專利名稱：一種噴霧機械組合導航方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及導航定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種噴霧機械組合導航方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
DGPS導航能夠輸出高更新率的導航數(shù)據(jù)，提高GPS導航精度，能增強系統(tǒng)的抗干擾性、穩(wěn)定性、可用性和完整性。但是由于GPS容易受到外界環(huán)境的干擾，且動態(tài)性能差，要得到連續(xù)可靠的定位信息就必須依賴其它手段。普通GPS導航系統(tǒng)精度低、亞米級精度不能滿足農(nóng)業(yè)需求，而高精度的價格昂貴。慣性導航不僅能夠提供載體位置速度參數(shù)，還能提供載體的三維姿態(tài)參數(shù)，是完全自主的導航方式，在各個領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。但是，慣性導航難以克服的缺點是其導航定位誤差隨時間累加，難以長時間獨立工作。DGPS慣性組合導航系統(tǒng)既保持了二者的優(yōu)點，又防止了導航定位誤差隨時間的積累，能提高導航系統(tǒng)的整體性能。機器視覺導航技術(shù)能根據(jù)攝像機對周圍環(huán)境實時探測的信號，規(guī)劃出所需路徑，并能夠沿著該路徑，移動到預定目標處進行作業(yè)。而作物的等間距平行種植有利于精確導航的實現(xiàn)。噴霧機械均勻施藥，霧滴粒徑較小、易蒸發(fā)，不易辨別農(nóng)藥未噴灑和已噴灑的邊界位置。多行連續(xù)噴灑時，重噴、漏噴現(xiàn)象嚴重，不利于植物的生長。如何精準定位噴幅邊界是實現(xiàn)精確施藥的關(guān)鍵問題。農(nóng)業(yè)機械裝載導航系統(tǒng)有利于特定位置的精確定位。ZL200710028875.2公布了“一種農(nóng)業(yè)機械導航的組合定位方法”，首先采用偽距差分GPS傳感器測量得到農(nóng)業(yè)機械初步定位的位置值，然后采用電子羅盤和微機械陀螺傳感器對農(nóng)業(yè)機械的航向角度進行測量，融合兩種信息，獲得農(nóng)業(yè)機械定位和航向角度信息的精確估計。ZL201110096896.4公布了一種“基于GPS和機器視覺的組合導航定位系統(tǒng)及方法”，GPS定位裝置，用于對導航車進行GPS定位，獲得導航車的位置坐標、航向角度、以及行駛速度，并發(fā)送至融合定位裝置；機器視覺定位裝置，用于采集導航路徑上的農(nóng)田圖像，對采集到的圖像進行圖像處理，提取導航路徑，得到導航路徑中已知點的位置坐標，并發(fā)送至融合定位裝置；融合定位裝置，用于對來自所述GPS定位裝置以及機器視覺定位裝置的信息進行空間配準和時間配準，并進行濾波處理，得到最終定位信息。ZL200610089594.3公布了一種“棉花噴藥機導航路徑識別方法”采用視覺系統(tǒng)和計算機采集圖像并處理，實現(xiàn)自動識別、定點、定量噴藥。以上系統(tǒng)都能實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械的精確定位，而且可以應(yīng)用到噴桿噴霧機，但無法實現(xiàn)噴桿噴霧機噴幅邊界的精確拼接，導致噴桿噴霧機重噴、漏噴、越界噴等現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中噴霧機重噴、漏噴、越界噴等缺陷，本發(fā)明提供一種噴霧機械組合導航方法及系統(tǒng)，通過集成GPS慣性導航裝置、噴幅邊界導航裝置和作物行導航裝置采集的信息，調(diào)整噴桿噴霧機位置，實現(xiàn)精確噴霧，防止重噴、漏噴、越界噴等現(xiàn)象，具體技術(shù)方案如下:
一種噴霧機械組合導航系統(tǒng)，由噴桿噴霧機、泡沫劑噴灑裝置和導航系統(tǒng)組成，其特征在于:所述導航系統(tǒng)包括與車載計算機直接相連的DGPS慣性組合導航裝置、噴幅邊界機器視覺導航裝置和作物行機器視覺導航裝置，所述噴霧機的噴桿懸掛于可移動動力機械3后方，用于采集作物行信息圖像的攝像頭A4安裝在可移動動力機械3的車輪上方，采集噴幅邊界信息的攝像頭B2和攝像頭C6安裝在噴桿兩端，泡沫劑噴灑裝置Al和泡沫劑噴灑裝置B7分別安裝在所述噴桿上，并分別位于攝像頭B2和攝像頭C6的正下方。所述可移動動力機械3包括拖拉機、汽車、三輪車等。所述噴幅邊界機器視覺導航裝置包括:圖像采集模塊，用于采集泡沫軌跡圖像；圖像處理模塊，對圖像采集模塊采集到的圖像進行處理，提取泡沫軌跡，并發(fā)送至車載計算機。所述作物行機器視覺導航裝置包括:圖像采集模塊，用于采集田間作物行圖像；圖像處理模塊，對圖像采集模塊采集到的圖像進行處理，提取作物行中心線，獲得軌跡偏離信息，并發(fā)送至車載計算機?；谒鰢婌F機械組合導航系統(tǒng)的噴霧機械組合導航方法，包括以下步驟: 第一步:利用DGPS慣性組合導航裝置對噴桿噴霧機定位，采集噴桿噴霧機初步位置信
息，并發(fā)送至車載計算機；
第二步:利用噴幅邊界機器視覺導航裝置采集泡沫軌跡圖像，對采集到的圖像進行處理，提取泡沫軌跡信息，并發(fā)送至車載計算機；
第三步:利用作物行機器視覺導航裝置采集作物行位置圖像，對采集到的圖像進行處理，提取軌跡偏離信息，并發(fā)送至車載計算機；
第四步:利用車載計算機對來自所述DGPS慣性組合導航裝置、噴幅邊界機器視覺導航裝置和作物行機器視覺導航裝置所采集的信息進行集成，實現(xiàn)噴桿噴霧機的精確導航。所述第二步和第三步中圖像處理過程包括:圖像預處理、分割圖像、圖像去噪、Hough變換、目標偏離信息提取、輸出偏離信息。一種噴霧機械組合導航系統(tǒng)及方法，選取普通亞米級精度的DGPS慣性組合導航裝置通過DGPS導航和慣性組合導航獲得噴桿噴霧機的初步定位信息。噴幅邊界導航裝置由泡沫噴灑裝置Al、泡沫噴灑裝置B7和泡沫識別裝置組成；泡沫噴灑裝置Al和泡沫噴灑裝置B7安裝在噴桿5邊緣，泡沫識別裝置包括普通帶網(wǎng)口的攝像頭B2、攝像頭C6和圖像處理模塊，攝像頭B2和攝像頭C6分別安裝在泡沫噴灑裝置Al和泡沫噴灑裝置B7正上方。在田間噴桿噴霧機行駛到接近作物行末尾時，由泡沫噴灑裝置Al或泡沫噴灑裝置B7噴灑泡沫，為了區(qū)分泡沫和作物，選取一種與作物顏色差異很大的泡沫。換行時，通過對應(yīng)攝像頭B2或攝像頭C6拍攝泡沫圖像，傳送至ARM圖像處理單元，獲取泡沫軌跡信息，判別目標偏離程度，并給出偏離信息，駕駛員收到信號后調(diào)整噴桿噴霧機的橫向位置，使所用攝像頭A (B)光軸對準泡沫軌跡，完成噴幅精確拼接，并對DGPS慣性組合導航裝置采集的位置信息修正，以便下一步位置信息的提取。作物行導航系統(tǒng)中，攝像頭A4安裝在可移動動力機械3的車輪上方，減少行走時的晃動干擾。實時采集作物行圖像并傳送至ARM圖像處理單元，獲取作物中心線位置，得到偏離軌跡信息，并傳送給駕駛員，調(diào)整噴桿噴霧機的方向，使噴桿噴霧機對行行駛。圖像處理過程如下:圖像預處理，提高目標和背景的對比度，更有利于提取信息；分割圖像，將目標分離出來；去除噪聲和雜點；Hough變換，獲得作物行中心線圖像或泡沫線軌跡；目標偏離判別，攝像頭B2或攝像頭C6的光軸是否對準泡沫軌跡或作物行中心。所述噴霧機械組合導航系統(tǒng)，采取逐級遞進導航:DGPS慣性導航粗定位一噴幅精確拼接一對行行駛，獲取精確的噴幅邊界信息。本發(fā)明具有有益效果。本發(fā)明通過利用泡沫軌跡信息和作物行位置信息對DGPS導航信息進行修正，采用普通亞米級精度的DGPS導航裝置實現(xiàn)厘米級精度田間導航，進行噴幅精確無縫拼接精準施藥。


