CN112462749A - 农机自动导航方法、农机自动导航系统以及农机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一农机自动导航方法、农机自动导航系统以及农机，其中所述农机自动导航方法包括如下步骤：基于关于一作业区域的历史参考位置信息和关于一农机周围环境的实时图像信息生成一农机行驶指令；和基于所述农机行驶指令在所述作业区域自动导航所述农机。

Description

农机自动导航方法、农机自动导航系统以及农机

技术领域

本发明涉及到农机领域，尤其涉及到农机自动导航方法、农机自动导航系统以及农机。

背景技术

随着GPS技术的民用和北斗卫星定位技术的成熟，中国的精细化农业发展迅速，其中农业机械装置的智能化和自动化属于精细化农业的执行端，能够保障精细化农业的实现。

农机的自动化导航技术可以提高作业精度和效率，有利于增加粮食产量，降低农业生产安全风险。

目前农机的自动化导航技术主要涉及到三个方面，第一方面是关于农机位姿估计，基于全球卫星定位系统，比如说北斗、GPS、GLONASS等定位系统提供的定位信息对于农机进行定位，第二方面是根据预定轨迹完成农机的路径跟踪，基于如PID控制等策略，主要涉及到直线行走和自动转向，可使用角度传感器，加速度计，激光传感器和视觉传感器等测量横向误差和航向角误差，第三方面是涉及到障碍物检测和运动决策，比如说遇到障碍物时农机会自动绕行或者停止前进，通常采用激光雷达、毫米波雷达、超声波传感器、视觉传感器等检测障碍物。

在农机的实际作业中，作业区域往往是不平整的，这导致农机在作业区域行驶时可能产生侧滑或者是偏移。在采用全球卫星定位系统基础上，农机自动化导航系统对于农机的定位会产生较大的偏差。

发明内容

本发明的一优势在于提供一农机自动导航方法、农机自动导航系统以及农机，其中所述农机自动导航系统能够对农机进行精确定位，尤其是在作业区域不平整的情况下，所述农机自动导航系统仍然能够对于农机进行精确定位。本发明的另一优势在于提供一农机自动导航方法、农机自动导航系统以及农机，其中藉由所述农机自动导航系统，所述农机能够被准确的导航，以减少在先通过卫星定位导航在一些环境下出现偏差的问题。

本发明的另一优势在于提供一农机自动导航方法、农机自动导航系统以及农机，其中所述农机自动导航系统能够在通过卫星定位方式获取一行驶参考路径的基础上结合所述农机所在环境的实时图像信息自动导航所述农机。

本发明的另一优势在于提供一农机自动导航方法、农机自动导航系统以及农机，其中所述农机能够被人工控制在所述作业区域行驶以预先获取所述行驶参考路径，然后所述农机自动导航系统能够基于所述行驶参考路径和实时获取的信息对于所述农机进行更为精确的导航。

本发明的另一优势在于提供一农机自动导航方法、农机自动导航系统以及农机，其中所述农机自动导航系统能够对于所述农机的起始点进行标定，以减少卫星定位方式在不同时期观测结果的漂移。

根据本发明的一方面，本发明提供了一农机自动导航方法，其包括如下步骤：

基于关于一作业区域的历史参考位置信息和关于一农机周围环境的实时图像信息生成一农机行驶指令；和

基于所述农机行驶指令在所述作业区域自动导航所述农机。

根据本发明的一个实施例，在所述自动导航步骤之前，所述农机自动导航方法进一步包括如下步骤：

通过卫星定位的方式获取在所述作业区域内行驶的一装置的所述历史参考位置信息。

根据本发明的一个实施例，在所述自动导航步骤之前，所述农机自动导航方法进一步包括如下步骤：

通过卫星定位的方式观测到所述农机的当前位置以对比之前位置信息以标定起始点，从而纠正卫星定位在不同时期观测结果的漂移。

根据本发明的一个实施例，在上述方法中，所述农机行驶指令基于一行驶参考路径和一视觉检测单元采集的所述作业区域的图像信息生成，所述行驶参考路径生成自所述历史参考位置信息。

根据本发明的一个实施例，在上述方法中，所述农机行驶控制指令基于所述历史参考位置信息、所述农机的实时位置信息以及一视觉检测单元采集的实时图像信息生成。

根据本发明的一个实施例，在上述方法中，藉由一视觉检测单元获取所述装置的所在环境的一图像信息以生成匹配于所述历史参考位置的一视觉地图。

根据本发明的一个实施例，在上述方法中，所述农机行驶控制指令基于所述历史参考位置信息、所述视觉地图、所述农机的实时位置以及所述视觉检测单元采集到的实时图像信息生成。

根据本发明的一个实施例，所述装置是带有一卫星定位单元的所述农机。

根据本发明的一个实施例，所述装置通过人工操作的方式被控制在所述作业区域内行驶以获取所述历史参考位置信息，所述历史参考位置信息被作为后续自动导航路径的基础。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一农机自动驾驶方法，其包括如下步骤：

