基于双目视觉的自主勘探车辆通过性研究

发布时间：2020-01-23 22:21

【摘要】：自主勘探设备在当今许多勘探工作中，起到非常重要的作用，自主勘探车辆也随之应运而生。双目立体视觉技术是目前常用的一种环境感知技术，在智能驾驶、精密测量及航天探测等领域得到广泛应用。利用双目立体视觉技术感知行驶环境，对自主勘探车辆通过性进行研究，有利于今后自主勘探车辆的发展与推广。本文利用双目立体视觉技术对自主勘探车辆行驶环境进行感知。详细介绍了双目立体视觉的原理及相关技术，对双目系统的标定、图像预处理、立体匹配及三维信息恢复等技术作了详细的论述。然后，通过实验说明了利用这些技术，感知行驶环境的可行性。然后，根据感知的环境三维数据，建立行驶环境的数字高程地形图。利用基于窗口的邻域分析法对环境数字高程图进行分析，提取地形坡度、起伏度等相关地形因子，将提取的地形因子与自主勘探车辆行驶极限尺寸对比。在此基础上，提出了地形通行量度的概念，来评价通行的难易程度；然后，对感兴趣区域进一步提取路面不平度曲线，将感兴趣区域划分为阶跃路面、坡度路面及平滑路面三种类型。完成对不规则路面的分级，为后续给出通行极限车速奠定了基础。本文还分析了与车辆通过性有关的越障模型及越障稳定性模型，得出了车辆越障的极限尺寸。根据自主勘探车辆及车载设备在行驶过程中，对振动量的要求，分析了整车七自由度行驶动力学振动模型。然后，根据自主勘探车辆行驶通过性及平顺性相关要求，提出了相应的通行控制策略。最后，选取某矿用车辆作为样车进行仿真分析。结合车辆相关参数，利用Simulink搭建了整车七自由度振动模型，并利用MatlAB编程，搭建了越野平滑路面、越野阶跃路面及越野坡度路面模型，，通过与其他文献给出的仿真结果对比，验证了所建模型的正确性。然后，将各级越野路面作为输入进行仿真分析，根据垂直振动加速度的限制要求，得出了各级路面的极限行驶车速。最后，利用双目立体摄像机拍摄分别带有越野平滑路面、越野阶跃路面及越野坡度路面的场景，恢复三维信息，进行通行性分析。发现恢复出的场景点云图及数字高程模型都比较准确，基本反映了场景的真实情况；所得到的通行量度图中，平滑区域通行量度值较高，一般都在0.8以上，通行相对容易，而较大凸起或坡度较大的斜坡部分，通行量度值都比较低，通行较困难，较好地反映了场景的通行情况；对三种场景提取的路面不平度曲线对路面分级后，利用相应路面下的极限行驶车速进行仿真，发现平滑路面下，仿真得到的质心加速度均方根值为0.24m/s2，阶跃路面和坡度路面下，车身质心处的最大垂向加速度分别为2.26m/s2和2.32m/s2，都在允许的限值加速度范围内，说明给定的极限行驶车速对自主勘探车辆通行具有一定的指导意义，进而验证了本文利用双目立体视觉技术感知行驶环境，并对自主勘探车辆行驶环境通过性预判的思路是可行的。本文的研究思路可以为后续自主勘探车辆通过性方面的研究提供参考，具有一定的工程研究指导意义。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P624;TP391.41

【参考文献】