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基于卫星和视觉组合的履带拖拉机导航控制技术研究

陶泽翼  
【摘要】:自主导航是发展智慧农业,加快农机装备转型升级的重要技术。为了能够让农业装备在田间沿作物行自主行驶,本文以双履带拖拉机为平台,展开对拖拉机卫星和视觉组合导航控制技术的研究,提出了视觉图像作物行与作物根部行获取方法,研究了卫星与视觉组合导航控制策略,并结合双履带拖拉机的转向特性构建了一整套宏微导航控制系统。在此基础上对拖拉机导航控制系统进行了试验与分析。主要研究内容与结果如下:(1)分析了图像中作物颜色特征和作物行分布特征,采用超绿算法(2G-R-B)和掩膜法完成图像分割,并采用基于点到直线距离和最小二乘法的多线聚类方式检测作物行。在初始化聚类时,运用水平条法获取图像中作物行数量信息。在序列图像处理时,将上一帧图像检测的作物行参数直接作为下一张图像的初始化聚类线参数。试验表明,该方法的在移栽后第6天、第20天和第35天水稻图像中的识别准确率分别为97.33%、91.84%和86.34%。(2)研究了基于消失点法和作物行整体生长高度变化特征的作物根部行检测算法,实现了从作物行参数到作物根部行参数的回归。经试验验证,在水稻移栽后的第6天、第20天和第35天,作物根部行检测成功率分别为97.33%、90.82%和84.15%。(3)结合卫星和视觉导航信息的特点,研究了适合履带拖拉机导航控制的预瞄点跟踪策略,并在该策略的基础上研究了组合导航控制策略。试验结果表明,当拖拉机以约0.1m/s~0.2m/s的速度行驶在插有两行仿真苗的田地上时,最大横向偏距为0.22m。(4)研制了组合导航控制系统,该系统硬件主要由电动方向盘、工业相机、卫星接收机、双卫星天线和宏微导航控制器所构成,软件主要由主程序模块、电动方向盘模块、相机模块和卫星模块四大部分所组成。经试验验证,在完成对履带拖拉机的转向系统参数辨识、差速转向运动分析和电动方向盘转向中位标定后,整个导航控制系统能做到软硬协同、工作稳定可靠。


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