【摘 要】
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自1990年至2019年,我国水果产量均位于世界首位,果品及其相关产业已逐渐成为农村经济的重要支柱。为进一步提高生产效率和水果品质,农业机械装备的智能化是未来发展的必然趋势。智能农业装备可利用传感器感知环境信息和自身状态,在果园环境中完成预定任务。果园行间自主导航作为农业智能化的关键技术,实现行间自主运行,有效降低劳动强度,提高作业效率。水果种植园为复杂多变的非结构未知环境,实现自主运行的关键是环
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自1990年至2019年,我国水果产量均位于世界首位,果品及其相关产业已逐渐成为农村经济的重要支柱。为进一步提高生产效率和水果品质,农业机械装备的智能化是未来发展的必然趋势。智能农业装备可利用传感器感知环境信息和自身状态,在果园环境中完成预定任务。果园行间自主导航作为农业智能化的关键技术,实现行间自主运行,有效降低劳动强度,提高作业效率。水果种植园为复杂多变的非结构未知环境,实现自主运行的关键是环境感知、位姿估计和自主定位。本文围绕单目视觉导航和激光雷达导航展开研究,其中（1）、（2）属于激光雷达导航,（3）-（5）属于单目视觉导航,主要工作和创新点如下:（1）为抑制激光点云密度对滤波器的影响,提出自适应半径滤波方法。该方法根据目标距离动态计算滤波半径,实现多尺度噪声去除。实验结果表明:与原始数据相比,DBSCAN聚类精确率提升0.40,召回率提升0.34,计算时间为43ms。（2）针对可通行区域提取与位姿估计的需求,提出基于交叉像素的可通行区域提取方法。实验结果表明:在密集种植和非密集种植条件下,该方法均能较准确地提取可通行区域、偏航角和横向位移,具有较高的适应性和稳定性。（3）研究场景语义信息提取方法,基于改进的Mask R-CNN网络分割道路与树干,基于霍夫变换计算边界方程和消失点坐标。实验结果表明:该方法提取复杂光照条件中的多尺度目标信息,为单目位姿估计和视觉导航提供有效参考。（4）针对高精度位姿估计的需求,建立果园行间的道路几何成像模型,实现偏航角、横向偏移与道路宽度的定量计算。实验结果表明:道路宽度测量精度0.989,偏航角平均误差0.042,横向位移平均误差0.048,平均计算时间56ms。（5）针对果树定位需求,利用树行共线性和边界平行性,基于单目相机实现果树相对位置计算。实验结果表明:横向定位平均误差0.038,纵向定位平均误差0.027,株距估计平均误差0.081,平均计算时间1.1ms。
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