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| DC 欄位 | 值 | 語言 |
|---|---|---|
| dc.contributor.advisor | 王立昇 | zh_TW |
| dc.contributor.advisor | Li-Sheng Wang | en |
| dc.contributor.author | 李承霖 | zh_TW |
| dc.contributor.author | Cheng-Lin Li | en |
| dc.date.accessioned | 2026-02-03T16:19:14Z | - |
| dc.date.available | 2026-02-04 | - |
| dc.date.copyright | 2026-02-03 | - |
| dc.date.issued | 2026 | - |
| dc.date.submitted | 2026-01-23 | - |
| dc.identifier.citation | [1] T. M. Aycock. A simultaneous localization and mapping implementation using inexpensive hardware. The University of Alabama, 2010.
[2] T. Bailey and H. Durrant-Whyte. Simultaneous localization and mapping (slam): Part ii. IEEE robotics & automation magazine, 13(3):108–117, 2006. [3] A. Doucet, N. De Freitas, N. J. Gordon, et al. Sequential Monte Carlo methods in practice, volume 1. Springer, 2001. [4] H. Durrant-Whyte and T. Bailey. Simultaneous localization and mapping: part i. IEEE robotics & automation magazine, 13(2):99–110, 2006. [5] M. Ester, H.-P. Kriegel, J. Sander, X. Xu, et al. A density-based algorithm for discovering clusters in large spatial databases with noise. In kdd, volume 96, pages 226–231, 1996. [6] R. E. Kalman. A new approach to linear filtering and prediction problems. 1960. [7] R. E. Kalman and R. S. Bucy. New results in linear filtering and prediction theory. 1961. [8] P. C. Mahalanobis. On the generalized distance in statistics. Sankhyā: The Indian Journal of Statistics, Series A (2008-), 80:S1–S7, 2018. [9] P. S. Maybeck. Stochastic models, estimation, and control, volume 3. Academic press, 1982. [10] R. Smith, M. Self, and P. Cheeseman. Estimating uncertain spatial relationships in robotics. In Machine intelligence and pattern recognition, volume 5, pages 435–461. Elsevier, 1988. | - |
| dc.identifier.uri | http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/101442 | - |
| dc.description.abstract | 本研究提出一套改良式同步定位與建圖(Simultaneous Localization and Mapping, SLAM)系統架構,以擴展卡爾曼濾波器(ExtendedKalmanFilter,EKF)為核心,針對感測器量測數據進行雜訊抑制與數據關聯機制之設計。在感測數據前處理階段,引入基於密度之聚類演算法(Density-basedspatial clustering of applications with noise, DBSCAN),以降低感測器因不可抗力因素所產生之雜訊對後續地圖建構的影響。於數據關聯階段,本研究結合馬哈拉諾比斯距離(Mahalanobis distance)與歐幾里德距離(Euclidean distance)進行雙重判斷,達到同時考量估測不確定性與幾何距離關係,以提升地標匹配之穩定性。此外,於新地標生成流程中加入觀測次數門檻機制,僅當同一觀測連續出現達所設定之次數時,才將其納入地圖建構。實驗結果顯示,本研究所提出之方法可有效減少地圖中重複地標生成的情形,且能在雜訊環境下維持SLAM系統運作之強健性。 | zh_TW |
| dc.description.abstract | This study proposes an improved Simultaneous Localization and Mapping (SLAM)system architecture, centered on the Extended Kalman Filter (EKF), with a focus on noise suppression and data association mechanisms for sensor measurements. In the sensor data preprocessing stage, a Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise (DBSCAN)algorithm is introduced to mitigate the impact of sensor noise caused by uncontrol lable factors on subsequent map construction. During the data association stage, a dual criteria approach combining Mahalanobis distance and Euclidean distance is employed to simultaneously consider estimation uncertainty and geometric proximity, thereby enhancing the stability of landmark matching. Furthermore, a threshold mechanism based on the number of observations is incorporated into the new landmark generation process, such that only observations occurring consecutively up to a preset count are incorporated into the map. Experimental results demonstrate that the proposed method effectively reduces the occurrence of duplicate landmarks in the map and maintains the robustness of the SLAM system in noisy environments. | en |
| dc.description.provenance | Submitted by admin ntu (admin@lib.ntu.edu.tw) on 2026-02-03T16:19:14Z No. of bitstreams: 0 | en |
| dc.description.provenance | Made available in DSpace on 2026-02-03T16:19:14Z (GMT). No. of bitstreams: 0 | en |
