非结构化环境下基于占据预测的可通行性分析

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作者 刘镇 孙振 +2 位作者 孙哲 金澄 裴凌 《南京信息工程大学学报》 北大核心 2025年第4期557-565,共9页

为了实现在非结构化环境中的自主导航,无人车需要对地面进行可通行性分析.当前有基于激光雷达和视觉的方法对环境进行可通行性分析,但激光雷达方案受点云稀疏和成本高的限制,传统视觉方案无法有效捕捉和表达场景的三维空间状况.针对这... 为了实现在非结构化环境中的自主导航,无人车需要对地面进行可通行性分析.当前有基于激光雷达和视觉的方法对环境进行可通行性分析,但激光雷达方案受点云稀疏和成本高的限制,传统视觉方案无法有效捕捉和表达场景的三维空间状况.针对这些挑战,本文首次提出基于占据预测(Occupancy Prediction)的非结构化环境可通行性分析方法WildOcc.WildOcc从单目RGB图像提取多尺度特征,将3D占据标签投影到图像中,采用道路注意力机制融合信息,得到3D特征后,再经过解码器和语义分割头输出可通行区域.为了准确估计环境的三维可通行性,WildOcc使用3D占据标签进行监督.由于非结构化环境点云数据的稀疏性,本文设计了数据增强模块生成稠密占据标签(Dense Label Generate,DLG),来提高监督结果的准确性.基于DLG模块制作了首个非结构化环境下占据预测的数据集Occ-Traversability,在该数据集上进行的综合实验表明:相对于为结构化环境设计的占据预测方法,WildOcc平均交并比(mIoU)提升0.95个百分点;同时,DLG模块使mIoU提升0.76个百分点,有效提升了预测的准确性. 展开更多

关键词 可通行性分析 非结构化环境 占据预测 自主导航

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基于多尺度特征融合提取的调制样式识别算法

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作者 杨嘉豪 张东坡 何劲 《信号处理》 北大核心 2025年第3期494-503,共10页

调制样式识别技术是通信信号侦查的重要组成部分,是对未知通信信号进行分类识别、信息提取的重要前提。现有的基于深度学习调制样式识别方法在低信噪比情况下特征提取能力较差,针对这一问题,本文提出了一个基于多尺度特征融合提取的信... 调制样式识别技术是通信信号侦查的重要组成部分,是对未知通信信号进行分类识别、信息提取的重要前提。现有的基于深度学习调制样式识别方法在低信噪比情况下特征提取能力较差,针对这一问题,本文提出了一个基于多尺度特征融合提取的信号调制样式识别算法。算法利用由多个不同大小的卷积核构成的多尺度卷积模块提取信号的多尺度特征,并通过卷积层融合特征,提取出信号调制样式信息的关键特征,随后通过由多头自注意力机制构成的全局特征提取模块提取信号的全局特征,并通过平均池化层和全连接层实现调制样式分类。为了优化网络参数与运算复杂度,本文提出利用组卷积方式代替普通卷积简化模型。实验结果表明,在RadioML2016.10a数据集上,所提方法可以准确识别各个调制类型,在高信噪比下大部分调制类型的识别准确率高于95%;相较于现有的神经网络识别方法,所提方法的识别率提升了1.47%~7.26%,且在较低信噪比下(-6 dB~0 dB)识别率提升了4.73%~9.09%,体现出更好的抗噪性能;与利用普通卷积方式构建网络相比,采用组卷积方式可以在识别性能相差不大的情况下将网络参数量及运算量分别减小38.9%和54.9%。同时设计了消融实验验证所提算法各个模块对识别性能的提升。实验结果验证了所提算法在分类精度和抗噪性能方面的有效性。 展开更多

关键词 调制样式识别 卷积神经网络 多头注意力机制 组卷积

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融合视惯RTK的非接触高精度点位测量方法 被引量：2

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作者 裴凌 邓怡琳 +3 位作者 李涛 刘国庆 计洁 王超 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第7期663-670,680,共9页

