惯性/视觉/激光雷达SLAM技术综述CSCD

同时定位与建图(SLAM)技术已广泛应用于各类自主移动平台中,其中视觉SLAM和激光雷达SLAM是两种主要的SLAM技术方案。然而,视觉SLAM系统易受视觉环境变化的影响,而激光雷达SLAM系统则在结构单一等环境中会出现精度退化甚至失效的情况。随着智能移动平台应用场景的不断拓展,对SLAM系统的精度和鲁棒性等提出了更高要求,将多种具有互补性的传感器进行融合是提升SLAM系统性能的有效途径。据此,聚焦惯性/视觉/激光雷达多传感器融合SLAM技术,从多传感器标定和多源数据融合两个主要方面进行综述,最后对多传感器融合SLAM技术的发展趋势进行了展望。     

多无人系统协同视觉SLAM算法

针对传统同时定位与地图构建(SLAM)方法受计算能力、存储能力的限制无法在大范围场景下作业,无法建立大范围场景的全局一致性地图等问题,基于ORB-SLAM2系统框架建立了一种中心式的多无人系统协同视觉SLAM算法。设计了地图大小限制策略,以保证无人系统不受机载设备算力和存储能力的影响,基于字典机制和Sim3转换构建了地图融合优化算法,以完成全局地图构建与优化。最后进行了数据集测试,结果表明：所提出算法能够完成多无人系统协同SLAM,相对传统SLAM算法具有明显优势。     

基于固定阈值事件触发扩张状态观测器的多智能体协同目标环绕控制

针对复杂多扰环境下面向未知运动目标的多智能体对峙跟踪问题,提出了一种基于固定阈值事件触发扩张状态观测器(FTESO)的多智能体协同目标环绕控制方法。首先,建立了智能体与目标的相对运动模型,将目标加速度、模型非线性、环境摄动视为集总干扰,利用量测的相对位置信息构造可降低测量端状态更新频次的FTESO,以实现在非周期采样条件下对于相对速度不可测和集总干扰未知的精准估计。其次,结合速度方向场理论生成目标与智能体间的期望相对速度,根据相邻智能体间的相对角间距信息与FTESO的观测结果,设计了一种不依赖目标加速度信息的多智能体相位协同一致性协议,使得多智能体能够以指定环绕半径、环绕角速度和相对角间距实现对未知运动目标的环绕跟踪。借助Lyapunov稳定性理论,证明了闭环系统中所有误差信号最终一致有界。最后,通过仿真和比较结果验证了所提算法的有效性。     

一种低数据传输的多机器人实时视觉SLAM

针对多机器人视觉SLAM在实际应用中带宽受限的问题,设计了一种低数据传输的多机器人实时视觉SLAM系统.系统中引入了NetVLAD神经网络模型,通过改进NetVLAD降低了多机器人回环检测的计算资源占用,提高了回环检测的实时性.提出了一种针对描述子缺失情况下的特征匹配算法,提高了回环检测与相对量测的鲁棒性,并提出了一种增量式多机器人位姿图共享和优化方法.最后,通过在KITTI数据集进行测试,验证了该SLAM系统能有效减少多机器人通信过程中的数据传输,具有与单机器人SLAM相当的定位精度和实时性.     

USME:统一SLAM度量与评测技术研究

同时定位与建图(SLAM)技术近年来得到迅速发展,但由于缺乏在统一框架下对算法的度量和比较,对SLAM的客观评估和应用造成障碍。提出了统一SLAM度量与评测(USME)框架,从指标体系、数据集及评测方法三个维度为各种SLAM方法的性能度量及比较研究提供基准。针对不同场景,建立了包括长时间运行漂移量,闭环检测能力,存在相机遮挡、光照变化和运动物体时SLAM方法的鲁棒性,以及多体协同性能等的综合性能指标体系。基于三维仿真平台,以指标体系为基准建立了合成数据序列及对应数据集,以对性能指标进行度量与评估。还建立了平均指标均值的数据处理与评测方法,以综合评价不同参数选择对方法性能的影响。通过典型SLAM方法验证了上述方法的可行性。     

序言

多智能体的协同导航与控制作为人工智能及导航控制的重要分支,在当今受到广泛关注。"多智能体系统协同导航与控制技术"专栏,致力于探索自然界中生物个体间的信息交互和共享机制,发掘多智能体之间灵活有效的协同方法,解决导航、定位、环境感知等问题,以提高多智能体在复杂环境下的决策与工作能力。     

