一种隧洞探测型AUV及其图像拼接方法研究

裂缝是输水隧洞最普遍的缺陷和潜在威胁,AUV巡检与拍摄输水隧洞中的裂缝,通过拍摄的水下图像进行处理,以确定裂缝位置。但由于水下环境极大限制了光视觉图像可视范围与分辨率,单幅水下图像所获得的视角范围有限,所以本文提出了基于SURF算法的AUV水下图像拼接方法研究。该方法首先在图像预处理阶段对水下图像进行去畸变与限制对比度自适应直方图均衡化处理,用于解决水下图像存在的畸变、对比度低、噪声严重等问题。接着将SURF特征点检测算法应用于水下图像配准当中,并与RANSAC算法相结合对特征点进行精确匹配,然后应用线性渐变融合算法实现水下图像融合,有效去除拼接缝隙,完成水下图像拼接,最终通过水池与外场实验拼接图像来验证该方法的正确性。     

自主式水下机器人水下对接技术综述

  目的  为满足全驱动型自主式水下机器人（AUV）水下搜救、回收及海底地貌成像等实际任务需求,研究全驱动型AUV三维路径跟踪控制应用的方法。  方法  阐述自主研发的\     

自主式水下机器人最优路径规划问题的研究

路径规划是水下机器人实现自主航行的重要环节。根据自主式水下机器人的动力学性质，路径规划的特点以及实现智能行为的要求，采用基于案例的遗传算法，实现了自主式水下机器人最优路径规划。给出该方案的基本框架和算法，在基于案例类比的学习方法中引入模糊多属性综合决策的方法建立决策算子进行案例的匹配，在遗传算法中实际知识的指导，适当地改进遗传算子，加快搜索速度。仿真结果证明该路径规划方法能够取得较好的规划结果，使自主式水下机器人具有了一定的自主导航，自主避障和自主作业的能力。     

基于单双目切换的自主式水下机器人视觉定位方法

为了解决以双目视觉为主导的自主式水下机器人（AUV）对接回收过程中出现的单一摄像机遭受遮挡或因水下环境特殊而发生故障的问题,提出一种基于单双目切换的AUV视觉定位方法。该方法通过自适应阈值法区分图像中的光源与背景,通过中心加权质心检测法提取光源中心,并以光源中心点数量为判定条件选取单目或双目视觉定位,添加水体折射参数提高定位精度。试验结果显示,采用该方法的定位耗时相比以往减少约70%,定位结果输出稳定,对接精度在允许范围内。该方法在AUV回收对接过程中通过牺牲部分定位精度来提高对接的实时性和鲁棒性,保障AUV成功对接回收。     

水下机器人的一种自校正控制方法

本文将综合非线性系统的一种新方法——逆系统非线性补偿解耦控制方法应用于高度非线性强耦合的水下机器人的控制。当模型参数不准甚至时变情况下,针对补偿解耦合的伪线性系统设计了自校正控制器,提高了系统的鲁棒性。     

极地自主水下机器人研究现状和关键技术

极地自主式水下机器人是进行极地科学考察和相关研究的主要装备。本文首先介绍了目前国内外极地自主水下机器人的研究现状。然后,针对极地高纬度、大范围冰盖、极低温、复杂水声环境等主要特点,总结了布放回收、水声通信、导航定位、电池低温放电和总体设计等主要关键技术。最后,提出我国发展极地自主水下机器人的方向。     

自主式水下航行器水下回收融合引导技术方案及算法

[目的]为解决母艇携载的自主式水下航行器（AUV）在水下自主回收和对接的问题,基于惯导（INS）、声学超短基线定位（USBL）、光学等信号引导的多源数据融合,提出一种面向移动平台的AUV水下回收对接引导方法。[方法]为此,设计融合多传感器信息的扩展联邦卡尔曼滤波器,采用分散滤波并再经信息融合方法以提高滤波精度。分别以INS和USBL及光学探测信号作为子滤波器的输入信息,结合AUV水下回收对接过程中的5个阶段分别建立运动方程,最终得到适用于移动平台搭载的AUV水下对接引导系统的多源数据融合导航算法。[结果]仿真结果表明,所提方法具有可行性、系统鲁棒性和控制精度,[结论]可满足母艇水下回收作业对接的工程要求,以及作为AUV水下自主回收操作的技术参考。     

水下机器人所摄图像的预处理

水下机器人在获取图像的过程中会受到多种因素的干扰,图像处理难度大.为提高水下图像的质量,改善图像视觉效果,必须首先解决各种干扰因素对视觉信息造成的干扰和影响.图像预处理旨在去除噪声,提高图像质量,以改善人们的视觉效果和图像质量,降低后续算法处理的难度.基于此,主要探讨使用分段线性灰度变换法进行图像处理,以达到预期效果.     