基于关于一作业区域的历史参考位置信息和关于一农机周围环境的实时图像信息生成一农机行驶指令；和

基于所述农机行驶指令在所述作业区域自动驾驶所述农机。

根据本发明的一个实施例，在所述自动导航步骤之前，所述农机自动导航方法进一步包括如下步骤：

通过卫星定位的方式获取在所述作业区域内行驶的一装置的所述历史参考位置信息。

根据本发明的一个实施例，在所述自动导航步骤之前，所述农机自动导航方法进一步包括如下步骤：

通过卫星定位的方式观测到所述农机的当前位置以对比之前位置信息以标定起始点，从而纠正卫星定位在不同时期观测结果的漂移。

根据本发明的一个实施例，在上述方法中，所述农机行驶指令基于一行驶参考路径和一视觉检测单元采集的所述作业区域的图像信息生成，基于在所述作业区域内的多个位置分别对应的所述历史参考位置信息形成所述行驶参考路径。

根据本发明的一个实施例，在上述方法中，所述农机行驶控制指令基于所述历史参考位置信息、所述农机的实时位置信息以及一视觉检测单元采集的实时图像信息生成。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一农机自动导航系统，其包括：

一处理单元；

一卫星定位单元；以及

一视觉检测单元，其中所卫星定位单元和所述视觉检测单元分别与所述处理单元可通信地连接，其中所述视觉检测单元用于获取一农机的周围环境信息，所述卫星定位单元用于获取一农机的位置信息，所述处理单元基于在先的一行驶参考路径和所述视觉检测单元获取的所述农机实时在所述作业区域内行驶的周围环境信息确定一农机行驶指令，以允许所述农机通过所述农机行驶指令被导航，其中通过在所述作业区域的在先的行驶行为并且藉由所述卫星定位单元获得所述行驶参考路径。

根据本发明的一个实施例，所述视觉检测单元被固定安装于所述农机的一农机主体，以保持所述视觉检测单元的一光轴和所述卫星定位单元的一卫星天线的相对位置的固定。

根据本发明的一个实施例，所述处理单元基于所述视觉检测单元获取图像信息生成一视觉地图。

根据本发明的一个实施例，所述处理单元基于所述卫星定位单元获取的之前的起始点信息和当前的起始点信息标定所述农机的一起始点。

根据本发明的一个实施例，所述视觉检测单元包括至少一摄像头并且至少一个所述摄像头被保持在所述农机的一农机主体的前方。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一农机，其包括：

一农机自动导航系统；和

一农机主体，所述农机主体包括：

一处理单元；

一卫星定位单元；

一视觉检测单元，所述视觉检测单元被设置于所述农机主体，以及

一控制单元，其中所卫星定位单元和所述视觉检测单元分别与所述处理单元可通信地连接，其中所述视觉检测单元用于获取一农机的周围环境信息，所述卫星定位单元用于获取一农机的位置信息，所述处理单元基于在先的一行驶参考路径和所述视觉检测单元获取的所述农机实时在所述作业区域内行驶的周围环境信息确定一农机行驶指令，其中通过在所述作业区域的在先的行驶行为并且藉由所述卫星定位单元获得所述行驶参考路径，所述处理单元发送所述农机行驶指令至所述控制单元，所述农机主体被可控制地连接于所述控制单元以允许所述农机被自动导航。

附图说明

图1是根据本发明的一较佳实施例的一农机的示意框图。

图2A是根据本发明的一较佳实施例的一农机自动导航系统的应用示意图。

图2B是根据本发明的上述较佳实施例的所述农机自动导航系统的应用示意图。

图2C是根据本发明的上述较佳实施例的所述农机自动导航系统的应用示意图。

图3A是根据本发明的上述较佳实施例的所述农机自动导航系统的应用示意图。

图3B是根据本发明的上述较佳实施例的所述农机自动导航系统的应用示意图。

图4是根据本发明的一较佳实施例的一农机自动导航方法的示意图。

图5是根据本发明的另一较佳实施例的一农机的示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

参考附图1至附图4所示，根据本发明的一较佳实施例的一农机1被示意。

所述农机1包括一农机主体10和一农机自动导航系统20，其中所述农机自动导航系统20被设置于所述农机主体10，所述农机主体10的类型可以但是并不限制于插秧机主体，收割机主体，播种机主体等。所述农机主体10可以包括一行走单元11、一驱动单元12、一转向单元13以及一制动单元14。所述行走单元11用于行走，所述驱动单元12用于驱动所述行走单元11，所述转向单元13用于转向，所述制动单元14用于制动。

藉由所述农机自动导航系统20，所述农机1能够在作业区域100内精确的作业，尤其是当所述作业区域100内的地面不平整的情况下，所述农机自动导航系统20不会由于行驶过程中产生的侧滑或者偏移产生较大的偏差。

