复杂边界田块旋翼无人机自主作业路径规划

针对农用无人机复杂边界田块下的作业问题,提出一种对田块边界形状具有普适性意义的旋翼无人机作业路径规划算法,以快速获得凸多边形、凹多边形、带孔洞多边形甚至多个多边形形式的复杂边界田块情形下的飞行作业轨迹。首先,基于田块边界多边形顶点数据的存储规则,采用多边形分组法,区分所属不同田块的多边形,建立按区域即田块为单元进行航线计算的基础;针对单田块的内、外边界多边形,采用活性边表法实现单个多边形扫描线填充的快速求交解算,得到初始扫描线,再对处于同一航向位置上的内、外多边形两类扫描线组采用线段布尔运算"减法"操作处理,获得预设航向条件下的作业航线;以最小航线间转移路径总长度为优化目标,引入贪婪算法、凸多边形最小跨度法和步进旋转法,综合进行航线排序优化和航向优化,获得不考虑障碍物条件下的完整作业路径。为进一步扩大算法的应用范围,假设田块边界上存在障碍物,且高度大于作业高度,继续增加转移过程的安全性判断及处理算法。针对假想田块和实际田块边界的多组算法仿真试验结果表明,所设计的算法可处理各种复杂边界类型的田块;在不考虑障碍物影响时算法耗时15 ms～19. 2 s;相比于只进行航线排序优化的情况,同时进行航向和航线排序优化后,航线间转移路径总长度下降了23. 04%～45. 98%;而考虑障碍物影响时处理耗时也在离线应用的可接受范围内。该算法的通用性、可靠性、效率和优化效果均可满足各种复杂边界二维田块无障碍物和有障碍物条件下的农用无人机作业的相关要求。     

基于机载LiDAR数据的林木冠层投影面积与体积测量

机载激光雷达系统能够采集反映林木三维结构的点云,利用点云分类及林木冠层投影面积和体积计算方法获得林木信息。通过不规则三角网法和平面拟合过滤算法分别提取地面和建筑物点云,并将建筑物点云过滤得到林木点云,将树冠点云投影到x-y平面,采用角度法搜索边界,提取林木点云边缘,并在与其相对应的CCD影像上显示。利用任意多边形面积算法计算各个连通区域的面积,将它们求和得到冠层投影面积,通过台体的体积计算得到冠层体积。在研究区域随机选出10个外业样地进行传统的人工测量,实验结果表明,基于Li DAR的激光测量与人工测量测得的投影面积和体积的相关系数分别为0.957和0.944。本文提出的方法准确有效,为高精度定量估算林木冠层生物量提供了依据。     

半喂入式联合收割机作业生产率与田块大小的关系探讨

本文对有效割幅为1.0米、作业速度0.8米/秒的半喂入式联合收割机在特定条田不同面积田块作业的测定计算,探讨田块面积大小对联合收割机生产率的影响,为合理规划设计田块面积提供     

便携式GPS面积测绘仪的研制及应用

在农业生产管理中,农田面积的快速实时测量十分必需.研制了一种快速准确测量农田面积的仪器,该测量仪采用GPS定位,测量速度快,并能测量任意形状田块的面积,并生成地块的图形,具有较高的测量精度,且价格低,携带操作方便,在农业生产管理、土地整理规划和农机作业收费等方面有着广阔的应用前景.     

基于北斗导航的联合收割机作业面积测量系统

国内收割机的信息监测系统正在迅速发展。为了实现实时记录收割面积,笔者开发了一套面积测量系统。该系统基于图像处理的应用方法对联合收割机作业状态进行实时监测,实时显示收割速度,记录收割面积;进一步优化了联合收割机智能监测系统。本系统使用北斗卫星,通过OpenCV开发软件,采集坐标点数来完成面积的测量,使用客户端对面积进行显示。实验结果证明,该方法与其他方法相比具有面积测量精确度高、成本低等特点,可广泛用于联合收割机智能监测系统。     

基于高斯面积公式和GPS数据的农机作业面积计量算法

为了计算农机作业区域面积,研制了GPS数据采集装置,应用GPS数据采集装置采集农机作业区域边界点经纬度坐标,采用高斯投影正算将经纬度坐标转换到平面直角坐标系中得到平面坐标,利用高斯面积公式实现农机作业区域面积计算。试验结果表明:当农机作业区域测量面积为2720㎡、3570㎡、7140㎡时,相对计算误差分别为2.28%、1.82%、1.09%。即基于高斯面积公式和GPS数据的农机作业面积计量算法,可有效计算出农机作业区域面积,且面积计量算法误差随着农机作业区域面积的增大而减小。     

关节臂式坐标测量机参数标定方法

采用对称点法对关节臂式坐标测量机的各参数进行标定。该标定方法把各参数分离,使标定过程更简单。首先,在D-H参数建模法的基础上,利用基于准球坐标系的建模方法,建立了关节臂式坐标测量机的数学模型,使关节间各个参数正交,进而推导了运动学方程。借助设计的固紧装置,在ROMER Infinite 2.0型关节臂式坐标测量机上运用该方法进行了标定实验,得出了坐标测量机的结构参数,验证了参数标定方法的可行性和实验结果的准确性,为进一步提高关节臂式坐标测量机的测量精度奠定了基础。     

