管道无人机三维信息感知关键技术研究

发布时间：2021-05-08 08:54

　　在过去的几十年里,我国科技与工业实现了突飞猛进的发展,为了满足发展需求实施了大量的地下管道工程。由于管道工程复杂,需要定期检查维护,传统的人工检查方法耗时、耗力,而且对检查人员存在很大的潜在危险。针对以上问题,利用无人机机动便捷的特点,研究设计一款融合IMU、激光雷达等多种传感器信息的管道内三维信息感知无人机,同时根据管道环境差异研究搭配不同传感器类型的管道无人机三维信息感知方法,并进行了实验验证。首先,构建了管道三维信息感知无人机系统。根据管道环境的特点、作业需求以及无人机的负载能力,搭建无人机软硬件平台,选用激光雷达、IMU和嵌入式处理平台Jetson TX2作为三维环境感知单元。其次,针对管道环境中光照条件不理想的问题,提出了一种基于三维激光雷达的管道环境三维信息感知方法。通过分析比较多种基于三维点云数据的同步建图与定位方法,选取基于图优化的定位与建图方法对无人机获取的模拟管道环境三维数据进行处理,构建了三维栅格地图,实现对管道环境的三维信息感知。然后,针对无人机载荷受限条件下三维激光雷达的功耗高、重量大的问题,提出了一种基于双二维激光雷达的管道环境三维信息感知方法。系统通过水平... 

【文章来源】：西南科技大学四川省

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 基于不同传感器的环境信息感知
        1.2.2 基于SLAM技术的环境信息感知
        1.2.3 类管道环境下无人机三维信息感知
        1.2.4 真实管道环境下无人机三维信息感知
    1.3 研究内容
    1.4 论文章节安排
2 管道三维信息感知无人机系统架构
    2.1 系统整体架构
    2.2 系统硬件设计
        2.2.1 飞行控制系统硬件设计
        2.2.2 信息采集系统硬件设计
    2.3 激光雷达观测模型
        2.3.1 三维激光雷达观测模型
        2.3.2 二维激光雷达观测模型
    2.4 本章小结
3 基于三维激光雷达的三维信息感知
    3.1 三维激光SLAM算法测试分析
        3.1.1 BLAM算法
        3.1.2 LOAM算法
        3.1.3 HDL Graph SLAM算法
        3.1.4 三维激光雷达SLAM算法方案选择
    3.2 管道环境下HDL Graph SLAM算法
        3.2.1 顶点和边的管理
        3.2.2 点云滤波
        3.2.3 关键帧
        3.2.4 前端里程计
        3.2.5 地面检测
        3.2.6 闭环检测
    3.3 三维激光雷达的三维信息感知
    3.4 本章小结
4 基于二维激光雷达的三维信息感知
    4.1 二维激光雷达三维信息感知方案设计
    4.2 水平方向二维激光雷达的信息感知
        4.2.1 水平方向二维激光SLAM方案选择
        4.2.2 管道环境下Cartographer算法
        4.2.3 模拟管道环境下水平面信息感知效果
    4.3 竖直方向二维激光雷达的信息感知
    4.4 本章小结
5 系统整体实验测试
    5.1 无人机飞行控制系统实验测试
        5.1.1 飞行器姿态控制实验测试
        5.1.2 飞行器位置控制实验测试
    5.2 模拟管道环境内无人机三维信息感知实验
        5.2.1三维激光雷达模拟管道三维感知实验
        5.2.2二维激光雷达模拟管道三维感知实验
        5.2.3模拟管道三维感知对比实验
    5.3 真实管道环境下无人机三维信息感知实验
    5.4 本章小结
结论
致谢
参考文献
攻读学位期间取得的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]SLAM室内三维重建技术综述[J]. 危双丰,刘振彬,赵江洪,庞帆.  测绘科学. 2018(07)
[2]农用植保无人机的研究现状及趋势[J]. 娄尚易,薛新宇,顾伟,崔龙飞,周晴晴,王昕.  农机化研究. 2017(12)
[3]无人机低空遥感技术应用[J]. 吴永亮,陈建平,姚书朋,徐彬.  国土资源遥感. 2017(04)
[4]无人机演变与发展研究综述[J]. 卢俊文,王倩营.  飞航导弹. 2017(11)
[5]消防无人机研究与应用前景分析[J]. 南江林.  消防科学与技术. 2017(08)
[6]利用双边滤波法进行点云去噪的试验与分析[J]. 马先明,李永树,谢嘉丽.  测绘通报. 2017(02)
[7]飞行器控制面临的机遇与挑战[J]. 陈宗基,张汝麟,张平,周锐.  自动化学报. 2013(06)

硕士论文
[1]面向隧道内自主侦察无人机系统设计[D]. 陈林.西南科技大学 2019
[2]基于激光雷达的三维重建研究[D]. 蔡文娜.天津理工大学 2018



本文编号：3175045