所述农机自动导航方法可以包括如下步骤：

通过卫星定位方式基于在所述作业区域100内行驶的一装置1000的位置形成一行驶参考路径；和

基于一农机行驶指令在所述作业区域100自动导航所述农机1，其中所述农机行驶指令基于所述行驶参考路径和采集的环境图像信息生成。

具体地说，面对一个新的所述作业区域100，一个所述装置1000可以沿着所述作业区域100行驶以确定所述行驶参考路径，所述行驶参考路径能够供后续所述农机1作业时参考。所述装置1000可以是所述农机1，也可以是一些专门的测绘装置1000。

所述装置1000可以是被操作人员控制，从而在所述作业区域100内行驶以形成所述行驶参考路径。操作人员可以直接坐在所述装置1000以驾驶所述装置1000，也可以是远程遥控所述装置1000。

可以理解的是，所述卫星定位单元获取的可以是所述装置1000的位置信息，基于所述位置信息可以生成所述行驶参考路径。

在本实施例中，以所述装置1000被实施为所述农机1为例进行说明，也就是说，所述农机1需要对于一个新的所述作业区域100进行作业时，所述农机1需要预先在所述作业区域100内行驶以获得所述行驶参考路径。

在所述农机1行驶过程中，所述农机1的位置信息被所述卫星定位系统获取，以形成所述行驶参考路径。

值得注意的是，所述农机1的周围环境图像系统也可以被获取，以形成匹配于所述行驶参考路径的一视觉地图。

更详细地说，所述农机1的所述农机自动导航系统20包括一处理单元21、一卫星定位单元22以及一视觉检测单元23，其中所述卫星定位单元22和所述视觉检测单元23被分别可通信地连接于所述处理单元21。所述卫星定位单元22用于获取卫星定位信息，所述视觉检测单元23用于获取所述农机主体10所在环境的图像信息。可以理解的是，所述视觉检测单元23被设置于所述农机主体10，所述处理单元21可以被设置于所述农机主体10，也可以不被设置于所述农机主体10。所述处理单元21可以包括一个或者是多个处理器，所述处理器可以被布置在所述农机主体10或者是其他位置，所述处理器和所述卫星定位单元22、所述视觉检测单元23通信连接，可以是有线或者是无线的方式。

所述农机自动导航系统20还可以包括一控制单元24，其中所述处理单元21被可通信地连接于所述控制单元24，所述控制单元24用于控制所述农机主体10的行走速度和行走方向。所述处理单元21基于所述卫星定位单元22和所述视觉检测单元23获取的信息生成所述农机行驶指令，并且将所述农机行驶指令发送至所述控制单元24。所述控制单元24基于所述农机行驶指令控制所述农机主体10，以使得所述农机主体10沿着一路线在所述作业区域100内行驶或者是作业。

进一步地，所述农机自动导航方法包括如下步骤：在所述农机1行驶以获得所述行驶参考路径时，藉由所述视觉检测单元23采集和所述行驶参考路径匹配的所述农机1所在环境的图像以生成一所述视觉地图。

详细地说，所述视觉检测单元23可以包括至少一视觉传感器231，所述视觉传感器231的数目可以是一个、两个或者是更多个。所述视觉传感器231可以但是并不限制于摄像头。

所述视觉传感器231可以被安装于所述农机主体10并且保持和所述农机主体10的相对位置的固定。可以理解的是，所述视觉传感器231也可以不被安装在所述农机主体10，比如说可以在所述作业区域100选择几个地点以布置所述视觉传感器231。在本实施例中，所述视觉传感器231被安装于所述农机主体10并且可以位于所述农机主体10的前进方向，从而当所述农机主体10在行驶时，所述视觉传感器231可以采集所述农机主体10前方环境的图像。当然可以理解的是，所述视觉传感器231可以被布置在所述农机主体10的后方，或者是，当所述视觉传感器231的数目是多个时，至少一个所述视觉传感器231可以被布置在所述农机主体10的前方，至少一个所述视觉传感器231可以被布置在所述农机主体10的后方。或者是，所述视觉传感器231可以环绕所述农机主体10布置，以尽可能获取所述农机主体10所在环境的图像。

所述卫星定位单元22可以包括至少一卫星天线221和一卫星定位模块222，所述卫星定位模块222可以但是并不限制于RTK卫星定位模块222。所述卫星定位单元22的所述卫星天线221和所述视觉检测单元23的所述视觉传感器231的空间换算关系是已知的，当所述视觉检测单元23的所述视觉传感器231采集到图像后，并且传递图像信息至所述处理单元21，所述处理单元21可以信息建立所述视觉地图。

进一步地，在所述农机自动导航方法中，在所述控制所述农机1在所述作业区域100自动化行驶步骤中，所述视觉检测单元23实时采集所述农机1所在环境的图像以生成实时的所述视觉地图。

也就是说，所述视觉检测单元23不仅可以在形成所述行驶参考路径的过程中对于所述农机主体10周围环境进行实时的图像获取，也可以在实际行驶或者是作业的过程中对于所述农机主体10周围环境进行实时的图像获取。