带空间协同的多导弹时间协同制导律

针对多导弹在平面内从期望的弹目视线（LOS）相对方向同时击中固定目标问题,提出了一种带空间协同的多导弹时间协同制导律。基于平面内的导弹-目标相对运动方程,建立了带空间协同的多导弹时间协同制导模型;基于多智能体协同控制理论,在视线方向设计了分布式时间协同制导律,可保证所有导弹的打击时刻在有限时间内达到一致,在视线法向方向设计了分布式空间协同制导律,可保证所有导弹的相对视线角在有限时间内收敛到期望值;最后,通过仿真验证了所设计的协同制导律可使多导弹从期望的弹目视线相对方向同时击中目标。     

基于多Agent协同诊断的飞机液压系统综合监控技术

 通过对智能化诊断技术的研究,提出将人工智能多智体（Agent）技术应用于飞机液压系统综合监控系统中。构建了基于多种油样分析的多智体协同诊断专家系统方案,并开发了飞机液压系统状态监控专家系统（AHMES1.0）,应用于飞机液压系统的磨损故障监控。专家系统由污染分析Agent、理化分析Agent、铁谱分析Agent、光谱分析Agent、融合诊断Agent及综合诊断Agent构成,综合诊断Agent负责控制和管理其他Agent进行协同诊断。根据飞机液压系统诊断的实际情况,给出了各Agent的诊断规则。最后用实际的故障案例进行了验证,表明了多智体协同诊断的有效性。     

异构多智能体系统分组输出时变编队跟踪控制

空地协同控制是前沿的热点研究之一,以无人机、无人车为代表的空地智能体动力学模型的差异为研究带来了挑战。研究了高阶异构多智能体系统在有向拓扑条件下的分组输出时变编队跟踪控制问题,提出了虚拟领导者、分组领导者以及跟随者组成的三层协同控制架构。虚拟领导者用于规划整个多智能体系统的状态轨迹,分组领导者跟踪虚拟领导者所提供的轨迹信息,并相互协作以实现分组间的协同配合。跟随者跟踪分组领导者的输出并实现期望的输出编队。在有向通信拓扑结构条件下,基于局部邻居间的相对信息、观测器理论和滑模控制理论构造了控制协议,利用Lyapunov稳定性理论证明协议的有效性。数值仿真结果表明提出的方法能够实现无人机、无人车等异构智能体的空地协同,具有较好的工程应用价值。     

基于鱼眼相机和RGBD相机的异构协同SLAM

SLAM技术在卫星导航拒止环境下的自主导航中有着广泛的应用前景。结合单目鱼眼SLAM可获取更多纹理信息的优势和RGBD-SLAM可直接获取尺度信息的优势，设计基于单目鱼眼相机和RGBD相机的异构协同SLAM系统。首先设计特征点对三维灰度质心方向一致性检验方法以筛选异构图像之间的候选匹配点。然后设计异构图像之间的分步式光流-投影匹配方法，以实现鱼眼相机和RGBD相机之间高性能的特征点匹配与相对位姿估计。最后基于ORB-SLAM2框架，提出基于鱼眼相机和RGBD相机的异构协同SLAM系统框架。实验结果表明：相比于传统的特征点匹配方法，设计的特征匹配方法在异构相机的图像特征匹配任务中能够表现出更高的性能。相比于单目鱼眼SLAM系统和RGBD-SLAM系统，提出的异构协同SLAM系统在相机快速移动、相机贴近景物、低帧率、纹理缺失等条件下，以及在相机纯旋转运动、室外大场景等条件下性能更优，其鲁棒性、抗轨迹漂移能力和轨迹精度比单目鱼眼SLAM系统和RGBD-SLAM系统都有较大提升。     

月面特征稀疏环境下的视觉惯性SLAM方法

月球车在执行科学探测任务过程中,其自身的高精度定位是一项亟需解决的关键问题。针对在特征稀疏的月面环境下的定位问题,提出一种视觉惯性融合的SLAM方法,将视觉测量与惯性传感器的信息利用位姿图优化方法融合,实现高精度的联合定位。针对特征稀疏环境下的前端视觉数据关联误差较大的问题,提出了一种基于四元树的光流跟踪算法,能够有效地跟踪鲁棒的特征点,提升了关键帧之间相对位姿估计的准确性。并且针对月面环境特有的恒星无穷远点干扰问题,提出一种高效的恒星点剔除算法,能够有效改善无穷远点导致的定位精度下降的问题。搭建了一套模拟月面环境的计算机仿真系统,并构建了多个月面环境视觉惯性SLAM仿真数据集,在不同的模拟月面场景下进行定位性能仿真验证,仿真测试结果表明本文算法的鲁棒性更强,具有更高的定位准确度。     

基于多Agent的舰载机弹射起飞仿真层次模型(英文)

