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一种毫米波雷达里程计自主定位技术
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作者 吕轩凡 柳景斌 毛井锋 《测绘通报》 CSCD 北大核心 2024年第7期1-5,共5页
本文通过研究毫米波雷达的数据基本特性,提出了一种毫米波雷达里程计自主定位技术。该方法通过特征匹配的方式,对毫米波雷达图像提取AKAZE特征点,并基于雷达图像自身所具备的几何先验信息,提出了3种匹配约束条件,从而大大降低了特征点... 本文通过研究毫米波雷达的数据基本特性,提出了一种毫米波雷达里程计自主定位技术。该方法通过特征匹配的方式,对毫米波雷达图像提取AKAZE特征点,并基于雷达图像自身所具备的几何先验信息,提出了3种匹配约束条件,从而大大降低了特征点误匹配率,保证了传感器位姿和里程计解算的可靠性。在牛津雷达机器人数据集上的试验结果表明,本文方法在不引入局部建图和回环检测等优化策略的情况下,水平位移相对定位误差和航向角误差可分别降低至6.8%和0.89(°)/m,单帧的定位时间仅为0.081 s,为恶劣环境下的室内外导航定位提供了新的思路。 展开更多
关键词 雷达里程计 自动驾驶 毫米波雷达数据处理 特征匹配 几何先验约束
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基于激光雷达里程计的高速公路三维建模方法 被引量:4
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作者 黄炎 符锌砂 +1 位作者 曾彦杰 李百建 《华南理工大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期129-138,共10页
构建三维道路数字模型对智能车服务和道路管理具有重要意义。文中针对高速公路不同路段应用场景下车辆运行速度快、干扰噪声多、特征少和无回环检测辅助等一系列问题,提出一种以激光雷达信息为建模基础数据、激光雷达里程计与LOAM技术... 构建三维道路数字模型对智能车服务和道路管理具有重要意义。文中针对高速公路不同路段应用场景下车辆运行速度快、干扰噪声多、特征少和无回环检测辅助等一系列问题,提出一种以激光雷达信息为建模基础数据、激光雷达里程计与LOAM技术等多传感器融合的高速公路三维建模方法。首先,通过车载激光雷达获取道路场景的激光点云数据,使用激光雷达图像分割技术赋予每一个点有关构造物的标签,剔除道路上其他运动车辆的信息,减少建模噪声;其次,制定了一个精确的同步策略来对GNSS、IMU和激光雷达等传感器进行集成;在此基础上,结合惯性导航预积分结果、基于特征点云的位姿约束和RTK数据构建因子图,消除激光雷达里程计的累积误差,从而构建全局一致性的高速公路三维数字模型。为了保持姿态估计的有限数量,文中还引入了基于关键帧的滑动窗口优化策略。最后,分别采集高速公路场景中常见的3种路段(一般路段、桥梁和隧道路段)进行建模分析,结果表明,在具有挑战性的高速公路场景建模中,文中方法能够有效提高建模鲁棒性、精度以及模型有效性。 展开更多
关键词 激光雷达里程计 高速公路 三维建模 因子图优化
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基于平面特征的地面机器人雷达-惯性里程计外参标定方法 被引量:2
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作者 任家卫 徐晓苏 《仪器仪表学报》 北大核心 2025年第2期344-354,共11页
准确可靠的传感器外参标定方法是雷达-惯性融合系统实现高精度定位与导航的关键,然而,现有的标定方法大多依赖于惯性传感器三轴激励的获取,当雷达和惯性传感器安装在运动受限的地面机器人上时,现有的标定方法性能下降甚至无法标定。为... 准确可靠的传感器外参标定方法是雷达-惯性融合系统实现高精度定位与导航的关键,然而,现有的标定方法大多依赖于惯性传感器三轴激励的获取,当雷达和惯性传感器安装在运动受限的地面机器人上时,现有的标定方法性能下降甚至无法标定。为了解决这一问题,提出了一种基于雷达点云平面特征的地面机器人雷达-惯性里程计外参标定方法。该方法首先利用雷达点云中的平面特征建立残差,通过最小化雷达点到平面的距离迅速将外参收敛至较小的误差范围内。随后,基于八叉树结构,结合雷达点云的空间占用信息,进一步优化外参。最后利用地面分割算法将地面约束纳入标定过程,对平面运动时Z轴方向上无法约束的误差进行修正,从而获得完整的六自由度外参。实验结果表明,该方法在两组开源数据集上的标定精度显著优于其他算法,旋转角平均误差分别降低43.73%及36.47%,位移平均误差分别降低了76.33%及41.52%。在实车验证实验中,该方法在平地、崎岖不平的地形、狭窄的通道等各种场景中均成功完成标定,进一步验证了该方法在实际环境中的可靠性与鲁棒性。在定位精度分析实验中,以本研究标定结果为初参的FAST-LIO2算法的绝对轨迹均方根误差降低了6.54%左右,证明了该方法的实用性和准确性。 展开更多
关键词 雷达-惯性里程计 平面约束 地面机器人 标定 传感器融合
