基于ORB-slam2改进的八叉树地图构建

ORB-slam2在建图部分构建的是稀疏特征点地图,无法提供导航功能。考虑到八叉树地图可以实现三维导航,该文在原ORB-slam2算法的基础上增加了八叉树的地图构建。实现方式是将点云地图转化为八叉树地图,并在建图之后对地图进行滤波处理。通过对TUM数据集和真实环境的同步定位与地图构建实验证明,滤波之后的八叉树地图在不破坏环境结构的情况下,相比于点云地图节省了大量的内存空间,并且去除了因为噪声产生的孤立的点,使地图变得干净准确,为后续的三维导航提供有效的技术支持。

基于改进ORB-SLAM2矿井救援机器人空间构建方法研究

矿井安全事故发生后,矿井救援机器人需在矿井环境采集视觉数据,进行应急区域的空间构建等功能。利用RGB和RGB-D的ORB-SLAM2算法进行扩充性优化研究,选用OCTOMAP优化地图,使用矿井救援机器人在室内真实场景中实验,验证该方法效果。结果表明:得到的空间构建效果比实时点云构建的应用性更强,降低处理内存空间,为矿井救援移动机器人空间构建提供方法,对后续矿井机器人移动定位的研究具有重要的实际意义。

基于改进ORB-SLAM2算法的动态特征点剔除

随着SLAM系统的不断发展,人们对定位服务的要求越来越高,提高定位精度是一直以来不断研究的课题。为了能以更高定位精度的方式来获取图像中的语义信息,本文首先通过对比One stage算法中的网络模型选用了YOLOV5网络模型对目标物体进行检测和识别,提出一种基于动态区域内剔除动态特征点的SLAM算法,利用训练的网络提取图像中语义信息并对动态目标特征点进行剔除,在公开TUM数据集上进行验证,通过对比真实轨迹和本文算法的估计轨迹来进行误差分析。试验结果表明,本文提出的改进算法相对位移误差的均方根误差减小了97.83%,相对旋转误差的均平方根误差减小了96.80%。

基于Sentinel-1/2改进极化指数和纹理特征的土壤含盐量反演模型

目前Sentinel-1/2协同反演植被土壤含盐量的研究大多是基于Sentinel-2光谱信息和Sentinel-1后向散射系数,没有考虑Sentinel-2光谱信息容易受土壤亮度等信息影响,Sentinel-1后向散射系数容易受土壤粗糙度和水分影响。为进一步提高Sentinel-1/2协同反演植被土壤含盐量的精度,用水云模型对雷达卫星后向散射系数进行校正,消除植被影响;然后协同Sentinel-2纹理特征,基于VIP、OOB、PCA 3种变量筛选和RF、ELM、Cubist 3种机器学习回归模型构建植被土壤含盐量反演模型。研究结果表明:经过水云模型去除植被影响后的雷达后向散射系数及其极化组合指数与土壤含盐量的相关性有一定程度的提高。不同变量选择方法与不同机器学习方法耦合模型在反演土壤含盐量中,OOB变量筛选方法与RF、ELM和Cubist 3种机器学习方法的耦合模型精度最佳,建模集和验证集的R2都在0.750以上,且验证集的RMSE和MAE均最小;其中OOB-Cubist耦合模型精度最高,且R_(v)^(2)/R_(c)^(2)为0.955,具有良好的鲁棒性。研究可为机器学习协同物理模型、光学卫星协同雷达卫星在土壤含盐量反演中的进一步应用提供思路。

基于改进MobileNetV2的铣削振动状态辨识

针对现有铣削振动状态辨识模型准确率不高,训练耗时较长的问题,提出基于改进MobileNetV2的铣削振动状态辨识方法。以MobileNetV2骨干结构为主干特征提取网络,联合多尺度注意力聚融层(MAFL)与层递式分类器(LC)对MobileNetV2顶层结构进行重建,从而达到模型改进目的;其次,以变分模态分解与希尔伯特变换为基础开展铣削振动状态数据预处理,并以迁移学习(TL)与Fine-tune相结合对改进模型进行训练;进而,以不同转速下变切深侧铣工艺为对象,利用改进MobileNetV2模型及多种经典分类模型对铣削振动状态进行辨识与对比分析。结果表明,改进MobileNetV2在准确率和耗时方面均具有优势,所提辨识方法更适应制造工程领域对切削状态实时认知与颤振预警的应用需求,具有较广阔的工程应用前景。

