Сборник проектов Питер
.pdfxk +1 |
= xk |
+Vk cosαk dt − |
αkVk |
sinαk dt + |
Vk cosαk dt |
|
|
|
|
|
|
|||
yk +1 |
= yk |
+Vk sinαk dt + |
αkVk |
cosk dt + |
Vk sinαk dt |
|
|
|
|
|
(1) |
|||
Vk +1 = Vk + Vkсл |
αk +1 = αk +ωk dt + αkсл ωk +1 = (1− dt /τω )ωk +σω dt 2 /τω ωkсл |
|||||||||||||
где xk , yk |
– координаты объекта в момент времени k, |
dt |
– шаг дискретизации, Vk ,αk – |
|||||||||||
истинные значения скорости и дирекционного угла, |
|
V сл, αсл,ωсл |
– белошумные |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
k |
k |
|
составляющие скорости, дирекционного угла и дрейфа, |
ωk – угловая скорость дрейфа |
|||||||||||||
гироскопа, τω – |
постоянная дрейфа гироскопа, |
σω |
– средняя |
квадратическая |
||||||||||
погрешность дрейфа гироскопа. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
В матричной форме уравнение (1) примет вид |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
X k +1 = Fk |
X k +Uk +Gk wk |
|
|
|
|
(2) |
||
где |
X k = [xk |
yk |
Vk |
αk |
ωk ]T |
– |
вектор состояния, |
Fk , Gk |
матрица состояния и |
|||||
матрица шумов, соответственно, |
Uk = [Vk cosαk dt |
Vk sinαk dt |
0 |
0 |
0]T – вектор |
|||||||||
управления, |
wk = [ |
Vkсл |
αkсл |
ωkсл ]T |
– вектор шумов. |
|
|
|
|
|
|
Стереосистема технического зрения в момент времени k определяет углы α′,α′′ на каждую из найденных на изображении ключевых точек. Ключевые точки на изображении находят с помощью специальных алгоритмов детектирования [2,4,7,8,9]. По измеренным значениям углов рассчитывается дальность до ключевой точки объекта. Измерения, стерео-визуальной системы в момент времени k для каждой из
ключевых точек |
i |
запишем в виде вектора |
zki |
= [αk′i |
αk′′i |
Dki ]T , а уравнения связи |
||||||||||
угловых параметров объекта с его местоположением на местности в виде |
|
|
||||||||||||||
αk′i = a tan( |
yi |
− y |
|
+ 0.5b cosα |
k ) −αk |
αk′′i = a tan( |
yi |
− y |
|
−0.5b cosα |
k ) −αk |
|
|
|||
k |
|
k |
|
k |
|
k |
|
|
(3) |
|||||||
|
xki |
− xk − 0.5bsinαk |
|
|
|
xki |
− xk |
+ 0.5bsinαk |
||||||||
Dki = (xki − xk )2 + ( yki − yk )2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где αk′iαk′′i – |
углы, |
|
определенные стерео-визуальной системой, причем измеряемые, |
|||||||||||||
вправо от визирной оси примем «положительными», а влево «отрицательными», αk |
– |
|||||||||||||||
дирекционный угол продольной оси объекта, |
x i , y i , x |
i , y |
i |
– координаты камер, |
b |
– |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
|
2 |
|
2 |
|
|
|
|
стереобаза.
Требуется оценить параметры навигационной системы X k по измерениям вида zk = h(X k ) + vk .
Расширим размерность исходного вектора состояния X k , добавив в него координаты ключевых точек xkn , ykn , тогда
X k = [xk yk Vk αk ωk x1k y1k ... xkn ykn ]T .
331
Оценку параметров навигационной системы проведем с использованием
Extended Kalman Filter [5,6], для его реализации необходимо найти H k |
= |
∂h |
|
|
|
||||
dx |
|
X k +1 k . |
||
|
|
|
|
Оценка точности разработанного алгоритма проводилась путем многократного моделирования маршрута движения объекта, траекторий навигационной системы счисления пути, а также корректируемой траектории с учетом информации системы технического зрения. Результаты моделирования показали, что, несмотря на общую положительную динамику роста погрешности определения координат, темп роста погрешностей комплексированной системы на 20-50% (в зависимости от исходной точности стереосистемы) меньше чем у системы счисления пути.
Совместное использование информации систем счисления пути и стереовизуальных систем позволяет повысить точность определения навигационных параметров. Решение задачи оценивания может быть построено на основе Extended Kalman Filter или particle filter. В ходе решения задачи оценивания вектора состояния, решается также задача картографирования – уточнения координат ключевых точек сцены, такая задача в иностранной литературе получила название Simultaneous Localization and Mapping (SLAM).
