CN110618683A - 一种基于北斗导航的农业机械姿态监测装置及方法 - Google Patents

一种基于北斗导航的农业机械姿态监测装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于北斗导航的农业机械姿态监测装置，包括农机、图像采集装置、机架、北斗定位接收装置、计时器、报警装置、显示屏；所述图像采集装置安装在农机的机头前端；所述机架顶端安装北斗定位接收装置；所述计时器安装在农机的车轮侧面；所述报警装置安装在驾驶座位前的平台上；所述显示屏安装在农机的机头；所述图像采集装置、北斗定位接收装置、计时器、报警装置、显示屏均连接于农机的主控制器。该装置能够实时监测农机位姿、提高农机作业时定位精度。本发明还公开了一种基于北斗导航的农业机械姿态监测方法，该方法通过北斗定位技术和图像识别技术实现对农机位姿监测、提高农机作业质量、定位精度和操作性能。

Description

一种基于北斗导航的农业机械姿态监测装置及方法
技术领域
本发明属于农业机械技术，具体涉及一种基于北斗导航的农业机械姿态监测装置及方法。
背景技术
随着我国农业现代化加速发展，农村土地规模经营、农业劳动力的大量转移，精准农业和智能农业装备将是现代化农业发展的方向，因此对农村装备技术和操作人员提出了更高的要求。而农业机械在作业中的姿态对作业有着重大的影响，农业机械的的姿态主要包括俯仰角和横滚角，而横滚角是影响作业质量、定位精度和机具操控性能的重要因素。
但是，农业机械在一定坡度的农田中作业姿态却会不断变化，例如，在土壤耕作、种植等环节，农业机械在垄作区耕种时农业机械跨垄作业，农业机械俯仰和侧倾都会影响耕作的深度；在田间跨垄作业时，由于人员操作不当、垄弯曲，可能会使得农业机械的轮胎一侧在垄台上，另一侧在垄沟里，此时农业机械的位姿会引起机具的坡度角在一定范围内的发生变化，进而影响农业机械作业的动态平衡；在崎岖的地形条件下，农业机械在上下坡时容易发生翻滚的危险，造成财产损失甚至还会危及操作人员的生命安全。
发明内容
发明目的：本发明的第一目的在于提供一种能够实时监测农机位姿、提高农机作业时定位精度的基于北斗导航的农业机械姿态监测装置；本发明的第二目的在于提供一种通过北斗定位技术和图像识别技术来实现对农机位姿监测、提高农机作业质量、定位精度和操作性能的基于北斗导航的农业机械姿态监测方法。
技术方案：本发明的基于北斗导航的农业机械姿态监测装置，包括农机、图像采集装置、机架、北斗定位接收装置、计时器、报警装置、显示屏；所述图像采集装置安装在农机的机头前端；所述机架顶端安装北斗定位接收装置；所述计时器安装在农机的车轮侧面；所述报警装置安装在驾驶座位前的平台上；所述显示屏安装在农机的机头；所述图像采集装置、北斗定位接收装置、计时器、报警装置、显示屏均连接于农机的主控制器。
所述图像采集装置为单目摄像头；该单目摄像头用来采集图像并对图像进行处理从而获得横滚角φ。
所述报警装置包括报警器和报警灯；该报警装置用来警示工作人员。
本发明的基于北斗导航的农业机械姿态监测方法，包括以下步骤：
(1)系统初始化并设定图像采集时间间隔T和横滚角φ的阈值φmax；
(2)确定农机处于作业区域内；
(3)农机开始前进并采集前进过程中农机前方的图像；
(4)提取所述图像中的图像特征并根据图像特征获取横滚角φ；
(5)当横滚角φ没有超过设定的横滚角φ阈值φmax时农机继续前进并继续采集农机前方图像，当横滚角φ大于或等于设定的横滚角φ阈值φmax时启动报警；
(6)当农机行进时间t牧业超过设定的图像采集时间间隔T时农机继续前进并继续采集农机前方图像，当农机行进时间t大于或等于设定的图像采集时间间隔T时显示此时的横滚角φ。
所述确定农业机械处于作业区域内包括：采用北斗导航系统确定农业机械处于作业区域内；该北斗导航系统能够实现对农机的精准定位。
所述提取图像中的图像特征并根据图像特征获取横滚角φ包括：先对前后两张图像进行灰度处理，进行灰度处理之后利用中值滤波法消除前后两张图像中孤立的噪声点，然后提取图像特征。
所述根据图像特征获取横滚角φ包括：对所述图像特征采用仿射变换获取农机运行过程中的横滚角φ。
所述对提取的图像特征采用仿射变换获取农机运行过程中的横滚角φ包括：获取前后两张图像的特征点，对特征点进行匹配，获得仿射变换矩阵；根据仿射变换矩阵，将当前图像的像素点投影到前一图像上，得到当前图像像素点在前一图像上的投影点进而获取横滚角φ。
有益效果：与现有技术相比，本发明的有益效果在于：(1)能够实时监测农机位姿；(2)通过仿射变换实现对农机横滚角进行有效监测，且监测结果实时更新，显示在显示屏上；(3)通过北斗定位系统监控农机的位置，实现了农业的精准化；(4)本发明所述的方法易于实现，能够在现有农机的基础上进行改造，易于推广且制造成本低。
附图说明
图1为本发明的基于北斗导航的农业机械姿态监测装置的结构示意图；
图2为本发明的基于北斗导航的农业机械姿态监测方法的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和说明书附图对本发明作进一步详细说明。
如图1和图2所示，本发明包括农机1、图像采集装置2、机架3、北斗定位接收装置4、计时器5、报警装置6、显示屏7；图像采集装置2安装在农机1的机头前端；在本实施例中，图像采集装置2采用单目摄像头；机架3顶端安装北斗定位接收装置4；计时器5安装在农机1的车轮侧面；报警装置6安装在驾驶座位前的平台上；报警装置6包括报警器和报警灯；显示屏7安装在农机1的机头；图像采集装置2、北斗定位接收装置4、计时器5、报警装置6、显示屏7均连接于农机1的主控制器，本实施例中，农业机械选用的是平地机。
作业前，将系统初始化并设定图农机行进时间T和横滚角φ的阈值φmax；利用北斗定位接收装置4对平地机进行定位，并将位置信息输入农机1的主控制器，平地机在工作区域内时，平地机开始前进；单目摄像机开始采集平地机当前前方的图像，对图像进行灰度处理，进行灰度处理之后利用中值滤波法消除图像中孤立的噪声点，然后提取图像特征；利用仿射变换获取行进过程中的横滚角，获取前后两张图像的特征点，对特征点进行匹配，获得仿射变换矩阵；根据仿射变换矩阵，将当前图像的像素点投影到前一图像上，得到当前图像像素点在前一图像上的投影点进而获取横滚角φ；将所获得的横滚角与设定的横滚角φ的阈值φmax进行比较，如果没有超过阈值φmax，则农机1继续前进并继续采集农机前方图像重复上述过程；如果超过阈值φmax，则说明此时农机1的位姿很危险，容易发生侧翻等危险，显示屏7、报警器和报警灯等报警装置开始发出警示，提醒操作人员注意，注意作业安全。同时，将实际的农机行进时间t与设定的农机行进时间T进行比较，当实际的农机行进时间t大于或等于设定的农机行进时间T时显示此时的横滚角φ；当实际的农机行进时间t小于设定的农机行进时间T时，农机1继续前进并继续采集农机前方图像重复上述过程。当北斗定位接收装置4所接受到的位置信息判断出平地机已经开出作业区域，则停止监测。

