本公開涉及農(nóng)業(yè)機械設(shè)備智能化和點云技術(shù)處理領(lǐng)域，尤其涉及一種地空協(xié)同的果園參數(shù)檢測方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中，快速且精確的采集果樹參數(shù)能夠提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，提高果樹自動化管理程度；同時，精確的果樹參數(shù)既能夠更準確地定位疾病或害蟲的發(fā)生區(qū)域，實施針對性的防治措施；也能夠了解每棵果樹的具體生長狀況和需求，提高果樹灌溉、施藥、施肥的效率。

2、傳統(tǒng)的果園點云數(shù)據(jù)的采集主要依賴于單一采集方式實現(xiàn)。但是，單一采集方式在面對復(fù)雜的果樹種植環(huán)境時，由于采集角度等緣故往往難以實現(xiàn)全面采集。而果園點云數(shù)據(jù)的不完整性不僅影響了果樹的三維重建的精度，也嚴重影響了果樹參數(shù)的精確計算。

3、背景技術(shù)部分的內(nèi)容僅僅是發(fā)明人個人所知曉的信息，并不代表上述信息在本公開申請日之前已經(jīng)進入公共領(lǐng)域，也不代表其可以成為本公開的現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本公開提供一種地空協(xié)同的果園參數(shù)檢測方法和系統(tǒng)，用以避免上述技術(shù)問題中的至少一種。

2、第一方面，本公開提供一種地空協(xié)同的果園參數(shù)檢測方法，所述方法應(yīng)用于地空協(xié)同的果園參數(shù)檢測系統(tǒng)中的中央控制裝置，所述系統(tǒng)還包括分別與所述中央控制裝置通信連接的地面采集裝置和低空采集裝置；所述方法包括：

3、控制所述低空采集裝置采集目標果園的低空果樹數(shù)據(jù)，根據(jù)所述低空果樹數(shù)據(jù)確定所述目標果園的低空點云數(shù)據(jù)和全局果園地圖，其中，所述低空采集裝置的采集高度高于所述目標果園中的果樹的高度、且與地面之間的高度小于預(yù)設(shè)高度閾值；

4、根據(jù)所述全局果園地圖進行路徑規(guī)劃，得到果園地圖路線，并控制所述地面采集裝置基于所述果園地圖路線采集所述目標果園的地面點云數(shù)據(jù)；

5、對所述低空點云數(shù)據(jù)和所述地面點云數(shù)據(jù)進行配準融合，得到完整果園點云數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述完整果園點云數(shù)據(jù)計算所述目標果園中各果樹各自對應(yīng)的孔隙度；

6、根據(jù)所述各果樹各自對應(yīng)的孔隙度，從所述目標果園中確定孔隙度位于預(yù)設(shè)孔隙度區(qū)間之外的低空補充采集目標區(qū)域；

7、控制所述低空采集裝置采集所述目標區(qū)域的補充采集點云數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述補充采集點云數(shù)據(jù)計算得到所述目標區(qū)域的果樹參數(shù)。

8、在一些實施例中，所述地面采集裝置包括：履帶車底盤，以及搭載于所述履帶車底盤之上的第一鋁材架、實時動態(tài)定位rtk模塊、雙自由度云臺、雷達、地面慣性測量單元imu、主機，所述雙自由度包括升降和俯仰；