半喂入式联合收割机的作业率与田块大小的关系探讨

本文对有效割幅为1．0米，作业速度0．8米／秒的半喂入式联合收割机在特定条田不同面积田块作业的测定计算，探讨田块面积大小对联合收割机生产率的影响，为合理规划设计田块面积提供参考依据。     

自主式移动机器人定位坐标平滑算法研究

为了提高基于全局视觉导航的移动机器人的全局绝对定位精度，提出了一种适用于较大工作空间的摄像机参数分区标定方法，并借用数字图像中邻域的概念，定义了小区域的8—邻域关系，利用模糊数学的方法确定了中心区域及其邻域的权值函数，有效解决了各小区域边界的定位坐标平滑过渡问题。该平滑算法是一种计算模板，计算量不会因小区域的面积和小区域的个数的增加而增加，对于区域的内部和边缘计算一样有效。     

大口径钢管圆度测量喷标系统设计与误差补偿研究

为满足大口径钢管测量精度的需要,设计了一种龙门架式钢管在线测量及喷标系统。利用龙门架两侧立柱激光传感器的竖直运动,测量钢管截面外径上点的坐标,利用最小二乘法求其圆心坐标,采用近似直径法求取该截面的最大直径和最小直径,从而求得该截面的圆度。实例证明该系统及数据处理算法可实现钢管外径及圆度的测量,并具有相当高的精度。对测量结果进行误差分析,得知影响测量结果的主要来源是钢管的摆放姿态,通过投影及坐标变换对误差进行补偿,补偿后结果得到了一定的改善,从而验证了误差分析的合理性和补偿方法的可行性,该系统可用于大口径钢管的在线测量。     

基于Matlab/GUI的汽油机缸内直接喷雾图像处理方法

设计了基于Matlab/GUI的汽油机缸内直接喷雾图像实时处理程序,实现了图像处理的可视化操作。由于汽油挥发性较强,使得汽油机缸内直接喷雾图像相对柴油喷雾图像而言,雾形边界相对模糊,且喷雾图像信噪比较差。为准确提取汽油机缸内直接喷雾研究中所需的喷雾贯穿距、喷雾锥角、周长以及面积等参数,需要在图像处理过程中精确地提取喷雾边界,为此进行了精确的噪声滤波、边缘检测、形态学优化等图像处理。在确定雾形边界后,进一步编写程序计算出喷雾贯穿距、喷雾锥角、喷射速度等参数,实现了喷雾特性参数的实时测量。     

基于北斗卫星导航系统的林区智能巡检测绘系统研究

森林巡检是森林资源调查、灾情预警、生态保护的重要工作,其中巡检面积的有效测绘及林区样地采集对于林区管理尤为重要。针对目前国内外森林巡检、林区面积测绘及样地采集技术存在效率和准确性不高的问题,提出了基于北斗卫星导航系统定位技术,结合Android智能操作系统进行智能化巡检的策略,提出了智能优化森林巡检任务路径规划方法、森林巡检面积计算方法以及智能样地采集方法。搭建了基于"互联网+"的林区智能巡检网络平台,利用BD-228型定位模块与STM32芯片搭建位置信息获取的定位终端,利用距离偏移过滤算法剔除误差大的定位漂移点,并将采集的球面经纬度坐标投影为墨卡托平面公里网坐标用于面积计算,最后采用矢量三角面积算法计算巡检轨迹的闭合区域面积,同时利用墨卡托正反算法实现了样地坐标智能采集。经多地区、多次实地试验验证分析,该系统巡检面积测算平均相对误差小于2%,样地采集平均相对误差为2.21%,满足森林工程测绘的需求。     

用Exel表进行坐标系转换的简单方法

结合工作实例,利用Excel表格的计算功能,进行坐标系之间的数值转换,为工程测量、工程施工放样和建筑物测量复核提供了简单便捷的坐标计算方法。     

柔性坐标测量机参数辨识方法

设计了一种六自由度关节式柔性坐标测量机,并对该测量机测量方程中的参数进行了辨识,提出了一种快速简易的单点锥窝标定方法。该方法基于单点锥窝提供的空间单点基准,利用非线性最小二乘中的高斯-牛顿法,求解测量机测量方程的参数值。实验结果表明,该方法能够有效提高测量机的整体精度,且操作简单、计算效率高。     

三点法估算平整土地挖填土方量

前言在平整土地设计工作中,需估算挖填土方量以确定在土地平整过程中的土方迁运量和所需土方工程费用。以往计算挖填土方量有两种常用方法:求和法和四点法(EP)。求和法假定灌溉田块上每个网格的原有地面高程不变,其挖填土方量简单估算为网格面积乘以网格中心的挖填深度。这种方法对正方形网格和非正方形网格均适用。四点法(FP)     

