A new real-time algorithm for off-road terrain estimation using laser data

Gaussian mixture algorithm （GMA） is an effective approach for off-road terrain estimation, but still suffers from some difficulties in practical applications, such as complex calculation and object abstraction. In this paper, GMA is modified to improve its real-time performance and to provide it with a potential ability of obstacle detection. First, a selection window is designed based on the dominant-ellipse-principle to limit the probability distribution area of each measurement point, therefore avoiding the calculation on the cells outside the dominant ellipse. Second, a clustering approach is proposed in order to distinguish objects efficiently and decrease the operation area of one laser scan. Third, a virtual point vector is introduced to further reduce the computational load of the mean square error matrix. The modified GMA is experimented on a tracked mobile robot, and its improved performance is shown in comparison to the original GMA.

矿用通风机叶片线激光测量数据优化方法研究

测量模型的提取是矿用通风机叶片几何变形检测的关键,为了提高叶片测量模型的精度,提出一种基于最小二乘准则的线激光测量数据优化方法。首先,利用卡尔曼滤波算法实时处理线激光传感器原始测量数据,提高坐标测量精度,为后续模型构建提供精准数据;然后,采用三次多项式法、三次B样条法、高阶贝塞尔法分别拟合求解三个测量模型,并基于最小二乘准则评价各模型的显著性水平,从而优选出适合通风机叶片几何特征的测量模型;最后,进行了实验研究。结果表明,采用三次B样条函数构建叶片测量模型可以获得最佳的拟合效果,其显著性评价因子最小(小于0.05),本方法通过数据优化有效提高了叶片测量模型的精度,为后续通风机叶片几何评价提供一种有效的技术解决方案。

基于因子图优化的激光惯性SLAM方法研究

融合激光雷达和惯性测量单元的SLAM方法是拒止环境下自动驾驶定位建图的重要技术手段。该技术包含前端和后端2个数据处理模块,在后端数据处理方面,现有方法存在长时间运行时累积误差较高、回环检测计算负载较大以及复杂拒止环境下鲁棒性不理想等问题。针对上述需求,提出一种适配前端激光惯性里程计的新型后端数据处理方法。该方法采用因子图优化算法架构,建立激光连续关键帧间的惯性单元预积分模型,将该模型作为因子图架构中表征惯性单元数据的算法因子,降低数据处理的计算负载。构建基于Scan-Context描述符的高效回环检测方法,将点云数据三维空间结构特征转化为二维特征图,在保证回环检测精度的前提下进一步提高计算效率。结合前端里程计信息,构建包含里程计因子、惯性单元预积分因子和回环检测因子误差项的目标函数,通过非线性优化算法求解最优位姿状态,形成完整的SLAM算法结构。对所述方法及FAST-LIO2、LIO-SAM和SC-LeGO-LOAM等现有主流激光惯性SLAM方法基于开源数据集进行对比验证,并开展实车试验。结果表明:相较于现有方法,所述DSC-Algo方法在公开数据集测试中的计算性能和全局定位精度实现了显著提升,在现实拒止环境实车测试中的定位精度和算法鲁棒性也具有明显优势。

地面激光扫描点云与无人机影像点云融合应用

通过建立高精度的桥梁三维点云模型,检查桥梁病害情况并拟合绘制出桥梁线形。首先以无人机近景摄影、环绕飞行、井字飞行获取某双线特大桥梁主体与细部纹理数据,然后将不同航线采集的数据在Context Capture软件里面进行三维重建,将桥梁主体与细部影像融合生成完整桥梁点云1。运用Trimble SX12仪器完成对桥梁一体化扫描,获得完整桥梁点云2。提出基于双向KD-tree优化的ICP(Iterative Closest Point)算法对无人机航摄桥梁点云1与地面激光扫描桥梁点云数据2进行配准融合,加密后的桥梁点云用于建立运营铁路双线特大桥精细化三维实景建模。提出基于KD-tree的PCA(Principal Component Analysis)算法完整提取出桥梁吊索点云,运用最小二乘法拟合出桥梁拱轴线线形、RANSAC算法拟合出桥面线形。通过与单一无人机、单一地面激光扫描精度及完整性对比分析,以验证融合建模的有效性。研究结果表明:融合建模的模型水平精度1.71 cm、垂直方向精度1.25 cm,较单一无人机建模精度在水平与竖直方向分别提升16.59%与20.89%;融合建模的完整性为98.17%,纹理效果更加真实,并检查出桥墩存在蜂窝麻面、渗水等病害,拱肋存在涂装锈蚀、破裂等病害。该研究可为桥梁三维点云模型应用研究提供思路参考,具有较好的应用前景。

