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    院級平臺:移動測量與智能測量機器人研究中心

    時間:2017-04-19 來源:未知 點擊:
    一、平臺信息
    平臺名稱: 移動測量與智能測量機器人研究中心
    領    域: 移動測量
    學科分類: 測繪科學與技術
    建設單位: 武漢大學測繪學院
    人:閆利
    設立時間:2017年4月
    二、建設平臺的目的和意義
    1、科學目標
    瞄準“十三五”期間測繪行業將全面列裝移動測量裝備的發展機遇,特別是車載移動測量系統是國內外研究機構和廠商競相發展但尚未完全成熟的高端測量裝備,仍處在技術競爭階段。針對核心裝備國產化、點云處理自動化、軟件開發系列化等問題展開研究,開發測量型、調查型、街景型、應急型等型譜化車載移動測量系統,全面推廣于測繪、交 通、能源、城市管理、互聯網信息服務等領域。
    主要科學目標有:
    (1)地面高精度三維空間信息的動態、高效獲取。
    在地面測量中,常采用全站儀、GNSS RTK等技術獲取地面高精度三維空間信息,該類技術效率低、勞動強度大;隨著GNSS/IMU組合定位定姿技術、激光掃描測量技術、高分辨率成像技術的發展,采用移動測量的方式獲取高精度地面三維空間信息成為可能。本平臺的目標之一是采用GNSS/IMU組合定位定姿傳感器、激光掃描傳感器以及數字相機等在車載、船載及機載等平臺上集成移動測量系統,對系統進行嚴格標定,采用直接地理定向技術,實現在平臺的運動過程中,獲取地物高精度三維空間幾何級空間信息。
    (2)三維空間數據的自動化處理。
    本平臺的第二個目標是在獲取地物高精度三維空間信息的基礎上,實現數據的自動化處理。移動測量系統采集的數據中包含了豐富的地物幾何及屬性信息,目前主要依靠人工判別以及手動編輯的方式獲取專題地物信息,工作量大、效率低;本平臺研究移動測量數據的自動分類、地物自動提取、典型地物的自動三維建模,實現數據處理的自動化。
    (3)智能測量機器人技術研究。
    以高性能移動測量技術為基礎,研究智能測量機器人,在本世紀機器人大發展的時代,智能測繪機器人將是測繪技術的又一次跨越發展, 突破無縫三維測量、自動尋的、目標識別、避障、自主路徑規劃、自主導航、自動測量等關鍵技術,實現地表、室內、地下、海底等未知環境的智能測繪與實時環境感知,形成智能測量機器人技術框架。
    2、對學校學科建設、人才培養、科學研究等方面的貢獻
    在學科建設方面,本研究中心將移動測量與智能測量機器人作為主要研究內容,不僅把握了測繪學科的研究熱點與前沿領域,還可以推動地理國情、數字城市以及智慧城市等地理信息學科的發展,使得學校保持測繪以及相關學科在國內外的領先地位,進一步提升學校的學術影響力與科研實力。
    在人才培養方面,本研究中心將為本科生開設《車載移動測量技術》、《車載移動測量數據處理》等課程,使學生對移動測量有基本的認識。同時,中心將培養相關領域的碩士研究生以及博士研究生,預期未來五年將培養該領域碩士研究生10名,博士研究生3名,為我國家移動測量與智能測量機器人技術的發展提供技術保障與人才保障。
    在科學研究方面,本研究中心預期未來五年將發表SCI論文8篇,EI論文10篇;申請軟件專利5項,發明專利5項;形成可拓展的軟件開發平臺。
    三、研究方向和主要研究內容
    (1)車載移動測量系統集成與標定
    研究使用低成本傳感器代替昂貴的高精度傳感器集成車載移動測量系統,降低車載移動測量系統的成本,使用多個低成本傳感器以彌補低成本傳感器掃描頻率低、導致數據稀疏等問題。
    研究車載移動測量系統中各傳感器內參數以及傳感器之間的相對參數的自動、簡易標定方法,提高系統標定的靈活性以及車載移動測量系統所獲取數據的精度。
    (2)車載激光掃描數據質量改善