ЛИТЕРАТУРА:
1.Степанов О.А. Основы теории оценивания с приложениями к задачам обработки навигационной информации. Ч.1.Введение в теорию оценивания. СПб.: ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор». 2009. 496 с.
2.Шапиро Л.Г. Компьютерное зрение /Л.Шапиро, Дж.Стокман; Пер. с англ. – М.:БИНОМ. Лаборатория знаний. 2006. 752 с.
3.A.E.Jonson, S.B. Goldberg, Yang Cheng, L.H.Matthies “Robust and Efficient Stereo Feature Tracking for Visual Odometry”, Robotics and Automation, 2008. ICRA. IEEE International Conference on 19-23 May. Pages: 39-46.
4.D.Nister, O.Naroditsky, J.Bergen, “Visual odometry”, Computer Vision and Pattern Recognition, CVPR 2004. Proceedings of the 2004 IEEE Computer Society Conference on Volyme 1,
27.Page(s): I-652-1-659 Vol. 1.
5.G.Welch, G. Bishop. An Introduction to the Kalman Filter. UNC-Chapel Hill, TR 95-041, July 24, 2006. Pages: 16.
6.M. I. Ribeiro. Kalman and Extended Kalman Filters: Concept, Derivation and Properties. 2004. Pages: 44.
7.Yavor Georgiev. E90 Project: Stereo visual odometry. May. 2006. Pages: 28.
8.Yang Cheng, M.W.Maimone, L.Matthies “Visual odometry on the Mars exploration rovers – a tool to ensure accurate driving and science imaging”, Robotics & Automation Magazine, IEEE,Volume 13,Issue 2, June 2006. Pages: 54-62.
9.Ye-hu Shen, Ji-lin and Xin Du, “Environment map building and localization for robot navigation based on image sequences”, Journal of Zhejiang University, Volume 9, Apr. 2008. Pages: 89-499.
332
СОДЕРЖАНИЕ |
|
В.Э. Гасумянц, Т.А. Итс, Д.Д. Каров. Формирование компетенций в сфере |
|
управления инновациями.................................................................................................... |
3 |
Работы победителей конкурса в номинации |
|
«Лучший проект студента» ............................................................................................ |
10 |
К.Ю. Афанасьев. Разработка и оптимизация схемы обессоливания стоков |
|
водоподготовительной установки ТЭЦ........................................................................... |
10 |
А.К. Воробьева. Проектирование пассажирского трубопроводного |
|
транспортного комплекса...................................................................................................... |
|
П.И. Вайнмастер. Пространственная фильтрация сейсмических событий, |
|
возникающих при гидравлическом разрыве пласта........................................................... |
|
Н.Г. Тетеркина. Проект коммерциализации разработки «Осциллисторный |
|
сенсор температуры» ............................................................................................................. |
|
О.З. Алюкаева. Создание методики определения плотности и концентрации |
|
водных растворов солей оптическим способом (на примере лития бромида)................. |
|
Ш.А. Ахмедова. Формирование оптимального инвестиционного портфеля с |
|
помощью самонастраивающихся интеллектуальных информационных |
|
технологий эволюционного типа.......................................................................................... |
|
Е.Э. Шмидт. Способ гидрофобной защиты строительных материалов .......................... |
|
Аннотации работ лауреатов конкурса в номинации |
|
«Лучший проект студента» ................................................................................................ |
|
А.Г. Алексеева. Использование биопрепаратов на основе экскретов дождевых |
|
червей (Aporectodae caliginosa) при рекультивации нарушенных земель ....................... |
|
В.А. Воронцов. Эффективность работы катализатора в микроканальном |
|
реакторе парциального окисления метана........................................................................... |
|
М.П. Дякина. Синтез алюмосиликатного наносорбента ионов тяжелых |
|
металлов.................................................................................................................................. |
|
А.О. Колинченко. Виброизолирующие устройства с нулевой жесткостью |
|
транспортных средств............................................................................................................ |
|
А.В. Ледовских, В.В. Иванов. Разработка фазового регулятора на основе |
|
управляемого выпрямителя................................................................................................... |
|
О.А. Михалёва. Проектирование гибридного транспортного средства на |
|
основе современных накопителей энергии ......................................................................... |
|
Д.В. Немова. Повышение энергоэффективности зданий детских садов .......................... |
|
А.Г. Николаева. Шахматы как инновационный инструментарий развития |
|
креативности мышления студентов...................................................................................... |
|
А.А. Сергеев. Виброзащитное кресло водителя троллейбуса с эффектом |
|
нулевой жесткости................................................................................................................. |
|
333
А.Е. Тептин. Частотно-временная фильтрация сейсмических событий,
возникающих при гидравлическом разрыве пласта...........................................................
