能。动态环境中的动态物体可分为运动物体与潜在运动物体。当前动态物体识别方法存在运动主体混乱、实时性差的问题。因此，综述了视觉定位与建图系统在动态环境下的运动分割策略。首先，从场景的预设条件出发，将运动分割策略分为基于图像主体静止假设方法、基于先验语义知识的方法和不引入假设的多传感融合方法；然后，对这三类方法进行总结，并分析各方法的准确性和实时性；最后，针对视觉定位与建图系统在动态环境下运动分割策略的准确性、实时性难以平衡的问题，讨论并展望了动态环境下运动分割方法的发展趋势。     

基于深度可分离卷积的地铁隧道巡检视频分析

地铁隧道安全目前主要依靠地铁轨道巡检员在轨道无车时人工巡轨检查,这种方法速度慢、工作效率低,而且巡检效果完全依赖于轨道巡检员的经验和状态。针对这一问题,提出了一种基于深度可分离卷积的地铁隧道巡检视频异常报警系统,该系统使用提出的SubwayNet卷积神经网络完成对巡检视频图像的分类。利用制作的地铁隧道巡检数据集对构建的卷积神经网络进行训练并保存模型,制作了图形用户界面并加入声音报警的功能,最后将程序文件打包为可执行文件。实验结果表明,该系统的分类准确率能够达到96%,速度能够达到52 fps,满足对视频实时、准确分析的要求。     

基于激光雷达的巡检机器人控制与定位

某工厂的地沟电缆承担生产供电任务,为保证安全,需要经常巡查电缆温度.设计了基于激光雷达(LiDAR)的巡检机器人导航系统,研究了自主建图和定位导航算法.机器人使用激光雷达扫描周边环境生成点云数据,通过Hough变换算法和最小二乘法算法将雷达点云数据拟合成直线,建立环境地图模型.应用扩展卡尔曼滤波(EKF)算法结合点云数...     

一种普适机器人系统同时定位、标定与建图方法

机器人定位、传感器网络标定与环境建图是普适机器人系统中三个相互耦合的基本问题, 其有效解决是普适机器人系统提供高效智能服务的前提. 本文提出了普适机器人系统同时机器人定位、传感器网络标定与环境建图的概念, 通过分析三者之间的耦合关系, 给出同时定位、标定与建图问题的联合条件概率表示, 基于贝叶斯公式和马尔科夫特性将其分解为若干可解项, 并借鉴Rao-Blackwellized粒子滤波的思想分别求解. 首先, 联合传感器网络对机器人的观测、机器人对已定位环境特征的观测以及机器人自身控制量,设计了位姿粒子的采样提议分布和权值更新公式; 其次, 联合传感器网络对机器人运动轨迹及已定位环境特征的观测,设计了传感器网络标定的递推公式; 然后, 联合传感器网络和机器人对(已定位或新发现)环境特征的观测,设计了环境建图的递推公式. 给出了完整的同时定位、标定与建图算法, 并通过仿真实验验证了该算法的有效性.     

一种基于RBUKF滤波器的SLAM算法一种基于RBUKF滤波器的SLAM算法

同时定位与建图(SLAM)是智能机器人实现真正自治的必要前提,是一个比单独研究定位或者建图更加困难的课题。该文将基于SUT变换的RBUKF滤波器应用于平面静态环境下的同时定位与建图算法,它能够在同样计算复杂度的情况下,避免基于扩展卡尔曼滤波器(EKF)SLAM算法由于线性化误差大导致滤波器发散,从而出现建图错误的缺点。基于公共数据集的实验表明该方法估计的最终地图比EKF的方法精度高。     

机器人自适应主动同时定位与建图新方法

针对多机器人的定位与建图受到即时定位与地图构建(SLAM)研究方法和技术不成熟的制约问题,提出一种基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的自适应同时定位与建图方法;首先,基于EKF估计方法,将SLAM中机器人运动方式的选取问题转化为一个多目标最优控制问题,机器人选取最优化目标函数的控制输入,从而以主动的、智能的和自适应的方式探索环境;然后,将上述方法推广到多机器人SLAM中,以实现更为准确、高效和鲁棒的定位与建图;仿真结果表明,该方法大大提高了机器人建图的效率、准确性和鲁棒性;该方法用于机器人主动同时定位和建图是可行的、有效的.     

