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高纺锤苹果园的全程组合导航

发布时间: 2023-11-27

来源: 科技服务团

基本信息

合作方式： 技术转让
成果类型： 发明专利,软件著作权
行业领域：
农、林、牧、渔业,农业
成果介绍
本项科技成果着眼于果园生产中的全程导航问题，对于实现果园自主生产活动至关重要。与目前主要集中在果园行内场景的导航研究不同，本研究提出了一种基于卫星和激光雷达的果园全程组合导航方法。在该方法中，激光雷达主要用于行间导航和底盘位置（CP）的获取，而卫星则用于园地头换行及行间组合导航。研究重点提出两种全程组合导航模式：CMD-INT模式集成了基于激光雷达和卫星的导航系统的指令信号，而BIAS-FUS模式整合了两个导航系统的偏差信息。同时，为了保持底盘相对果园一侧的适当恒定偏移，本研究提出了一种基于位置比的路径规划方法。路径跟踪采用了改进的纯跟踪算法，对路径曲率和跟踪速度都具有良好的适应性。为了验证该系统的性能，我们进行了仿真和实地测试，涵盖了十组不同的参数配置。结果显示，BIAS-FUS模式的性能优于CMD-INT模式，且仿真实验结果与现场测试结果一致。在仿真实验中，行间导航过程的最大值、均值和均方根误差均有所减小。在实地测试中，行间和换行跟踪过程中的航向和横向偏差也表现出显著的改善。本项科技成果在标准化的高纺锤苹果园中展现了可行的全程组合导航方法，为果园智能化生产提供了有力的技术支持。
成果亮点
（1）导航系统可以执行全程导航任务。本导航系统可实现果园行间的跟随于地头的换行作业，导航能力覆盖果园全生产流程。 （2）所提出的两种组合导航模式提升了全程导航的鲁棒性。为解决相对郁闭的果园行间导航问题，分别提出了CMD-INT与BIAS-FUS两种组合方法，提升了行间导航的定位鲁棒性。 （3）所提出的恒定偏移保持导航可满足特定导航任务需求。提出了一种行间恒定偏移保持的路径规划方法，使得系统可以执行果园建园、采摘、剪枝等具有特定导航需求的任务。 （4）改进的纯跟踪算法对速度与路径曲率均有良好的适应能力。从跟踪速度与轨迹曲率两方面分别对纯跟踪算法进行了改进，可以实现对二者的良好适应能力。 （5）全程组合导航可在CP值的协调下顺利进行。提出的底盘位置获取方法能够准确判断底盘在果园中的位置，并实现行间导航与地头换行的顺利协调。
团队介绍
团队多年来一直致力于农业无人机精准对靶变量施药的相关研究工作，完成教育部基本业务经费重点项目“无人机对靶变量喷施作业技术研究”，形成了作业效果地面信息采集、喷雾效果检测、雾滴空间分布检测与雾场模型等成果。在十三五和十四五期间，团队主持了国家自然科学基金面上项目“多旋翼植保无人机施药风场与高秆作物的互作效应”（编号：32372006，2024.01-2027.12.），并参研了国家自然科学基金面上项目“基于激振音频的果树冠层叶密度在线检测机理及精量施药调控方法”（批准号 32171901，2022.01-2025.12）。同时，还主持完成了科技部重点研发计划课题“丘陵山区林果精准植保关键技术与装备优化研发”（编号：2018YFD0700603，2018.06-2020.12.），并承担了科技部重点研发计划“地面与航空高工效施药技术及智能化装备”（编号：2016YFD200700，2016.01-2020.12.）的子任务。在此研究期间，连续发表高水平期刊论文（SCI、EI）10 篇，申请相关发明专利 8 项。另外，团队拥有多种型号植保无人机、小型风洞试验台、马尔文激光粒度仪、德国 SIC
成果资料
产业化落地方案
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