楊必勝-無人系統(tǒng)自主協(xié)同三維信息獲取

楊必勝、陳馳、孫上哲（匯報(bào)人）武漢大學(xué)測繪遙感信息工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2023年6月28日01研究背景及意義：重大需求“中國將機(jī)器人納入國家科技創(chuàng)新的優(yōu)先重點(diǎn)領(lǐng)域，推動(dòng)機(jī)器人科技研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，使機(jī)器人科技及其產(chǎn)品更好為推動(dòng)發(fā)展、造福人民服務(wù)?！薄?xí)近平總書記致世界機(jī)器人大會(huì)的賀信習(xí)近平總書記了解企業(yè)突破關(guān)鍵核心技術(shù)和推動(dòng)制造業(yè)高端化、智能化、綠色化等進(jìn)展情況。“關(guān)鍵核心技術(shù)要立足自主研發(fā)，也歡迎國際合作。要加強(qiáng)教育和人才培養(yǎng)，夯實(shí)科技自立自強(qiáng)根基。”習(xí)近平總書記指出，隨著信息化、工業(yè)化不斷融合，以機(jī)器人科技為代表的智能產(chǎn)業(yè)蓬勃興起，成為現(xiàn)時(shí)代科技創(chuàng)新的一個(gè)重要標(biāo)志?！丁笆奈濉睓C(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》新聞發(fā)布會(huì)無人系統(tǒng)成為推動(dòng)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展、深地深空探測、軍事等無人系統(tǒng)成為推動(dòng)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展、深地深空探測、軍事等01研究背景及意義：重大需求無人系統(tǒng)是第一種集采集與感知、定位與制圖、決策與控制等功能于一體的智能系統(tǒng)。水-陸-空-地下-深空多類復(fù)雜空間環(huán)境存在多要素耦合、多維度約束的特性，單一無人系統(tǒng)難以有效克服復(fù)雜環(huán)境多樣性挑視野單一，感知范圍受限，感知能力不足多視角探測，全面感知、跨域多平臺(tái)協(xié)同01研究背景及意義：重大需求多棲異構(gòu)協(xié)同無人系統(tǒng)是由多棲平臺(tái)、任務(wù)載荷、控制系統(tǒng)及天-空-地-水信息網(wǎng)絡(luò)等組成的一個(gè)綜合系統(tǒng)多棲異構(gòu)協(xié)同無人系統(tǒng)是由多棲平臺(tái)、任務(wù)載荷、控制系統(tǒng)及天-空-地-水信息網(wǎng)絡(luò)等組成的一個(gè)綜合系統(tǒng)知與制多棲異構(gòu)協(xié)同無人集群具有全面感知、全域響應(yīng)、精準(zhǔn)認(rèn)知、自主協(xié)同、高效機(jī)多棲異構(gòu)協(xié)同無人集群具有全面感知、全域響應(yīng)、精準(zhǔn)認(rèn)知、自主協(xié)同、高效機(jī)優(yōu)勢可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)平臺(tái)之間功能的互補(bǔ)、效能的倍增DARPASubT地下挑戰(zhàn)賽NASAJPL火星洞穴探測中國國際月球科研站祝融號(hào)著陸仿細(xì)胞集群機(jī)器人祝融號(hào)著陸仿細(xì)胞集群機(jī)器人03全面感知與精準(zhǔn)認(rèn)知:CG-SSD角點(diǎn)監(jiān)督目標(biāo)感知無人駕駛目標(biāo)檢測無人駕駛目標(biāo)檢測由于物體之間的遮擋和由于物體之間的遮擋和LiDAR傳感器掃描角度變化，LiDAR無法獲取完整的目標(biāo)表面點(diǎn)云?，F(xiàn)有點(diǎn)云3D目標(biāo)檢測方法都是通過強(qiáng)制分類和回歸中心點(diǎn)來得到檢測框，而中心點(diǎn)周圍是不存在點(diǎn)云數(shù)據(jù)，這限制了現(xiàn)有方法的檢測精度。提出一種自適應(yīng)的角點(diǎn)分類方法；提出一種角點(diǎn)檢測輔助模塊，提出一種自適應(yīng)的角點(diǎn)分類方法；提出一種角點(diǎn)檢測輔助模塊，并且可以作為插件用于其他網(wǎng)絡(luò)中，即插即用。技術(shù)指標(biāo)l取得ONCE數(shù)據(jù)集上單階段單幀點(diǎn)云檢測精度排名第一l角點(diǎn)輔助模型可以作為插件的形式助力其他模型提升精度，精度最高可提升14.23%。