面向输电线路无人机巡检的弱纹理场景地图构建及应用研究
发布时间：2021-08-27 10:38
伴随输电线路的增长,输电线路巡检工作量正在快速增加,传统的人工巡检已经远远不能适应当今智能电网建设的需求,而采用无人机进行智能化巡检能够减轻工作强度,降低运维成本,同时提高巡检质量和科学管理技术水平,具有重要的研究意义及广泛的应用前景。本文围绕旋翼无人机对输电线路进行智能化巡检的问题开展研究,重点关注无人机对输电线路场景的地图构建以及对该地图的应用。在对输电线路巡检任务和机器人地图构建的相关技术进行分析提炼的基础上,本文着重研究基于视觉线特征的同时定位与地图构建（SimultaneousLocalizatiionand Mapping,SLAM）技术及巡检视点规划技术。探讨了地图构建中的线特征空间参数化、状态优化、回环检测及视点选择等关键性问题。本文的主要工作包括以下几个方面:（1）提出一种基于图优化的线特征SLAM算法。该算法构建的地图表达能力强,位姿估计较基于滤波器的线特征SLAM方法精度高,解决了现有线特征SLAM问题中地图构建不一致、适用范围小、计算成本高的问题。（2）提出一种基于图像线特征的回环检测算法。首先,提取了 Line Band Descriptor（LBD）二进制描...
【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１无人机对输电线路进行巡检??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｈｅ?ＵＡＶｓ?ｂａｓｅｄ?ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ?ｌｉｎｅ?ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ??
其是对于那些人造建筑场景，线特征具有明显的优势；此外，图像中线特征的??匹配较点特征具有较好的光照不变性，且不易受视点变化的影响，更有利于进??行数据关联图１－２对比了两种特征的效果，（ａ）图是一张办公室桌子的场??景，（ｂ）图为采用线特征构建的地图，可以看出，线特征提供了更加直观的环??境地图，桌子、书籍及收纳盒等特征容易辨别出来；而（ｃ）图为采用点特征构??建的地图，从图中无法直观地看出场景的内容。??两．．．??（ａ）场景?（ｂ）线特征构建的地图?（ｃ）点特征构建的地图??（ａ）?Ｔｈｅ?ｓｃｅｎｅ?（ｂ）?Ｌｉｎｅ－ｂａｓｅｄ?ｍａｐｐｉｎｇ?ｒｅｓｕｌｔ?（ｃ）?Ｐｏｉｎｔ－ｂａｓｅｄ?ｍａｐｐｉｎｇ?ｒｅｓｕｌｔ??图１－２点特征和线特征构建的地图对比??Ｆｉｇ．?１－２?Ｔｈｅ?ｃｏｍｐａｒｉｓｉｏｎ?ｏｆ?ｌｉｎｅ?ａｎｄ?ｐｏｉｎｔ?ｂａｓｅｄ?ｍａｐｐｉｎｇ?ｒｅｓｕｌｔｓ??对于基于线特征的ＶＳＬＡＭ，目前大部分都采用基于滤波器的方法，如文献??［５?２?－?５?５?］都使用扩展卡尔曼滤波方法，文献［５?６?］则采用基于粒子滤波的线段地图??构建方法；周慧中％］提出＿广基于结构化直线的室内单目ＳＬＡＭ方法，构建的三??维线段地图结构清晰明了，但该方法假设建筑环境都满足曼哈顿世界，并使用??ＥＫＦ算法做状态估计与更新
佳视点的几何度量算法，避免了单一度量算法的局限性。??１．３本文的研究思路??本文采用旋翼无人机对输电线路进行智能化巡检的过程如图１－３所示，包??括以下内容：????????？??喔剛＝无人机定位ｎ澀?????Ｘ??Ｉ?（?＾?）??ｆｔ照规⑨路径’?奸塔返＾?（??进行巡检?视点规划?／?—）??巡检航迹规划?杆塔巡检?＾＾??图１－３智能巡检过程??Ｆｉｇ．?１－３?Ｔｈｅ?ｏｖｅｒａｌｌ?ｏｆｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ?ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ??１２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于单目视觉的同时定位与地图构建方法综述[J]. 刘浩敏,章国锋,鲍虎军. 计算机辅助设计与图形学学报. 2016(06)
[2]一种机载LiDAR点云电力线三维重建方法[J]. 林祥国,段敏燕,张继贤,臧艺. 测绘科学. 2016(01)
[3]特征自适应的三维模型最优视点提取[J]. 刘志,马骏,潘翔. 计算机辅助设计与图形学学报. 2014(10)
[4]基于图优化的同时定位与地图创建综述[J]. 梁明杰,闵华清,罗荣华. 机器人. 2013(04)
[5]利用无人直升机巡检输电线路[J]. 厉秉强,王骞,王滨海,张海龙,韩磊. 山东电力技术. 2010(01)
博士论文
[1]机器人认知地图创建关键技术研究[D]. 梁明杰.华南理工大学 2014
[2]高压输电线路自主巡检机器人的研究[D]. 李正.上海大学 2013
[3]室内未知环境线段特征地图构建[D]. 熊蓉.浙江大学 2009
硕士论文
[1]无人机电力巡检及三维模型重建技术研究[D]. 马青岷.山东大学 2017
[2]基于增量平滑的移动机器人同时定位与地图构建的研究[D]. 储明帅.北京交通大学 2016
[3]飞行机器人电塔巡检中安全检视区域的计算方法研究[D]. 金璐.华北电力大学(北京) 2016
[4]基于结构线条的视觉SLAM方法[D]. 周慧中.上海交通大学 2015
[5]基于递增平滑与构图的机器人自主导航算法研究[D]. 陈青青.中国海洋大学 2013
[6]面向电力杆塔的飞行机器人局部视点优选方法[D]. 董蕊芳.华北电力大学 2013
本文编号：3366193
【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１无人机对输电线路进行巡检??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｈｅ?ＵＡＶｓ?ｂａｓｅｄ?ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ?ｌｉｎｅ?ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ??