圖1是噴霧機械組合導航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 圖2是圖像處理流程
圖中:I泡沫嗔灑裝直A, 2攝像頭B, 3可移動動力機械，4攝像頭A, 5嗔桿，6攝像頭C,7泡沫噴灑裝置B, 8噴頭。
具體實施例方式一種噴霧機械組合導航系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，由噴桿噴霧機、泡沫劑噴灑裝置和導航系統(tǒng)組成，導航系統(tǒng)包括與車載計算機直接相連的DGPS慣性組合導航裝置、噴幅邊界機器視覺導航裝置和作物行機器視覺導航裝置，所述噴霧機的噴桿懸掛于可移動動力機械3后方，用于采集作物行信息圖像的攝像頭A4安裝在可移動動力機械3的車輪上方，采集噴幅邊界信息的攝像頭B2和攝像頭C6安裝在噴桿兩端，泡沫劑噴灑裝置Al和泡沫劑噴灑裝置B7分別安裝在所述噴桿5上，并分別位于攝像頭B2和攝像頭C6的正下方。圖1為了清楚表達，把泡沫噴灑裝置Al與攝像頭B2、泡沫噴灑裝置B7與攝像頭C6的位置稍微錯開?？梢苿觿恿C械3可以為拖拉機、汽車、三輪車等。噴幅邊界機器視覺導航裝置包括:圖像采集模塊，用于采集泡沫軌跡圖像；圖像處理模塊，對圖像采集模塊采集到的圖像進行處理，提取泡沫軌跡，并發(fā)送至車載計算機。作物行機器視覺導航裝置包括:圖像采集模塊，用于采集田間作物行圖像；圖像處理模塊，對圖像采集模塊采集到的圖像進行處理，提取作物行中心線，獲得軌跡偏離信息，并發(fā)送至車載計算機。一種基于所述噴霧機械組合導航系統(tǒng)的噴霧機械組合導航方法，包括以下步驟: 第一步:利用DGPS慣性組合導航裝置對噴桿噴霧機定位，采集噴桿噴霧機初步位置信
息，并發(fā)送至車載計算機；
第二步:利用噴幅邊界機器視覺導航裝置采集泡沫軌跡圖像，對采集到的圖像進行處理，提取泡沫軌跡信息，并發(fā)送至車載計算機；
第三步:利用作物行機器視覺導航裝置采集作物行位置圖像，對采集到的圖像進行處理，提取軌跡偏離信息，并發(fā)送至車載計算機；
第四步:利用車載計算機對來自所述DGPS慣性組合導航裝置、噴幅邊界機器視覺導航裝置和作物行機器視覺導航裝置所采集的信息進行集成，實現(xiàn)噴桿噴霧機的精確導航。所述第二步和第三步中圖像處理過程包括:圖像預處理、分割圖像、圖像去噪、Hough變換、目標偏離信息提取、輸出偏離信息。田間作業(yè)時，當可移動動力機械3即將行駛到作物行末尾時，由車載計算機控制泡沫噴灑裝置Al或泡沫噴灑裝置B7進行泡沫噴灑，至完成該行噴霧作業(yè)，然后駕駛員把可移動動力機械3轉(zhuǎn)彎，開始另外一行的噴霧作業(yè)。DGPS導航慣性組合裝置獲得可移動動力機械3的初步位置信息，并傳送至車載計算機。攝像頭B2或攝像頭C6采集泡沫軌跡圖像，傳送至圖像處理模塊處理，提取泡沫軌跡信息，傳送到車載計算機，駕駛員收到信息后，調(diào)整可移動動力機械3的位置，直至攝像頭B2或攝像頭C6的光軸對準泡沫軌跡，同時也對DGPS導航慣性組合裝置采集的位置信息進行了修正，以便位置信息的提取。通過安裝在可移動動力機械3車輪上方的攝像頭A4采集作物行圖像，并傳送至圖像處理模塊處理，提取作物行中心線位置信息，輸出可移動動力機械3偏離信息并傳送至車載計算機，駕駛員根據(jù)信息調(diào)整可移動動力機械3的位置，使可移動動力機械3進行噴幅精確無縫拼接精準施藥，減少重噴、漏噴、越界噴等現(xiàn)象?？梢苿觿恿C械3在田間作業(yè)時，為了區(qū)分泡沫和作物，選取一種與作物顏色差異很大的泡沫劑，標記噴幅邊界位置。也可以使光電報警裝置或聲音報警裝置代替車載計算機作業(yè)，當可移動動力機械3位置偏離時，即根據(jù)偏離方向發(fā)出不同的報警信息。