一种基于行为的自主/遥控水下机器人共享控制方法

自主/遥控水下机器人(ARV)是一种综合自主水下机器人和遥控水下机器人特点的新型水下机器人,融合ARV自主控制和操作人员遥控的共享控制是ARV控制的关键问题。针对ARV在环境探索任务中和目标观察任务中的共享控制,采用基于行为的控制思想,提出一种基于行为的ARV共享控制方法,包括实现环境探索的遥控行为、自主避障行为、以及实现目标观察的人机协同路径跟踪控制行为,通过设计的基于优先级的行为组织和融合方法,实现了ARV基于设计的行为以"人主机辅"模式执行环境探索继而以"机主人辅"模式执行目标观察过程的有效共享控制。基于构建的水下机器人共享控制仿真环境对设计的共享控制方法进行仿真实验,验证了提出的共享控制方法的有效性。     

虚拟现实技术在自主水下机器人避障模拟中的应用

当前研发的自主水下机器人避障数据获取难度较大,导致避障精准度降低,因此研究了虚拟现实技术在自主水下机器人避障模拟中的应用。采用声呐探测技术对不同水域的水下环境数据进行采集,通过虚拟现实技术将采集的声呐数据转换为三维场景。利用SOV视觉算法对三维场景避障数据进行分析与计算,根据分析结果对自主水下机器人避障算法进行修正,从而完成自主水下机器人避障模拟。通过仿真实验,采用传统避障方法与提出模拟方法进行避障精准度测试,通过数据证明提出研究的有效性。     

大型自主水下机器人全局静态与局部动态融合路径规划方法

针对大型自主水下机器人在做全局路径规划时面临环境建模复杂,算法求解能力弱以及面对局部动态障碍时自主性低,避障路径规划困难等问题,采用极坐标表示形成路径同心圆,在严格机动性约束下提出基于改进粒子群算法和速度障碍法的全局静态与局部动态相融合的路径规划方法。在极坐标表示的环境模型中,在全局静态规划中引入最优粒子"变异"过程提升算法求解能力;在局部动态规划中利用速度障碍法求解局部碰撞范围和安全路径区域以保证避障路径最优。实验结果表明,与传统粒子群和遗传算法相比,改进方法在全局静态规划中路径更短、求解能力更强,局部动态规划能够得到出最优避障路径。     

改进SIFT算法的舰船图像拼接算法

舰船图像在拍摄过程中,由于各种因素的干扰,得到舰船图像不完整,难以描述舰船图像所要表达目标的信息,而当前舰船图像拼接算法存在拼接准确率低、拼接过程复杂等不足,为了获得理想的舰船图像拼接结果,提出基于改进SIFT算法的舰船图像拼接算法。首先提取待拼接舰船的图像,并对它们进行归一化、颜色增强、噪声滤波等操作,然后采用改进SIFT算法提取舰船图像拼接特征点,根据特征点进行两幅舰船图像的拼接操作,最后采用多种舰船图像进行了拼接测试实验,以验证改进SIFT算法的优越性。结果表明,改进SIFT算法避免了当前舰船图像拼接算法存在的局限性,不仅能够以高准确率实现舰船图像拼接,而且舰船图像拼接过程更加简单,加快了舰船图像拼接速度,取得了满意的舰船图像拼接结果。     

水下遥作业系统的协调控制的研究

  目的  以多自主式水下机器人（MAUV）执行海底地形勘察任务为背景,提出一种基于改进蚁群算法的MAUV最优任务分配算法。  方法  首先,建立任务分配问题模型;然后,针对基本蚁群算法进行改进。改进的蚁群由多个子群组成,通过对任务执行能力蚂蚁的选择方法、启发函数和全局信息素更新方式进行改进,以此提高算法的自适应能力和全局搜索能力,并在局部搜索中通过2-opt算法进一步加快最优解的收敛速度。  结果  Matlab仿真结果表明,改进的蚁群算法可以有效提高MAUV的任务分配效率,从而快速地平衡航行距离和能耗代价。  结论  研究成果可为MAUV海底地形勘察任务分配提供参考。     

卡尔曼滤波算法在自主式水下机器人超短基线定位中的应用

近年来,海洋开发进程不断深入,水下机器人在海洋探测、海上救助等领域发挥着越来越重要的作用。基于超短基线的声波探测定位技术是采集和传递信息的最有效手段,是解决水下机器人定位精度的有效途径。本文研究基于超短基线定位的原理,分析产生定位误差的原因,利用卡尔曼滤波算法提高水下机器人的定位精度。     

自主式水下滑翔机关键技术专利扩展分析

为解决目前自主式水下滑翔机的导航技术、水声通信以及组网技术3个分支专利数量较少,存在一定的技术瓶颈和技术壁垒的问题,本文基于自主式水下滑翔机的功能、效果、适用等技术需求,将其研究范围扩展至水下航行器领域,通过对扩展领域中导航技术、水声通信技术以及组网技术的专利申请进行多角度分析,得到了3个分支在扩展领域的专利申请趋势、主要技术来源地、活跃度以及国内主要申请人等结论,以对自主式水下滑翔机的研究进行技术支撑。     

智能自主式水下航行器技术发展研究

自主式水下航行器(AUV)具有自主性、隐蔽性、环境适应性、可部署性和高效费比等优点,被广泛应用于民用、军用和商用等领域。智能化是目前AUV技术的研究热点,智能AUV具有更先进的"智能"技术,能够极大地拓展海上无人装备的任务范围,提高作业能力。结合典型智能AUV设备,对近年来智能AUV的发展现状进行阐述,对智能AUV的关键技术以及未来发展情况进行详细分析,研究成果对开展智能AUV设备技术研究和发展具有一定借鉴意义。     

全驱动自主水下机器人回收路径跟踪模糊滑模控制

为满足全驱动自主水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle, AUV)的水下搜救、回收和海底地貌成像等实际任务的需求,对全驱动AUV路径跟踪控制应用方法进行研究。阐述“探海Ⅱ型”全驱动AUV回收系统的组成,建立该AUV的水平面和垂直面数学模型,设计一种模糊滑模路径跟踪控制器,并对其进行仿真和湖试试验。结果表明：该AUV运行可靠,能较好地完成回收路径跟踪任务,满足水下实际任务需求;研究的AUV路径跟踪控制器对全驱动型AUV及其他领域的路径跟踪控制具有借鉴意义。