面向地下电缆沟智能巡检机器人的紧耦合SLAM系统

地下电缆沟的日常巡检劳动强度大,且存在危险隐患,是城市电力系统保持稳定工作亟需解决的问题,采用智能巡检机器人系统是解决这一问题的趋势。同步定位和实时地图的构建是地下电缆沟机器人自主巡检的前提。地下电缆沟等场景具有底纹理、结构化、路面平整度情况复杂、GPS信号差等场景特征,巡检机器人对该类结构化场景进行建图时,会出现地图退化和定位精度下降的现象。针对上述问题设计了一种基于多传感器的SLAM系统,融合了二维激光雷达、惯性测量单元、轮式里程计等多种传感器数据,通过自适应初始化对机器人里程计进行优化。针对不同路面平整度下的相邻激光关键帧匹配误差,设计了一种自适应帧间配准方法进行校正。现场试验表明,在路况复杂的地下电缆沟场景中,该方法比现有方法的地图退化率和定位误差平均分别降低了7.42%和8.73%,具有明显的工程应用价值。     

导航系统与电力巡检系统相结合的研究与实现

计算机技术的运用为电力部门的巡检工作提供了方便,然而现有的大部分巡检系统没有和导航系统结合起来,巡检工作缺乏空间定位信息服务的支持.本文阐述了将导航系统与电力巡检系统相结合的理论,为巡检工作提供GPS定位、线路导航、设备发现等空间定位信息服务,并使用J2ME实现了该系统.     

泄漏同轴电缆在隧道中的辐射特性研究

为了考察泄漏同轴电缆在矩形隧道中的辐射特性,根据泄漏同轴电缆的辐射理论,用时域有限差分方法计算了泄漏同轴电缆开槽口处的电磁场分布,再用射线追踪法分析了在矩形隧道中从泄漏同轴电缆槽口处漏泄出的电波经直射、反射之后所形成的辐射场,结果表明:泄漏同轴电缆辐射出的电磁波可以布满隧道空间,能够弥补传统天线在闭域或半闭域空间中存在...     

增强现实技术在卫星线缆设计和装配中的应用探索

AR技术通过显示设备将虚拟世界与现实环境相融合,改进人机交互模式,使用户能在虚实结合的新环境中进行交互。将AR技术应用于卫星线缆的设计、装配和检验等环节,可优化线缆的设计和布局,提高线缆装配效率和质量,节约产品研制成本和周期。本文总结提出了卫星线缆对AR技术的应用需求,分析了开展工程应用的关键技术,对实现AR技术在卫星线缆研制和装配过程中的应用,进行了有效的探索。     

基于深度学习的隧道病害图像检测

随着我国城市地铁的快速发展,隧道的养护变得越来越重要,传统的人工检测方法不仅效率低、成本高,而且耗时,已经不能满足当今的需求;通过对越江隧道中的电缆通道的病害特征进行研究,提出一种基于深度学习的隧道多病害检测的方法,并提出了一种针对隧道病害检测的残差融合模块网络(Resfmnet),利用深度学习网络提取图像病害特征并进行病害分类,提高了病害的检测能力,所使用的数据集是通过特种机器人在越江隧道中的电缆通道拍摄的视频获得;实验结果表明所提出的网络显示出更高的准确性和泛化性,对多病害的检测的精度mAP达到0.891 4,使得越江隧道检查和监控变得高效、低成本,并最终实现自动化。     

Cable inspection robot for cable‐stayed bridges: Design,analysis, and application

As the most important component of cable‐stayed bridges, cable safety has been of crucial public concern. In this paper, a new robot system for the inspection of stay cables is proposed. The robot not only replaces human workers in carrying out risky tasks in a hazardous environment but also increases operational efficiency by eliminating costly erection of scaffolding or dragging of winches. The designed robot is composed of two equally spaced modules, joined by connecting bars to form a closed hexagonal body that clasps the cable. For safe landing in case of an electrical interruption or malfunction, a gas damper with a slider‐crank mechanism is proposed to use up the extra energy generated by gravity when the robot slips down. To conserve energy, a landing method based on back electromotive force is introduced. Laboratory and field experiments verified that the robot can stably climb random inclined cables and land smoothly upon electrical malfunction. Finally, along with an application example, the vision inspection system based on charge‐coupled device cameras, operating modes of the robot, control methods, and feasibility are discussed in detail. The field applications on two cable‐stayed bridges indicate that such a low‐cost robot system can improve the efficiency of inspection operations and satisfy the requirements of actual cable inspection. © 2011 Wiley Periodicals, Inc.     