为解决信号受遮挡或物理不可达区域的高精度点位测量问题,提出了一种融合视惯和实时差分定位(RTK)信息的非接触高精度点位测量方法。首先,利用由RTK测定的相机位置信息,在增量式重建中将相机位姿和特征点空间位置配准到全球地理坐标系下... 为解决信号受遮挡或物理不可达区域的高精度点位测量问题,提出了一种融合视惯和实时差分定位(RTK)信息的非接触高精度点位测量方法。首先,利用由RTK测定的相机位置信息,在增量式重建中将相机位姿和特征点空间位置配准到全球地理坐标系下;其次,在全局优化中引入视觉重投影误差、RTK测定的相机位置、惯性测量单元测定的相机姿态作为约束,以提升特征点空间位置的测量精度;最后,将图像中的特征点坐标从像平面坐标系映射到全球地理坐标系下,实现对场景中特征点位坐标的非接触性测量。与OpenMVG的对比实验表明:所提方法在3m和5m距离处的非接触性点位测量精度分别提高了87.25%和75.88%,验证了其在非接触性点位测量问题上的高精度。 展开更多

关键词 点位测量 视觉/IMU/RTK 光束平差法 增量式运动恢复结构算法

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复杂场景下基于无人平台的视觉/惯性/超宽带数据集 被引量：1

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作者 罗豪龙 杨子迪 +3 位作者 李雪强 邹丹平 李建胜 李广云 《测绘通报》 CSCD 北大核心 2024年第9期87-95,共9页

基于多源传感器融合的导航和SLAM技术是当前发展的主流方向,其在复杂场景下的研究和应用日益受到广泛关注。然而,面向复杂场景下的多源传感器数据集相对较少,特别是包含超宽带(UWB)传感器的数据集更是稀缺。为了方便用户在复杂场景下进... 基于多源传感器融合的导航和SLAM技术是当前发展的主流方向,其在复杂场景下的研究和应用日益受到广泛关注。然而,面向复杂场景下的多源传感器数据集相对较少,特别是包含超宽带(UWB)传感器的数据集更是稀缺。为了方便用户在复杂场景下进行多源传感器融合算法的测试验证,深入挖掘多源传感器融合和SLAM技术的不足、潜在发展方向,本文首先依托无人车和无人机平台,在动态场景、非视距场景、大尺度场景等7种复杂场景下实现了视觉/惯性/超宽带的数据集采集;然后,通过高精度的光学运动捕捉系统为数据集提供实时的六自由度真实位置和姿态;最后,利用当前先进的VINS-MONO、VINS-FUSION、VIR-SLAM和ORB-SLAM34种开源算法,对所有场景序列进行了试验验证和分析。试验结果表明,所有场景序列的数据均有效可用。 展开更多

关键词 多源传感器融合 数据集 复杂场景 超宽带 无人平台

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基于视觉和毫米波雷达的车道级定位方法 被引量：8

5

作者 赵翔 杨明 +1 位作者 王春香 王冰 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期33-38,共6页

提出了一种基于视觉和毫米波雷达的车道级定位方法.利用机器视觉方法,通过摄像头检测车道线,并用圆曲线模型进行拟合;采用毫米波雷达检测道路两旁的静止护栏边沿,以获取道路的边界信息,采用低精度全球定位系统(GPS)获取当前道路信息,并... 提出了一种基于视觉和毫米波雷达的车道级定位方法.利用机器视觉方法,通过摄像头检测车道线,并用圆曲线模型进行拟合;采用毫米波雷达检测道路两旁的静止护栏边沿,以获取道路的边界信息,采用低精度全球定位系统(GPS)获取当前道路信息,并对比车道线与道路边沿的相对位置关系,从而进行车道级定位.结果表明,针对中、高速城市道路及高速公路场景,所提出的车道级定位方法的定位效果较好. 展开更多

关键词 车道线 道路边沿 车道级定位 毫米波雷达 全球定位系统

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多源融合定位算法综述 被引量：9

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作者 裴凌 李涛 +1 位作者 花彤 郁文贤 《南京信息工程大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2022年第6期635-648,共14页

随着机器人、无人车等自主导航系统的大量涌现,定位导航技术在最近20年得到迅猛发展,用户对新一代的定位导航技术提出了新的要求,即在任意环境、任意时刻、任意平台都能具备可靠的定位导航能力.多源融合定位算法是实现该目标的唯一有效... 随着机器人、无人车等自主导航系统的大量涌现,定位导航技术在最近20年得到迅猛发展,用户对新一代的定位导航技术提出了新的要求,即在任意环境、任意时刻、任意平台都能具备可靠的定位导航能力.多源融合定位算法是实现该目标的唯一有效途径.本文从传感器观测模型、环境场景模型、载体运动行为模型出发,综述了卫星导航、惯性导航、视觉传感器、激光雷达单一传感器的定位方法,分析了定位导航运行的环境场景对多源融合定位的影响,以及载体运动行为对定位的影响.最后,从融合框架层面将多源融合定位算法分为优化和滤波两大类进行深入分析. 展开更多

