一种小型移动底盘甘蔗垄间自主行走导航方法技术

本发明专利技术公开了一种小型移动底盘甘蔗垄间自主行走导航方法，属于智能化农业机械自动导航技术；本发明专利技术通过激光雷达采集实际甘蔗田地中的点云数据，使用基于密度的DBSCAN聚类算法和均值滤波处理点云数据，能做到对各阶段甘蔗的定位，并根据甘蔗种植规律和斜率特征使用最小二乘法拟合和95％置信区间处理，拟合出合适的导航路线，实现了甘蔗全生长阶段的导航路径规划，拟合精度高、抗干扰能力强。抗干扰能力强。抗干扰能力强。

【技术实现步骤摘要】
一种小型移动底盘甘蔗垄间自主行走导航方法


[0001]本专利技术涉及农业机械
，具体属于智能化农业机械自动导航技术，特别是一种小型移动底盘甘蔗垄间自主行走导航方法。

技术介绍

[0002]广西是全国甘蔗种植条件最好的省份，蔗糖产业已成为当地的支柱型产业，极大的促进了广西地区经济的发展。
[0003]小型移动底盘作业装备能在甘蔗垄间行走，作业精度高、环境适应性强，特别适合丘陵地区，但针对移动底盘在甘蔗生长全周期的垄间自主导航行走研究较少。
[0004]实际生产中，在丘陵地带甘蔗田地中，甘蔗作业机械起伏摇摆较大，雷达的横向数据可能会产生较大偏差。且，甘蔗叶片纵横交错，也会产生较大的定位误差。此外，不同生长阶段的甘蔗具有不同的形态特点，针对某一阶段甘蔗的定位所用的算法可能无法适用在其他阶段。