| dc.description.tableofcontents | 口試委員會審定書 i
致謝 ii 摘要 iii Abstract iv 目次 vi 圖次 ix 表次 xi 第一章 緒論 1 1.1 前言與研究動機 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2 文獻回顧 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.3 研究內容 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.4 論文架構 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 第二章 系統狀態估測與卡爾曼濾波器 7 2.1 系統狀態估測 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.2 卡爾曼濾波器基礎理論 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.2.1 狀態空間模型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.2.2 高斯假設與線性系統前提 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.2.3 卡爾曼濾波器基本公式推導 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.2.4 卡爾曼濾波器流程 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.3 擴展卡爾曼濾波器(ExtendedKalmanFilter, EKF) . . . . . . . . . . . . . . 15 2.3.1 雅可比矩陣(Jacobianmatrix) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.3.2 非線性系統之線性化 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.3.3 擴展卡爾曼濾波器流程圖及模擬 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 第三章 同步定位與建圖(SLAM)系統設計方法 21 3.1 SLAM理論基礎與架構 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 3.2 定位與預測 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3.2.1 無人載具差速驅動模型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3.2.2 狀態預測 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 3.3 觀察與地標提取 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 3.3.1 光達(LiDAR)感測原理與數據特性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 3.3.2 基於密度之聚類演算法(DBSCAN). . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 3.4 數據關聯(Dataassociation) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.4.1 最近鄰方法(Nearest-Neighbor Approach) . . . . . . . . . . . . . 35 3.4.2 馬哈拉諾比斯距離(Mahalanobisdistance) . . . . . . . . . . . . . . 36 3.4.3 歐幾里德距離(Euclideandistance) . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 3.5 濾波器更新 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 3.5.1 喬列斯基分解(Choleskydecomposition) . . . . . . . . . . . . . . . 43 3.6 地圖擴增 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 第四章 實驗設備與系統介紹 46 4.1 硬體架構 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 4.1.1 差速輪無人載具 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 4.1.2 光達 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 4.1.3 控制工作站主機 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 4.2 軟體系統 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 4.3 系統架構 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 第五章 模擬與實驗結果 51 5.1 模擬結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 5.2 實驗結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 5.3 模擬與實驗結果討論 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 第六章 結論與未來展望 59 參考文獻 60 | - |
| dc.language.iso | zh_TW | - |
| dc.subject | 同步定位與建圖 | - |
| dc.subject | 擴展卡爾曼濾波器 | - |
| dc.subject | 聚類演算法 | - |
| dc.subject | 馬哈拉諾比斯距離 | - |
| dc.subject | SLAM | - |
| dc.subject | Extended Kalman Filter | - |
| dc.subject | DBSCAN | - |
| dc.subject | Mahalanobis distance | - |
| dc.title | 同步定位與建圖系統之設計與實現 | zh_TW |
| dc.title | The Design and Implementation of a Simultaneous Localization and Mapping System | en |
| dc.type | Thesis | - |
| dc.date.schoolyear | 114-1 | - |
| dc.description.degree | 碩士 | - |
| dc.contributor.oralexamcommittee | 張帆人;卓大靖;王和盛 | zh_TW |
| dc.contributor.oralexamcommittee | Fan-Ren Chang;Dah-Jing Jwo;He-Sheng Wang | en |
| dc.subject.keyword | 同步定位與建圖,擴展卡爾曼濾波器聚類演算法馬哈拉諾比斯距離 | zh_TW |
| dc.subject.keyword | SLAM,Extended Kalman FilterDBSCANMahalanobis distance | en |
| dc.relation.page | 61 | - |
| dc.identifier.doi | 10.6342/NTU202600259 | - |
| dc.rights.note | 同意授權(全球公開) | - |
| dc.date.accepted | 2026-01-26 | - |
| dc.contributor.author-college | 工學院 | - |
| dc.contributor.author-dept | 應用力學研究所 | - |
| dc.date.embargo-lift | 2026-02-04 | - |
| 顯示於系所單位: | 應用力學研究所 | |
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