进一步地，在所述农机自动导航方法中，利用所述卫星定位单元22和所述视觉检测单元23获取的数据，所述处理单元21能够得出合适的决策信息。所述农机自动导航系统20可以包括一存储单元25，其中所述存储单元25和所述处理单元21可以相互可通信地连接。所述处理单元21可以向所述存储单元25存储信息，所述存储单元25也可以从所述处理单元21获取信息。所述存储单元25也可以被可通信地连接于所述卫星定位单元22和所述视觉检测单元23以存储所述卫星定位单元22和所述视觉检测单元23获取的信息。

所述行驶参考路径可以被存储在所述存储单元25，当所述农机1要实际作业时，所述处理单元21可以从所述存储单元25调取所述行驶参考路径，并且将所述卫星定位单元22和所述视觉检测单元23获取的实时信息和所述行驶参考路径进行对比，以确定合适的路径。

举例说明，操作人员驾驶所述农机1在所述作业区域100内行驶以形成所述行驶参考路径。基于所述农机自动导航系统20，在不需要所述操作人员操控的情况下，所述农机1被自动导航以在所述作业区域100内作业，在这个过程中，被设置于所述农机主体10的所述视觉检测单元23和所述卫星定位单元22实时地获取信息。所述视觉检测单元23的所述视觉传感器231可以被安装于所述农机主体10的前方中间位置，比如说摄像头的镜头可以朝向所述农机主体10的行驶方向并且镜头光轴和地面呈固定角度。所述视觉传感器231的安装位置和所述卫星定位单元22的所述卫星天线221的3D空间换算关系已经被确定。所述视觉检测单元23实时采集行进方向的路况信息图像，并且将图像传输到所述处理单元21，所述处理单元21对于图像进行处理，比如说特征点标记和建模，建立实时的所述视觉地图。所述卫星定位单元22的所述卫星定位模块222能够实时接收卫星信号，解算农机1位置和速度信息。

可着重参考附图2A至附图2C，附图2A中，操作人员驾驶所述农机1在所述作业区域100内行驶，所述农机1的所述农机主体10被设置有所述卫星定位单元22和所述视觉检测单元23。附图2B中，当所述农机1在所述作业区域100行驶时，藉由所述卫星定位单元22获取所述农机1经过的位置信息，藉由所述视觉检测单元23获取所述农机1经过的周围环境信息，比如说所述农机1行驶过程中遇到的障碍物，以用于形成所述视觉地图和所述行驶参考路径。附图2C中，操作人员驾驶所述农机1在所述作业区域100内行驶结束后，可以形成所述视觉地图和所述行驶参考路径，在附图2C中，所述行驶参考路径被示意，所述视觉地图未被示意。

所述处理单元21将所述农机1实时位置和所述行驶参考路径对比，确定所述农机主体10的行驶策略以实现自动导航。对于所述控制单元24而言，所述控制单元24会接收到来自于所述处理单元21的所述农机行驶指令，所述农机行驶指令可以通过CAN总线被发送给所述控制单元24。所述控制单元24基于所述农机行驶指令控制所述农机主体10在所述作业区域100内行驶，从而实现自动导航。

可着重参考附图3A和附图3B所示，所述农机1可以实现自动导航，从而实现自动驾驶或者是作业。所述农机1的所述处理单元21藉由预先获取的所述行驶参考路径和所述卫星定位单元22、所述视觉检测单元23检测获得的实时数据确定最终的所述行驶控制指令。可以理解的是，所述处理单元21可以藉由预先获取的所述行驶参考路径、所述视觉地图、所述卫星定位单元22实时获取的数据，所述视觉检测单元23实时获取的数据确定最终的所述行驶控制指令。

所述处理单元21也可以藉由预先获取的所述行驶参考路径和所述视觉检测单元23实时获取的数据确定最终的所述行驶控制指令。

值得注意的是，当所述处理单元21分析得出当前卫星信号丢失或者是产生了较大的偏差时，所述处理单元21可以基于所述视觉检测单元23后获取的实时图像和所述视觉地图辅助导航。

在本实施例中，所述农机1的所述农机自动导航系统20能够通过卫星定位传感器和视觉传感器231共同工作的方式实现较为精确的定位和导航。

进一步地，为了提升视觉辅助作业鲁棒性，可以在所述作业区域100或者是所述作业区域100周围设置标识，可以但是并不限制于标识牌，比如说行驶距离标识牌、转向标识牌、起始标识牌、终止标识牌等。所述视觉检测单元23可以识别到这些标识，从而有利于对于所述农机主体10的定位。

进一步地，值得注意的是，当所述农机1在获取所述行驶参考路径之后，开始真正作业之前，可以在起始点进行标定以减少误差。详细地说，所述处理单元21可以自所述存储单元25获取之前存取的起始点的卫星导航观测信息，并且从所述卫星定位单元22获取实时的卫星导航观测信息。所述处理单元21处理上述两类观测信息，以纠正所述卫星定位系统在不同时期的观测值的漂移。所述处理单元21可以采用差分的方式处理上述的两类观测信息。

