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基于深度学习的果园道路导航线生成算法研究 总被引：1，自引：0，他引：1
针对目前果园环境视觉导航线提取受光照、杂草干扰,而已有的导航线生成算法过于复杂且适用范围较窄的问题,提出了一种基于深度学习的方法来提取果园道路导航线:采用YOLOV3卷积神经网络提取果园道路图像上的特征点,并通过最小二乘法拟合生成导航线。通过采集的800张果园道路图片作为训练集,进而在240张图片组成的独立测试集上进行测试,总体识别率为95.37%,在杂草较少、杂草较多、高光照和正常光照的环境下,导航线平均偏差分别为2.15、2.28、2.32、2.41像素;平均偏移距离分别为3.4、3.5、2.7、3.6 cm。 相似文献
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葡萄园拖拉机自动导航系统设计与试验 总被引：1，自引：0，他引：1
《甘肃农业大学学报》2020,(3):198-205
【目的】为了实现拖拉机在葡萄园内的自动导航控制.【方法】设计开发了一套导航控制系统,该系统采用变论域模糊法作为导航控制决策,系统通过输入横向偏差和航向偏差的变量,改变模糊控制论域,提升系统的自适应能力,使得系统响应速度更快精度更高,提高拖拉机在葡萄园复杂的环境导航效果.【结果】试验结果表明:当拖拉机以0.25 m/s和0.35m/s的作业速度行驶时,导航的平均横向偏差分别为2.46、2.77 cm,最大偏差分别为5.36、14.68 cm,均方差分别2.92、4.79 cm.【结论】设计的导航控制系统基本满足拖拉机在葡萄园内导航作业需求. 相似文献
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【目的】挂载多种农机具的果园作业机器人能减少果园劳动力投入、降低水果生产成本并提高果园生产效率,其中自主导航系统是果园作业机器人应用研究的重点和难点。【方法】文章针对果园作业机器人GPS导航过程中定位信号易受树叶遮挡及多路径效应干扰等问题,以果园作业机器人初始位置为原点建立世界坐标系,采用拓展卡尔曼滤波算法对通过三维激光雷达结合RANSAC算法获取的果园行直线进行优化,设计结合差速模型和纯跟踪算法的果园自主行间导航算法,并以该算法为基础开发果园作业机器人自主行间导航系统,驱动果园作业机器人沿树行中心行驶并完成自主调头进入下一行的工作。【结果】(1)根据现代化矮化密植果园的环境,果园自主行间导航算法能根据两侧果树行的三维点云,自主生成稳定的导航位置;(2)果园作业机器人能够沿果园行中心位置匀速行驶,并能够实时根据果园行的变化来修正自身的位姿。当速度在0.4 m/s时候,机器人运动的横向平均偏差为0.1 m,航向平均偏差为1.04°;(3)基于果园行宽相等的条件,果园作业机器人能够在行尾自主调头进入下一行,之后沿行内中心位置继续行驶。【结论】该文果园自主行间导航系统设计合理,算法稳定性高,导航精度高,不受驾驶路况的影响,能够满足现代化矮化密植果园作业的自主行驶需求。 相似文献
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基于双目视觉的作物点云获取与分割定位方法 总被引：1，自引：0，他引：1
为了提高农业视觉导航系统对作物定位的精确性,提出了一种基于双目视觉的作物点云获取与分割定位方法。该方法采用ZED双目相机采集作物左右视图,通过视差原理获取作物的3D点云数据,利用点云离散程度和体素化网格方法对初始点云数据的离散点和冗余数据进行去除,然后在预处理后的点云图中利用基于点云法线角度差的区域生长分割出每株作物的点云簇,用每个点云簇中所有点的平均坐标值作为该株作物的三维坐标,结合视觉系统坐标系,计算出作物与相机的水平距离以及水平偏角,从而实现作物定位。试验结果表明,该方法测得的作物平均距离误差为1.89%,平均角度误差为2.17%,该算法可以对作物进行准确定位,为基于双目视觉导航的路径规划提供可靠的定位信息。 相似文献
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针对目前果园移动机器人自动导航技术研究现状,综合分析现有的有关文献,依据环境感知方式的不同,分别讨论了以激光、视觉、机械、电磁、GPS、超声波为感知系统的导航方法的研究进展,分析了现有几种导航方法在精度、实时性、抗干扰能力及系统适应性等方面的优缺点,认为多传感器融合技术可为果园移动机器人的导航提供更高的精度和稳定性。在此基础上,提出了未来果园移动机器人自动导航技术的发展趋势,即多传感器融合技术是果园移动机器人感知环境的主要手段,满足果园移动机器人精度和稳定性要求的导航系统将是今后研究的重点。 相似文献