小目標(biāo)檢測小目標(biāo)檢測?視角多變、尺度差異明顯、訓(xùn)練標(biāo)注受限?提出了一種融合坐標(biāo)和通道信息的注意力機(jī)制，用于改善尺度、方向改變造成的?構(gòu)建了級(jí)聯(lián)檢測網(wǎng)絡(luò)(CC-YOLO)，在第一級(jí)檢測感興趣區(qū)域(PC-RoIs)，在第二03融合定位與無偏制圖：SGSR-Net:結(jié)構(gòu)語義引導(dǎo)的MBL點(diǎn)云超分辨率點(diǎn)云超分辨率點(diǎn)云超分辨率(a)16線點(diǎn)云(b)真值128線點(diǎn)云(c)超分辨率128線點(diǎn)云(d)點(diǎn)云精化效果面臨挑戰(zhàn)?現(xiàn)有的從低線數(shù)激光雷達(dá)點(diǎn)云超分辨率研究沒有考慮場景的幾何語義，從而導(dǎo)致下游子任務(wù)(如SLAM)的超分辨率點(diǎn)優(yōu)化不足。點(diǎn)云超分辨率網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)云超分辨率網(wǎng)絡(luò) λmax一λminλ1=+ελ-b×h-Hfloor+εh λmax一λmin-b×-h+HceilinI-εh,λ2直方圖結(jié)構(gòu)語義提取邏輯池化蒙特卡洛直方圖結(jié)構(gòu)語義提取lCG-LSR神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將超分辨率點(diǎn)的MAE降低了12.4%，降至0.177m。lSGSR-Net的室內(nèi)SLAM（LeGO-LOAM）結(jié)果的絕對位姿誤差(APE)的均值和RMSE分別降低了27%和30%，降至0.849m和0.902m時(shí)空連續(xù)建圖時(shí)空連續(xù)建圖?低成本、低線數(shù)的MBL傳感器視角小、點(diǎn)密度低，帶來退化場景L-SLAM?UGV等小型運(yùn)動(dòng)平臺(tái)受地形影響大，位姿動(dòng)態(tài)高，離散SLAM方法難以適用提出一種連續(xù)時(shí)空的SLAM方法，構(gòu)建統(tǒng)計(jì)誤差向量優(yōu)化約束橢圓關(guān)聯(lián)共軛特征篩選模型，基于樣條線擬合的連續(xù)時(shí)間-空間非剛性ii樣條線運(yùn)動(dòng)建模連續(xù)時(shí)空低冗余點(diǎn)云可觀性特征篩選模型樣條線運(yùn)動(dòng)建模連續(xù)時(shí)空低冗余點(diǎn)云l與SOTA方法Lego_LOAM相比，3D-CSTM的APE減小27.5%l3D-CSTM構(gòu)建的點(diǎn)云地圖誤差減小了20%，且冗余低跨域異構(gòu)無人系統(tǒng)跨域異構(gòu)無人系統(tǒng)自主協(xié)同作業(yè)??單智能體面對跨域未知空間，算力、續(xù)航、通行模式有限。面臨挑戰(zhàn)?當(dāng)前無人系統(tǒng)智能體間協(xié)同能力弱。?無人系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)高效任務(wù)協(xié)同優(yōu)化配置。自主投放中繼信標(biāo)自主投放中繼信標(biāo)跨域異構(gòu)無人系統(tǒng)動(dòng)態(tài)自組網(wǎng)最優(yōu)中繼投放最優(yōu)中繼投放l在算力、續(xù)航與通行能力有限條件下，在實(shí)地與仿真未知空間跨域異構(gòu)無人系統(tǒng)自主協(xié)同探索環(huán)境覆蓋度平均優(yōu)于85%、協(xié)同探索效率達(dá)到200m3/s?？盏芈?lián)合建圖全局地圖構(gòu)建結(jié)果點(diǎn)云描述子結(jié)果空地聯(lián)合建圖全局地圖構(gòu)建結(jié)果點(diǎn)云描述子結(jié)果?現(xiàn)有多無人平臺(tái)激光協(xié)同SLAM多為UGV間協(xié)同，缺乏UAV-UGV協(xié)同激光SLAM系統(tǒng)?