含H_(2)S天然气管道内腐蚀直接评价方法的改进

为了确定H_(2)S对天然气管道内腐蚀的影响,对NACE SP0110-2010标准提出的天然气管道内腐蚀直接评价方法(包括预评价、间接评价、直接评价、后评价四个环节)进行改进,即在该方法的间接评价环节引入了CO_(2)-H_(2)S腐蚀速率预测模型和积水概率参数,提高了推荐开挖点管道腐蚀程度的准确性。并以某含H_(2)S天然气管道为例,对改进后的评价方法进行了演示。结果表明:根据间接评价(多相流腐蚀模拟计算),极严重腐蚀出现在管道前500 m处,23%管段的积水概率为1;根据直接评价(现场开挖),5个开挖点处管道均属于极严重腐蚀,最大腐蚀速率为0.337 mm/a,与间接评价的预测结果一致;根据后评价确定了管道再评估时间间隔为1 a。改进后评价方法对预测多相流含H2S天然气管道内腐蚀高危点具有一定的借鉴意义。

高危场景下ORB-SLAM2稠密地图构建

针对经典视觉ORB-SLAM2稀疏建图存在精度低、实时性差等现实问题,提出了基于ORB-SLAM2算法架构的视觉定位与稠密建图算法,并通过部署在Jetson Xavier NX为核心板的嵌入式平台上进行建图精度与实时性验证,可满足高危场景下的清晰完整地图信息的构建需求,便于人们快速摸排风险点、制定救援方案和避免二次事故发生。

基于改进C^(2)算法的双目标角度估计方法

角度是雷达探测和跟踪目标的重要信息,主波束宽度通常决定了雷达角度分辨率,当雷达主波束范围内包含不止一个目标时,采用传统的和差测角方法只能获得多目标的合成角度位置,不能获得场景中目标的真实角度值,严重影响了雷达对真实目标的截获和跟踪。针对雷达主波束内存在双目标的场景,首先通过理论分析和数值仿真说明双目标对和差测角的影响,再结合传统C2多目标角度估计算法在和差测角中的应用,给出一种改进的C2角度估计算法。最后,通过数值仿真验证了所提出的方法在双目标回波能量相同和不同场景下均适用,且角度估计精度相对传统多目标角度估计方法明显提升。

改进ORB特征提取算法的ORB-SLAM2定位研究

针对ORB(oriented fast and rotated brief)算法提取图片特征时存在的特征点分布不均匀问题,提出了一种改进的ORB算法。通过密度峰值聚类算法计算四叉树分割后的各区域特征点密度峰值,并对密度峰值高的区域使用四叉树多次分割;同时在初始阈值(iniThFAST)和最小阈值(minThFAST)中加入中间阈值(middleThFAST),提高特征点灰度值差值,减少冗余特征点提取,提高图片特征点均匀性。对特征点提取与匹配进行了实验验证,结果表明改进算法对比传统ORB算法在均匀度和匹配效率方面均有明显提升。结合ORB-SLAM2定位实验表明,改进算法的定位精度平均提高16.6%,每帧追踪时间平均减少12.4%,有效保证实际定位过程的精确性和实时性。

一种改进型1-3-2压电复合材料的研究

高质量的压电换能器需要具备较高的机电耦合系数和灵敏度。该文在传统型1-3-2压电复合材料的基础上提出了一种改进型1-3-2压电材料,提高了压电换能器的机电耦合系数和换能器的接收灵敏度。通过有限元仿真分析了不同间距对改进型1-3-2压电材料敏感元件的谐振频率、反谐振频率及机电耦合系数的影响,并与传统1-3-2型压电复合材料进行了对比。结果表明,与传统型1-3-2压电复合材料相比,在相同间距条件下,改进型压电材料的机电耦合系数约大0.03。制做的3种不同间距改进型压电材料表明,间距为1 mm的改进型压电材料的机电耦合系数较大,约为0.68。

模拟爆炸冲击加载下岩石破裂行为的改进JH2模型

JH2模型广泛应用于模拟脆性材料的动态力学行为,但是其强度准则和损伤定义存在一定不足,因此本文针对爆炸冲击荷载作用下的岩石材料提出了一个改进JH2模型.首先为强度模型增加了初始屈服面和非线性损伤尺度因子,对拉伸和压缩损伤分别进行拉压不对称处理,并将体积塑性应变引入到压缩损伤中.将该模型嵌入LS-DYNA材料子程序后,开展一系列单元测试、分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bar, SHPB)动态劈裂试验和岩石爆破试验的数值模拟.数值模拟结果表明:改进后的JH2模型克服了原始JH2模型在损伤演化的拉压不对称特性、非线性应变硬化行为、洛德角效应和体积行为等方面的不足,证明了本文所提改进JH2模型的预测精度和应用潜力.

