[发明专利]一种基于视觉的智慧果园农机行间精准定位与作业的设计方法

说明书

本发明涉及一种基于视觉的智慧果园农机行间精准定位与作业的设计方法，包括以下步骤：步骤(1)定义不同的色环缠绕于果树上，进行果树标号与长势信息标注，步骤(2)当视觉传感器识别到果树上色环时，进行信息提取，步骤(3)智慧果园通常形状规整，果树排列整齐，步骤(4)将步骤(3)得到的行间两颗果树信息与果树编号进行一一对应，建立起果树信息数据库；步骤(5)当农机在果园行间直行时，依靠视觉传感器识别色环实时获得数据库里对应的位置信息；步骤(6)在精准作业之时，视觉传感器可根据步骤(2)识别色环，当识别到目标树时停车并按照识别出的树木长势信息按需施药。该方案引入了色环编码思想，具有识别率高、全方位识别的优点。

技术领域

本发明涉及一种设计方法，具体涉及一种基于视觉的智慧果园农机行间精准定位与作业的设计方法，属于果园自动导航技术领域。

背景技术

农为邦本，本固邦宁。我国是世界上最大的水果出产国家，果业年产值已成为仅次于粮食和蔬菜的第三大种植产业。传统的果园种植依靠人工作业的方式，具有生产效率低、经济效益差的缺点。因此，对于传统的果园需要引进先进的管理方式与智能化的产品以实现精准作业。在果园精准管理中，果农需要获得果树生长位置以进行定点施肥、喷雾等工作。

全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System)在开阔无遮挡的环境下，抗干扰能力强，可以实时提供绝对定位信息。但是在树叶茂密的果园，遮挡的环境会使接收到GPS信号信噪比降低，甚至会出现搜不到星的情况，从而无法满足果园农机自主导航的需要。随着图像处理技术的日益成熟，经济成本逐渐降低等优点，国内外学者也逐渐尝试将视觉传感器引入果园农机自主导航系统。目前常见的果园视觉导航方式有基于自然景物进行的导航路线提取与基于特定标志物进行导航路线生成。

本发明在目前的研究基础之上提出了一种新的智慧果园农机自主导航与精准作业方法——视觉识别色环编码法。该方法属基于特定标志物进行导航路线生成的方法，根据现有智慧果园形状规整，果树行列排列较为整齐的特点，在总体方案上以色环编码的方式为果树标号，建立数据库。当农机在果园里行间直行时，依靠视觉传感器识别色环实时获得数据库里对应的位置信息，利用该点的经纬度数据与下一个点的经纬度信息计算出相对导航路径的航向角，并与预期导航路径的航向进行比较，矫正横向偏差，保证在行间直线行驶的准确性；同时，当视觉摄像头识别到色环时候，可按照识别出的树木长势信息精准施肥。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种基于视觉的智慧果园农机行间精准定位与作业的设计方法，该技术方案识别农机在果园的航向与位置，同时获取合理的施药剂量信息，解决了复杂环境下果园视觉导航定位不准和果树种植中药液浪费严重引起的果品与环境污染严重的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种基于视觉的智慧果园农机行间精准定位与作业的设计方法，所述方法包括以下步骤：

步骤(1)定义不同的色环缠绕于果树上，进行果树标号与长势信息标注，

步骤(2)当视觉传感器识别到果树上色环时，进行信息提取，

步骤(3)智慧果园通常形状规整，果树排列较为整齐。果园行间作业时候，只需在行间直线行驶，因此获取行间两颗树道路中心线的经纬度坐标即可，利用卫星导航硬件RTK厘米级别的定位精度优势，量测出卫星信号良好点的定位信息。针对行间茂密树冠下定位精度不高的情况，利用线性插值法拟合，最终得到行间两颗果树之间的完整经纬度信息，生成预期导航路径；

步骤(4)将步骤(3)得到的行间两颗果树信息与果树编号进行一一对应，建立起果树信息数据库；

步骤(5)当农机在果园行间直行时，依靠视觉传感器识别色环实时获得数据库里对应的位置信息，进而依据数据库里连续两个点经纬度信息得到相对导航路径的航向角，并与预期导航路径航向进行比较，矫正横向偏差，保证行间直线行驶的准确性；