基于三维激光点云数据的电力电缆绝缘缺陷识别

针对电力电缆绝缘缺陷识别精准度较低的问题,提出一种基于三维激光点云数据的电力电缆绝缘缺陷识别方法。利用剪裁法增强原始三维激光点云数据,通过区域生长法与最小二乘法完整获取电缆绝缘材料的三维结构面信息。借助Canny边缘检测方法求解电缆绝缘表面缺陷与内部缺陷边缘信息,自动识别出电力电缆绝缘的缺陷位置及缺陷类别。结果表明,所提方法可以精准识别电缆绝缘表面的划痕缺陷、电缆外屏蔽表面起泡和孔洞缺陷,识别耗时短,鲁棒性较优,具有较高实际应用价值。

基于LIBS数据流盘的飞机蒙皮激光除漆在线监测判据研究

等离子体产生及演化过程易受基体效应、环境噪声、脉冲能量抖动等影响,导致光谱数据具有不稳定性,从而难以保证以单条谱线为依据建立的监测判据的有效性。以连续多幅LIBS光谱为对象,并结合统计学方法建立的监测判据,可有效提升基于LIBS技术的除漆效果监测精度。论文基于搭建的高频纳秒红外脉冲激光除漆LIBS在线监测平台,实时采集了除漆过程的连续多幅LIBS光谱。光谱数据经基线矫正、归一化预处理后,依据面漆、底漆、铝合金基体光谱特征峰差异,并结合材料成分信息,选定BaⅠ(712.55 nm)、CrⅠ(357.48 nm)、CrⅠ(425.43 nm)、TiⅠ(427.45 nm)、CuⅡ(309.76 nm)、CuⅠ(484.22 nm)6条谱线作为特征谱线并监测除漆效果。研究不同除漆效果中6条特征谱线强度变化规律,建立不同除漆效果与所选特征谱线强度变化区间的映射关系。提取每幅谱线的上述6条特征谱线强度作为一组数据单元、将连续10幅谱线的数据单元作为一组数据集,除漆过程中随时间变化的每10组迭代数据集称为数据流盘。对数据流盘中的数据单元、数据集进行分析,结合置信区间,实时判定除漆区域除漆效果,获得基于数据流盘的监测判据。结果表明:该判据可有效监测仍在面漆、面漆完全去除、仍在底漆、底漆完全去除、基体损伤5类除漆效果。依据SRM手册对漆层去除效果的要求,选择面漆完全去除、基体损伤两类除漆效果展示了验证过程,三维微观形貌分析结果与LIBS数据流盘监测判据所得除漆效果结论一致。其中,面漆去除后三维微观形貌分析表明,面漆完全去除精度达1.2μm,有效验证了基于LIBS数据流盘监测判据的适用性及稳定性。

一种基于激光点云数据的微距栅格体积算法

针对规则格网算法难以满足激光点云模型高精度体积计算的问题,提出了一种基于激光雷达点云数据的微距栅格体积算法。该方法首先运用葛立恒凸包算法提取凸包点集,然后运用微距格网划分、高程插值和网格体积累加的方法计算体积。与规则格网法不同,这种算法充分利用激光雷达数据高密度点云特征,采用格网微分和增大插值半径的方法改善模型表面的连续性,进而提高计算精度。实验结果表明,微距栅格体积算法具有较好的时间复杂度和较高的计算精度,适宜于激光点云模型高精度体积计算。

基于点云数据的大曲率工件表面法向计算方法研究

航空航天构件装配制孔时对垂直度有严格要求,采用机器人等自动设备制孔时,为保证垂直度需要对每一个制孔位置的法向进行在位测量。现有的工件表面法向测量方式难以适应大曲率工件表面的测量需求。通过线激光扫描,可以获得反映工件局部表面详细信息的点云数据,在此基础上提出一种大曲率工件表面法向计算方法。首先研究了通过主成分分析(PCA)对局部点云数据进行平面拟合获得曲面法向的方法,然后选取了若干典型曲率,通过仿真生成点云数据,并分析了法向拟合误差的变化规律。通过试验验证了上述方法的有效性,结果表明,当点云选择范围在12mm以下时,直径为50mm的圆柱试验件的法向拟合误差可以保证在0.219°以下。