    研究地面靜態掃描數據與車載移動測量數據融合、車載移動測量數據與機載激光點云融合以及車載激光掃描數據與傾斜攝影測量數據的融合等多源數據融合方法,解決由于遮擋造成的數據缺失以及單一數據源數據不全面等問題。
    研究多次掃描以及重復掃描車載激光點云的全局優化,解決多次掃描以及重復掃描點云數據精度不一致問題,提高車載激光掃描數據的質量以及可用性。
    (3)車載激光點云分類與地物自動提取
    研究車載激光掃描數據的最優分割方法、分割結果的特征描述以及自動分類方法;在分類的基礎上研究道路標線、交通標志牌、交通信號燈等地物的識別。
    除分類之外,研究從原始激光點云中自動高效提取道路面、道路標線、路燈、交通標志牌、樹木等地物,提高數據處理效率。
    (4)典型地物三維建模
    研究車載激光點云中樹木點云的骨架提取以及三維建模,研究護欄、路燈等典型地物的三維建模。
    (5)智能測量機器人技術研究
    以高性能移動測量技術為基礎,結合人工智能、目標識別及深度學習理論,研究智能測量機器人技術框架,最終實現測量機器人的自動尋的、目標識別、避障、自主路徑規劃、自主導航等能力,實現地表、室內、地下、海底等環境下的自動測量。
    以上研究方向中,車載移動測量系統集成與標定是數據獲取以及后續研究的基礎;車載激光掃描數據質量改善在采用集成與標定的系統采集數據的基礎上,使用后處理的方法,提高所獲取數據的質量,是該技術在各行各業應用的基礎;在得到滿足質量要求的車載激光掃描數據后,使用車載激光點云分類技術對點云數據進行分類,方便點云數據的后續應用,使用地物自動提取技術以及典型地物的三維建模技術實現車載激光點云在各行各業的應用。智能測量機器人是移動測量技術發展的最終目標。
    四、主要建設規劃、預期目標及水平
    1、建設規劃
    中心建設分4個階段:
    第一階段進行系統平臺建設。利用現有設備或購買相關設備,通過集成改造,建立移動測量實驗及研究平臺。在已有技術基礎上,開發面向道路測量、城市測量的高精度測移動測量系統。
    第二階段針對核心裝備國產化、點云處理自動化、軟件開發系列化等問題展開研究,開發測量型、調查型、街景型、應急型等型譜化車載移動測量系統,深入開展自動化數據處理、提取算法研究,解決數據精度及品質問題,提高處理效率。
    第三階段以高性能移動測量技術為基礎,研究智能測量機器人,在自動尋的、目標識別、避障、自主路徑規劃、自主導航、自動測量等關鍵技術方面尋求突破,形成智能測量機器人技術框架和階段性產品。
    第四階段進行應用研究建設。通過與相關應用單位合作,開展移動測量與智能機器人的應用研究,力爭與國內有影響的測繪地理信息且也合作單位建立長期合作,逐步實現科技成果的產業化。
    2、預期目標及水平(5年內目標)
    十三五期間,力爭主持或參與國家重大項目、國家專項以及省部級項目1-2項,承擔科研經費400萬元,在國內外學術刊物發表論文7-10篇,移動測量與智能機器人技術達到國內領先水平,國際先進水平。依托移動測量與智能機器人技術,形成1-2款可市場化的高端測繪裝備及軟件產品。
    3、科研條件
    通過中心建設,利用已經積累的科研經費及軟硬件條件,在學科建設經費、中心運行經費、校企合作平臺、及個橫向的支持下逐步建立實現地表、室內、地下、海底等未知環境的智能測繪與實時環境感知實驗及研究環境,完成移動測量關鍵技術及智能測量機器人關鍵及時研究。
    4、人才隊伍
    通過引進或選留國內外優秀人才2-3名,建立起7-8個固定人員研究隊伍;聘請國內外著名專家,具有約1-2名人員組成的創新科研引領團隊。
    5、研究成果
    (1)建立移動測量技術實驗及研究平臺;
    (2)完成移動測量系統配套軟件的核心算法研究并形成核心軟件產品;
    (2)完成智能測量機器人技術框架及體系研究,形成滿足幾個特定環境的智能測量機器人產品;
    (3)申請專利2-3項,軟件著作權3-5項;
    (4)發表SCI、EI論文5-8篇。

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