專利名稱：一種噴霧機械組合導(dǎo)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(dǎo)航定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種噴霧機械組合導(dǎo)航方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
DGPS導(dǎo)航能夠輸出高更新率的導(dǎo)航數(shù)據(jù)，提高GPS導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)航方式，在各個領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。但是，慣性導(dǎo)航難以克服的缺點是其導(dǎo)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(dǎo)航系統(tǒng)既保持了二者的優(yōu)點，又防止了導(dǎo)航定位誤差隨時間的積累，能提高導(dǎo)航系統(tǒng)的整體性能。機器視覺導(dǎo)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(yù)定目標(biāo)處進(jìn)行作業(yè)。而作物的等間距平行種植有利于精確導(dǎo)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(yán)重，不利于植物的生長。如何精準(zhǔn)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(dǎo)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(dǎo)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(jìn)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(dǎo)航定位系統(tǒng)及方法”，GPS定位裝置，用于對導(dǎo)航車進(jìn)行GPS定位，獲得導(dǎo)航車的位置坐標(biāo)、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(dǎo)航路徑上的農(nóng)田圖像，對采集到的圖像進(jìn)行圖像處理，提取導(dǎo)航路徑，得到導(dǎo)航路徑中已知點的位置坐標(biāo)，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(jìn)行空間配準(zhǔn)和時間配準(zhǔn)，并進(jìn)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)航方法及系統(tǒng)，通過集成GPS慣性導(dǎo)航裝置、噴幅邊界導(dǎo)航裝置和作物行導(dǎo)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(dǎo)航系統(tǒng)，由噴桿噴霧機、泡沫劑噴灑裝置和導(dǎo)航系統(tǒng)組成，其特征在于:所述導(dǎo)航系統(tǒng)包括與車載計算機直接相連的DGPS慣性組合導(dǎo)航裝置、噴幅邊界機器視覺導(dǎo)航裝置和作物行機器視覺導(dǎo)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(dǎo)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(jìn)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(dǎo)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(jìn)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(dǎo)航系統(tǒng)的噴霧機械組合導(dǎo)航方法，包括以下步驟: 第一步:利用DGPS慣性組合導(dǎo)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(dǎo)航裝置采集泡沫軌跡圖像，對采集到的圖像進(jìn)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(dǎo)航裝置采集作物行位置圖像，對采集到的圖像進(jìn)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(dǎo)航裝置、噴幅邊界機器視覺導(dǎo)航裝置和作物行機器視覺導(dǎo)航裝置所采集的信息進(jìn)行集成，實現(xiàn)噴桿噴霧機的精確導(dǎo)航。所述第二步和第三步中圖像處理過程包括:圖像預(yù)處理、分割圖像、圖像去噪、Hough變換、目標(biāo)偏離信息提取、輸出偏離信息。一種噴霧機械組合導(dǎo)航系統(tǒng)及方法，選取普通亞米級精度的DGPS慣性組合導(dǎo)航裝置通過DGPS導(dǎo)航和慣性組合導(dǎo)航獲得噴桿噴霧機的初步定位信息。噴幅邊界導(dǎo)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(biāo)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(zhǔn)泡沫軌跡，完成噴幅精確拼接，并對DGPS慣性組合導(dǎo)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(dǎo)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(yù)處理，提高目標(biāo)和背景的對比度，更有利于提取信息；分割圖像，將目標(biāo)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(biāo)偏離判別，攝像頭B2或攝像頭C6的光軸是否對準(zhǔn)泡沫軌跡或作物行中心。所述噴霧機械組合導(dǎo)航系統(tǒng)，采取逐級遞進(jìn)導(dǎo)航:DGPS慣性導(dǎo)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(dǎo)航信息進(jìn)行修正，采用普通亞米級精度的DGPS導(dǎo)航裝置實現(xiàn)厘米級精度田間導(dǎo)航，進(jìn)行噴幅精確無縫拼接精準(zhǔn)施藥。


圖1是噴霧機械組合導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)航系統(tǒng)組成，導(dǎo)航系統(tǒng)包括與車載計算機直接相連的DGPS慣性組合導(dǎo)航裝置、噴幅邊界機器視覺導(dǎo)航裝置和作物行機器視覺導(dǎo)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(dá)，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(dǎo)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(jìn)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(dǎo)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(jìn)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(dǎo)航系統(tǒng)的噴霧機械組合導(dǎo)航方法，包括以下步驟: 第一步:利用DGPS慣性組合導(dǎo)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(dǎo)航裝置采集泡沫軌跡圖像，對采集到的圖像進(jìn)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(dǎo)航裝置采集作物行位置圖像，對采集到的圖像進(jìn)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(dǎo)航裝置、噴幅邊界機器視覺導(dǎo)航裝置和作物行機器視覺導(dǎo)航裝置所采集的信息進(jìn)行集成，實現(xiàn)噴桿噴霧機的精確導(dǎo)航。所述第二步和第三步中圖像處理過程包括:圖像預(yù)處理、分割圖像、圖像去噪、Hough變換、目標(biāo)偏離信息提取、輸出偏離信息。田間作業(yè)時，當(dāng)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(jìn)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(dǎo)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(zhǔn)泡沫軌跡，同時也對DGPS導(dǎo)航慣性組合裝置采集的位置信息進(jìn)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(jìn)行噴幅精確無縫拼接精準(zhǔn)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(biāo)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(dāng)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?；蛘哂靡慌臠ED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(biāo)記，也可以采用人工標(biāo)記的方法，當(dāng)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(biāo)記，用攝像頭B(C)對準(zhǔn)標(biāo)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(dāng)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(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)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(dǎo)航系統(tǒng)，由噴桿噴霧機、泡沫劑噴灑裝置和導(dǎo)航系統(tǒng)組成，其特征在于:所述導(dǎo)航系統(tǒng)包括與車載計算機直接相連的DGPS慣性組合導(dǎo)航裝置、噴幅邊界機器視覺導(dǎo)航裝置和作物行機器視覺導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)航裝置，其特征在于所述噴幅邊界機器視覺導(dǎo)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(jìn)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(dǎo)航裝置，其特征在于，所述作物行機器視覺導(dǎo)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(jìn)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(dǎo)航裝置的噴霧機械組合導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)航裝置采集泡沫軌跡圖像，對采集到的圖像進(jìn)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(dǎo)航裝置采集作物行位置圖像，對采集到的圖像進(jìn)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(dǎo)航裝置、噴幅邊界機器視覺導(dǎo)航裝置和作物行機器視覺導(dǎo)航裝置所采集的信息進(jìn)行集成，實現(xiàn)噴桿噴霧機的精確導(dǎo)航。
6.如權(quán)利要求5所述的一種噴霧機械組合導(dǎo)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(yù)處理、分割圖像、圖像去噪、Hough變換、目標(biāo)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(dǎo)航方法及系統(tǒng)，包括DGPS慣性組合導(dǎo)航裝置、噴幅邊界機器視覺導(dǎo)航裝置和作物行機器視覺導(dǎo)航裝置。DGPS慣性組合導(dǎo)航裝置對噴桿噴霧機進(jìn)行初步定位；噴幅邊界機器視覺導(dǎo)航裝置，采集泡沫軌跡圖像，并傳送至圖像處理模塊進(jìn)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(dǎo)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(dǎo)航。本發(fā)明導(dǎo)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(xué)