基于激光点云技术的架空输电线路目标建模方法研究

文章研究基于架空输电线路三维激光点云数据,通过点云自动分类(杆塔、导地线、地面、植被等)实现不同地物提取,在此基础上建立不同塔型模型库并进行特征分析,实现杆塔和导地线的类别提取,并进行精准空间坐标(X、Y、H)提取,实现架空输电线路重要巡检对象的精准定位信息获取,并以此规划基于输电线路三维点云数据的架空输电线路全自动巡检航迹规划,为输电线路去人机全自动巡检技术的研究提供技术支撑。

基于点云的多源数据融合技术

三维激光扫描技术是一门逆向工程应用技术,凭借其高速、全面且高自动化的特点,显示出了强大的不可替代性。三维点云数据有着其多样化、精度高、数据完整的优点。多源数据融合技术使不同设备获取的点云数据、影像数据、空载数据能够相互弥补,提高不同场景环境下的作业效率,完善数据的结构和精度质量,使空、地、水下三维数据的一体化成为可能。通过对不同射程多台三维激光扫描仪的数据进行相对精度分析、调整和融合,并对不同融合方法获取的多源融合数据进行精度验证,探索一种多源数据融合的方法,形成多源数据融合的通用技术流程。为多种载体三维激光扫描技术的数据和影像数据的融合方法研究奠定基础。

基于激光扫描的电子档案异构时态数据检测方法

研究一种基于激光扫描的电子档案异构时态数据检测方法,该方法利用激光扫描获取数据并生成电子档案。针对电子档案中的数据实施缺失数据填补和离群数据处理。提取电子档案数据的递归率、仙农熵以及歪度三个特征。结合随机森林算法,输入递归率、仙农熵以及歪度三个特征,得出电子档案异构时态数据类型。结果表明:1处和3处边坡工程的位移处于轻微状态;2处边坡工程的位移处于严重状态;4处边坡工程的位移处于安全状态;5处边坡工程的位移处于较严重状态。所研究方法的Kappa系数达到相对最大值,说明所研究方法的检测能力更高。

三维激光扫描技术在建筑变形监测中的应用

三维激光扫描技术是通过利用高速激光扫描测量的方法,复建出1∶1三维点云模型的一种全新技术手段。在广西壮族自治区某商务主楼钢结构变形监测中,通过运用三维激光扫描技术获取建筑信息,并结合点云处理软件、CAD插件等软件,进行数据全面分析,完成对该超高层建筑物钢框架主体水平方向的变形监测。由此总结出三维激光扫描技术在建筑变形监测中的应用流程,为未来建筑的变形监测提供借鉴参考。

基于多视数据重构损失标定的叶片型面光学检测

航发叶片型面检测是保证叶片加工质量、工作性能和使用寿命的关键环节。对此,该文开发一套基于线激光器的叶片型面检测平台;在完成线激光器与叶片相对位姿校准及Z向测量基准建立基础上,实现叶片型面特定截面处型线数据的多视采集;提出一种基于多视数据重构损失标定回转中心的型线重构方法。以两种典型燃气轮机导向叶片为检测对象,所提出方法获取的检测数据与三坐标测量机检测数据的对比结果表明,轮廓度检测平均绝对偏差在0.022 mm以内,最大标准偏差为0.0186 mm,最大RMS估计为0.0251 mm;特征参数检测最大偏差为0.0401mm。实验结果验证了所提出方法面向叶片型面检测的可行性。

基于车载三维激光扫描的城市道路竣工测量探讨

车载三维激光扫描系统融合了多种传感器和数据源,可以自动、迅速地获取道路的全方位信息。其扫描速度迅捷、数据信息丰富、精确度高、采集过程安全简单,并能节省人力。此技术显著提高了外业生产效率,并降低了生产成本。对车载三维激光扫描技术在道路工程竣工测量中的内外业处理流程的研究结果表明:该技术的精度可达到1∶500测图精度要求,满足城市高架路竣工规划测绘的精度需求。该技术方案是切实可行的,且能高效地提高生产效率。

