[发明专利]基于3D LiDAR的果园行末、行首识别方法

说明书

本发明属于三维点云处理技术领域，尤其涉及一种适用于作业机具对果园行末、行首识别方法。该方法包括步骤：S1.果园行间原始点云数据采集；S2.兴趣区域选择；S3.果树位置等效、定位直线拟合与分组；S4.行末、行首识别。本发明方法通过采集作业机具前后小范围内的空间点云信息，通过体心法等效树干中心，通过所识别的果树在机具前后左右方向的直线存在的真假组合方式，判断机具在果园中所处位置，进而实现行末、行首识别，最后基于行距信息规划转弯轨迹，并基于果园作业机具运动学模型进行轨迹跟踪控制。所述方法具有简单、运算量小、实时性高、准确性高、受环境干扰小、鲁棒性高等优点。

技术领域

本发明属于三维点云处理技术领域，尤其涉及一种适用于作业机具自动换行的基于3D LiDAR的果园行末、行首识别方法。

背景技术

果园自动导航技术是实现人机分离、无人驾驶精细化果园管理的核心，也是未来智慧农业发展的关键技术。果园自动导航技术主要由树行跟踪、自动换行、实时避障等组成，其中，自动换行是指果园作业机具在到达果园行末时能够根据行距信息自动转入下一目标行中，这就要求果园作业机具能够准确识别果园行末、果园行首，以及根据行距信息与转弯方向产生并跟踪一条可行的转弯路径。

目前，国内外关于果园行末识别的方法大都通过构建全局地图并标出果园行末，或者在果园行末特定位置安装特定的标志物(如反光带)，通过高反射率特征来帮助所用传感器对行末进行识别。这些方法需要依赖地图或者人工布置特征标志来帮助果园作业机具对行末进行识别，进而引导果园作业机具完成自动换行，这无疑增加了果园自动换行的难度。

如何在不增加传感器或者不给作业场景布置新的特征物的情况下，实现对果园行末、行首的准确识别，进而实现果园作业机具的自动换行是一个亟待解决的问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的是在不创建地图、不增加特征标志物的前提下，提供一种具有运算量小、实时性高、准确性高、受环境干扰小、鲁棒性高等特点的基于3DLiDAR的果园行末、行首识别方法。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种基于3D LiDAR的果园行末、行首识别方法，包括如下步骤：

S1、果园行间原始点云数据采集；

以果园作业机具上搭载的3D LiDAR的几何中心为原点，构建果园作业机具的机体坐标系{V}；其中，在该坐标系中，x轴垂直于轮轴且正向指向果园作业机具的前进方向，y轴平行于轮轴且正向指向果园作业机具左侧，z轴垂直于x轴、y轴所在平面且正向指向上方；

在果园作业机具行进过程中，3D LiDAR以一定的频率采集目标果园行间的三维原始点云数据，在机体坐标系{V}下，第k帧三维原始点云数据记为P_k；

S2、兴趣区域选择；

以机体坐标系{V}的原点为中心，x轴正方向保留1.5倍株距d_tre，负方向保留0.5倍株距d_tre；y轴正、负方向均保留0.75倍行距d_row；z轴正方向取正无穷，负方向取0.5倍3DLiDAR的安装高度h_lidar；对三维原始点云数据P_k进行裁剪，作为所选兴趣区域的三维原始点云数据P_k′；

S3、果树位置等效、定位直线拟合与分组；

S3.1、欧几里得聚类，获得每一棵果树点云数据集

S3.1.1、创建一个kd-tree的搜索算法指针tree，将步骤S2获得的兴趣区域的三维原始点云数据P_k′所对应的指针，作为搜索算法指针tree的成员函数SetInputCloud()的输入参数，由此完成点云数据搜索方式kd-tree的创建；