[发明专利]一种基于北斗和视觉的联合收获机组合导航方法及导航系统

说明书

本发明公开了一种基于北斗和视觉的联合收获机组合导航方法及导航系统，北斗设备分析出定位点与规划路径之间的关系得到收获机实时偏转状态；视觉传感器采集包含有收获机割台边界和作业边界的图像，通过图像处理提取并拟合两条边界直线，分析两条直线关系得到收获机实时偏转状态；通过已设定的阈值范围对北斗与视觉得到的横向位置偏差及航向角度偏差信息进行有效性判断，根据有效信息统计参数调节阈值范围；有效偏差信息通过卡尔曼滤波算法得到其最优估计，然后利用BP神经网络进行训练及预测；BP神经网络预测输出的最优割幅宽度用以调节视觉横向位置偏差，预测输出的收获机期望转角经控制单元转换为控制信号，调节收获机转向机构实现自动驾驶。

技术领域

本发明涉及一种联合收获机导航方法，具体涉及了一种基于北斗和视觉导航的联合收获机导航方法及导航系统，属于智能农机装备领域。

背景技术

随着精细农业的提出，我国农业逐步向智能化方向发展，农业车辆自动导航技术成为其中一个重要的研究分支。目前主要的导航技术包括卫星导航、机器视觉、惯性导航、激光和雷达等。

卫星导航不受光线限制，尤其随着北斗卫星导航位置服务的不断完善和发展，研究高精度的导航系统势在必行。但在农业机械导航系统中单独使用卫星定位技术有其局限性，例如农田中作物环境复杂，单独使用卫星进行导航，在确定导航基准线方面存在一定的误差。

视觉进行此类作业，可以实时提取出当前作物行的特征信息，提高定位的精度，但单独使用视觉传感器时，图像处理过程中易受光线影响，有时会出现漏检的情况。

现有技术公开了一种用于谷物联合收获机的导航方法，采用一套北斗设备和一个视觉传感器，视觉传感器检测田块边界信息后，利用北斗定位模块输出位置及航向信息。该方法无需作业前人工采点，可实现自主导航路径规划，但在实时对准作业边界方面仍存在一定不足，且在不同收割作业方向下，使用单一视觉传感器可能会造成较大的图像畸变，影响导航精度。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于北斗和视觉的联合收获机组合导航方法及导航系统，采用的技术方案为：

一种基于北斗和视觉的联合收获机组合导航方法，分别确定收获机当前时刻的横向位置偏差以及航向角度偏差，将所述横向位置偏差及航向角度偏差进行融合，根据融合后的数据调节转向机构，控制收获机的转向。

进一步，所述当前时刻的横向位置偏差以及航向角度偏差由北斗设备和视觉传感器分别确定，视觉传感器确定收获机当前时刻的横向位置偏差以及航向角度偏差的具体步骤为：提取割台两侧边界线与收割作业边界线，通过两直线间的关系，得到收获机当前时刻的横向位置偏差d_V以及航向角度偏差

更进一步，所述其中：O为收获机一侧视觉传感器安装轴线与该侧割台边界线之间的实际垂直距离，o为收获机该侧视觉传感器安装轴线与该侧割台边界线之间在图像平面中的垂直距离，d为图像平面第i行中割台两侧边界线与收割作业边界线的水平距离，定位点在收获机前进方向左侧时的d_V值为负，定位点在收获机前进方向右侧时的d_V值为正；J为收获机割台宽度，/为当前作业条件下的最优割幅宽度；所述当前作业条件下的最优割幅宽度/为：联合收获机在不同航向角度、不同横向位置偏移、不同速度及不同损失率的情况下，得到的割幅宽度最优估计。

更进一步，所述水平距离d的获取过程为：控制器调用收获机该侧视觉传感器，视觉传感器采集图像信息，提取并拟合割台两侧边界线与收割作业边界线。

更进一步，所述其中a₁、b₁为割台两侧边界线，a₂、b₂为收割作业边界线所在直线的系数。