【摘 要】
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野战方舱医院在支援卫勤保障、传染病疫情应急防控、突发灾害应急医学救援中发挥着重要作用。野战方舱医院部署速度是影响其救治能力生成的重要因素。方舱转运效率、定位精度对野战方舱医院部署速度具有决定性影响。目前,野战方舱医院部署过程中,方舱转运效率低、定位精度差,严重制约了其部署速度的提升。而方舱转运自动导引车(Automated Guided Vehicle,AGV)为方舱高效转运、精确定位提供了有效手
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野战方舱医院在支援卫勤保障、传染病疫情应急防控、突发灾害应急医学救援中发挥着重要作用。野战方舱医院部署速度是影响其救治能力生成的重要因素。方舱转运效率、定位精度对野战方舱医院部署速度具有决定性影响。目前,野战方舱医院部署过程中,方舱转运效率低、定位精度差,严重制约了其部署速度的提升。而方舱转运自动导引车(Automated Guided Vehicle,AGV)为方舱高效转运、精确定位提供了有效手段。为此,本文以提高方舱转运效率、定位精度为目标,基于方舱转运AGV模拟平台探索了导航定位关键技术,根据方舱结构特点及转运环境特征,设计了基于混合导航方式的方舱转运AGV导航定位系统,并进行了导航定位试验,实现了方舱高效转运、精确定位。主要工作及研究结果如下:设计了方舱转运AGV导航定位系统总体方案。分析了方舱转运的实际需求,明确了方舱转运AGV的导航任务,阐述了方舱转运AGV工作流程,提出了集实时动态载波相位差分定位技术、二维码定位技术、激光测距定位技术、目标检测和测距技术以及运动规划技术于一体的混合导航方式的方舱转运AGV导航定位方案,确定了导航定位系统组成,选取了传感器模型,建立了坐标系模型。探索了基于方舱转运AGV模拟平台的导航定位技术。设计了基于多种传感器的位姿估计技术、Cartographer建图技术、自适应蒙特卡洛定位技术、A*全局规划技术和动态窗口(Dynamic Window Algorithm,DWA)局部规划技术的方舱转运AGV模拟平台导航定位方法。基于方舱转运AGV模拟平台进行了导航定位试验,试验研究结果表明:室外无遮挡场景下实时动态载波相位差分定位(Real-Time Kinematic,RTK)方法的位姿估计精度最高,室外有遮挡场景下视觉里程计方法的位姿估计精度最高,两者精度均达到厘米级;基于激光观测数据和视觉里程计位姿数据关联的Cartographer算法建立的地图质量高,地图绝对误差为0.11m(相对误差为2.8%);方舱转运AGV模拟平台能够合理避障,准确到达目标点;基于目标检测的方舱转运AGV模拟平台辅助导航的测距方法,在方舱转运AGV模拟平台距离转运目标7m时,测距绝对误差为0.019m(相对误差为0.27%),测距稳定性高,可作为导航定位的辅助手段。构建了基于混合导航方式的方舱转运AGV导航定位系统。进行了方舱转运AGV导航定位系统硬件选型,设计了方舱转运AGV导航定位系统软件,设计安装了导航定位系统传感器与控制系统,阐述了方舱转运AGV导航定位系统的工作原理,构建了集实时动态载波相位差分定位技术、数据矩阵二维码定位技术、激光测距定位技术、A*全局规划技术以及梯形速度规划技术的混合导航方式的方舱转运AGV导航定位系统,进行了方舱转运AGV导航定位试验。试验研究结果表明:在方舱转运AGV导航定位系统导引下,转运方舱用时5min,定位精度小于5mm。与现有传统的方舱定位方法用时长、定位精度差相比,采用方舱转运AGV转运方舱,方舱转运效率、定位精度得到了明显提升,方舱转运效率最大提升9.6倍、定位精度提升4倍,同时减少了人力物力的资源消耗。提出了基于目标检测的方舱转运AGV辅助导航的测距方法。选用了YOLOv5l作为目标检测模型,阐述了基于目标检测的方舱转运AGV辅助导航的测距原理。构建了方舱数据集并对模型进行了训练,基于训练后的模型进行了方舱转运AGV的目标检测和测距试验。试验结果表明:在方舱转运和方舱对接定位阶段,方舱转运AGV在距离小于7m范围内能准确检测到方舱,其测距精度小于0.1m,可弥补RTK定位的局限性,提高导航定位系统的稳定性、安全性。
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