关键词 多源融合 定位导航 同步定位与建图

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基于体素格尺度不变特征变换的快速点云配准方法 被引量：5

7

作者 郭杭 漆钰晖 +2 位作者 裴凌 陈春旭 朱一帆 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第1期77-82,共6页

以三维激光雷达为主的多源融合同步定位与建图技术是无人系统室内外无缝定位的研究热点,点云配准是其中重要环节。为了提高点云配准效率,提出一种基于体素格尺度不变特征变换的快速点云配准方法。首先,基于点云体素格提取尺度不变特征... 以三维激光雷达为主的多源融合同步定位与建图技术是无人系统室内外无缝定位的研究热点,点云配准是其中重要环节。为了提高点云配准效率,提出一种基于体素格尺度不变特征变换的快速点云配准方法。首先,基于点云体素格提取尺度不变特征变换的特征点,完成初始配准;然后利用随机抽样一致算法剔除边缘匹配点并优化初始变换参数;最后基于优化初始变换参数,采用K维树近邻搜索法,结合最近邻点迭代配准算法完成原始点云数据的快速精确配准。对开源数据集以及实际采集的6个典型场景数据的测试表明,该方法的平均配准时间较传统最近邻点迭代配准算法缩短了78%。实验结果表明了该方法的有效性。 展开更多

关键词 三维激光点云 体素格 尺度不变特征变换 点云配准 最近邻点迭代

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基于智能终端的移动机器人室内外无缝定位方法 被引量：18

8

作者 赵国旗 杨明 +1 位作者 王冰 王春香 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期13-19,共7页

提出了一种移动机器人室、内外无缝定位方法,利用全球定位系统(GPS)、惯性导航单元(IMU)和蓝牙信标(iBeacon)作为传感器,通过智能终端的惯性传感器对准建立移动机器人运动模型,推导出系统状态方程和观测方程;利用iBeacon/IMU和GPS/IMU... 提出了一种移动机器人室、内外无缝定位方法,利用全球定位系统(GPS)、惯性导航单元(IMU)和蓝牙信标(iBeacon)作为传感器,通过智能终端的惯性传感器对准建立移动机器人运动模型,推导出系统状态方程和观测方程;利用iBeacon/IMU和GPS/IMU组合导航系统的观测噪声建立系统的非线性模型,采用粒子滤波作为交互式多模型匹配模滤波器,针对模型切换频繁引入的不匹配模型竞争,采用误差压缩率的加权幂在线调整Markov参数.结果表明,与传统的交互式多模型粒子滤波(IMM-PF)算法、单模型算法和交互式多模型卡尔曼滤波(IMM-KF)算法相比,所提出的方法在观测噪声干扰的情况下可以自动调整系统模型,减小了不匹配模型的影响,提高了定位精度,实现了移动机器人的室内、外无缝定位. 展开更多

关键词 移动机器人 无缝定位 交互式多模型 粒子滤波 蓝牙信标

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一种基于轮廓匹配的仓储机器人托盘检测方法 被引量：10

9

作者 武文汉 杨明 +1 位作者 王冰 王春香 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期197-202,共6页

对托盘的检测是仓储机器人进行货物搬运的关键步骤.针对当前检测方法光照鲁棒性不强、受托盘与传感器之间相对位姿的约束等问题,提出一种基于点云平面轮廓匹配的检测方法.该方法使用ToF(Time-of-Flight)相机采集点云;点云经预处理后,使... 对托盘的检测是仓储机器人进行货物搬运的关键步骤.针对当前检测方法光照鲁棒性不强、受托盘与传感器之间相对位姿的约束等问题,提出一种基于点云平面轮廓匹配的检测方法.该方法使用ToF(Time-of-Flight)相机采集点云;点云经预处理后,使用以法线为约束的区域生长算法进行平面分割,并沿其主法线方向投影生成栅格图,解决受相对位姿约束的问题;最后在对栅格图进行轮廓提取后,利用融合Hu不变矩和尺度比例特征的轮廓特征进行目标与模板的匹配,实现对托盘的检测.实验结果表明,该方法在光照不同、托盘位姿不定等场景下均具有高识别率和强鲁棒性. 展开更多

