基于SLAM的车辆运行轨迹算法研究

作     者：訾安琪 

作者单位：上海工程技术大学 

学位级别：硕士

导师姓名：柴晓冬

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：车辆运行轨迹 同步定位与地图创建 机器视觉 特征匹配 转换误差 

摘      要：随着铁路和城轨系统的不断发展,轨道不平顺的现象得到越来越多人的关注,通过不平顺的检测可以判断列车的行车安全。传统的轨道检测技术在超长波检测方面的研究还不能完全满足要求。本文基于同步定位与地图创建(SLAM)算法的思想提出了一种新的检测方法,将检测的重点放在列车上,通过检测车辆的运行轨迹间接的反映轨道的不平顺状况。本文深入研究了车辆连续运动状态下的坐标转换算法。基于SLAM算法的思想,采用双目立体视觉的方法,通过连续不断地测量,将动态测量值都转换到初始位置的世界坐标系下,从而建立了动态坐标系与静态基准点间的关系,实现了车辆的同步定位。同时,探索了图像几何特征的匹配方法,在经典的SIFT算法基础上,通过双目摄像机对应的左右两幅图像间的旋转、平移关系,提出了基于双目立体视觉系统的四幅图像匹配算法,并引入随机抽样一致性(RANSAC)算法对匹配对提纯,设计实验并用matlab对算法进行了验证,得到了匹配精度较高的图像。针对坐标转换中出现的误差引入误差评价方法,主要包括坐标转换模型、误差评价模型和误差坐标系评价方法三部分,将特征点分为转换点集和测试点集两部分,并通过实验中得到的坐标值分析了转换点个数和转换点空间分布的位置对转换精度的影响。最后,设计了两个实验对算法进行验证并得到仿真的车辆运行轨迹。其中,基于运动控制平台的实验主要验证了坐标转换算法,通过设计运行路线,控制实验台连续运动采集数据并进行转换,实验得到的三轴坐标转换最大误差为0.74mm,运行曲线三轴绝对位移误差均小于1.2mm。在实验室搭建的轨道线路模型上,用列车控制软件控制模拟轨道车对多段区间测量,并基于MFC设计了图像采集系统。将实验得到的运行轨迹曲线x、y、z轴数据进行定量分析,与实际线路相比三轴误差均在3mm内。实验结果表明,本文提到的车辆运行轨迹算法可行,而且误差较小,满足检测要求。