在過去的幾十年里,我國科技與工業(yè)實現(xiàn)了突飛猛進的發(fā)展,為了滿足發(fā)展需求實施了大量的地下管道工程。由于管道工程復雜,需要定期檢查維護,傳統(tǒng)的人工檢查方法耗時、耗力,而且對檢查人員存在很大的潛在危險。針對以上問題,利用無人機機動便捷的特點,研究設計一款融合IMU、激光雷達等多種傳感器信息的管道內(nèi)三維信息感知無人機,同時根據(jù)管道環(huán)境差異研究搭配不同傳感器類型的管道無人機三維信息感知方法,并進行了實驗驗證。首先,構(gòu)建了管道三維信息感知無人機系統(tǒng)。根據(jù)管道環(huán)境的特點、作業(yè)需求以及無人機的負載能力,搭建無人機軟硬件平臺,選用激光雷達、IMU和嵌入式處理平臺Jetson TX2作為三維環(huán)境感知單元。其次,針對管道環(huán)境中光照條件不理想的問題,提出了一種基于三維激光雷達的管道環(huán)境三維信息感知方法。通過分析比較多種基于三維點云數(shù)據(jù)的同步建圖與定位方法,選取基于圖優(yōu)化的定位與建圖方法對無人機獲取的模擬管道環(huán)境三維數(shù)據(jù)進行處理,構(gòu)建了三維柵格地圖,實現(xiàn)對管道環(huán)境的三維信息感知。然后,針對無人機載荷受限條件下三維激光雷達的功耗高、重量大的問題,提出了一種基于雙二維激光雷達的管道環(huán)境三維信息感知方法。系統(tǒng)通過水平... 

【文章來源】：西南科技大學四川省

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 基于不同傳感器的環(huán)境信息感知
        1.2.2 基于SLAM技術的環(huán)境信息感知
        1.2.3 類管道環(huán)境下無人機三維信息感知
        1.2.4 真實管道環(huán)境下無人機三維信息感知
    1.3 研究內(nèi)容
    1.4 論文章節(jié)安排
2 管道三維信息感知無人機系統(tǒng)架構(gòu)
    2.1 系統(tǒng)整體架構(gòu)
    2.2 系統(tǒng)硬件設計
        2.2.1 飛行控制系統(tǒng)硬件設計
        2.2.2 信息采集系統(tǒng)硬件設計
    2.3 激光雷達觀測模型
        2.3.1 三維激光雷達觀測模型
        2.3.2 二維激光雷達觀測模型
    2.4 本章小結(jié)
3 基于三維激光雷達的三維信息感知
    3.1 三維激光SLAM算法測試分析
        3.1.1 BLAM算法
        3.1.2 LOAM算法
        3.1.3 HDL Graph SLAM算法
        3.1.4 三維激光雷達SLAM算法方案選擇
    3.2 管道環(huán)境下HDL Graph SLAM算法
        3.2.1 頂點和邊的管理
        3.2.2 點云濾波
        3.2.3 關鍵幀
        3.2.4 前端里程計
        3.2.5 地面檢測
        3.2.6 閉環(huán)檢測
    3.3 三維激光雷達的三維信息感知
    3.4 本章小結(jié)
4 基于二維激光雷達的三維信息感知
    4.1 二維激光雷達三維信息感知方案設計
    4.2 水平方向二維激光雷達的信息感知
        4.2.1 水平方向二維激光SLAM方案選擇
        4.2.2 管道環(huán)境下Cartographer算法
        4.2.3 模擬管道環(huán)境下水平面信息感知效果
    4.3 豎直方向二維激光雷達的信息感知
    4.4 本章小結(jié)
5 系統(tǒng)整體實驗測試
    5.1 無人機飛行控制系統(tǒng)實驗測試
        5.1.1 飛行器姿態(tài)控制實驗測試
        5.1.2 飛行器位置控制實驗測試
    5.2 模擬管道環(huán)境內(nèi)無人機三維信息感知實驗
        5.2.1三維激光雷達模擬管道三維感知實驗
        5.2.2二維激光雷達模擬管道三維感知實驗
        5.2.3模擬管道三維感知對比實驗
    5.3 真實管道環(huán)境下無人機三維信息感知實驗
    5.4 本章小結(jié)
結(jié)論
致謝
參考文獻
攻讀學位期間取得的研究成果


【參考文獻】：
期刊論文
[1]SLAM室內(nèi)三維重建技術綜述[J]. 危雙豐,劉振彬,趙江洪,龐帆.  測繪科學. 2018(07)
[2]農(nóng)用植保無人機的研究現(xiàn)狀及趨勢[J]. 婁尚易,薛新宇,顧偉,崔龍飛,周晴晴,王昕.  農(nóng)機化研究. 2017(12)
[3]無人機低空遙感技術應用[J]. 吳永亮,陳建平,姚書朋,徐彬.  國土資源遙感. 2017(04)
[4]無人機演變與發(fā)展研究綜述[J]. 盧俊文,王倩營.  飛航導彈. 2017(11)
[5]消防無人機研究與應用前景分析[J]. 南江林.  消防科學與技術. 2017(08)
[6]利用雙邊濾波法進行點云去噪的試驗與分析[J]. 馬先明,李永樹,謝嘉麗.  測繪通報. 2017(02)
[7]飛行器控制面臨的機遇與挑戰(zhàn)[J]. 陳宗基,張汝麟,張平,周銳.  自動化學報. 2013(06)

碩士論文
[1]面向隧道內(nèi)自主偵察無人機系統(tǒng)設計[D]. 陳林.西南科技大學 2019
[2]基于激光雷達的三維重建研究[D]. 蔡文娜.天津理工大學 2018



本文編號：3175045