[發(fā)明專利]果樹定位地圖構建裝置及方法

無效

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• 申請日: 2012-09-20
• 公開（公告）號: CN102881219A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發(fā)明（設計）人: 康峰;鄭永軍;李文彬
• 申請（專利權）人: 北京林業(yè)大學
• 主分類號: G09B29/00
• 分類號: G09B29/00;G01B11/00;G01S19/52;G01S19/53
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種果樹定位地圖構建裝置，其特征在于：包括：

移動平臺：采用可在果樹作物行間行走的移動平臺；

GPS定位模塊：為可獲得全球定位信息的部件，安裝在移動平臺的頂部；

激光探測模塊：包括一臺激光測距儀和一個慣性測量裝置，其中激光測距儀用來獲取周圍物體的二維掃描輪廓數據，并對果樹樹干進行定位識別，激光測距儀面對果樹作物行，以激光測距儀的激光發(fā)射中心為原點，建立了激光測距儀的相對坐標系，x軸為激光測距儀的正中線，y軸為移動平臺的前進方向；慣性測量裝置緊密固定在激光測距儀頂部，用以實時測量激光測距儀在移動作業(yè)過程中的俯仰角、滾動角和航向角；

巡航控制模塊：主要是在≤10km/h速度下，控制移動平臺的行進速度，使其保持穩(wěn)定；

主控單元：為適合惡劣環(huán)境下使用的軍用型筆記本電腦，負責采集和處理來自GPS定位模塊、激光探測模塊和巡航控制模塊的數據，得到果樹樹干定位信息以及巡航控制信息等。

2.按照權利要求1所述的果樹定位地圖構建裝置，其特征在于：巡航控制模塊包括測控箱、雷達測速儀、方向盤、電子油門、電機驅動器、控制模式切換按鈕、電機、油門踏板；巡航控制模塊分為人工模式和自動模式，人工模式下，由駕駛員踩動油門踏板，控制電子油門向電機驅動器發(fā)出電壓控制信號，再由電機驅動器驅動電機，從而保持移動平臺的行進速度穩(wěn)定；自動模式下，由雷達測速儀檢測移動平臺的實際行進速度，通過一塊測控板卡，傳輸給主控單元，主控單元根據實際行進速度與預期行進速度的差別幅度，通過測控板卡向電機驅動器發(fā)出電壓控制信號，調節(jié)電機的轉速，從而使移動平臺保持在預期的行進速度上。

3.按照權利要求2所述的果樹定位地圖構建裝置，其特征在于：測控板卡置于測控箱內，主控單元配備了12V直流轉220V交流車載逆變器，由移動平臺上的12V車載電瓶提供電源，該車載逆變器也置于測控箱內；另外，測控箱內還配有保險絲組，車載電瓶經過保險絲組分別向GPS定位模塊、激光測距儀和慣性測量裝置提供12V直流電源。

4.按照權利要求2所述的果樹定位地圖構建裝置，其特征在于：GPS定位模塊通過RS232轉USB接口與主控單元進行數據通訊；激光測距儀通過USB接口與主控單元進行數據通訊；慣性測量裝置與主控單元通過RS422轉USB接口進行數據通訊；測控板卡通過USB接口與主控單元進行數據通訊。

5.一種應用權利要求1所述的果樹定位地圖構建裝置進行果樹樹干定位地圖構建的方法，激光測距儀數據采集、樹干定位識別及定位地圖生成在主線程中完成，其特征在于：?

(1)激光測距儀完成一次掃描后，得到一組周圍物體的二維掃描點云數據，包括掃描角度和該角度下物體到激光測距儀激光發(fā)射中心的直線距離，即測量距離；首先根據測量距離進行濾波，將測量距離超過范圍A的點云數據點剔除；然后計算點云數據點之間的跳變距離，利用閾值B對點云數據進行分簇，跳變距離不超過閾值B的數據點被認為是同一果樹15樹干上的輪廓點，分為同一簇并標號；

(2)假設果樹樹干的橫斷面為標準圓，標準圓的直徑為果樹樹干的尺寸，標準圓的圓心位置為果樹樹干位置，對步驟(1)獲得的同簇點云數據點進行標準圓擬合，得到標準圓的直徑和圓心，即為果樹樹干橫斷面的尺寸和位置，同時還記錄主控單元的系統(tǒng)時間，稱為激光采集時刻；

(3)GPS定位數據的采集在一個獨立線程中進行，GPS定位數據包括主控單元的系統(tǒng)時間稱為GPS采集時刻、經緯度信息、行進速度和航向角；在另一個獨立線程中，主控單元通過測控板卡實時監(jiān)測控制模式切換按鈕的開閉狀態(tài)，當檢測到控制模式切換按鈕按下時，程序進入自動模式下移動平臺的巡航控制，按照預期行進速度勻速行駛；當檢測到控制模式切換按鈕彈起，切換到手動模式下，提示駕駛員來控制移動平臺的行進速度；主控單元根據GPS定位數據中的行進速度和航向角以及雷達測速儀檢測的實際行進速度進行數據融合，最終確定移動平臺的行進速度和航向角；

(4)根據激光測距儀當前獲得的果樹樹干位置、數據融合后得到的移動平臺的行進速度和航向角，反向插值預測果樹樹干相對于移動平臺的移動趨勢，得到若干果樹樹干預測位置；

(5)計算由步驟(4)得到的若干果樹樹干預測位置到激光測距儀的正中線的垂直距離，取其中距離最短的樹干預測位置作為正對激光測距儀的位置，根據此時的激光采集時刻和GPS采集時刻，插值計算在激光采集時刻的GPS定位數據中的經緯度信息，同時讀取慣性測量裝置的數據，得到激光采集時刻下的GPS定位數據，果樹樹干尺寸和預測位置信息，激光測距儀的俯仰角、滾動角和航向角；

(6)根據GPS模塊和激光測距儀相互之間的位置關系，激光采集時刻的GPS定位數據，果樹樹干尺寸和預測位置信息，激光測距儀的俯仰角、滾動角和航向角，將相對坐標中的樹干預測位置轉換到大地坐標系中，從而獲得果樹15樹干實際位置；

(7)根據果樹樹干的尺寸和實際位置，實時生成果樹定位地圖，并顯示在主控單元的顯示屏上，同時將激光系統(tǒng)時間、該系統(tǒng)時間下的GPS定位數據、果樹樹干尺寸和預測位置信息，激光測距儀的俯仰角、滾動角和航向角存儲到數據庫中。?