关键词 托盘检测 ToF相机 HU不变矩 轮廓匹配

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基于V视差的地形高程栅格图快速构建方法 被引量：3

10

作者 袁伟 杨明 +2 位作者 邓琉元 王春香 王冰 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期1-6,共6页

采用V视差方法对视差图进行预处理,以获取地形的有效重构区域,并避免重构不可通行区域;通过融合惯性测量单元与里程计的数据来更新高程栅格图,并结合中值滤波和邻域栅格滤波来平滑高程栅格图,实现了3维地形高程栅格图的快速构建.结果表... 采用V视差方法对视差图进行预处理,以获取地形的有效重构区域,并避免重构不可通行区域;通过融合惯性测量单元与里程计的数据来更新高程栅格图,并结合中值滤波和邻域栅格滤波来平滑高程栅格图,实现了3维地形高程栅格图的快速构建.结果表明,所用方法具有较好的实时性和准确性,仅需对有效重构区进行地形重构,重构效率较高. 展开更多

关键词 无人驾驶 越野地形 高程栅格图 V视差法 栅格滤波

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基于GNSS硬件在环的多源融合定位高逼真仿真方法 被引量：4

11

作者 夏宋鹏程 裴凌 +3 位作者 朱一帆 邹丹平 陈新 陈雷 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第2期265-272,共8页

基于多源融合的自主导航系统在实测中存在传感器配置的多样化、平台搭建与标定复杂、真值难以获取、测试场景难以复现、天气光照等环境变量难以控制等问题,传统的GNSS(Global Navigation Satellite Systems)仿真通常采用模拟器,GNSS与... 基于多源融合的自主导航系统在实测中存在传感器配置的多样化、平台搭建与标定复杂、真值难以获取、测试场景难以复现、天气光照等环境变量难以控制等问题,传统的GNSS(Global Navigation Satellite Systems)仿真通常采用模拟器,GNSS与其它传感器集成通常采用数字仿真的方法,难以反映真实场景信号。为此,提出一种基于GNSS硬件在环的多源融合导航高逼真仿真方法。以“虚幻”引擎(Unreal Engine)为三维场景渲染基础,设计了高逼真相机仿真模型和惯性传感器模型;设计了真实场景中频信号采集回放系统,构建了GNSS硬件在环仿真方法。实验结果表明了所提方法在传感器仿真上,虚拟相机几何一致性误差达到亚像素级,GNSS硬件在环仿真与实测结果的一致性达90%以上,各种工况下的仿真测试表明该方法在导航定位算法验证中具有快速、可复现等优点。 展开更多

关键词 高逼真仿真平台 多传感器融合 传感器仿真 GNSS硬件在环

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大场景光学运动捕捉系统标定方法研究 被引量：2

12

作者 罗豪龙 李建胜 +2 位作者 邹丹平 杨子迪 李广云 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期215-229,共15页

为解决大场景下光学运动捕捉系统精度检测困难的问题,提出利用全站仪标定大场景下光学运动捕捉系统定位精度的方法。首先在光学运动捕捉系统的四个分区域均匀选取若干公共点,其次利用同尺寸同心靶球解决全站仪和光学运动捕捉系统测量点... 为解决大场景下光学运动捕捉系统精度检测困难的问题,提出利用全站仪标定大场景下光学运动捕捉系统定位精度的方法。首先在光学运动捕捉系统的四个分区域均匀选取若干公共点,其次利用同尺寸同心靶球解决全站仪和光学运动捕捉系统测量点不一致的问题,之后通过全站仪和光学运动捕捉系统分别测量得到公共点的真实值和测量值,基于罗德里格矩阵的抗差最小二乘迭代方法计算全站仪坐标系到光学运动捕捉系统坐标系的位姿变换矩阵,最后坐标系统一并计算光学运动捕捉系统在分区域和整体区域下的定位精度。同时,基于该方法实现了度量运动捕捉系统和Vicon运动捕捉系统的外参标定。实验结果表明:光学运动捕捉系统在四个分区域的定位精度分别为2.385 mm、0.877 mm、1.787 mm、2.890 mm,整体区域下光学运动捕捉系统的定位精度为8.126 mm。说明大场景下光学运动捕捉系统的定位精度明显降低,验证了利用全站仪进行光学运动捕捉系统标定和运动捕捉系统外参标定的可行性和有效性。 展开更多