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为改善基于GNSS/INS组合定位的水稻插秧机在遇到遮挡、电磁干扰、传感器失效等情况时的导航效果,在原有GNSS/INS组合定位的基础上,提出一种视觉导航系统（vision navigation system,VNS）补充的水稻插秧机多传感器组合定位方法。首先设计改进的Otsu法和改进的Hough变换算法用于视觉定位信息提取,并构建插秧机和相机坐标系关系方程以求解位姿值;然后采用具有容错功能的联邦卡尔曼滤波算法将VNS输出的定位信息和GNSS、INS输出的定位信息进行融合;最后分别在水泥地和水田进行试验。结果显示,空旷水泥地场景下,GNSS/INS/VNS组合定位和GNSS/INS组合定位精度相近,而在遮挡水泥地场景下,GNSS/INS/VNS组合定位解算出的位置误差和航向误差的平均值分别为1.77 cm和0.99°,相较于GNSS/INS组合定位方法分别提高46.8%和61.5%;水田试验中,经过视觉补充后导航系统的横向偏差和航向偏差平均值分别降低45.7%和67.9%,横向偏差平均值为1.97 cm,航向偏差平均值为0.49°。试验结果表明,基于视觉补充的多传感器组合定位方法能有效降低导航系统的定位误差和跟踪偏差,满足插秧机自动驾驶作业的要求。 相似文献
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基于RTK-GNSS和MEMS陀螺仪的车辆航向角测量技术 总被引：1，自引：0，他引：1
【目的】更好地满足车辆自动驾驶时航向角测量的精度要求。【方法】提出卡尔曼滤波算法,把实时动态–全球导航卫星系统(RTK-GNSS)测量出来的经纬度和高程经过高斯投影转换为高斯平面坐标,和微电子机械系统(MEMS)陀螺仪测得的累积航向角进行融合处理,最终得到车辆更为精准的航向角。【结果】融合后的航向角度曲线既保持了GNSS航向的整体变化趋势,也保持了陀螺仪航向的细部变化趋势,且较GNSS和陀螺仪所得曲线更为平滑,可以跟踪车辆180°调头的转弯动作。【结论】卡尔曼滤波算法可以实时在线且精准地测得车辆航向角数据,精度较GNSS测量结果提高80%以上。 相似文献
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针对自动导航拖拉机带农机具作业时农机具跟踪误差会被放大的问题，提出了1种能够提高农机具作业精度的拖拉机导航算法。采用路径跟踪误差最小的优化控制方法，研究拖拉机自动导航作业时引起机具误差大的因素及改进方法，设计具有农机具误差项的拖拉机模型预测控制算法，对该算法进行可行性试验及对比试验。试验结果表明采用带机具误差项的算法使农机具横向偏差平均降低了42.36%，横向偏差标准差平均降低了40.91%，航向角最大偏差平均降低了6.11%,航向角偏差标准差平均降低了31.04%。结果表明增加农机具误差项的模型预测控制算法能有效提升农机具的作业精度。 相似文献
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目的 提出一种基于多传感器融合的果园导航方案,解决果园机器人在GPS导航过程中受果树遮挡导致信号弱、定位效果差的问题。方法 通过16线激光雷达采集高精度的三维点云数据,利用Voxel grid filter滤波算法进行点云预处理,降低点云密度并去除离散点,将果树行通过欧几里类算法进行聚类,采用改进的随机采样一致性 (Random sample consensus, RANSAC) 算法拟合出果树行直线,根据平行直线的关系,推算得到导航线,并融合惯性测量单元(Inertial measurement unit, IMU)对果园机器人进行高精度定位。基于差速转向和纯追踪模型进行轨迹跟踪,实现果园机器人在果树行间自主导航以及自动换行的目标。结果 在将激光雷达和IMU的数据进行融合后,获取到果园机器人的准确位姿,当机器人以速度0.8 m/s在果园作业时,对比最小二乘法和传统RANSAC法产生的偏差,基于密度自适应RANSAC法产生的横向偏差不超过0.1 m、航向角偏差不超过1.5°,均为3种方法中的最小值。但当机器人速度增加到1.0 m/s时,各项偏差均明显增大。结论 本文提出的基于多传感器融合的果园机器人导航技术适用于大多数规范化果园,具有重要推广价值。 相似文献
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为实现田间管理机械自动导航驾驶,提高苗带轨迹识别精度,提出了一种基于偏移补偿模型的极值点聚类苗带识别算法。首先,以舵机调平单元为基础,利用激光雷达采集苗带数据构建2.5 D点云图像,通过建立偏移补偿模型获得矫正参数。然后,通过极值检测算法获得聚类要素点,结合偏移补偿模型进行分层聚类。最后,通过最小二乘法对获取的苗带聚类点进行线性拟合,实现苗带轨迹的重构。通过对前视范围2 000～3 000 mm且标准行距为220 mm的机插秧水稻进行点云信息Matlab仿真,获得的苗带轨迹与真实苗带轨迹相比,最大横向偏差为16 mm,最大中位偏差为6 mm,运算耗时1.50 s。相比斜率虚化聚类苗带识别算法,最大横向偏差减小了29 mm, 运算耗时减少0.14 s,提高了轨迹重合精度,增强了算法的实时性,可为水田管理机械低伤苗导航行驶提供理论依据。 相似文献