Claims (8)

1.一种基于北斗导航的农业机械姿态监测装置，其特征在于：包括农机(1)、图像采集装置(2)、机架(3)、北斗定位接收装置(4)、计时器(5)、报警装置(6)、显示屏(7)；所述图像采集装置(2)安装在农机(1)的机头前端；所述机架(3)顶端安装北斗定位接收装置(4)；所述计时器安装在农机(1)的车轮侧面；所述报警装置(6)安装在驾驶座位前的平台上；所述显示屏(7)安装在农机(1)的机头；所述图像采集装置(2)、北斗定位接收装置(4)、计时器(5)、报警装置(6)、显示屏(7)均连接于农机(1)的主控制器。
2.根据权利要求1所述的农业机械姿态监测装置，其特征在于：所述图像采集装置(2)为单目摄像头。
3.根据权利要求1所述的农业机械姿态监测装置，其特征在于：所述报警装置(6)包括报警器和报警灯。
4.一种利用权利要求1所述装置监测农业机械姿态的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)系统初始化并设定图像采集时间间隔T和横滚角φ的阈值φmax；
(2)确定农机处于作业区域内；
(3)农机开始前进并采集前进过程中农机前方的图像；
(4)提取所述图像中的图像特征并根据图像特征获取横滚角φ；
(5)当横滚角φ没有超过设定的横滚角φ阈值φmax时农机继续前进并继续采集农机前方图像，当横滚角φ大于或等于设定的横滚角φ阈值φmax时启动报警；
(6)当实际的农机行进时间t没有超过设定的农机行进时间T时，农机(1)继续前进并继续采集农机前方图像重复上述过程；当实际农机行进时间t大于或等于设定的农机行进时间T时，显示屏(7)显示此时的横滚角φ。
5.根据权利要求4所述的监测农业机械姿态的方法，其特征在于，所述确定农机处于作业区域内包括：采用北斗导航系统确定农业机械处于作业区域内。
6.根据权利要求4所述的监测农业机械姿态的方法，其特征在于：所述提取图像中的图像特征并根据图像特征获取横滚角φ包括：先对前后两张图像进行灰度处理，进行灰度处理之后利用中值滤波法消除前后两张图像中孤立的噪声点，然后提取图像特征。
7.根据权利要求4所述的监测农业机械姿态的方法，其特征在于：所述根据图像特征获取横滚角φ包括：对图像特征采用仿射变换获取农机运行过程中的横滚角φ。
8.根据权利要求7所述的监测农业机械姿态的方法，其特征在于，所述对图像特征采用仿射变换获取农机运行过程中的横滚角φ包括：获取前后两张图像的特征点，对特征点进行匹配，获得仿射变换矩阵；根据仿射变换矩阵，将当前图像的像素点投影到前一图像上，得到当前图像像素点在前一图像上的投影点进而获取横滚角φ。
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