[發明專利]基于3D LiDAR的果園行末、行首識別方法

有效

• 申請號: 202110178103.7
• 申請日: 2021-02-09
• 公開（公告）號: CN112991435B
• 公開（公告）日: 2023-09-15
• 發明（設計）人: 何雄奎;劉偉洪;劉亞佳;宋堅利;曾愛軍;袁常健
• 申請（專利權）人: 中國農業大學
• 主分類號: G06T7/70
• 分類號: G06T7/70;G06T7/66;G06V10/25;G06V10/762;G01S13/88
• 代理公司: 北京中安信知識產權代理有限公司 11248
• 代理人: 李彬;徐林

本發明屬于三維點云處理技術領域，尤其涉及一種適用于作業機具對果園行末、行首識別方法。該方法包括步驟：S1.果園行間原始點云數據采集；S2.興趣區域選擇；S3.果樹位置等效、定位直線擬合與分組；S4.行末、行首識別。本發明方法通過采集作業機具前后小范圍內的空間點云信息，通過體心法等效樹干中心，通過所識別的果樹在機具前后左右方向的直線存在的真假組合方式，判斷機具在果園中所處位置，進而實現行末、行首識別，最后基于行距信息規劃轉彎軌跡，并基于果園作業機具運動學模型進行軌跡跟蹤控制。所述方法具有簡單、運算量小、實時性高、準確性高、受環境干擾小、魯棒性高等優點。

技術領域

本發明屬于三維點云處理技術領域，尤其涉及一種適用于作業機具自動換行的基于3D?LiDAR的果園行末、行首識別方法。

背景技術

果園自動導航技術是實現人機分離、無人駕駛精細化果園管理的核心，也是未來智慧農業發展的關鍵技術。果園自動導航技術主要由樹行跟蹤、自動換行、實時避障等組成，其中，自動換行是指果園作業機具在到達果園行末時能夠根據行距信息自動轉入下一目標行中，這就要求果園作業機具能夠準確識別果園行末、果園行首，以及根據行距信息與轉彎方向產生并跟蹤一條可行的轉彎路徑。

目前，國內外關于果園行末識別的方法大都通過構建全局地圖并標出果園行末，或者在果園行末特定位置安裝特定的標志物(如反光帶)，通過高反射率特征來幫助所用傳感器對行末進行識別。這些方法需要依賴地圖或者人工布置特征標志來幫助果園作業機具對行末進行識別，進而引導果園作業機具完成自動換行，這無疑增加了果園自動換行的難度。

如何在不增加傳感器或者不給作業場景布置新的特征物的情況下，實現對果園行末、行首的準確識別，進而實現果園作業機具的自動換行是一個亟待解決的問題。

發明內容

針對上述技術問題，本發明的目的是在不創建地圖、不增加特征標志物的前提下，提供一種具有運算量小、實時性高、準確性高、受環境干擾小、魯棒性高等特點的基于3DLiDAR的果園行末、行首識別方法。

為了實現上述目的，本發明提供了如下技術方案：

一種基于3D?LiDAR的果園行末、行首識別方法，包括如下步驟：

S1、果園行間原始點云數據采集；

以果園作業機具上搭載的3D?LiDAR的幾何中心為原點，構建果園作業機具的機體坐標系{V}；其中，在該坐標系中，x軸垂直于輪軸且正向指向果園作業機具的前進方向，y軸平行于輪軸且正向指向果園作業機具左側，z軸垂直于x軸、y軸所在平面且正向指向上方；

在果園作業機具行進過程中，3D?LiDAR以一定的頻率采集目標果園行間的三維原始點云數據，在機體坐標系{V}下，第k幀三維原始點云數據記為P_k；

S2、興趣區域選擇；

以機體坐標系{V}的原點為中心，x軸正方向保留1.5倍株距d_tre，負方向保留0.5倍株距d_tre；y軸正、負方向均保留0.75倍行距d_row；z軸正方向取正無窮，負方向取0.5倍3DLiDAR的安裝高度h_lidar；對三維原始點云數據P_k進行裁剪，作為所選興趣區域的三維原始點云數據P_k′；

S3、果樹位置等效、定位直線擬合與分組；

S3.1、歐幾里得聚類，獲得每一棵果樹點云數據集

S3.1.1、創建一個kd-tree的搜索算法指針tree，將步驟S2獲得的興趣區域的三維原始點云數據P_k′所對應的指針，作為搜索算法指針tree的成員函數SetInputCloud()的輸入參數，由此完成點云數據搜索方式kd-tree的創建；