或者用一排LED顯示燈，根據(jù)偏離距離，設(shè)定LED顯示燈的顯示數(shù)目。噴幅邊界的標記，也可以采用人工標記的方法，當可移動動力機械3行駛至作物行末尾時，由駕駛員下車，在噴幅邊界做出明顯標記，用攝像頭B(C)對準標記，控制方向噴霧機械方向，實現(xiàn)噴幅精確拼接。最后應(yīng)當說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種噴霧機械組合導航系統(tǒng)，由噴桿噴霧機、泡沫劑噴灑裝置和導航系統(tǒng)組成，其特征在于:所述導航系統(tǒng)包括與車載計算機直接相連的DGPS慣性組合導航裝置、噴幅邊界機器視覺導航裝置和作物行機器視覺導航裝置，所述噴霧機的噴桿懸掛于可移動動力機械(3)后方，用于采集作物行信息圖像的攝像頭A(4)安裝在可移動動力機械(3)的車輪上方，采集噴幅邊界信息的攝像頭B (2)和攝像頭C (6)安裝在噴桿(5)兩端，泡沫劑噴灑裝置A⑴和泡沫劑噴灑裝置B (7)分別安裝在所述噴桿(5)上，并分別位于攝像頭B (2)和攝像頭C(6)的正下方。
2.如權(quán)利要求1所述一種噴霧機械組合導航裝置，其特征在于所述可移動的動力機械(3)包括拖拉機、汽車、三輪車等。
3.如權(quán)利要求1所述一種噴霧機械組合導航裝置，其特征在于所述噴幅邊界機器視覺導航裝置包括:圖像采集模塊，用于采集泡沫軌跡圖像；圖像處理模塊，對圖像采集模塊采集到的圖像進行處理，提取泡沫軌跡，并發(fā)送至車載計算機。
4.如權(quán)利要求1所述噴霧機械組合導航裝置，其特征在于，所述作物行機器視覺導航裝置包括:圖像采集模塊，用于采集田間作物行圖像；圖像處理模塊，對圖像采集模塊采集到的圖像進行處理，提取作物行中心線，獲得軌跡偏離信息，并發(fā)送至車載計算機。
5.一種基于如權(quán)利要求1-4所述的噴霧機械組合導航裝置的噴霧機械組合導航方法，其特征在于包括以下步驟: 第一步:利用DGPS慣性組合導航裝置對噴桿噴霧機定位，采集噴桿噴霧機初步位置信息，并發(fā)送至車載計算機； 第二步:利用噴幅邊界機器視覺導航裝置采集泡沫軌跡圖像，對采集到的圖像進行處理，提取泡沫軌跡信息，并發(fā)送至車載計算機； 第三步:利用作物行機器視覺導航裝置采集作物行位置圖像，對采集到的圖像進行處理，提取軌跡偏離信息，并發(fā)送至車載計算機； 第四步:利用車載計算機對來自所述DGPS慣性組合導航裝置、噴幅邊界機器視覺導航裝置和作物行機器視覺導航裝置所采集的信息進行集成，實現(xiàn)噴桿噴霧機的精確導航。
6.如權(quán)利要求5所述的一種噴霧機械組合導航方法，其特征在于，所述第二步和第三步中圖像處理過程包括:圖像預處理、分割圖像、圖像去噪、Hough變換、目標偏離信息提取、輸出偏離信息。
全文摘要
本發(fā)明提供一種噴霧機械組合導航方法及系統(tǒng)，包括DGPS慣性組合導航裝置、噴幅邊界機器視覺導航裝置和作物行機器視覺導航裝置。DGPS慣性組合導航裝置對噴桿噴霧機進行初步定位；噴幅邊界機器視覺導航裝置，采集泡沫軌跡圖像，并傳送至圖像處理模塊進行處理，識別泡沫軌跡，實現(xiàn)噴幅精確拼接。作物行機器視覺導航裝置，采集作物行圖像，并傳送至圖像處理模塊處理，獲得軌跡偏離信息，指示駕駛員調(diào)整噴桿噴霧機位置，實現(xiàn)精確導航。本發(fā)明導航方法及系統(tǒng)定位精度高，能有效防止重噴、漏噴等現(xiàn)象，且價格便宜，容易投入生產(chǎn)。
文檔編號G01C21/00GK103196441SQ20131008682
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月19日
發(fā)明者魏新華, 白敬 申請人:江蘇大學