基于ArcGIS普通克里格插值在土地平整土方量计算中的应用

针对土地平整土方量计算方法研究不足的情况,以重庆市开县竹溪镇春秋、灵泉和大湾3个村整村推进项目为例,借助ArcGIS软件的统计模块对高程数据分布及趋势进行分析,并利用普通克里格法中球形、圆形、指数及高斯4种理论模型进行高程插值,分析预测误差,选取最优理论模型,计算挖填方量。研究结果表明,高斯模型拟合效果最佳,从分析数据来看,研究区典型片区一ME:-0.017 8、RMSSE:0.969 9、ASE:2.039、RMSE:2.374 5,共规划条田田块44块,面积29.732 6 hm2,土方量开挖49 959.1 m3;研究区典型片区二ME:-0.004、RMSSE:1.019、ASE:1.447、RMSE:1.531,共规划条田田块20块,面积22.904 9 hm2,土方量开挖32 935.0 m3。通过该方法对高程数据进行拟合,能高效科学计算条田平整中土石方量,为合理确定土地平整工程的工程造价提供依据。      

复杂背景下果园视觉导航路径提取算法

为解决果园视觉导航机器人行间自主行进和调头问题,提出了基于Mask R-CNN的导航线提取方法和基于随机采样一致性(Random sample consensus, RANSAC)算法的树行线提取方法。首先,基于Mask R-CNN模型对道路与树干进行识别,提取道路分割掩码和树干边界框坐标;其次,在生成行间导航线的基础上,采用改进RANSAC算法提取前排树行线;然后,计算树干边界框坐标点到前排行线的距离,筛选后排树干坐标点,采用最小二乘法拟合生成后排树行线;最后,通过分析前后排树行信息判断调头方向,结合本文提出的行末端距离计算与调头路径规划方法,规划车辆的调头路线。实验结果表明：在不同光照、杂草、天气环境下的6种果园场景中,模型的平均分割精度和边界框检测精度都为97.0%,导航目标点提取的平均偏差不超过5.3%,树行线检测准确率不低于87%,调头后车辆距道路中心的平均偏差为7.8 cm,可为果园环境下的视觉自主导航提供有效参考。     

基于改进α-shape算法的三维点云树冠体积计算方法

为准确测量树冠体积,深入研究三维绿量和区域碳循环,针对现有点云数据测量树冠体积方法存在的高估与低估问题,提出了一种顾及点云边界密度、变阈值α-shape边界提取方法,并通过实验分析确定最优线性迭代步长和分层间距,实现了对树冠体积的精确计算。首先,对树冠点云数据进行等间距切片处理;然后,采用改进α-shape算法提取点云切片更为真实、自然的边界多边形;最后,计算切片面积和各层点云间的台体体积,并累加台体体积,获得树冠体积。实验表明：树冠体积计算的准确性与树冠内部枝叶结构和点云密度相关;无论对于高密度还是低密度树冠,采用改进α-shape算法的树冠体积计算结果不仅具有良好的稳定性,而且相较于已有其他方法更为准确,避免了Graham凸包算法的高估问题,与体元累加法相比也更利于树冠总体占用空间的计算。     

脉冲边界模型测量冻土坡面径流流速与距离优选

在室内不同坡度和流量条件下,用电解质脉冲边界模型以及染色剂示踪法进行冻土坡面和未冻土壤坡面径流流速测量的对比研究。采用长3.8 m、宽0.2 m和深0.08 m的试验土槽,用新疆阿克苏温宿县科其喀尔冰川流域草甸土,装土容重为1.0 g/cm3、厚度5 cm,将土样饱和后冻结,制备用于试验的冻土坡面。为提高试验效率,采用在砂纸上粘贴土壤颗粒的方法模拟未冻土壤坡面。在坡度5°、10°和15°,流量12、24和48 L/min条件下,采用电解质脉冲边界模型方法和染色剂示踪方法测量冻土和未冻土壤坡面径流流速,并确定电解质脉冲边界模型方法的最优测量距离。结果表明:电解质脉冲边界模型测量流速随着测量距离增加呈指数增加,并逐渐趋于恒定。通过流速随沟长的变化关系,计算得到冻土坡面条件下,电解质脉冲边界模型测量流速与实际流速相差5%和10%,所需测量距离分别为1.7~2.7 m以及1.4~2.1 m。电解质脉冲边界模型法测得的冻土坡面径流流速随坡度、流量增大而增大,为0.45~0.98 m/s,是未冻土壤坡面径流流速的1.43倍。冻土坡面染色剂示踪法测得的流速较电解质脉冲边界模型测得的流速大3%~20%;未冻土壤坡面染色剂示踪法测得的流速较电解质脉冲边界模型测得的流速大6%~35%。     

椭球模型在马铃薯表面缺陷面积计算中的应用研究

为了提高测量马铃薯表面缺陷面积的精度,在分析了其他方法存在缺陷的基础上提出了适用于马铃薯表面缺陷面积计算的椭球模型,并且利用计算机视觉技术恢复马铃薯几何特征参数并以此计算马铃薯表面缺陷面积。实验结果表明,建立在椭球形数学模型基础上的马铃薯损伤面积的计算误差比直接像素法精度平均提高了1 5%。