自动导航系统在农业果园中的应用及适用性分析

自动导航作为现代智能农业车辆的一个重要组成部分,有着广阔的发展前景。综合分析国内外接触式导航、电磁导航、机械导航、超声波导航、激光导航、GPS导航、视觉导航,以及多传感器融合技术研究进展及在农业车辆的应用现状,并分析了各种导航方式应用于果园机械中的可行性及存在的问题,提出了今后果园智能机械主要的导航方式以及果园导航机械设计研究过程中需要考虑的问题。     

农业智能车辆视觉导航参数提取的研究

在农业智能车辆导航中,智能车辆导航参数的提取是其关键技术.为此,在分析了当前各种导航参数提取的方法后,在图像预处理及边界提取的基础上,提出了应用Radon变换的方法进行参数提取.实验结果表明,该方法的测量精度与当前其它类似研究的水平相当.     

基于多传感器融合的拖拉机自动导航技术

GPS是农业自动导航车辆获取导航信息的一种主要方式,其任务是获取拖拉机的绝对位置信息,而多传感器融合可以在GPS提供的绝对位置信号丢失时为拖拉机提供位置、姿态和航向信息,进行准确的定位。为此,介绍了GPS以及多传感器融合在拖拉机自动导航中的应用现状,指出GPS及多传感器在自动导航方面的优势和存在的问题,分析了GPS和多传感器融合的导航方式在未来精细农业领域的巨大作用。     

智能田间除草机器人发展现状研究

智能田间除草机器人是当代农业发展现代化、精细化、智能化的重要体现,对国家社会发展、环境保护等方面有着重要意义。为明确智能除草机器人关键技术与装备当前研究现状,从除草方式、苗草识别定位和智能导航方式等方面,总结梳理典型除草机器人的研究现状及作业方式;综述智能导航、苗草识别、除草执行系统关键技术的重要意义及研究进展;结合除草机器人具有作业环境复杂多变性、作业对象娇嫩性、使用对象特殊性、作业季节性的研究特点,指出当前关键技术的现存问题并阐释组合导航技术、复杂田间环境图像处理技术及杂草分类、株间除草末端执行机构研发及机械结构优化是未来发展趋势。     

北斗系统在新疆果园绿肥机械的应用

北斗系统融合了数据和定位双向功能,能实现快速定位、实时导航。文章阐述了北斗系统在农业上应用的情况,介绍了新疆果园绿肥种植状况以及绿肥播种机的发展现状,分析了北斗系统在新疆绿肥机械的应用,供参考。     

果园喷药机智能管控平台的建设研究

分析了我国果园喷药机以及农业智能管控平台的相关研究现状。从喷药机自身性能、果园种植管理标准及配套设施等方面指出了当前喷药机智能化管控平台建设存在的问题,给出了对应的建议,提出建设果园喷药机智能管控平台的初步方案,以期实现果园喷药全程自动化、智能化管理,提高喷药效率与农药利用率,实现经济与环境的可持续发展。     

机器视觉技术和GPS在农业车辆自动导航中的应用

机器视觉和GPS是农业自动车辆获取导航信息的两种主要方式,其主要任务是获得作物行或犁沟的信息。为此,介绍了基于以上两种导航技术的农业车辆研究现状,重点对比了机器视觉与GPS的技术特点及其优缺点,并指出了研究中存在的问题;最后讨论了两种导航方式的发展趋势。     

基于RTK-BDS的果园农用车辆自主导航系统研究

根据果园农用车辆作业需求,设计了一种基于RTK-BDS的自动导航控制系统。利用卡尔曼滤波技术提高了RTK-BDS在果园应用中的定位精度,同时将模糊控制与纯追踪模型相结合,设计了果园农用车辆直线跟踪导航控制器,并进行了追踪仿真和田间试验。结果表明:当果园农用车辆前进速度为0.5m/s时,最大横向误差不大于0.086m,平均误差不大于0.036m。     

自主车辆导航系统中的多传感器融合技术

分析了目前农业领域中几种常用的自主车辆导航方式，并说明了多传感器融合的必要性。着重探讨了卡尔曼滤波、模糊逻辑推理以及人工神经网络3种融合方法，分析了未来的发展方向。     

智能移动水果采摘机器人设计与试验

设计了一种智能移动水果采摘机器人,该机器人主要由智能移动平台、采摘机械臂、末端执行器、横向滑移机构和控制系统组成。用VC++语言编写了系统控制程序,开发了人机交互界面。样机在江苏省丰县果园进行了综合试验,结果表明:该机器人能够完成自主导航、自主采摘及自主装箱作业,移动平台、采摘机械臂及末端执行器能够实现智能协调控制。整个系统工作性能稳定,成熟果实的识别正确率为81.73%,采摘成功率为86.92%,单个苹果采摘平均耗时9.50 s。     

果园管理机存在的问题与对策研究

果园管理机作为辅助果农日常管理的多功能机械,在解决我国当前果园机械化率严重偏低的问题上具有突出优势。但由于缺乏技术和研发投入,果园管理机的发展较为缓慢,在车辆通过能力、作业功能、智能化和协同作业方面还有很大的发展空间。研究小组通过对果园管理机的发展趋势与现存问题进行分析,并就优化果园管理机的相关性能提出了提升山地通行能力、完善功能模块、提高智能化水平、增强产品协同性等对策建议,以期促进果园管理机更好地发展与普及,推动果园管理现代化,让广大果农从科技发展中享受到农业现代化带来的红利。结果表明,我国未来将出现标准化果园和传统果园共存的局面,果园管理机在我国的发展前景光明。     