基于CSS通讯的隧道施工人员定位系统

系统主要应用于隧道施工时对施工人员进行定位,考勤和安全管理.系统采用有线网络和CSS通讯技术相结合的定位方法,能够适时、准确地将隧道各个区域人员情况动态反映到地面监控系统,管理人员能够掌握隧道人员的总数及分布情况,便于更加合理的调度管理.同时准确记录每个人员的活动时间,并统计生成各种报表,实现全自动化考勤,提高了生产管理效率.监控室与隧道内人员可以通过收发短消息进行及时沟通.一旦发生事故,救援人员可以根据本系统所提供的信息,了解遇险人员的位置情况,从而及时采取相应的救援措施,提高应急救援工作的效率.     

基于ORB-SLAM的室内机器人定位和三维稠密地图构建

针对在室内机器人定位和三维稠密地图构建系统中,现有方法无法同时满足高精度定位、大范围和快速性要求的问题,应用具有跟踪、地图构建和重定位三平行线程的ORB-SLAM算法估计机器人三维位姿;然后拼接深度摄像头KINECT获得的三维稠密点云,提出空间域上的关键帧提取方法剔除冗余的视频帧;接着提出子地图法进一步减少地图构建的时间,最终提高算法的整体速度。实验结果表明,所提系统能够在大范围环境中准确定位机器人位置,在运动轨迹为50 m的大范围中,机器人的均方根误差为1.04 m,即误差为2%,同时整体速度为11帧/秒,其中定位速度达到17帧/秒,可以满足室内机器人定位和三维稠密地图构建的精度、大范围和快速性的要求。     

基于激光扫描测距的机器人粒子滤波定位技术研究

传统的粒子滤波即时定位与地图构建(SLAM)算法在构建地图和目标进行自主定位时,粒子数量大,占用的内存高,重采样之后容易出现粒子匮乏现象,为了提高机器人自主定位的效率,提出了一种改进的重采样策略和粒子更新策略,融入系统模型.在装有机器人操作系统(ROS)的旅行家移动机器人上进行测试,实验结果表明:方法能够有效提升粒子滤波定位的效率.     

基于视觉的机器人自主定位与障碍物检测方法

针对稀疏型同时定位与地图构建（SLAM）算法环境信息丢失导致无法检测障碍物问题，提出一种基于视觉的机器人自主定位与障碍物检测方法。首先，利用双目相机得到观测场景的视差图。然后，在机器人操作系统（ROS）架构下，同时运行定位与建图和障碍物检测两个节点。定位与建图节点基于ORB-SLAM2完成位姿估计与环境建图。障碍物检测节点引入深度阈值，将视差图二值化；运用轮廓提取算法得到障碍物轮廓信息并计算障碍物凸包面积；再引入面积阈值，剔除误检测区域，从而实时准确地解算出障碍物坐标。最后，将检测到的障碍物信息插入到环境的稀疏特征地图当中。实验结果表明，该方法能够在实现机器人自主定位的同时，快速检测出环境中的障碍物，检测精度能够保证机器人顺利避障。     

SLASEM中的基于广义距离的数据关联

介绍了一种同时定位与采样环境地图创建(SLASEM)中的数据关联方法.针对地图中的采样环境粒子与实际环境之间没有一一对应性、传统的马氏距离小能描述SLASEM中两个物体之间相似性的特点,提出了两个点集合之间的一种广义距离函数,并利用该距离函数进行数据关联.同时,提出了基于环境拓扑结构的方法解决多重数据关联问题,并且利用前一时刻的数据关联的结果辅助当前时刻的数据关联.最后,用两个室内环境的实验验证了所提算法的有效性.     

恶劣环境ADSL双绞线宽带通信研究

在隧道、井下、野外露天或环境恶劣的监测现场,使用光纤或视频电缆来实现通信是相当危险和不可靠的。针对监测环境中可能存在易燃易爆条件,湿度大,灰尘多,监测场所分散,距离较远等特殊问题,分析恶劣环境中通信方式的选择,提出建立恶劣环境双绞线宽带通信ADSL技术的思想,介绍恶劣环境ADSL通信技术的实现与设计。