【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及蔬菜植保机械，具体涉及一种露地蔬菜田间自主行走作业控制方法、系统及装备。
技术介绍
1、露地蔬菜并没有针对性的作业机械，采用大田作物喷药机喷雾作业存在对靶性差、有效利用率低、飘移流失严重等问题。传统的作业装备普遍存在智能化程度低，作业质量严重依赖操纵人员经验，虽然，近年来，图像处理和识别技术在农业领域已经得到广泛应用，但在露地蔬菜田间环境中存在适应性不足的问题，缺乏对作业环境的感知和对植株状态的实时识别，作业过程中的肥药喷雾无法根据实际需要进行调整，导致肥药的有效利用率低下。
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技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术目的在于针对现有技术的不足，提供一种露地蔬菜田间自主行走作业控制方法、系统及装备，通过智能感知、作业环境识别、导航路径规划和智能控制等关键步骤，实现了露地蔬菜田间自主行走和精准肥药喷施的高效作业。
2、技术方案：第一方面，本专利技术所述露地蔬菜田间自主行走作业控制方法，包括如下步骤：
3、实时获取作业区域的田垄图像，所述田垄图像包括由固定在主支撑架上主摄像头采集的中心垄图像以及固定在侧支撑架上侧摄像头采集的侧边垄图像，其中，所述主支撑架固定在车架前方，所述侧支撑架设置在主支撑架两侧，所述主支撑架、侧支撑架通过横移机构连接有风送喷杆喷雾总成；
4、对所述中心垄图像、侧边垄图像进行处理，得到作物区域和非作物区域；对处理后的中心垄图像进行识别，确定中心垄的中心线位置、垄宽以及作物行信息，对
5、基于中心垄的垄宽，确定车架的轮距，基于中心垄的中心线位置，确定车架与中心垄的相对位置，规划导航路径，控制车架以适配中心垄垄宽的轮距按照导航路径行驶；
6、基于侧边垄的中心线位置，确定侧车架上风送喷杆喷雾总成与侧边垄的偏移距离，根据偏移距离控制风送喷杆喷雾总成在侧车架上做横向移动，使得所述风送喷杆喷雾总成对准前方的侧边垄；
7、基于中心垄、侧边垄的作物行信息，控制对应风送喷杆喷雾总成的喷雾作业。
8、进一步完善上述技术方案，：所述对所述中心垄图像、侧边垄图像进行处理，得到作物区域和非作物区域包括：
9、图像预处理，以确保获得高质量的图像集；
10、将图像转换为hsv色彩空间，选取h分量、s分量、v分量作为特征分量；
11、使用模糊聚类算法对图像进行分割，创建样本空间 ，设定聚类数目c=2；
12、初始化模糊聚类算法的参数，然后进行迭代优化，每次迭代中，计算每个样本在簇中的隶属度，根据更新规则计算隶属度矩阵u和聚类中心矩阵v，迭代直到满足停止条件，得到两个簇对应的聚类中心；
13、假设是与作物相关的簇，选择h、s分量作为判断作物的主要依据并设定阈值，通过逻辑比较判断指定的特征分量是否大于阈值，以识别图像中的作物部分；
14、将识别后的图像进行二值化，得到二值化图像，其中，白色为作物区域，黑色为非作物区域。
15、进一步地，对处理后的中心垄图像、侧边垄图像进行识别，确定中心垄、侧边垄的中心线位置、垄宽以及作物行信息，包括如下步骤：
16、对所述二值化图像使用形态学操作，连接相邻的作物区域，识别并标记作物区域的连通区域；
17、对于每个连通区域，计算其边界框，提取边界框的坐标信息作为作物行信息；
18、利用边界框的几何中心坐标计算每个连通区域的中心位置，作为中心线位置；
19、计算连通区域的宽度，使用区域的最大宽度作为垄宽。
20、进一步地，针对每个作物行信息，计算连通区域的面积以及属于该连通区域的作物特征分量数量，计算特征分量数量与面积的比例，设定阈值，当，标记该连通区域为稀疏，否则标记为密集；
21、针对标记为稀疏的作物行信息，所述风送喷杆喷雾总成的工作模式采用点喷模式，针对标记为密集的作物行信息，所述风送喷杆喷雾总成的工作模式采用采用直喷模式。
22、进一步地，所述s3中基于中心垄的中心线位置，确定车架与中心垄的相对位置，规划导航路径包括：
23、根据中心垄的中心线位置生成中心线散点图，对中心线散点图进行最小二乘回归得到中心线的拟合方程；
24、获取车架当前位置、当前行进方向、当前速度，计算车架相对于中心垄中心线位置的偏移量d和偏移角度，根据偏移量和偏移角度，确定路径曲线，计算路径曲线上各点的曲率k，利用曲率信息k，调整车架的转向角度和速度信息v；
25、将转向角度和速度信息v发送至车架控制模块，控制车架的转向和行驶。
