[发明专利]一种面向标准化果园的果树特征地图提取方法

说明书

本发明一种面向标准化果园的果树特征地图提取方法，包括（1）激光数据坐标转换（2）激光数据跨行干扰点剔除（3）果园行间离群噪点去除（4）对同一棵果树上的所有坐标点进行聚类（5）果树树干中心位置提取（6）面向标准化果树特征地图提取与构建6个步骤。其特征在于：采用距离阈值法和统计滤波法完成激光数据预处理，采用欧式聚类法和最短ρ值激光点与激光发射点、果树树干中心点共线原理可以近似获取当前果树树干中心点坐标，最终完成果园果树特征地图提取和构建。本发明在标准化果园中具有良好的适用性，为进一步提高果园车辆自动导航控制精度提供可能。

技术领域

本发明属于农业机械领域，提供了一种用于果园车辆自动导航的果树特征地图提取方法，具体涉及一种面向标准化果园的果树特征地图提取方法。

背景技术

近年来，随着工业化进程的加快以及人口老龄化问题的产生，农业劳动力不足的问题将日益严重。中国是水果生产大国，无论是面积还是产量均居世界第一，但目前我国果园管理技术相对落后，果园机械化程度较低。

传统农业作业一般是由人或人操纵农机完成，劳动重复且单调，易产生疲劳，长时间会导致作业精度下降以及危险性上升，以农业机器人为首的现代化农业装备很大程度上能够解决上述问题，开发适合于果园作业的先进装备势在必行。

自动导航技术通过导航系统对周围环境进行感知，辅助机器人完成多项工作，是开发果园先进农机装备的一项重要内容。GNSS导航的适用前提是周围环境空旷且无遮蔽情况，但由于果园环境中果树树冠和枝叶较为茂密，GNSS系统由于遮蔽无法稳定接收卫星信号，因此适用性较差。

机器视觉导航具有灵活性大，获取信息丰富完整等优点。但总体来说，机器视觉硬件构造复杂，价格昂贵，对处理器性能要求高，导致存在实时性问题，同时由于环境噪声容易造成图像信息丢失，影响导系统精度。

激光导航具有测距精度高、分辨率好、抗干扰能力强等诸多优点，在标准化果园中具有良好的适用性。但真实果园环境是复杂的非结构化环境，准确获取果园的果树特征地图是实现车辆自动导航的前提。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题与缺陷，本发明针对果树行内存在不影响车辆行进的小型干扰物(比如杂草和低矮树杈等)对于激光获取的点云数据精度影响的情况，利用相关的滤波处理方法，提出了一种面向标准化果园的果树特征地图提取方法，为推进果园机械自动导航控制精度研究提供有益的参考。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种面向标准化果园的果树特征地图提取方法包括（1）激光数据坐标转换（2）激光数据跨行干扰点剔除（3）果园行间离群噪点去除（4）对同一棵果树上的所有坐标点进行聚类（5）果树树干中心位置提取（6）面向标准化果树特征地图提取。

本发明基于上述方法，其工作原理是：激光扫描仪在对果园环境进行扫描时，建立直角坐标系，完成果树位置信息由极坐标向直角坐标的转化。

由于果园环境复杂，激光扫描仪获取后的点云数据存在较多的干扰点或离群噪点，严重影响了导航路径识别精度，因此需要先对获取的点云数据进行预处理。

当车辆航向方向与导航路径相差较大时，激光光束可以通过同行果树之间的株距间隔，获取较远距离的果树信息，从而对获取有效信息产生干扰，因此设置距离阈值完成跨行干扰点剔除。

当作业行内存在杂草、树杈等不影响车辆行进的小型障碍物时，激光数据中往往包含一些离散点，采用统计滤波法完成离散点预处理。

当获取完全部果树坐标点后，采用欧式聚类对同一棵果树上的所有坐标点进行聚类。