详细地说，可参考附图4所示，所述农机自动导航方法可以包括如下步骤：

通过控制所述装置1000在所述作业区域100内行驶以获得所述行驶参考路径；

然后基于一农机行驶指令在所述作业区域100内自动导航所述农机，其中所述农机行驶指令通过之前的所述行驶参考路径和所述视觉检测单元23实时获取的数据生成；

如果遇到停止标识，可以停止导航，如果没有遇到停止标识，基于之前的所述行驶参考路径和所述视觉检测单元23继续实时获取数据以实时地获得所述农机行驶指令。

更加详细地说，所述农机自动导航方法可以包括如下步骤：

操作人员控制所述农机1在所述作业区域100行驶，并且藉由所述卫星定位单元22获取所述农机1的位置信息。所述位置信息可以被存储在所述农机自动导航系统20的所述存储单元25。

在所述农机1行驶过程中，所述卫星定位单元22的所述卫星定位模块222可以接收所述农机1的所述位置信息gi，以形成所述行驶参考路径G＝{gi,i＝1,…,N}。所述视觉检测单元23采集图像，以形成所述行驶参考路径相互匹配的所述视觉地图M。

举例说明，所述视觉地图M可以是基于特征点的图像拼接技术产生的。所述农机1的每个位置gi可以有至少一张对应的图像Ii(经过逆透视变化的俯视图)。可以理解的是，当所述视觉检测单元23的所述视觉传感器231的数目是多个时，每个位置gi对应的图像Ii也可以是多个。相邻的gi和gi-1对应的Ii和Ii-1包含重叠的部分。重叠部分的特征点可以作为两张图像拼接的依据，以此类推，拼接所有图像，以获得所述视觉地图。所述视觉地图可以是2D地图或者是3D地图。

当然，本领域技术人员应当可以理解的是，所述视觉地图M的形成方式并不限制于上述的举例。

在获取所述行驶参考路径之后，所述农机1可以开始真正作业，在这个过程中，所述农机1藉由所述卫星定位单元22和所述视觉检测单元23可以获得位置信号S和图像Img，所述处理单元21可以基于所述行驶参考路径G、所述视觉地图M、实时的所述位置信号S以及实时的所述图像Img计算所述农机1的行驶航向偏差，从而输出行驶转向角β，β＝driveControl(G,M,S,Img)。driveControl函数包含所述位置信号S丢失或者数值异常的处理。

可以理解的是，在获取所述行驶参考路径后，所述处理单元21利用所述视觉检测单元23获取所述作业区域100的地面图像信息，并且能够识别地面轨迹。所述处理单元21利用之前记录的所述卫星定位单元22获取卫星定位轨迹，并且能够融合地面轨迹和卫星定位轨迹，以产生最终的所述农机行驶指令。

也就是说，所述农机自动导航系统20可以记忆所述行驶参考路径，利用所述行驶参考路径进行自动导航的同时结合所述视觉检测单元23检测到的信息进行纠正，以生成最终的所述农机行驶指令。

进一步地，当所述农机1识别到停止标识或者是到达作业终止位置时，所述农机1停止作业，如果所述农机1没有识别到停止标识或者是到达作业终止位置，所述农机自动导航系统20继续采集图像信息和卫星定位信息以生成所述农机行驶指令。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一农机自动驾驶方法，其中所述自动驾驶方法包括如下步骤：

基于关于所述作业区域100的历史参考位置信息和关于所述农机周围环境的实时图像信息生成所述农机行驶指令；和

基于所述农机行驶指令在所述作业区域100自动驾驶所述农机。

可以理解的是，所述历史参考位置信息用于供在所述作业区域100内行驶或者是作业的所述农机参考。

可以理解的是，可以通过卫星定位的方式获取在所述作业区域100行驶的所述装置1000的一参考位置信息以获取所述行驶参考路径，然后

基于所述农机行驶指令控制所述农机1在所述作业区域100自动化行驶，其中所述农机行驶指令基于所述行驶参考路径和所述视觉检测单元23采集的所述作业区域100的图像信息生成。

可以理解的是，所述参考位置信息是所述装置1000行驶经过的各个位置的信息，经过处理，所述参考位置信息可以形成所述行驶参考路径。所述参考位置信息能够为所述农机1在下一次行驶时提供导航。

具体地说，面对一个新的所述作业区域100，一个所述装置1000可以沿着所述作业区域100行驶以确定所述行驶参考路径，所述行驶参考路径能够供后续所述农机1作业时参考。所述装置1000可以是所述农机1，也可以是一些专门的测绘装置1000。

所述装置1000可以是被操作人员控制，从而在所述作业区域100内行驶以形成所述行驶参考路径。操作人员可以直接坐在所述装置1000以驾驶所述装置1000，也可以是远程遥控所述装置1000。