9、其中，所述履帶車底盤提供動力以控制地面采集裝置在所述目標果園中行動；

10、所述第一鋁材架包括豎直滑軌，所述豎直滑軌用于安裝所述雙自由度云臺，以為雙自由度云臺提供升降軌道，所述第一鋁材還安裝所述主機的顯示組件；

11、所述雙自由度云臺包括電機、所述雷達、所述imu，其中，所述電機用于控制所述雙自由度云臺的俯仰角度和升降，以為所述雷達提供采集高度和采集角度；

12、所述雷達、所述imu、所述rtk模塊用于獲取所述地面點云數(shù)據(jù)；

13、所述主機用于顯示所述地面點云數(shù)據(jù)并將所述地面點云數(shù)據(jù)傳輸給所述中央控制裝置。

14、在一些實施例中，所述雙自由度云臺包括兩個升降電機，所述兩個升降電機分別安裝在所述第一鋁材架的兩條豎直滑軌上，其中，豎直滑軌為預(yù)設(shè)軌道長度，且每預(yù)設(shè)間隔長度設(shè)置有一個凹槽，所述雙自由度云臺連接的豎直滑軌的兩側(cè)的內(nèi)部各安裝有一個支撐卡扣，所述支撐卡扣適所述凹槽，所述支撐卡扣在伸出情況下支持所述雙自由度云臺向上移動，所述支撐卡扣包括計數(shù)器，當所述雙自由度云臺向上移動時所述支撐卡扣回收，觸發(fā)所述計數(shù)器計數(shù)；

15、所述地面采集裝置在初始狀態(tài)下，所述雙自由度云臺位于豎直滑軌最底端，豎直滑軌為所述雙自由度云臺提供向上支撐力；

16、在采集所述地面點云數(shù)據(jù)過程中，若檢測到所述雷達采集高度小于預(yù)設(shè)采集高度閾值時，控制所述支撐卡扣彈出，并計算所述雷達的目標采集高度，以每預(yù)設(shè)高度間隔為一個上升值，選取與所述目標采集高度最近的上升值控制所述升降電機移動，并控制所述計數(shù)器每所述預(yù)設(shè)高度計數(shù)，當所述計數(shù)器中的數(shù)值與所述采集高度對應(yīng)的數(shù)值一致，則控制所述升降電機停止工作，以控制所述雙自由度云臺被所述支撐卡扣固定在豎直滑軌的相應(yīng)位置；

17、當采集所述地面點云數(shù)據(jù)完成，控制所述支撐卡扣回收，以使得所述升降電機控制所述雙自由度云臺下降至豎直滑軌最低處。

18、在一些實施例中，所述雙自由度云臺搭載的所述雷達搭載部分、以及所述升降電機由旋轉(zhuǎn)電機連接；所述方法還包括：

19、若采集所述地面點云數(shù)據(jù)時，所述雷達為采集俯仰角，且確定是由于所述采集俯仰角使得所述地面點云數(shù)據(jù)的稀疏程度大于預(yù)設(shè)程度閾值，則通過所述旋轉(zhuǎn)電機控制所述雙自由度云臺調(diào)整所述雷達的俯仰角，以對所述地面點云數(shù)據(jù)進行補充采集，得到達到所述預(yù)設(shè)程度閾值的地面點云數(shù)據(jù)。

20、在一些實施例中，所述控制所述低空采集裝置采集目標果園的低空果樹數(shù)據(jù)，包括：控制所述低空采集裝置基于弓字形飛行路徑采集目標果園的低空果樹數(shù)據(jù)；

21、以及，所述根據(jù)所述全局果園地圖進行路徑規(guī)劃，得到果園地圖路線，包括：根據(jù)啟發(fā)式搜索算法進行全局弓字形全覆蓋路徑規(guī)劃，得到所述果園地圖路線。