三维激光扫描技术在历史建筑测绘中的应用——以闽清县历史建筑测绘建档项目为例

历史建筑作为城市的文脉,承载着一座城市的历史,受各种因素影响遭受不断的侵蚀甚至灭失,其保护形势越来越严峻。文章以闽清县历史建筑保护测绘为例,采用三维激光扫描技术,结合无人机倾斜摄影技术,对历史建筑真彩色三维点云模型建设进行了探索研究,为历史建筑的测绘资料建档和文物保护工作积累了宝贵的技术经验。结语对该技术进行了总结分析,认为三维激光扫描技术不仅能大幅提升工作效率和测量成果精度,还可实现历史建筑三维可视化,具有广阔的应用前景。

基于激光测距的橡胶树树干轮廓曲线自动化提取方法

为获取橡胶树树干轮廓曲线模型,解决割胶装备难以精准贴合树干轮廓导致作业精度差、仿形效果不理想的关键问题,提出一种橡胶树树干轮廓曲线自动化提取方法。研制橡胶树树干轮廓点云数据自动采集平台,该平台由电源模块、控制模块、驱动模块、采集模块、数据传输模块以及数据记录处理模块组成,可实现树干外轮廓曲线点云数据的自动采集、传输、记录与处理。开展橡胶树树干轮廓曲线自动化提取试验,基于统计学方差分析法,通过曲线面积对比分析树干轮廓提取精度。结果表明,连续采集30组橡胶树树干轮廓点云数据,其轮廓特征有效识别度较高,轮廓特征点位置与实际位置基本符合;轮廓曲线重复提取变异系数为0.001 3;树干轮廓曲线提取精度不受树干位置和采集方向变化的影响,该技术方案具有较强可行性。

贫数据小型水利工程结构安全分析

我国小型水库数量多,溃坝多发,运行风险大。为了保障水库的安全稳定运行,有必要对小型水库的结构安全分析和评估进行深入研究。由于小型水库大多建于20世纪50—70年代,各类工程资料匮乏,难以进行结构安全分析工作。以北京地区一小型拱坝为例,采用地面三维激光扫描测绘技术对大坝进行扫描,将所得点云数据集进行编辑、配准、拼接处理,生成三维模型导入有限元分析计算软件进行结构稳定分析。坝体建模网格及单元划分质量高,满足计算精度的要求,分析计算成果与客观规律一致,这为资料匮乏的小型水利工程结构安全分析提供了一种新思路。

无线激光功率计数据采集传输模块设计

为实现远程激光功率的测量并保证数据传输的安全性,设计了一种非联网的无线激光功率计数据采集传输模块。该模块由三个部分组成:STM32数据采集模块、无线RS485透传模块和Qt上位机软件。其中STM32数据采集模块将探测器采集的电压模拟信号转换为数字信号,无线RS485透传模块负责STM32数据采集模块与PC端的数据通信,Qt上位机程序处理接收的数据并显示实时激光功率曲线。验证实验结果表明,在1 km传输距离下,该模块成功采集到完整的激光功率曲线,数据传输出错率为0。该模块实现了远距离、高速率的功率数据采集和传输功能,为后期无线激光功率计的研制工作奠定了基础。

BIM技术与实景还原技术在冶金改造工程中的融合应用研究

在冶金改造工程的实施过程中,存在原始设计资料不完整、技术改造信息不准确、可利用场地空间有限等问题。实景还原技术可以反映改造现场的真实情况,将实景模型与BIM模型融合,利用融合模型进行改造方案的规划、设计和施工,有助于提升改造的精确性,降低投资成本。本文以高炉改造项目为例,介绍了融合实景还原技术的BIM应用方法与内容,研究了实景还原技术在冶金改造项目中的关键技术要点,包括室内激光点云扫描和室外倾斜摄影技术。本文探索了实景还原模型与BIM模型融合的技术路线和应用方法,创新开发了基于点云数据的三维设计工具,可直接利用点云数据提取设计参数,实现三维构件拟合。

基于扩散Transformer网络的激光雷达数据补全方法

由于设备故障和环境干扰等因素,激光雷达在数据采集过程中常常存在数据缺失或噪声干扰的问题,这些问题严重影响后续数据的解析和应用。为了解决这一难题,引入了扩散Transformer网络(DT-Net),将DT-Net用作生成器,与自注意单元判别器相结合。此外,还设计了一种扩散机制用于激光雷达数据补全。实验结果表明:相较于Poin Tr方法,所提出的方法在激光雷达数据补全任务方面取得了显著的改进,平均Chamfer距离(CD)值降低了约1.79%,F-Score值提升了约1.88%。