基于改进ORB-SLAM2的果园喷药机器人定位与稠密建图算法

针对果园喷药机器人视觉导航过程中定位精度低、地图构建效果差等问题,本文提出一种新的视觉定位与稠密建图算法。该算法基于ORB-SLAM2算法架构,首先,通过优化FAST角点、描述子阈值,并采取图像金字塔法与高斯滤波算法,剔除劣质ORB特征点,以提升图像关键帧质量和特征匹配精度。其次,引入稠密建图线程,利用点云恢复算法、统计滤波方法形成点云队列,采取点云拼接技术与体素滤波算法输出稠密点云地图,并在ORB-SLAM2算法的ROS节点中增加关键帧输出接口与位姿发布话题,通过NeedNewKeyFrame函数选取ORB-SLAM2算法所生成的关键帧,减少系统计算量。最终,由RGB-D相机实现果园喷药机器人的精准定位与稠密建图。为验证本文算法的有效性与实用性,进行TUM数据集仿真分析与真实场景测试,结果表明:相较ORB-SLAM2算法,本文算法的绝对轨迹平均误差降低44.01%、相对轨迹平均误差降低7.93%,ORB特征点匹配数量平均提升19.03%,定位精度与运行轨迹效果均有显著提升,此外,还能获取较高精度的果园喷药机器人工作场景信息。本文算法可为果园喷药机器人的自主导航提供理论基础。

前列腺素D_(2)受体拮抗剂关键中间体的工艺改进

前列腺素D2受体拮抗剂是治疗哮喘和过敏性疾病的潜在药物,其关键中间体合成方法尚不成熟。以N-乙酸叔丁酯吲哚和环状苯并磺酰醛亚胺为底物,自制的新型螺环噁唑啉为配体,路易斯酸为催化剂,通过催化的傅克烷基化反应制备了前列腺素D2受体拮抗剂的关键中间体。配体筛选结果表明:不同的配体对反应的收率起到关键作用,其中螺环喹啉噁唑啉配体和三氟甲磺酸锌复合物催化的反应收率最高,且未产生开环结构的双吲哚副产物。通过对反应溶剂、底物物质的量之比和反应温度等反应条件的研究,确定了最佳的反应条件:以二氯甲烷为反应溶剂,N-乙酸叔丁酯吲哚和环状苯并磺酰醛亚胺物质的量之比为1∶1, 0℃反应时,收率最高可达97%。该工艺反应条件温和,使用了廉价且环境友好的催化剂,避免使用传统工艺中腐蚀性和易制爆物料。

基于动态特征点滤除与关键帧选择优化的ORB-SLAM2算法

同时定位与建图(SLAM)算法在有运动目标的情况下存在定位精度下降的问题,而引入实例分割等算法虽然可以应对动态场景,但难以保证SLAM算法的实时性,且在运动时相机抖动会导致关键帧选择不准确和跟踪易丢失的问题。针对上述问题,提出一种基于动态特征点滤除与关键帧选择优化的ORB-SLAM2算法,以保证SLAM算法的实时性,并有效减少动态特征点对SLAM算法定位精度的影响,同时应对由相机抖动造成的关键帧选择不准确的问题。所提算法通过在ORB-SLAM2算法的基础上引入YOLOv5算法识别运动目标,在跟踪线程滤除动态目标特征点,从而兼顾算法的实时性与定位精度。同时,在选择关键帧上提出一种基于帧间相对运动量的判别准则,从而提高关键帧选择的准确性。在freiburg3_walking_xyz数据集的上实验结果表明,与ORB-SLAM2算法相比,所提算法的平均耗时减少了38.54%,绝对轨迹误差中的均方根误差(RMSE)精度提高了95.2%。可见,所提算法能有效解决上述问题,提升SLAM算法的定位精度和准确性,进而提升地图的可用性。