22、在一些實施例中，所述對所述低空點云數(shù)據(jù)和所述地面點云數(shù)據(jù)進行配準融合，得到完整果園點云數(shù)據(jù)，包括：

23、基于所述地面點云數(shù)據(jù)構(gòu)建基準點云集；

24、根據(jù)所述低空點云數(shù)據(jù)構(gòu)建待配準點云集；

25、計算所述基準點云集與所述待配準點云集中任意兩個點的幾何距離；

26、以最小化所述幾何距離的方差為迭代目標，對所述基準點云集和所述待配準點云集進行配準融合，得到所述完整果園點云數(shù)據(jù)。

27、在一些實施例中，所述根據(jù)所述完整果園點云數(shù)據(jù)計算所述目標果園中各果樹各自對應(yīng)的孔隙度，包括：

28、根據(jù)所述完整果園點云數(shù)據(jù)對所述目標果園的果樹冠層進行體素化，得到多個體元；

29、計算得到所述多個體元的總投影面積、以及所述果樹冠層的二維投影面積；

30、根據(jù)所述總投影面積和所述二維投影面積計算得到所述各果樹各自對應(yīng)的孔隙度。

31、在一些實施例中，所述根據(jù)所述各果樹各自對應(yīng)的孔隙度，從所述目標果園中確定孔隙度位于預(yù)設(shè)孔隙度區(qū)間之外的低空補充采集目標區(qū)域，包括：

32、從所述各果樹各自對應(yīng)的孔隙度中，確定小于所述預(yù)設(shè)孔隙度區(qū)間之外的至少一棵目標果樹；

33、按照從零開始的順序為所述至少一棵目標果樹分配標識符，并將標識符和地理信息疊加至預(yù)設(shè)虛擬果園地圖中，其中，所述完整果園點云數(shù)據(jù)包括所述地理信息；

34、從所述預(yù)設(shè)虛擬果園地圖中提取所述至少一棵目標果樹的標識符相應(yīng)的坐標信息，以得到所述低空補充采集目標區(qū)域。

35、在一些實施例中，所述低空采集裝置包括相機；所述控制所述低空采集裝置采集所述目標區(qū)域的補充采集點云數(shù)據(jù)，包括：

36、針對所述至少一棵目標果樹中的任意果樹，確定所述任意果樹的樹冠中心；

37、在所述相機指向所述樹冠中心的情況下，控制所述低空采集裝置以所述樹冠中心為圓心，通過循跡控制算法，實現(xiàn)對所述任意果樹的環(huán)繞飛行，得到由所述相機采集到的目標圖像數(shù)據(jù)，以得到所述補充采集點云數(shù)據(jù)。

38、第二方面，本公開還提供了一種地空協(xié)同的果園參數(shù)檢測系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：中央控制裝置、地面采集裝置、低空采集裝置；其中，

39、所述中央控制裝置分別與所述地面采集裝置和所述低空采集裝置通信連接；

40、所述中央控制裝置用于執(zhí)行如第一方面中任一項所述的方法。

41、本實施例提供了一種地空協(xié)同的果園參數(shù)檢測方法和系統(tǒng)，其中，該方法應(yīng)用于該系統(tǒng)中的中央控制裝置，所述系統(tǒng)還包括分別與所述中央控制裝置通信連接的地面采集裝置和低空采集裝置；所述方法包括：控制所述低空采集裝置采集目標果園的低空果樹數(shù)據(jù)，根據(jù)所述低空果樹數(shù)據(jù)確定所述目標果園的低空點云數(shù)據(jù)和全局果園地圖，其中，所述低空采集裝置的采集高度高于所述目標果園中的果樹的高度、且與地面之間的高度小于預(yù)設(shè)高度閾值；根據(jù)所述全局果園地圖進行路徑規(guī)劃，得到果園地圖路線，并控制所述地面采集裝置基于所述果園地圖路線采集所述目標果園的地面點云數(shù)據(jù)；對所述低空點云數(shù)據(jù)和所述地面點云數(shù)據(jù)進行配準融合，得到完整果園點云數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述完整果園點云數(shù)據(jù)計算所述目標果園中各果樹各自對應(yīng)的孔隙度；根據(jù)所述各果樹各自對應(yīng)的孔隙度，從所述目標果園中確定孔隙度位于預(yù)設(shè)孔隙度區(qū)間之外的低空補充采集目標區(qū)域；控制所述低空采集裝置采集所述目標區(qū)域的補充采集點云數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述補充采集點云數(shù)據(jù)計算得到所述目標區(qū)域的果樹參數(shù)?？梢詫崿F(xiàn)從多采集方式確定果樹參數(shù)，從而可以提高確定果樹參數(shù)的準確性和可靠性的技術(shù)效果。