其是对于那些人造建筑场景，线特征具有明显的优势；此外，图像中线特征的??匹配较点特征具有较好的光照不变性，且不易受视点变化的影响，更有利于进??行数据关联图１－２对比了两种特征的效果，（ａ）图是一张办公室桌子的场??景，（ｂ）图为采用线特征构建的地图，可以看出，线特征提供了更加直观的环??境地图，桌子、书籍及收纳盒等特征容易辨别出来；而（ｃ）图为采用点特征构??建的地图，从图中无法直观地看出场景的内容。??两．．．??（ａ）场景?（ｂ）线特征构建的地图?（ｃ）点特征构建的地图??（ａ）?Ｔｈｅ?ｓｃｅｎｅ?（ｂ）?Ｌｉｎｅ－ｂａｓｅｄ?ｍａｐｐｉｎｇ?ｒｅｓｕｌｔ?（ｃ）?Ｐｏｉｎｔ－ｂａｓｅｄ?ｍａｐｐｉｎｇ?ｒｅｓｕｌｔ??图１－２点特征和线特征构建的地图对比??Ｆｉｇ．?１－２?Ｔｈｅ?ｃｏｍｐａｒｉｓｉｏｎ?ｏｆ?ｌｉｎｅ?ａｎｄ?ｐｏｉｎｔ?ｂａｓｅｄ?ｍａｐｐｉｎｇ?ｒｅｓｕｌｔｓ??对于基于线特征的ＶＳＬＡＭ，目前大部分都采用基于滤波器的方法，如文献??［５?２?－?５?５?］都使用扩展卡尔曼滤波方法，文献［５?６?］则采用基于粒子滤波的线段地图??构建方法；周慧中％］提出＿广基于结构化直线的室内单目ＳＬＡＭ方法，构建的三??维线段地图结构清晰明了，但该方法假设建筑环境都满足曼哈顿世界，并使用??ＥＫＦ算法做状态估计与更新
佳视点的几何度量算法，避免了单一度量算法的局限性。??１．３本文的研究思路??本文采用旋翼无人机对输电线路进行智能化巡检的过程如图１－３所示，包??括以下内容：????????？??喔剛＝无人机定位ｎ澀?????Ｘ??Ｉ?（?＾?）??ｆｔ照规⑨路径’?奸塔返＾?（??进行巡检?视点规划?／?—）??巡检航迹规划?杆塔巡检?＾＾??图１－３智能巡检过程??Ｆｉｇ．?１－３?Ｔｈｅ?ｏｖｅｒａｌｌ?ｏｆｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ?ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ??１２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于单目视觉的同时定位与地图构建方法综述[J]. 刘浩敏,章国锋,鲍虎军. 计算机辅助设计与图形学学报. 2016(06)
[2]一种机载LiDAR点云电力线三维重建方法[J]. 林祥国,段敏燕,张继贤,臧艺. 测绘科学. 2016(01)
[3]特征自适应的三维模型最优视点提取[J]. 刘志,马骏,潘翔. 计算机辅助设计与图形学学报. 2014(10)
[4]基于图优化的同时定位与地图创建综述[J]. 梁明杰,闵华清,罗荣华. 机器人. 2013(04)
[5]利用无人直升机巡检输电线路[J]. 厉秉强,王骞,王滨海,张海龙,韩磊. 山东电力技术. 2010(01)
博士论文
[1]机器人认知地图创建关键技术研究[D]. 梁明杰.华南理工大学 2014
[2]高压输电线路自主巡检机器人的研究[D]. 李正.上海大学 2013
[3]室内未知环境线段特征地图构建[D]. 熊蓉.浙江大学 2009
硕士论文
[1]无人机电力巡检及三维模型重建技术研究[D]. 马青岷.山东大学 2017
[2]基于增量平滑的移动机器人同时定位与地图构建的研究[D]. 储明帅.北京交通大学 2016
[3]飞行机器人电塔巡检中安全检视区域的计算方法研究[D]. 金璐.华北电力大学(北京) 2016
[4]基于结构线条的视觉SLAM方法[D]. 周慧中.上海交通大学 2015
[5]基于递增平滑与构图的机器人自主导航算法研究[D]. 陈青青.中国海洋大学 2013
[6]面向电力杆塔的飞行机器人局部视点优选方法[D]. 董蕊芳.华北电力大学 2013
本文编号：3366193
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