現(xiàn)有的閉環(huán)檢測點(diǎn)云描述子缺乏視點(diǎn)轉(zhuǎn)換能力，不適用于空地平臺(tái)間的閉環(huán)檢測空地協(xié)同建圖與定位系統(tǒng)構(gòu)建空地?zé)o人平臺(tái)的聯(lián)合定位與建圖系統(tǒng)提出具備視點(diǎn)轉(zhuǎn)換能力的點(diǎn)云描述子用于閉環(huán)檢測l閉環(huán)檢測正確率可達(dá)97%l聯(lián)合軌跡絕對位姿誤差(APE)的均值和RMSE分別為0.4m和l聯(lián)合地圖與真值地圖點(diǎn)到點(diǎn)dist的均值小于0.08m04階段成果：無人系統(tǒng)自主感知與認(rèn)知無人駕駛環(huán)境感知無人機(jī)電力環(huán)境感知提出了CG-SSD檢測器，攻克了融合檢測技術(shù)瓶頸，在無人駕駛環(huán)境感知無人機(jī)電力環(huán)境感知提出了CG-SSD檢測器，攻克了融合檢測技術(shù)瓶頸，在數(shù)據(jù)集類別圖像尺寸圖像數(shù)量背景復(fù)雜度實(shí)例/張實(shí)例15240912630126307最佳論文獎(jiǎng)(2020，陳馳，排名1)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)集（全球首個(gè)大規(guī)模電力巡檢Benchmar04階段成果：無人系統(tǒng)高精度制圖上海等多個(gè)大型自動(dòng)駕駛示范區(qū)進(jìn)行了驗(yàn)證，建設(shè)了東風(fēng)、廣汽智能網(wǎng)聯(lián)示范區(qū)道路高精地圖，全長累計(jì)超3D-3D-CSTM時(shí)空連續(xù)的三維建圖系統(tǒng)04階段成果：地下空間自主探測裝備研制研制了“珞珈探索者”無人地下空間探測系統(tǒng),相關(guān)核心技術(shù)服務(wù)地下空間測繪、激光隧道檢測，獲測繪科技進(jìn)步獎(jiǎng)研制了“珞珈探索者”無人地下空間探測系統(tǒng),相關(guān)核心技術(shù)服務(wù)地下空間測繪、激光隧道檢測，獲測繪科技進(jìn)步獎(jiǎng)測繪科技進(jìn)步測繪科技進(jìn)步04階段成果：異構(gòu)無人系統(tǒng)自主協(xié)同裝備研制研制了無人機(jī)、無人車、機(jī)器人等多類無人平臺(tái)移動(dòng)感知定位和制圖系統(tǒng)，服務(wù)電力巡檢、無人駕駛等多類應(yīng)用，研制了無人機(jī)、無人車、機(jī)器人等多類無人平臺(tái)移動(dòng)感知定位和制圖系統(tǒng)，服務(wù)電力巡檢、無人駕駛等多類應(yīng)用，點(diǎn)云數(shù)據(jù)定位導(dǎo)航巡檢結(jié)果電網(wǎng)無人巡檢裝備研制電網(wǎng)無人巡檢裝備研制東風(fēng)領(lǐng)航自動(dòng)駕駛裝備研制04階段成果—學(xué)術(shù)專著與代表性論文在激光點(diǎn)云智能處理、地圖模型、地圖存儲(chǔ)、眾包測繪與增量更新等方面都有開創(chuàng)性的研究成果，廣義發(fā)明專利與軟件著作04階段成果—制定標(biāo)準(zhǔn)與獲得獎(jiǎng)勵(lì)在激光點(diǎn)云智能處理、地圖模型、地圖存儲(chǔ)、眾包測繪與增量更新等方面都有開創(chuàng)性的研究成果，制04階段成果—承擔(dān)國家項(xiàng)目項(xiàng)目類型負(fù)責(zé)人獲批時(shí)間項(xiàng)目名項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)復(fù)雜空間場景數(shù)字孿生關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用高精度自動(dòng)駕駛動(dòng)態(tài)地圖與北斗衛(wèi)星融合定位技術(shù)廣義點(diǎn)云多細(xì)節(jié)層次三維建模理論與方法地下空間無人集群協(xié)同自主探索與3D感知定位制圖城市立體形態(tài)結(jié)構(gòu)化建模理論方法廣義影像點(diǎn)云構(gòu)建與多細(xì)節(jié)層次建模04階段成果—示范驗(yàn)證東風(fēng)汽車、廣汽、中汽研、光谷智聯(lián)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車領(lǐng)域承擔(dān)了多項(xiàng)國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃。擁有多個(gè)國家發(fā)平臺(tái)，擁有智能網(wǎng)聯(lián)示范區(qū)、自動(dòng)駕駛研發(fā)平臺(tái)、自動(dòng)駕駛巴士、自動(dòng)駕駛實(shí)車測試系統(tǒng)、V2X硬測試示范環(huán)境：先導(dǎo)區(qū)/示范區(qū)/試驗(yàn)場l與一汽奔騰、中興智能汽車、中鐵十九局聯(lián)合研發(fā)的新一代自動(dòng)駕駛乘用車、巴士、礦車研發(fā)平臺(tái)04階段成果—武漢大學(xué)赤壁無人基地