Работы победителей конкурса в номинации
«Лучший проект аспиранта» .............................................................................................
А.В. Лысянников. Повышение эффективности снегоочистки дорожных
покрытий за счет использования комплекта навесного оборудования............................
А.С. Цой. Инновационные технологии моделирования пожаротушения
распылённой водой: разработка, апробация, применение.........................................
Л.Б. Матюшкин. Получение и исследование систем с квантовыми точками на
основе узкозонных полупроводников для солнечной и кремниевой энергетики............
Е.С. Сенченко. Алгоритмы контроля 3D объектов теневым методом..............................
Аннотации работ лауреатов конкурса в номинации
«Лучший проект аспиранта» .............................................................................................
Н.А. Бабушкин. Математическое моделирование работы газовых контактных
водонагревателей....................................................................................................................
А.А. Дроздов. Совершенствование пакета программ для расчета центробежных
компрессоров и компрессорных ступеней, основанных на методе
универсального моделирования............................................................................................
Н.С. Клёхта. Разработка методики тестирования ферритов и наноструктур на
основе импульсного воздействия на электронную и ядерную спиновые
системы образцов...................................................................................................................
Д.Д. Колосова. Применение трековых мембран в доочистке сложных стоков
О.С. Комарова. Исследование электронного транспорта в pcm-материале
состава Ge0.15Sb0.85 ..................................................................................................................
В.В. Курц. Имитационное моделирование автомобильного трафика в
городских и загородных условиях........................................................................................
Ю.А. Мирошникова. Методические рекомендации по капитализации
системных услуг и оптимизации режимов работ для ГАЭС.............................................
Ю.Н. Нагурянская. Исследование условий синтеза катализаторов на
металлических носителях......................................................................................................
А.Г. Никифоров. Разработка приборного комплекса для мониторинга
состояния очищенных вод.....................................................................................................
В.А. Павлов. Исследование алгоритмов распознавания доказуемости в
аксиоматических теориях и разработка системы автоматического логического
вывода......................................................................................................................................
О.В. Смирнова. Оценка влияния износа оборудования на условия труда на
строительной площадке.........................................................................................................
А.В. Чернова. Методика обоснования параметров энергокомплекса ВЭС-ГЭС
с учётом влияния климатических факторов........................................................................
334
В.Г. Шрам. Повышение надежности работы машин и механизмов за счет
наиболее эффективного использования смазочных материалов.......................................
Работы победителей конкурса в номинации
«Лучший проект молодого ученого» ................................................................................
М.В. Коробчук. Опыт применения нелинейных колебаний для смешивания
тонкодисперсных материалов...............................................................................................
Д.С. Медведев. Проект коммерциализации разработки «Электронный
водопроводный смеситель»...................................................................................................
К.В. Солдатова. Основы формирования семейства модельных ступеней
центробежных компрессоров................................................................................................
А.В. Бышевская. Повышение безопасности функционирования
автотранспортного комплекса смоленской области...........................................................
С.Н. Соловьёва. Специфика термического действия токов короткого
замыкания в кабельных линиях 0,4 кВ собственных нужд подстанций...........................
Аннотации работ лауреатов конкурса в номинации
«Лучший проект молодого ученого» ................................................................................
Н.М. Вербова. Разработка методов структурного синтеза широкополосных
фазовращающих цепей для применения в электротехнических комплексах и
системах с первичной обработкой сигналов.......................................................................
А.А. Гиргидов, А.Д. Гиргидов. Использование рассеивающих трамплинов для
уменьшения придонных скоростей в водобойном колодце...............................................
Е.Г. Гурова. Пространственное виброзащитное устройство транспортных
энергетических установок.....................................................................................................
А.А. Мухамадиев, Р.Г. Фаррахов. Акустооптический преобразователь для
измерения температуры объектов с неизвестной излучательной способностью............
С.С. Налимова. Синтез и исследование наноструктурированных
газочувствительных металлооксидов для медицинской неинвазивной
экспресс-диагностики............................................................................................................
В.Е. Овсянников. Автоматическое формирование заданной шероховатости
поверхности при обработке на станках с ЧПУ....................................................................
Р.Н. Садеков. Применение стерео-визуальных и курсо-одометрических систем
для навигации подвижных объектов....................................................................................
335