在本实施例中，以所述装置1000被实施为所述农机1为例进行说明，也就是说，所述农机1需要对于一个新的所述作业区域100进行作业时，所述农机1首先要在所述作业区域100内行驶以获得所述行驶参考路径。

在所述农机1行驶过程中，所述农机1的位置信息被所述卫星定位系统获取，以形成所述行驶参考路径。

值得注意的是，所述农机1的周围环境图像系统也可以被获取，以形成匹配于所述行驶参考路径的一视觉地图。

根据本发明的另一方面，参考附图5，同时参考附图1至附图4所示，本发明提供了一农机自动驾驶系统30，农机1可以包括所述农机主体10和所述农机自动驾驶系统30，所述农机主体10被可控制地连接于所述农机自动驾驶系统30。可以包括所述处理单元21、所述卫星定位单元22以及所述视觉检测单元23，其中所述卫星定位单元22和所述视觉检测单元23被分别可通信地连接于所述处理单元21。所述卫星定位单元22用于获取卫星定位信息，所述视觉检测单元23用于获取所述农机主体10所在环境的图像信息。

所述农机自动驾驶系统30还可以包括所述控制单元24，其中所述处理单元21被可通信地连接于所述控制单元24A，所述控制单元24A用于控制所述农机主体10的行走速度和行走方向。所述处理单元21基于所述卫星定位单元22和所述视觉检测单元23获取的信息生成所述农机行驶指令，并且将所述农机行驶指令发送至所述控制单元24A。所述控制单元24A基于所述农机行驶指令控制所述农机主体10，以使得所述农机主体10沿着一路线在所述作业区域100内行驶或者是作业。

所述控制单元24A可以控制所述农机主体10的所述行走单元11、所述驱动单元12、所述转向单元13以及所述制动单元14。所述行走单元11用于行走，所述驱动单元12用于驱动所述行走单元11，所述转向单元13用于转向，所述制动单元14用于制动。

进一步地，所述农机自动导航方法所述农机自动驾驶方法包括如下步骤：在所述农机1行驶以获得所述行驶参考路径时，藉由所述视觉检测单元23采集和所述行驶参考路径匹配的所述农机1所在环境的图像以生成一所述视觉地图。

详细地说，所述视觉检测单元23可以包括至少一所述视觉传感器231，所述视觉传感器231的数目可以是一个、两个或者是更多个。所述视觉传感器231可以但是并不限制于摄像头。

所述视觉传感器231可以被安装于所述农机主体10并且保持和所述农机主体10的相对位置的固定。可以理解的是，所述视觉传感器231也可以不被安装在所述农机主体10，比如说可以在所述作业区域100选择几个地点以布置所述视觉传感器231。在本实施例中，所述视觉传感器231被安装于所述农机主体10并且可以位于所述农机主体10的前进方向，从而当所述农机主体10在行驶时，所述视觉传感器231可以采集所述农机主体10前方环境的图像。当然可以理解的是，所述视觉传感器231可以被布置在所述农机主体10的后方，或者是，当所述视觉传感器231的数目是多个时，至少一个所述视觉传感器231可以被布置在所述农机主体10的前方，至少一个所述视觉传感器231可以被布置在所述农机主体10的后方。或者是，所述视觉传感器231可以环绕所述农机主体10布置，以尽可能获取所述农机主体10所在环境的图像。

所述卫星定位单元22可以包括至少一所述卫星天线221和一所述卫星定位模块222，所述卫星定位模块222可以但是并不限制于RTK卫星定位模块222。所述卫星定位单元22的所述卫星天线221和所述视觉检测单元23的所述视觉传感器231的空间换算关系是已知的，当所述视觉检测单元23的所述视觉传感器231采集到图像后，并且传递图像信息至所述处理单元21，所述处理单元21可以信息建立所述视觉地图。

进一步地，在所述农机自动导航方法所述农机自动驾驶方法中，在所述控制所述农机1在所述作业区域100自动化行驶步骤中，所述视觉检测单元23实时采集所述农机1所在环境的图像以生成实时的所述视觉地图。

也就是说，所述视觉检测单元23不仅可以在形成所述行驶参考路径的过程中对于所述农机主体10周围环境进行实时的图像获取，也可以在实际行驶或者是作业的过程中对于所述农机主体10周围环境进行实时的图像获取。

进一步地，在所述农机自动导航方法所述农机自动驾驶方法中，利用所述卫星定位单元22和所述视觉检测单元23获取的数据，所述处理单元21能够得出合适的决策信息。所述农机自动驾驶系统30可以包括所述存储单元25，其中所述存储单元25和所述处理单元21可以相互可通信地连接。所述处理单元21可以向所述存储单元25存储信息，所述存储单元25也可以从所述处理单元21获取信息。所述存储单元25也可以被可通信地连接于所述卫星定位单元22和所述视觉检测单元23以存储所述卫星定位单元22和所述视觉检测单元23获取的信息。

