基于激光雷达的果园行间路径提取与导航

针对车辆果园行间自主导航出现的车辆偏航、非相邻树行干扰、植株缺失、树行弯曲等问题，提出一种基于激光雷达的行间路径提取方法，构建多样化虚拟果园环境仿真行间路径导航过程，评估路径提取算法性能。行间路径提取时，采用二维激光雷达（Light detection and ranging，LiDAR）获取果园树干测量数据，通过中值滤波削弱测量噪声，设计椭圆感兴趣区域（Region of interest，ROI）提取相邻树行，提出两步树行分割法获取相邻树行数据，通过最小二乘法拟合树行直线，将树行中心线作为导航路径。行间导航仿真时，建立虚拟果园环境和LiDAR测量模型，基于仿真测量数据生成导航路径，经过一阶数字低通滤波后实时控制车辆运动。仿真实验中，设置果树种植偏差为±20cm，树干直径偏差为±3cm，LiDAR测量误差为±3cm。实验结果表明，本文方法在车辆偏航、缺树、曲线树行等情况下均能准确提取导航路径，在偏航角不大于15°、横向偏差不大于1m、缺树率不大于25%时均能将车辆轨迹与道路中心线的横向偏差控制在±14cm内。