关键词 光学运动捕捉系统 全站仪 公共点 罗德里格矩阵 抗差最小二乘

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基于重力约束正态分布变换的室内3维地图重建方法 被引量：1

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作者 戚明旭 杨明 +1 位作者 王春香 王冰 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期26-32,共7页

提出一种基于改进正态分布变换的室内3维地图离线重建方法.通过加入重力方向约束来矫正地图形变,采用循环梯度配准方法提高配准成功率,并结合图优化的后端优化算法对所建地图进行优化.同时,采用摆动单线激光获取室内点云原始数据并进行... 提出一种基于改进正态分布变换的室内3维地图离线重建方法.通过加入重力方向约束来矫正地图形变,采用循环梯度配准方法提高配准成功率,并结合图优化的后端优化算法对所建地图进行优化.同时,采用摆动单线激光获取室内点云原始数据并进行实验,以验证所提方法的正确性.结果表明,利用该地图重建方法能够建立高精度的室内3维地图. 展开更多

关键词 室内3维地图 重建 重力约束 正态分布变换 循环梯度配准 图优化

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LINS-GNSS:滤波与优化耦合的GNSS/INS/LiDAR巡检机器人定位方法 被引量：1

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作者 文刚 周仿荣 +5 位作者 李涛 马御棠 裴凌 刘亚东 钱国超 潘浩 《南京信息工程大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2023年第1期85-93,共9页

为了能够更加灵活地执行变电站巡检任务,非固定线路的机器人巡检技术越来越受到关注.如何在复杂的变电站环境中实现高精度的定位是机器人在变电站执行巡检任务时需要解决的核心问题.单一传感器难以满足变电站可靠定位的要求,因此,本文... 为了能够更加灵活地执行变电站巡检任务,非固定线路的机器人巡检技术越来越受到关注.如何在复杂的变电站环境中实现高精度的定位是机器人在变电站执行巡检任务时需要解决的核心问题.单一传感器难以满足变电站可靠定位的要求,因此,本文设计了多传感器融合的LINS-GNSS定位方法.其前端基于迭代误差状态卡尔曼滤波框架将激光雷达和惯性导航进行紧耦合,在每次迭代中生成新的特征对应关系递归地校正估计状态.后端使用因子图优化的方法将卫星导航的定位结果与LINS后端输出的定位结果松耦合.优化过程中先将局部坐标系与全局坐标系对齐,再将卫星导航的位置约束作为先验边添加到后端的因子图中,最后将定位结果在全局坐标系下输出.为了评估LINS-GNSS系统在变电站环境中的性能,本文在实际变电站中进行了测试.实验结果表明,LINS-GNSS系统在变电站环境中可以达到优于0.5 m的定位精度,且比现有最佳算法LIO-SAM定位精度更高. 展开更多

关键词 多传感器融合 因子图优化 卡尔曼滤波 卫星导航 激光SLAM

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一种多维尺度分析到达时间差定位算法

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作者 王琳 蒋武扬 徐昌庆 《导航定位学报》 2014年第4期58-62,73,共6页

基于多维尺度分析的到达时间差定位算法是一种新型而高效的到达时间差定位算法,它通过多维尺度分析,将到达时间差定位问题建模为矩阵范数的最优化问题,然后通过子空间分析将该最优化问题转化为线性方程求解问题。指出该算法在推导过程... 基于多维尺度分析的到达时间差定位算法是一种新型而高效的到达时间差定位算法,它通过多维尺度分析,将到达时间差定位问题建模为矩阵范数的最优化问题,然后通过子空间分析将该最优化问题转化为线性方程求解问题。指出该算法在推导过程中的一处疏漏,即在转化为线性方程求解问题过程中,并不能通过标量积矩阵的正定性得到目标线性方程,因为标量积矩阵并非正定。针对二维定位的情形给出一种严格的证明。该证明针对位置坐标矩阵列向量的线性相关性进行分类,当该矩阵的列向量线性无关时,目标线性方程成立;而当该矩阵的列向量线性相关时,通过分析该矩阵的列秩和行秩,可以得出参考点和目标点所必须满足的几何排布条件,并验证在该条件下目标线性方程仍然成立。 展开更多

关键词 到达时间差 多维尺度分析 二维 几何排布

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