所述行驶参考路径可以被存储在所述存储单元25，当所述农机1要实际作业时，所述处理单元21可以从所述存储单元25调取所述行驶参考路径，并且将所述卫星定位单元22和所述视觉检测单元23获取的实时信息和所述行驶参考路径进行对比，以确定合适的路径。

举例说明，操作人员驾驶所述农机1在所述作业区域100内行驶以形成所述行驶参考路径。基于所述农机自动驾驶系统30，在不需要所述操作人员操控的情况下，所述农机1被自动导航以在所述作业区域100内行驶或者作业，在这个过程中，被设置于所述农机主体10的所述视觉检测单元23和所述卫星定位单元22实时地获取信息。所述视觉检测单元23的所述视觉传感器231可以被安装于所述农机主体10的前方中间位置，比如说摄像头的镜头可以朝向所述农机主体10的行驶方向并且镜头光轴和地面呈固定角度。所述视觉传感器231的安装位置和所述卫星定位单元22的所述卫星天线221的3D空间换算关系已经被确定。所述视觉检测单元23实时采集行进方向的路况信息图像，并且将图像传输到所述处理单元21，所述处理单元21对于图像进行处理，比如说特征点标记和建模，建立实时的所述视觉地图。所述卫星定位单元22的所述卫星定位模块222能够实时接收卫星信号，解算农机1位置和速度信息。

所述处理单元21将农机1实时位置和所述行驶参考路径对比，确定所述农机主体10的行驶策略以实现自动驾驶。对于所述控制单元24A而言，所述控制单元24A会接收到来自于所述处理单元21的所述农机行驶指令，所述农机行驶指令可以通过CAN总线被发送给所述控制单元24A。所述控制单元24A基于所述农机行驶指令控制所述农机主体10在所述作业区域100内自动行驶。

值得注意的是，当所述处理单元21分析得出当前卫星信号丢失或者是产生了较大的偏差时，所述处理单元21可以基于所述视觉检测单元23后获取的实时图像和所述视觉地图辅助导航。

进一步地，为了提升视觉辅助作业鲁棒性，可以在所述作业区域100或者是所述作业区域100周围设置标识，可以但是并不限制于标识牌，比如说行驶距离标识牌、转向标识牌、起始标识牌、终止标识牌等。所述视觉检测单元23可以识别到这些标识，从而有利于对于所述农机主体10的定位。

进一步地，值得注意的是，当所述农机1在获取所述行驶参考路径之后，开始真正作业之前，可以在起始点进行标定以减少误差。详细地说，所述处理单元21可以自所述存储单元25获取之前存取的起始点的卫星导航观测信息，并且从所述卫星定位单元22获取实时的卫星导航观测信息。所述处理单元21处理上述两类观测信息，以纠正所述卫星定位系统在不同时期的观测值的漂移。所述处理单元21可以采用差分的方式处理上述的两类观测信息。

更加详细地说，所述农机自动导航方法所述农机自动驾驶方法可以包括如下步骤：

操作人员控制所述农机1在所述作业区域100行驶，并且藉由所述卫星定位单元22获取所述农机1的位置信息。所述位置信息可以被存储在所述农机自动驾驶系统30的所述存储单元25。

在所述农机1行驶过程中，所述卫星定位单元22的所述卫星定位模块222可以接收所述农机1的所述位置信息gi，以形成所述行驶参考路径G＝{gi,i＝1,…,N}。所述视觉检测单元23采集图像，以形成所述行驶参考路径相互匹配的所述视觉地图M。

举例说明，所述视觉地图M可以是基于特征点的图像拼接技术产生的。所述农机1的每个位置gi可以有至少一张对应的图像Ii(经过逆透视变化的俯视图)。可以理解的是，当所述视觉检测单元23的所述视觉传感器231的数目是多个时，每个位置gi对应的图像Ii也可以是多个。相邻的gi和gi-1对应的Ii和Ii-1包含重叠的部分。重叠部分的特征点可以作为两张图像拼接的依据，以此类推，拼接所有图像，以获得所述视觉地图。所述视觉地图可以是2D地图或者是3D地图。

当然，本领域技术人员应当可以理解的是，所述视觉地图M的形成方式并不限制于上述的举例。

在获取所述行驶参考路径之后，所述农机1可以开始真正作业，在这个过程中，所述农机1藉由所述卫星定位单元22和所述视觉检测单元23可以获得位置信号S和图像Img，所述处理单元21可以基于所述行驶参考路径G、所述视觉地图M、实时的所述位置信号S以及实时的所述图像Img计算所述农机1的行驶航向偏差，从而输出行驶转向角β，β＝driveControl(G,M,S,Img)。driveControl函数包含所述位置信号S丢失或者数值异常的处理。

可以理解的是，在获取所述行驶参考路径后，所述处理单元21利用所述视觉检测单元23获取所述作业区域100的地面图像信息，并且能够识别地面轨迹。所述处理单元21利用之前记录的所述卫星定位单元22获取卫星定位轨迹，并且能够融合地面轨迹和卫星定位轨迹，以产生最终的所述农机行驶指令。