约翰迪尔AutoTrac自动导航系统通用性应用研究

针对约翰迪尔AutoTrac自动导航系统不适用于普通车辆的问题,提出一种基于XUV825i型全地形车的机械改装方法,主要解决AutoTrac自动导航系统中ATU（AutoTrac universal）方向盘无法在全地形车上安装的问题。该机械改装方法为：在全地形车转向轴与ATU方向盘之间加装一个特制的万向节,利用万向节的特性避免两者之间因同心度精度过低导致导航精度下降的问题,使得全地形车在AutoTrac自动导航系统的控制下能够进行自动导航。XUV825i型全地形车结构与普通车辆一致,所以该机械改装方案也适用于一般车辆。最后基于改装后的全地形车,进行自定义路径导航试验。试验过程中全地形车自动导航的路径轨迹与初始路径基本重合,而且在路况良好以及系统经过调试的情况下,其自动导航横向偏差平均值小于2 cm,说明该机械改装方法并未降低该套系统的导航精度,该机械改装方法正确,安装在全地形车上的AutoTrac自动导航系统能够正常工作。同时说明该机械改装方法适用于普通车辆,AutoTrac自动导航系统能够在普通车辆上正常使用。     

基于自适应导航参数的智能车辆视觉导航

为提高导航路径识别的鲁棒性和实时性,采用了分区阈值二值化、噪声点搜索及滤波等图像处理方法,并对导航路径进行分区逐段识别;在路径跟踪方面,在获取的导航路径图像中选取远端路径和近端路径,以远端路径和近端路径的方位偏差量作为确定目标路径的依据,使提取的导航参数能适应导航路径的变化。根据四轮智能车辆模型进行路径跟踪仿真计算。在此基础上,采用两块数字信号处理器,对基于路径导航的视觉智能车辆进行了设计和试验验证。试验结果表明采用该方法设计的智能车辆具有较好的路径识别和跟踪控制效果。     

区域交通智能车辆控制器优化设计和品质分析

为实现区域交通智能车辆(CyberCar)对目标路径的稳定跟踪,导航控制器设计是核心技术之一。首先建立基于视觉预瞄的车辆转向动力学控制数学模型,根据现代控制理论研究了最优导航控制器设计中加权矩阵、加权系数和预瞄距离的优化选取方法。仿真分析和试验结果表明,经过优化设计后的控制器对车辆模型中的不确定因素具有很好的品质特性,使区域交通智能车辆在户外自主导航中具有良好的跟踪性能。     

农业车辆导航系统中自动控制技术的研究进展

农业车辆的自动控制系统是车辆导航系统的重要组成部分。从转向机构和转向控制两个方面综述了国内外农业车辆导航系统中控制技术的研究进展,并对基于运动学模型、动力学模型、智能控制和PID控制这4种基本转向控制方法进行了分析,提出了目前农业车辆自动导航控制方面所面临的一些难点问题。     

果园作业机械的现状与发展

果园作业机械在果园规模化发展、规范化管理和提高经济效益方面发挥着重要作用。本文介绍了果园作业机械的类型及特点,简述了国内外果园作业机械的现状与发展,分析了我国果园机械化发展中存在的主要问题,提出了发展对策及建议。     

果园作业机械的现状与发展

果园作业机械在果园规模化发展、规范化管理和提高经济效益方面发挥着重要作用。为此,介绍了果园作业机械的类型及特点,简述了国内外果园作业机械的现状与发展,分析了我国果园机械化发展中存在的主要问题,提出了发展对策及建议,为新疆地区果树及果园规模化发展提供参考。     

基于智能视觉的农业插秧机改进设计

当前我国社会人口老龄化程度越来越严重,同时许多农村劳动力转向城市打工,导致农业劳动力严重不足,针对这一社会难题,基于智能视觉的农业插秧机改进设计是我国农业改革的必经之路。本文介绍了插秧机的智能化发展,对农业车辆视觉导航进行了详细分析,并对基于智能视觉的农业插秧机改进设计做了简要说明。     

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。     

果园智能化作业装备自主导航技术研究进展

果园生产管理主要包括喷药、施肥、割草、修剪、授粉、疏花和采收分级等作业环节,需要大量的人力投入,随着我国人口老龄化程度加剧,亟需果园生产管理由机械化向智能化转型升级。自主导航技术是果园机械化装备实现智能化的关键技术。本文围绕果园智能化作业装备导航控制需求,结合国内外研究现状,分别阐述了包含导航定位信息和障碍物信息的果园作业场景感知技术,导航地图构建、导航路径提取和路径规划技术,行走底盘运动学模型构建、运动控制技术,多机协同控制、远程交互控制技术等。随着智慧农业发展,智慧果园已成为果园未来发展方向,果园智能化作业装备是智慧果园建设必不可少的关键环节,在此基础上,归纳了我国果园智能化作业装备自主导航技术发展面临的问题为：环境感知能力不足、路径提取不稳定、局部路径规划不灵活、导航系统环境适应性欠缺、多机协同和远程控制不成熟等,提出了多传感器融合的环境感知与路径提取、完整路径规划、强通用性果园导航、大型果园多作业环节的多机协同与远程操作等未来发展方向。