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基于点云特征的改进RANSAC地面分割算法 被引量:2
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作者 隋心 王思语 +4 位作者 罗力 陈志键 史政旭 张杰 郝玉婷 《导航定位学报》 CSCD 北大核心 2024年第1期106-114,共9页
针对室外复杂场景下,轻量级和地面优化的激光雷达里程计与测图(LeGO-LOAM)算法由于地面分割不精确而导致算法定位精度降低的问题,提出一种基于改进随机一致性采样(RANSAC)的多线程地面分割算法:相较于传统RANSAC算法,该算法舍弃从全部... 针对室外复杂场景下,轻量级和地面优化的激光雷达里程计与测图(LeGO-LOAM)算法由于地面分割不精确而导致算法定位精度降低的问题,提出一种基于改进随机一致性采样(RANSAC)的多线程地面分割算法:相较于传统RANSAC算法,该算法舍弃从全部原始数据中随机选取种子点拟合地面模型的迭代方式,首先利用点云高程、曲率等点特征信息挑选出所有小于高程、曲率等阈值的种子点以构建种子点集合,并根据种子点集合中的种子点数量判断是否需要多线程处理;然后根据判断结果从种子点集合中选择种子点子集进行地面拟合;最后比较各地面模型所包含的点云数量以获得最优地面模型参数以及地面点云集;地面分割精度的提高有效地降低了LeGO-LOAM算法的定位误差。实验结果表明,在室外复杂场景下所提出的地面分割算法分割效果更好,杂点更少;相较于原LeGO-LOAM算法,改进算法的定位误差降低至3.73 m,平面均方根误差降低了20.8%。 展开更多
关键词 轻量级和地面优化的激光雷达里程计与测图(LeGO-LOAM) 随机一致性采样(RANSAC) 地面分割 室外定位
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旋转捷联惯导系统辅助的多线激光雷达新型SLAM方法 被引量:2
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作者 吕润 李冠宇 +3 位作者 亓霈 钱伟行 汪澜泽 冯太萍 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2022年第S02期961-965,共5页
针对惯性传感器精度低下影响基于激光雷达/惯性信息融合的同时定位与建图(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)技术性能的问题,提出了一种旋转捷联惯导系统辅助下的多线激光雷达SLAM优化方案。该方案探讨了基于模糊自适应卡尔... 针对惯性传感器精度低下影响基于激光雷达/惯性信息融合的同时定位与建图(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)技术性能的问题,提出了一种旋转捷联惯导系统辅助下的多线激光雷达SLAM优化方案。该方案探讨了基于模糊自适应卡尔曼滤波的旋转捷联惯导对准方法,在载体运动过程中完成载体姿态与惯性传感器误差的实时修正;在此基础上,将修正后的惯性传感器数据与激光雷达点云数据进行紧耦合模式下的信息融合,以提高载体在复杂场景中运动时定位与建图的精度和实时性。实验结果表明,基于旋转惯导与多线激光雷达信息融合的SLAM方案,在保证运算实时性的同时,有效提高了激光雷达/惯性里程计的定位性能,以及点云地图的准确性。 展开更多
关键词 旋转惯导 模糊自适应卡尔曼滤波 多线激光雷达 同步定位与建图 激光雷达/惯性里程计
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基于平面特征的LIO增强GNSS RTK定位性能研究 被引量:1
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作者 孙之远 李星星 +1 位作者 汪世文 李圣雨 《导航定位学报》 CSCD 北大核心 2024年第1期12-20,共9页
针对应用单一传感器的智能导航定位技术在城市复杂环境下难以满足准确、无缝和稳定性能要求的问题,提出一种基于平面特征的雷达惯性里程计(LIO)增强全球卫星导航系统(GNSS)实时动态定位技术(RTK)定位性能的方法:通过滑动窗口构建多帧激... 针对应用单一传感器的智能导航定位技术在城市复杂环境下难以满足准确、无缝和稳定性能要求的问题,提出一种基于平面特征的雷达惯性里程计(LIO)增强全球卫星导航系统(GNSS)实时动态定位技术(RTK)定位性能的方法:通过滑动窗口构建多帧激光雷达(LiDAR)平面特征的关联;并将RTK与LIO在位置域层面直接融合;最后在开阔环境和城市环境中进行实验。结果表明,RTK/惯性导航系统(INS)/LiDAR组合系统能够在GNSS挑战环境中达到分米级精度;同时,在LiDAR平面特征的约束下,该方法速度和姿态的估计性能也可得到改善。 展开更多
关键词 多传感器融合 实时动态差分定位技术(RTK) 激光雷达(LiDAR) 雷达惯性里程计(LIO) 惯性导航系统(INS)
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基于改进Gmapping算法的果园二维环境地图精准构建 被引量:6