With the aid of multi-agent based modeling approach to complex systems, the hierarchy simulation models of carrier-based aircraft catapult launch are developed. Ocean, carrier, aircraft, and atmosphere are treated as aggregation agents, the detailed components like catapult, landing gears, and disturbances are considered as meta-agents, which belong to their aggregation agent. Thus, the model with two layers is formed i.e. the aggregation agent layer and the meta-agent layer. The information communication among all agents is described. The meta-agents within one aggregation agent communicate with each other directly by information sharing, but the meta-agents, which belong to different aggregation agents exchange their information through the aggregation layer first, and then perceive it from the sharing environment, that is the aggregation agent. Thus, not only the hierarchy model is built, but also the environment perceived by each agent is specified. Meanwhile, the problem of balancing the independency of agent and the resource consumption brought by real-time communication within multi-agent system （MAS） is resolved. Each agent involved in carrier-based aircraft catapult launch is depicted, with considering the interaction within disturbed atmospheric environment and multiple motion bodies including carrier, aircraft, and landing gears. The models of reactive agents among them are derived based on tensors, and the perceived messages and inner frameworks of each agent are characterized. Finally, some results of a simulation instance are given. The simulation and modeling of dynamic system based on multi-agent system is of benefit to express physical concepts and logical hierarchy clearly and precisely. The system model can easily draw in kinds of other agents to achieve a precise simulation of more complex system. This modeling technique makes the complex integral dynamic equations of multibodies decompose into parallel operations of single agent, and it is convenient to expand, maintain, and reuse the pro     

面向视觉SLAM的快速均匀特征点提取方法CSCD

针对现有特征点提取方法中特征点提取结果冗余且均匀性差,导致SLAM定位精度及计算效率低的问题,提出了一种面向视觉SLAM的快速均匀特征点提取方法。在该算法的特征点提取部分,创新性地根据目标特征点提取数量对图像进行网格划分,使得特征点均匀分布在整幅图像中。同时,提出了一种兼顾全局和局部信息的均匀性评价标准,更符合视觉SLAM对特征点分布的要求。在NVIDIA Jetson TX2嵌入式平台上进行了实验验证,实验结果表明,新提出的特征点提取方法降低了特征信息冗余及特征信息缺失的概率,提升了SLAM定位精度,在计算资源有限的平台上具有实际应用价值。     

基于相对方位信息和单间距测量的多智能体编队协同控制

由多个载体组成的多智能体系统对复杂环境具有更高的适应性,能够完成传统单个载体无法完成的任务。针对多智能体编队集结与队形移动跟踪问题,提出了一种改进的多智能体编队协同控制新算法。首先,以拒止环境下跟随智能体仅能通过光学传感器测量相对方位信息为任务背景,针对"领导者——第一跟随者"结构的多智能体编队,提出了基于相对方位信息与单间距测量的控制器,使得第一跟随者智能体可以追随移动的领导者智能体,并且可以通过改变与领导者智能体的间距对编队整体队形进行缩放控制。其次,提出一种了改进的分布式控制律,使得其他跟随者智能体可以仅通过两个相对方位信息完成编队飞行。然后,根据Lyapunov第二方法,构建了系统的能量函数,验证了所提出算法的稳定性。最后,通过数值仿真实验对所提算法进行了验证。仿真结果表明,基于该控制律多智能体系统能够完成编队集结、队形缩放和编队飞行的任务。     

民用飞机协同研制模式下的适航管理体系建设研究

随着民用飞机数字化集成协同研制的快速发展,传统的适航管理体制已经越来越不适应数字化、信息化、网络化的飞机协同研制需求,迫切需要建立一个与之相适应的适航管理体系。从协同研制构架入手,分析协同研制的特点和关键技术,重点论述该模式下适航管理体系的构成、特性和作用范围,提出协同研制模式下适航管理体系的建设目标。给出型号合格审定过程适航工程协同管理的构建方案。该方案可以实现对研制全过程的适航管控、规范适航审查活动、缩短型号取证周期和研制进度,进而为型号研制成功和商业成功奠定了基础。     

A multi-agent based intelligent configuration method for aircraft fleet maintenance personnel

A multi-agent based fleet maintenance personnel configuration method is proposed to solve the mission oriented aircraft fleet maintenance personnel configuration problem. The mainte- nance process of an aircraft fleet is analyzed first. In the process each aircraft contains multiple parts, and different parts are repaired by personnel with different majors and levels. The factors and their relationship involved in the process of maintenance are analyzed and discussed. Then the whole maintenance process is described as a 3-layer multi-agent system （MAS） model. A com- munication and reasoning strategy among the agents is put forward. A fleet maintenance personnel configuration algorithm is proposed based on contract net protocol （CNP）. Finally, a fleet of 10 aircraft is studied for verification purposes. A mission type with 3 waves of continuous dispatch is imaged. Compared with the traditional methods that can just provide configuration results, the proposed method can provide optimal maintenance strategies as well.