技术实现思路

[0005]本专利技术的专利技术目的是，针对上述问题，提供一种小型移动底盘甘蔗垄间自主行走导航方法，能做到对各阶段甘蔗的定位，拟合出合适的导航路径，拟合精度高、抗干扰能力强。
[0006]为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0007]一种小型移动底盘甘蔗垄间自主行走导航方法，包括以下内容：
[0008]步骤S1、通过激光雷达测量并处理得到甘蔗垄间的甘蔗植株的实际定位坐标；包括以下内容：
[0009]步骤S11、通过激光雷达测量采集甘蔗田地垄间一定距离L范围内的点云数据；
[0010]步骤S12、通过倾角传感器测量激光雷达的倾斜角度，对甘蔗横向距离预矫正并对激光雷达的距离值进行修正；
[0011]步骤S13、依据所检测到点云数目判定生长周期，据此自适应选取聚类参数，采用基于密度的DBSCAN聚类算法处理点云数据，得到甘蔗植株的初步定位坐标；
[0012]步骤S14、采用均值法处理初步定位坐标，得到甘蔗植株的实际定位坐标点；若是处于幼苗期时，则将每一个聚类团的初步定位坐标数据求均值，得到幼苗期甘蔗植株的实际定位坐标点；若是处于非幼苗期时，则采用均值滤波算法处理初步定位坐标，再将滤波后每一个聚类团的初步定位坐标数据求均值，采用95％置信区间处理，得到非幼苗期甘蔗植株的实际定位坐标点；
[0013]步骤S2、根据甘蔗的实际定位坐标点拟合出导航路线；包括以下内容：
[0014]步骤S21、将甘蔗垄间左右两侧甘蔗植株的实际坐标点一一对应，当某侧植株存在缺失无法对应时对应缺失位置采用同侧植株的前一实际坐标点代替进行对应，并将两个相互对应的实际坐标点组合求取坐标均值，得到待拟合坐标点；
[0015]步骤S22、对待拟合坐标点进行最小二乘法拟合得到拟合直线；
[0016]步骤S23、利用斜率检查法判定拟合直线是否合格，若斜率不合格则执行后述步骤S24操作，若斜率合格则执行后述步骤S25操作；
[0017]步骤S24、删减待拟合坐标点中的最外围的点，并基于新的待拟合坐标点返回执行前述步骤S22
‑
步骤S23操作；
[0018]步骤S25、将该斜率合格的拟合直线作为导航路线。
[0019]其中，步骤S13的具体内容为：依据所检测到点云数目判定生长周期，当检测到点云数目小于60时判定为幼苗期，当检测到点云数目大于等于60时判定为非幼苗期；然后，根据该幼苗期或非幼苗期自适应选取幼苗聚类参数或非幼苗聚类参数，采用基于密度的DBSCAN聚类算法处理点云数据，得到甘蔗植株的初步定位坐标。
[0020]步骤S24的具体内容为：先将待拟合坐标点的纵坐标的最大和最小的点连接成直线L，再计算每个待拟合坐标点到直线L的距离，再将距离最大的点删除，再更新得到新的待拟合坐标点，再返回执行前述步骤S22
‑
步骤S23操作。
[0021]基于前述方案，在一改进方案中，该导航方法还包括以下内容：步骤S3、重复执行前述步骤S1
‑
步骤S2操作得到下一区域的导航路线，并将其与前一区域的导航路线实时连接以得到行走路线。
[0022]由于采用上述技术方案，本专利技术具有以下有益效果：
[0023]1.本专利技术通过激光雷达采集实际甘蔗田地中的点云数据，使用基于密度的DBSCAN聚类算法和均值滤波处理点云数据，能做到对各阶段甘蔗的定位，并根据甘蔗种植规律和斜率特征使用最小二乘法拟合和95％置信区间处理，拟合出合适的导航路线，实现了甘蔗全生长阶段的导航路径规划，拟合精度高、抗干扰能力强。
[0024]2.本专利技术通过激光雷达采集实际甘蔗田地中的点云数据，测量雷达倾斜角度对甘蔗横向距离预矫正地形干扰。
[0025]3.本专利技术设置点云数目阈值判断所处生长周期并自适应选取聚类参数，使用基于密度的DBSCAN聚类算法处理点云数据。经过聚类处理之后，针对幼苗时期可以对幼苗所在位置进行初步定位；针对其余生长时期可以有效的排除远端小片叶片和一些孤立噪点的干扰；因此排除了低密度区域的噪点和茎秆远端小片叶片的干扰。
[0026]4.本专利技术采用均值滤波算法进行处理，幼苗时期直接求取均值作为实际坐标点，将团簇中茎秆区域所在处的离散点云以单一点的形式表现出来，使环绕在茎秆近端叶片上的落点与离散噪点向茎秆聚拢，因此消除了处在数据密集区域的噪点与落在环绕茎秆表面叶片上的干扰数据点。
[0027]5.本专利技术根据甘蔗种植规律和斜率特征，改进最小二乘法拟合直线，并针对甘蔗坐标点到拟合直线的距离，引入95％置信区间，排除远端大片叶片的影响，得到各阶段甘蔗的实际坐标。采用置信区间的办法来排除距离作物茎节较远位置的大片叶片干扰点的影响，用检测斜率遍历数据删减的方法提高拟合的准确率。
附图说明
[0028]图1是本专利技术的导航方法实例1的流程图。
[0029]图2是本专利技术的激光雷达测距原理图。
[0030]图3是本专利技术的坐标系转化示意图。
[0031]图4是本专利技术的地形误差示意图。
[0032]图5是本专利技术的斜率检测算法流程图。
[0033]图6是本专利技术的甘蔗直线种植区直线拟合示意图。
[0034]图7是本专利技术的导航方法实例2的流程图。
[0035]图8是本专利技术的甘蔗曲线种植区曲线拟合示意图。
具体实施方式
[0036]以下结合附图对专利技术的具体实施进一步说明。
[0037]实施例1
[0038]如图1
‑
图6所示，本实施例1的一种小型移动底盘甘蔗垄间自主行走导航方法，包括以下内容：
[0039]步骤S1、通过激光雷达测量并处理得到甘蔗垄间的甘蔗植株的实际定位坐标；包括以下内容：
[0040]步骤S11、通过激光雷达测量采集甘蔗田地垄间一定距离L范围内的点云数据；具体如采集前方20米距离(一定距离L)的左右两列的甘蔗植株的点云数据；
[0041]步骤S12、通过倾角传感器测量激光雷达的倾斜角度，对甘蔗横向距离预矫正并对激光雷达的距离值进行修正；对激光雷达所得到各甘蔗本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种小型移动底盘甘蔗垄间自主行走导航方法，其特征在于，包括以下内容：步骤S1、通过激光雷达测量并处理得到甘蔗垄间的甘蔗植株的实际定位坐标；包括以下内容：步骤S11、通过激光雷达测量采集甘蔗田地垄间一定距离L范围内的点云数据；步骤S12、通过倾角传感器测量激光雷达的倾斜角度，对甘蔗横向距离预矫正并对激光雷达的距离值进行修正；步骤S13、依据所检测到点云数目判定生长周期，据此自适应选取聚类参数，采用基于密度的DBSCAN聚类算法处理点云数据，得到甘蔗植株的初步定位坐标；步骤S14、采用均值法处理初步定位坐标，得到甘蔗植株的实际定位坐标点；若是处于幼苗期时，则将每一个聚类团的初步定位坐标数据求均值，得到幼苗期甘蔗植株的实际定位坐标点；若是处于非幼苗期时，则采用均值滤波算法处理初步定位坐标，再将滤波后每一个聚类团的初步定位坐标数据求均值，采用95％置信区间处理，得到非幼苗期甘蔗植株的实际定位坐标点；步骤S2、根据甘蔗的实际定位坐标点拟合出导航路线；包括以下内容：步骤S21、将甘蔗垄间左右两侧甘蔗植株的实际坐标点一一对应，当某侧植株存在缺失无法对应时对应缺失位置采用同侧植株的前一实际坐标点代替进行对应，并将两个相互对应的实际坐标点组合求取坐标均值，得到待拟合坐标点；步骤S22、对待拟合坐标点进行最小二乘法拟合得到拟合直线；步骤S23、利用斜率检查法判定拟合直线是否合格，若斜率不...

【专利技术属性】
技术研发人员：石美琦，李岩舟，石奕峰，兰宇卫，陈汐，黄鑫，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：