[发明专利]一种无人农机导航路径规划与作业质量评估方法与装置

说明书

本发明公开了一种无人农机导航路径规划与作业质量评估方法与装置，属于智能农机装备领域，本发明采用无人遥控飞机进行农田边界顶点的采集，实现复杂农田环境下的快速路径规划，并将规划后的预定义导航数据分别传输给农机自主导航平台与远端监控室；农机自主导航平台开始作业后，无人农机导航路径规划与作业质量评估装置切换到目标跟踪模式，实时传回作业质量图像至远端控制室。本发明将无人农机自主作业的路径规划环节、作业质量监测环节独立成单一的装置，易于无人农业系统的构建与实施。

技术领域

本发明涉及智能农机装备领域，尤其涉及一种无人农机导航路径规划与作业质量评估方法与装置。

背景技术

农机自主导航是智能农机装备发展的重要组成部分，随着微电子、软件以及北斗定位技术的发展，基于实时动态载波相位差分技术(RTK)的高精度卫星定位系统成本显著降低。现有的农机自主导航过程分为路径规划、导航控制两部分，其中路径规划一般分为田间连续采集定位信息、田块边界识别两种。近年来，开发基于北斗RTK的无人农机自主导航系统成为研究热点，但其田间作业质量评估装置尚未见报道。

田块边界识别一般需要人工采集矩形田块四角的地理信息，转换到当地平面坐标系下进行路径规划。罗锡文等在《东方红X-804拖拉机的DGPS自动导航控制系统》(农业工程学报,2009,25(11):139-145)中采用人工标定田块四顶点的方法确定农田的模型，该作者以地块长边作为路径规划的基准线。田间连续采集定位信息需要人工驾驶农机在田间行驶，记录行驶数据并确定导航路径的方向。刘刚等在《基于GNSS农田平整全局路径规划方法与试验》(农业机械化学报,2018,49(5):27-33)中披露了一种农田环境建模方法，其采用人工选择田块边界起点，并驾驶拖拉机绕田块边界一圈拟合农田边界。上述方法均将边界提取及路径规划作为农机自动驾驶导航系统的软件算法集成到农机作业平台上，且均需要进入田间人工采集地理信息数据，操作过程繁琐。

发明内容

为克服现有技术中存在的不足，本发明提出一种无人农机导航路径规划与作业质量评估方法与装置，实现复杂农田环境下的快速路径规划、预定义路径数据的远程传输以及无人农机作业质量评估。

一种无人农机导航路径规划与作业质量评估方法，通过远端监控室、平台主控制器进行农田边界顶点的采集，在平台主控制器上进行导航路径规划，并将路径数据传输给农机自主导航平台和远端监控室，农机自主作业时，无人农机导航路径规划与作业质量评估装置切换到目标跟踪模式，实时传回作业质量图像至远端控制室。

进一步，所述农田边界顶点的采集平台为无人遥控飞机，RTK定位装置、视觉传感器以及远程通信模块，通过远程遥控无人飞机到达指定的田块，并按“左下”、“右下”、“右上”、“左上”采集田块的边界顶点位置信息，建立田块的坐标模型。

进一步，所述田块的坐标模型的建立过程为：

1)将农机驾驶至矩形田块作业起点处，确保农机行进方向与田块长边平行，开启RTK定位装置，记录此时的航向角θ；

2)依次将田块边界顶点转换到高斯平面坐标系o_a，取田块原点b，以长边为y轴，短边为x轴，建立田块坐标系o_b，则o_a至o_b的变换矩阵为：

设田块原点b至高斯平面坐标系原点a的向量为则空间上任意一点P到点a的向量与P到点b的向量之间的关系为：

一种无人农机导航路径规划与作业质量评估装置，包括远程通信模块、RTK定位装置、DSP、视觉传感器、平台主控制器及ARM控制器，上述模块由电源模块进行统一供电，平台主控制器经由远程通信模块获取远程控制命令，到达指定的田块，DSP接收RTK定位装置、视觉传感器的输出，经由ARM控制器和数据缓冲装置将采集图像发送给平台主控制器，平台主控制器通过远程通信模块发送给远端监控室。