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选择约700 mm(长)×200 mm(宽)的10块柞木板材为研究对象;用相机进行标定得到相机内部参数、外部参数,对采集的板材图像进行镜头畸变修正;对图像进行高斯平滑处理后,采用Harris角点检测方法对采集的先后两帧图像进行图像拼接;采用边缘检测得到板材完整的边界信息,通过建立空间坐标系与像素坐标系的转换关系完成板材尺寸计算。结果表明:相机标定与畸变补偿,提高了测量的精度由5 mm至1 mm;图像拼接方法,解决了长尺寸板材机器视觉测量困难的问题;采用Sobel算子边缘检测方法,能够准确保留边缘信息,速度快、计算简单;测量结果最大标准差为0.582 mm,测量精度小于1 mm。 相似文献
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Zhang Quan Chen Qijin Xu Zhengpeng Zhang Tisheng Niu Xiaoji 《Precision Agriculture》2021,22(3):627-646
The main objective of this research was to evaluate the navigation performance of multi-information integration based on a low-end inertial measurement unit (IMU) in precision agriculture by utilizing different auxiliary information (i.e., GNSS real-time kinematic (RTK), non-holonomic constraints (NHC) and dual antenna GNSS). A series of experiments with different operation scenes (e.g., open sky in wet and dry soils) were carried out for quantitative analysis. For the position drift error during a 20-s GNSS outage, the dual-antenna GNSS-assisted approach did not provide a reduction, and the NHC reduced the maximum error in the lateral and vertical directions by over 80% in the dry soil test, but only by approximately 30% in the wet soil test. The heading error with continuous GNSS assistance can be less than 0.03° and be reduced by more than 90% with the aid of dual-antenna GNSS. Additionally, the NHC reduced the heading error from 0.54° to 0.21° and from 0.34° to 0.25° in the dry and wet soil tests respectively. The results suggested that the multi-information integration improved the positioning and orientation reliability. Moreover, the lateral positioning accuracy required for the control of agriculture autonomous vehicles was achieved at approximately 3.0 mm with over a 60% accuracy improvement brought by the dual-antenna GNSS assistance. In contrast to the vulnerability of a single system, multi-information integration can provide comprehensive navigation information with higher reliability and lower costs. Hence, multi-information fusion will be a great opportunity for agriculture to meet the high-accuracy and high-reliability requirements of precision agriculture.
相似文献15.