26、用于实现上述方法的控制系统，包括：
27、图像采集模块，实时获取车架前方的中心垄图像以及车架两侧的侧边垄图像；
28、图像识别模块，用于对所述中心垄图像、侧边垄图像进行处理，得到作物区域和非作物区域；
29、垄识别模块，对处理后的中心垄图像、侧边垄图像进行识别，确定中心垄的中心线位置、垄宽以及侧边垄的中心线位置、垄宽；
30、作物行识别模块，对处理后的中心垄图像进行识别，确定作物行信息和作物行特征，所述作物行特征分为稀疏、密集；
31、导航控制模块，基于中心垄的垄宽，进行车架轮距的调整，基于中心垄的中心线位置，确定车架与中心垄的相对位置，规划导航路径，控制车架以适配中心垄垄宽的轮距按照导航路径行驶；
32、喷雾控制模块，基于中心垄、侧边垄的作物行信息，控制对应风送喷杆喷雾总成的喷雾作业，其中，针对标记为稀疏的作物行信息，所述风送喷杆喷雾总成的工作模式采用点喷模式，对于标记为密集的作物行信息，所述风送喷杆喷雾总成的工作模式采用采用直喷模式。
33、用于执行露地蔬菜田间自主行走作业装备，包括：
34、车架，所述车架底部安装有四轮驱动轮毂总成，所述车架前侧连接有主支撑架，所述主支撑架两侧连接有侧支撑架，所述主支撑架、侧支撑架下方通过横移机构连接有风送喷杆喷雾总成，所述四轮驱动轮毂总成通过车架控制模块控制车架的转向和移动，所述横移机构通过直线电机带动所述风送喷杆喷雾总成做横向移动；
35、摄像单元，所述摄像单元包括主支撑架上方的主摄像头以及侧支撑架上方的侧摄像头，所述主摄像头用于采集车架前方的中心垄图像，所述侧摄像头用于采集侧支撑架前方的侧边垄图像；
36、控制系统，用于实现上述露地蔬菜田间自主行走作业控制方法。
37、有益效果：与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术通过主支撑架上的主摄像头和侧支撑架上的侧摄像头实时获取田垄图像，确保对田间环境的全方位监测。采用图像处理和识别技术，包括图像预处理、hsv色彩空间转换和模糊聚类算法等术，对中心垄和侧边垄图像进行处理，实现作物区域和非作物区域的准确划分，确定中心垄和侧边垄的中心线位置、垄宽以及作物行信息。
38、基于本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种露地蔬菜田间自主行走作业控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的露地蔬菜田间自主行走作业控制方法，其特征在于：所述对所述中心垄图像、侧边垄图像进行处理，得到作物区域和非作物区域包括：
3.根据权利要求2所述的露地蔬菜田间自主行走作业控制方法，其特征在于：对处理后的中心垄图像、侧边垄图像进行识别，确定中心垄、侧边垄的中心线位置、垄宽以及作物行信息，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的露地蔬菜田间自主行走作业控制方法，其特征在于：针对每个作物行信息，计算连通区域的面积以及属于该连通区域的作物特征分量数量，计算特征分量数量与面积的比例，设定阈值，当，标记该连通区域为稀疏，否则标记为密集；
5.根据权利要求3所述的露地蔬菜田间自主行走作业控制方法，其特征在于：所述S3中基于中心垄的中心线位置，确定车架与中心垄的相对位置，规划导航路径包括：
6.用于实现权利要求1-5任一所述的方法的控制系统，其特征在于，包括：
7.一种露地蔬菜田间自主行走作业装备，其特征在于，包括：
【技术特征摘要】
1.一种露地蔬菜田间自主行走作业控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的露地蔬菜田间自主行走作业控制方法，其特征在于：所述对所述中心垄图像、侧边垄图像进行处理，得到作物区域和非作物区域包括：
3.根据权利要求2所述的露地蔬菜田间自主行走作业控制方法，其特征在于：对处理后的中心垄图像、侧边垄图像进行识别，确定中心垄、侧边垄的中心线位置、垄宽以及作物行信息，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的露地蔬菜田间自主行走作业控制方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：缪友谊，陈晓，龚艳，张晓，王果，刘德江，
申请(专利权)人：农业农村部南京农业机械化研究所，
类型：发明
国别省市：
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