基于改进关键帧选择的ORB-SLAM2算法

针对同时定位与建图(SLAM)算法精度不高且跟踪易失败的问题,提出了一种改进关键帧选择的ORB-SLAM2算法。通过ORB-SLAM2算法计算帧间相对位姿;在原有算法的基础上,增加旋转与平移量作为判定依据,决定是否创建新关键帧;针对移动机器人所安装的相机与机器人产生相对运动引发误拍摄,导致劣质关键帧生成的问题,设计了劣质关键帧剔除算法;基于RGB-D数据集与自主研发的移动机器人进行了实验验证。实验结果表明:改进的关键帧选择算法能够准确及时地选择关键帧,最优情况下定位误差约为原误差的51.9%,有效消除了相机与机器人之间相对运动产生的影响,直线误差仅为原误差的82.1%。改进算法能够有效提高定位精度,减少跟踪失败。

基于改进ORB-SLAM算法的三维点云重建方法

针对电网复杂环境特点,研发适用的三维成像装置,实现对作业场景全方位、高精度成像,能够提供更全面的环境感知和风险监测,为立体防控提供可靠的基础数据。为此,提出了一种基于改进ORB-SLAM的三维点云重建方法。首先,选用深度相机作为实验设备来获取点云数据的像素坐标;然后,通过像素坐标到图像坐标的变换,转换成三维点云数据;最终,采用简化的弱耦合策略对ORB-SLAM算法进行优化,对相机位姿估计中的遗漏进行补充,识别并纠正较大的估计误差,从而增强在作业场景中三维重建点云融合的精确性。

基于改进ORB-SLAM2的机器人同步定位与建图技术研究

ORB-SLAM2是目前视觉SLAM中,最前沿的同步定位与建图算法之一,但其在提取ORB特征点时,存在低响应阈值固定问题,导致提取的特征点响应值较低,将增大特征点筛选及匹配误差。针对这一问题,本文提出自适应降低阈值的方法提取特征点,当通过高响应阈值搜索,未搜索到特征点时,自适应逐级降低阈值搜索特征点,从而提高所提取特征点的响应值。研究结果表明:改进算法的绝对定位误差(APE)及相对定位误差(RPE),较原始算法都有所降低,其中APE的RMSE下降了15.87%。实验结果表明,运用改进算法进行同步定位与建图,其精度得到有效提高。

改进型A^(2)O+MBR工艺在污染地表水处理中的应用

南方某园区受污染地表水存在化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)和总氮超标等问题,对下游城市河道水环境质量造成影响。结合受污染水质情况,工程采用改进型厌氧-缺氧-好氧(Anaerobic-Anoxic-Oxic,A^(2)O)与膜生物反应器(Membrane Bio-Reactor,MBR)相结合处理工艺,强化脱氮和难降解有机物处理,出水指标稳定达到《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)Ⅳ类标准,详细介绍了该组合工艺的处理流程、主要构筑物及配套设备设计参数,为修复受损水体工程提供参考。

基于改进Ga2SFCA的合肥市城市公园绿地可达性与影响机制研究

城市公园绿地合理供给是城市生态和民生福祉的重要保障。以合肥市区为例,提出改进的Ga2SFCA探究不同类型公园绿地的可达性特征及其成因,并运用地理加权回归模型进一步解析公园绿地可达性的影响机制。研究发现:1)改进的Ga2SFCA模型计算的可达性结果在强度和空间分布上较传统模型更加贴合实际;2)公园绿地总体可达性呈现“南高北低”的空间结构特征,以城市中心区为核心向四周递减;3)各类型公园绿地可达性存在较大差异:综合公园和专类公园的可达性空间分布优于街头游园和社区公园;4)自然特征、区位特征、社会经济和建成环境四方面因素的不同导致公园绿地可达性空间差异显著,各因子影响程度依次为:商业区位>中心区位>交通可达>生活便利>居住人口。

HX_(D)2型机车辅助设备节能设计分析与改进

针对HX_(D)2型机车能耗问题,文章分析了机车节能方面的设计及其实际运用中存在的问题,基于机车辅助设备运行时长、运用环境温度、工作状态等影响因素,提出了节能设计改进方案,并从方案设计、验证及应用效果等方面进行了详细阐述。