基于UWB定位的农业机械辅助导航系统设计与试验 总被引：1，自引：0，他引：1
【目的】低成本实现南方中小型田块中农业机械田间精确定位,降低农机操作人员劳动强度、提高农机作业效率。【方法】采用超宽带(Ultra wide band,UWB)技术对作业机械进行实时定位,通过位置解算算法,得到定位标签的三维精确位置坐标;利用位置校正算法,修正作业机械车身倾斜引起的田间定位误差;设计基于AB线的路径规划算法,实时规划作业路径并计算作业偏差;通过可视化人机交互界面为农机操作人员提供实时辅助驾驶信息。【结果】水田环境中,分别以0.5、1.0和1.5 m/s的速度沿规划路径行驶时,系统平均横向定位偏差均小于7 cm;当行驶速度大于1.0 m/s时,利用位置校正算法平均横向定位偏差降低了52.79%,标准差降低了49.82%,最大横向定位偏差降低了50.04%。搭载辅助导航系统进行田间插秧试验,各行作业轨迹与自身行拟合直线的平均横向偏差为5.90 cm,标准差为3.64 cm;各行作业轨迹与其规划直线路径的平均横向偏差为6.98 cm,标准差为4.95 cm。【结论】辅助导航系统具有较高的定位精度和良好的稳定性,成本低且通用性强,能够满足南方中小型田块中农业机械田间作业要求。研... 相似文献
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Development of a virtual reality GIS using stereo vision 总被引：1，自引：0，他引：1
Ta-Te Lin Yuan-Kai Hsiung Guo-Long Hong Hung-Kuo Chang Fu-Ming Lu 《Computers and Electronics in Agriculture》2008,63(1):38-robotics
This paper presents an integrated virtual reality geographic information system (VRGIS) based on computational stereo. In this system, three-dimensional (3D) and 360° panoramic scenes are reconstructed from multiple stereo image pairs acquired with a mobile stereo machine vision system. The spatial coordinates of panoramic scenes are registered to electronic maps to obtain a real scale VRGIS that is capable of efficient retrieval of spatial information and allows for navigation in virtual reality. A software program was implemented for image processing, coordinate transformation, 3D surface model building, data fusion, digital mapping, and database management for the VRGIS. In setting up 3D models for the virtual reality environment, we focused on comparisons of pattern matching algorithms for creating disparity images from stereo pairs, and adopted the graph cut method and the non-parametric local transform method in our system. Following the computation of disparity images, they are transformed into cylindrical coordinates and stitched into a 3D and 360° panoramic scene. In order to allow for virtual reality navigation, the panoramic scene is further cast into 3D triangular surface model for fast texture mapping using memoryless simplification algorithm. The effects of reducing the number of edges in a 3D surface model on computation time and discrepancy from 3D surface model with no edge reduction were also analyzed. Experimental results show that the discrepancy was about 13% when 80% edge reduction was applied to create the approximate 3D surface model. This indicates a significant computational and memory reduction while the computer graphic display of the scene model was still visually satisfactory. Finally, multiple 3D scenes were integrated into a site on the electronic map permitting the user to navigate through location to location in a virtual reality environment. The developed system may serve as a versatile platform in establishing field information for many applications such as precision agriculture, vehicle automation, geographic visualization, archaeology site modelling, etc. 相似文献
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以东方红X-804拖拉机为平台,开发了一种基于RTK-DGPS定位和双闭环转向控制相组合的农业自动导航系统。系统主要包括RTK-DGPS接收机、姿态航向参考系统(AHRS)、转向控制器、电控液压转向装置和转向角检测传感器。设计了Kalman滤波器对定位数据进行平滑处理,同时实现航向角的校正。为实现自动转向,在拖拉机原有手动控制系统基础上加上电控比例液压阀,并设计电控单元。然后,推导了转向系统的数学模型,通过Matlab仿真工具箱得到传递函数的参数,设计了双闭环转向控制算法。最后,进行了算法验证试验和田间试验,结果表明,双闭环控制方法较好抑制了稳态时的震荡现象,方波信号的角度跟踪稳态时最大误差0.60°,平均误差0.40°,平均延时为0.20 s;设计的Kalman滤波器有助于提高定位系统的精度,横向跟踪误差不超过0.09 m,转向角度平均跟踪误差为0.43°,延时0.25 s。 相似文献