Сборник проектов Питер

xk +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