也就是说，所述农机自动驾驶系统30可以记忆所述行驶参考路径，利用所述行驶参考路径进行自动导航的同时结合所述视觉检测单元23检测到的信息进行纠正，以生成最终的所述农机行驶指令。

进一步地，当所述农机1识别到停止标识或者是到达作业终止位置时，所述农机1停止作业，如果所述农机1没有识别到停止标识或者是到达作业终止位置，所述农机自动驾驶系统30继续采集图像信息和卫星定位信息以生成所述农机行驶指令。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (15)

1.一农机自动导航方法，其特征在于，包括如下步骤：

基于关于一作业区域的历史参考位置信息和关于一农机周围环境的实时图像信息生成一农机行驶指令；和

基于所述农机行驶指令在所述作业区域自动导航所述农机。

2.根据权利要求1所述的农机自动导航方法，其中在所述自动导航步骤之前，所述农机自动导航方法进一步包括如下步骤：

通过卫星定位的方式获取在所述作业区域行驶的一装置的所述历史参考位置信息。

3.根据权利要求1所述的农机自动导航方法，其中在所述自动导航步骤之前，所述农机自动导航方法进一步包括如下步骤：

通过卫星定位的方式观测到所述农机的当前位置以对比之前位置信息以标定起始点，从而纠正卫星定位在不同时期观测结果的漂移。

4.根据权利要求1至3任一所述的农机自动导航方法，其中在上述方法中，所述农机行驶指令基于一行驶参考路径和一视觉检测单元采集的所述作业区域的图像信息生成，基于在所述作业区域内的多个位置分别对应的所述历史参考位置信息形成所述行驶参考路径。

5.根据权利要求1至3任一所述的农机自动导航方法，其中在上述方法中，所述农机行驶控制指令基于所述历史参考位置信息、所述农机的实时位置信息以及一视觉检测单元采集的实时图像信息生成。

6.根据权利要求2所述的农机自动导航方法，其中在上述方法中，藉由一视觉检测单元获取所述装置的所在环境的一图像信息以生成匹配于所述历史参考位置的一视觉地图。

7.根据权利要求6所述的农机自动导航方法，其中在上述方法中，所述农机行驶控制指令基于所述历史参考位置信息、所述视觉地图、所述农机的实时位置以及所述视觉检测单元采集到的实时图像信息生成。

8.根据权利要求2或6所述的农机自动导航方法，其中所述装置是带有一卫星定位单元的所述农机。

9.根据权利要求8所述的农机自动导航方法，其中所述装置通过人工操作的方式被控制在所述作业区域行驶以获取所述历史参考位置信息，所述历史参考位置信息被作为后续自动导航路径的基础。

10.一农机自动导航系统，其特征在于，包括：

一处理单元；

一卫星定位单元；以及

一视觉检测单元，其中所卫星定位单元和所述视觉检测单元分别与所述处理单元可通信地连接，其中所述视觉检测单元用于获取一农机的周围环境信息，所述卫星定位单元用于获取一农机的位置信息，所述处理单元基于在先的一行驶参考路径和所述视觉检测单元获取的所述农机实时在所述作业区域行驶的周围环境信息确定一农机行驶指令，以允许所述农机通过所述农机行驶指令被导航，其中通过在所述作业区域的在先的行驶行为并且藉由所述卫星定位单元获得所述行驶参考路径。

11.根据权利要求10所述的农机自动导航系统，其中所述视觉检测单元被固定安装于所述农机的一农机主体，以保持所述视觉检测单元的一光轴和所述卫星定位单元的一卫星天线的相对位置的固定。

12.根据权利要求10所述的农机自动导航系统，其中所述处理单元基于所述视觉检测单元获取图像信息生成一视觉地图。

13.根据权利要求10所述的农机自动导航系统，其中所述处理单元基于所述卫星定位单元获取的之前的起始点信息和当前的起始点信息标定所述农机的一起始点。

14.根据权利要求10所述的农机自动导航系统，其中所述视觉检测单元包括至少一摄像头并且至少一个所述摄像头被保持在所述农机的一农机主体的前方。

15.一农机，其特征在于，包括：

一农机自动导航系统；和

一农机主体，所述农机主体包括：

一处理单元；

一卫星定位单元；

一视觉检测单元，所述视觉检测单元被设置于所述农机主体，以及

一控制单元，其中所卫星定位单元和所述视觉检测单元分别与所述处理单元可通信地连接，其中所述视觉检测单元用于获取一农机的周围环境信息，所述卫星定位单元用于获取一农机的位置信息，所述处理单元基于在先的一行驶参考路径和所述视觉检测单元获取的所述农机实时在所述作业区域行驶的周围环境信息确定一农机行驶指令，其中通过在所述作业区域的在先的行驶行为并且藉由所述卫星定位单元获得所述行驶参考路径，所述处理单元发送所述农机行驶指令至所述控制单元，所述农机主体被可控制地连接于所述控制单元以允许所述农机被自动导航。

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