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作者 薛金林 王培晓 +1 位作者 周俊 程峰 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期26-34,55,共10页
果树树冠的季节性变化及果树成长和衰老造成的果树特征变化会影响已构建的果园三维环境地图的匹配,故本文提出一种基于改进Gmapping算法的果园二维环境地图精准构建算法。首先该算法对Gmapping算法的前端里程计和后端优化部分分别进行改... 果树树冠的季节性变化及果树成长和衰老造成的果树特征变化会影响已构建的果园三维环境地图的匹配,故本文提出一种基于改进Gmapping算法的果园二维环境地图精准构建算法。首先该算法对Gmapping算法的前端里程计和后端优化部分分别进行改进,以提高果园二维环境地图的构建精度。对于前端里程计部分采用改进的R-GPF地面分割方法提高其初始定位精度,对于后端优化部分采用BAT启发式自适应重采样方法提高其最终定位精度。然后进行梨园环境对比试验。通过改进R-GPF方法与原始R-GPF方法的对比,改进R-GPF方法的激光雷达里程计输出频率可达到15.58 Hz,最大横向偏差小于25 cm,横向偏差均值为12.7 cm,标准差为13.4 cm,其各方面性能都优于原R-GPF方法的激光雷达里程计。通过新算法与基于原R-GPF的Gmapping算法对比,新算法所得的梨树列间距离偏差始终保持在20 cm范围内,行间距离偏差均值为10.3 cm,标准差为6.3 cm,比基于原R-GPF的Gmapping算法分别减小50%、43.41%和32.26%;同时,梨树行间距离偏差相对于里程计横向偏差的减小侧面反映出后端BAT启发式自适应重采样方法的有效性。本文提出的算法能够提高果园二维地图构建精度,可以满足后续重定位、导航等作业的精度要求。 展开更多
关键词 果园 二维地图 地面分割 激光雷达里程计 BAT自适应重采样
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一种显式几何特征匹配的激光雷达SLAM方法
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作者 张红彦 赵昊阳 +3 位作者 赵焕峰 李念轩 孙钦政 黄玲涛 《中国机械工程》 2025年第8期1824-1831,共8页
目前多数LiDAR-SLAM系统采用前端里程计估计初始位姿和后端优化位姿的方法,缺少批量的后端优化方案。针对此问题,提出了一个完整的基于显式几何特征的激光雷达同时定位与建图(SLAM)系统。采用凝聚层次聚类方法实现平面特征点云平面分割... 目前多数LiDAR-SLAM系统采用前端里程计估计初始位姿和后端优化位姿的方法,缺少批量的后端优化方案。针对此问题,提出了一个完整的基于显式几何特征的激光雷达同时定位与建图(SLAM)系统。采用凝聚层次聚类方法实现平面特征点云平面分割并通过计算点云的局部曲率值筛选直线特征点;通过配准点云特征和特征子地图实现激光雷达运动的初始位姿估计;采用基于直线和平面基元的局部状态优化方法,基于因子图模型融合了直线因子和平面因子,通过最小化直线到直线和平面到平面的残差,实现了位姿、直线和平面参数的联合批量优化。实验结果表明,所提SLAM系统在其他场景下也能实现较高精度的定位和地图构建,满足SLAM的实时性要求。 展开更多
关键词 同时定位与建图 激光雷达里程计 特征提取 非线性优化
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基于级联优化和强度特征的地下退化环境机器人自主精准定位 被引量:1
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作者 崔玉明 刘送永 +2 位作者 吕振礼 李洪盛 王崧全 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期208-216,共9页
随着国家深地能源战略和地下基础工程的部署展开,自主移动机器人在地下矿山、工程隧道和地下管道等领域的需求快速增长。地下自主作业机器人所处环境复杂,普遍面临卫星定位信号拒止和场景退化特征,导致机器人位姿状态估计误差漂移严重... 随着国家深地能源战略和地下基础工程的部署展开,自主移动机器人在地下矿山、工程隧道和地下管道等领域的需求快速增长。地下自主作业机器人所处环境复杂,普遍面临卫星定位信号拒止和场景退化特征,导致机器人位姿状态估计误差漂移严重、环境地图构建扭曲变形。针对地下退化环境机器人状态估计不完备的问题,提出一种精准、鲁棒的激光雷达-惯性同时定位与建图(SLAM)框架和方法,组合惯性里程计和激光雷达-惯性里程计级联优化过程,并在激光雷达点云特征匹配中引入强度特征降低点云几何特征稀疏引起的匹配误差,并通过退化检测引入正确的约束方向,保证位姿估计信息的鲁棒性和准确性。公开数据集和现场巷道实验结果表明,所提方法在精度、鲁棒性方面均有出色表现,在地下巷道退化环境的定位精度可达0.03 m,可为地下退化环境机器人提供可靠的状态估计和环境描述。 展开更多
关键词 自主定位 激光雷达-惯性里程计 强度特征 级联优化
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