近年來,隨著激光掃描測(cè)量技術(shù)的快速發(fā)展,其在數(shù)字城市、災(zāi)害監(jiān)測(cè)、海岸工程、林業(yè)調(diào)查等方面具有非常廣闊的應(yīng)用前景。高精度的激光測(cè)量對(duì)位姿的精度要求比較高,需要有高精度的定位算法支持。同步定位和地圖構(gòu)建(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)理論的發(fā)展打破了傳統(tǒng)定位方式的局限性,充分發(fā)揮了傳感器的自身優(yōu)勢(shì),達(dá)到了良好的定位和環(huán)境構(gòu)建效果。隨著SLAM理論在激光掃描測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用,激光掃描測(cè)量技術(shù)的測(cè)繪精度得到了很大的提高,因此激光SLAM技術(shù)也越來越受到重視。本文設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)了一套高自主性的激光掃描系統(tǒng)(簡稱LIDAR系統(tǒng)),并且對(duì)激光SLAM技術(shù)進(jìn)行研究,在LIDAR系統(tǒng)中利用激光SLAM技術(shù)完成較高精度的定位和構(gòu)建三維點(diǎn)云測(cè)繪圖的任務(wù),本文主要研究內(nèi)容如下:(1)根據(jù)課題需求設(shè)計(jì)的三維激光掃描系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了激光、慣性測(cè)量單元(IMU)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)同步采集,并在地面工作站中完成對(duì)三維點(diǎn)云的顯示、存儲(chǔ)、濾波以及一系列算法處理工作。(2)本文設(shè)計(jì)了基于SLAM的三維激光測(cè)量技術(shù)的基本框架,然后根據(jù)激光SLAM理論的基本模塊制定了LIDAR系統(tǒng)的激光SLAM算法步驟。本文針對(duì)點(diǎn)云模型介紹了基于平滑度參數(shù)的點(diǎn)云特征提取方法的優(yōu)勢(shì),通過對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析,實(shí)現(xiàn)了基于Levenberg-Marquardt的里程計(jì)估計(jì)和地圖匹配優(yōu)化方案,最后通過多個(gè)實(shí)驗(yàn)分析基于Levenberg-Marquardt的激光SLAM算法的優(yōu)勢(shì)與不足。(3)針對(duì)基于Levenberg-Marquardt的激光SLAM算法在姿態(tài)快速變化情況下的不足,本文利用IMU對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于擴(kuò)展卡爾曼濾波和加權(quán)融合的數(shù)據(jù)融合方法,對(duì)估計(jì)姿態(tài)進(jìn)行優(yōu)化,最后通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析其對(duì)基于LevenbergMarquardt的激光SLAM算法的改善作用。本文所設(shè)計(jì)的基于融合IMU激光SLAM算法的三維激光測(cè)量技術(shù)在實(shí)際課題項(xiàng)目中得到應(yīng)用,其測(cè)量精度符合項(xiàng)目需求,誤差小于5厘米。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN249
【部分圖文】：

第二章 LIDAR 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) Velodyne 公司的小型三維激光掃描儀 VLP-16 P掃描距離在 1 至 100 米之間，重量僅有 590 克，于小型移動(dòng)平臺(tái)。該掃描儀由 16 線激光通道組垂直視角一共為±15°，保證了反射點(diǎn)分布的均勻部件勻速帶動(dòng)激光通道旋轉(zhuǎn)，水平旋轉(zhuǎn)角為 360°，采集速率為 30 萬點(diǎn)/秒。設(shè)備內(nèi)置支持 RJ45 和通信接口，保證了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和吞吐量。VLP、強(qiáng)度反射率、掃描角和時(shí)間戳等信息組成，支8 字節(jié)，數(shù)據(jù)包發(fā)送頻率為 754Hz，每個(gè) UDP 數(shù)包含 16 線激光通道采集的數(shù)據(jù)，即一個(gè)數(shù)據(jù)包最圖如圖 2-2 所示。

圖 2-3ADIS16480 實(shí)物L(fēng)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)之間的關(guān)重要。本系統(tǒng)選取了 NaDDL 無線傳輸模塊支持點(diǎn)對(duì)約為 16 公里，具有高帶寬（核心板體積為 2cm*1.5cm括 RS485，RS422、RS232 和LIDAR 系統(tǒng)中，需要建立數(shù)L 無線傳輸模塊來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距個(gè)以實(shí)體裝置的形式通過網(wǎng)

圖 2-3ADIS16480 實(shí)物輸模塊 Nano DDL塊作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)之間的橋梁，承擔(dān)著穩(wěn)作，其可靠性至關(guān)重要。本系統(tǒng)選取了 Nano 公司的 Nano -4 所示。Nano DDL 無線傳輸模塊支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)兩定傳輸距離最大約為 16 公里，具有高帶寬（最高可達(dá) 12M重量輕、體積�。ê诵陌弩w積為 2cm*1.5cm*0.5cm）的特點(diǎn)。該模塊接口包括 RS485，RS422、RS232 和一個(gè) 100Mbps 以本文所設(shè)計(jì)的 LIDAR 系統(tǒng)中，需要建立數(shù)據(jù)采集端和地面要使用一對(duì) DDL 無線傳輸模塊來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，其中一據(jù)采集端，另一個(gè)以實(shí)體裝置的形式通過網(wǎng)線直接與地面工

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本文編號(hào)：2834183