[发明专利]一种收割机及其在线实时监测倒伏水稻的方法

权利要求书

1.一种收割机的在线实时监测倒伏水稻的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100、在收割机上设置激光雷达和IMU惯性传感器；

S200、通过所述激光雷达和IMU惯性传感器获得激光坐标系和地面坐标系之间的实时变换矩阵；

S300、采集待收割水稻的激光雷达点云信息，原始点云信息包括每个激光点的发射角、测量距离和反射率；利用所述实时变换矩阵得到变换后的实时点云信息；

S400、确定感兴趣区域，去除感兴趣区域外的点云信息，对感兴趣区域内的点云信息进行点云滤波和去燥；

S500、基于Delaunay不规则三角网算法，将坐标变换后地面坐标系下水稻点云图划分为多个竖直的长方体，以所述长方体内高程最大点为主要控制点生成数字表面模型，以所述长方体内高程最小点为主要控制点生成数字高程模型，所述数字表面模型减去所述数字高程模型得到水稻冠层高度模型；以及

S600、根据所述水稻冠层高度模型，以水稻直立高度为阈值，判断所述待收割水稻的倒伏区域位置，并根据水稻倒伏高度计算水稻倒伏角度，根据所述水稻倒伏角度确定水稻倒伏等级。

2.如权利要求1所述的收割机的在线实时监测倒伏水稻的方法，其特征在于，还包括：

S700、根据所述水稻倒伏等级建立水稻分级评价模型。

3.如权利要求2所述的收割机的在线实时监测倒伏水稻的方法，其特征在于，还包括：

S800、根据所述水稻分级评价模型调整所述收割机的割台高度、拨禾轮高度和行进速度。

4.如权利要求1、2或3所述的收割机的在线实时监测倒伏水稻的方法，其特征在于，步骤S200进一步包括：

S201、通过角反射器对激光雷达进行标定，变换角反射器所在位置，确定地面坐标系下不同位置的角反射器的原始坐标信息和激光雷达坐标系下点云信息，并根据角反射器在两个不同坐标系之间的位置关系确定激光雷达到地面之间的初始变换矩阵

S202、通过IMU惯性传感器测得收割机在地面坐标系下的姿态角，并测得IMU惯性传感器在地面坐标系下的位置坐标信息，将所述角反射器在地面坐标系下的位置信息转换到IMU坐标系下，计算得到激光雷达和IMU惯性传感器之间的初始变换矩阵；以及

S203、对激光雷达坐标系下的点云信息进行预处理，确定所述角反射器在激光雷达下的点云坐标，将雷达坐标系和IMU坐标系下的角反射器位置数据进行拟合，求得坐标系之间的转换矩阵，并进一步计算获得激光坐标系和地面坐标系之间的实时变换矩阵。

5.如权利要求4所述的收割机的在线实时监测倒伏水稻的方法，其特征在于，所述地面坐标系以收割机重心所在位置在地面的投影为原点Og，以地面为平面建立Xg轴和Yg轴，其中Xg轴平行收割机车身向前，Yg轴垂直Xg轴向右，Zg轴垂直于Xg轴和Yg轴所在平面并向上；

所述IMU坐标系与激光雷达坐标系和地面坐标系之间的关系为：

其中，为激光雷达坐标系和IMU坐标系之间的转换矩阵；为IMU坐标系和地面坐标系之间的转换矩阵；为激光雷达和地面之间的转换矩阵。

6.如权利要求5所述的收割机的在线实时监测倒伏水稻的方法，其特征在于，所述激光雷达坐标系和IMU坐标系之间的转换矩阵经过点云配准求得。

7.如权利要求6所述的收割机的在线实时监测倒伏水稻的方法，其特征在于，将所述角反射器在激光雷达坐标系和IMU坐标系下的位置数据进行点云配准，采用基于点到点的ICP算法，所述ICP算法包括：

输入初始点云，包括所述角反射器在激光雷达坐标系下的点云信息、角反射器在IMU坐标系下的点云信息、激光雷达和IMU之间的初始变换矩阵对点集A中每一个点Pai施加初始变换得到Pai’；

从点集B中寻找距离点Pa最近的点Pbi，形成对应的点对；

求解最优变换△T；

根据前后两次的迭代误差以及迭代次数判断是否收敛；如果收敛，则输出变换后的矩阵和点云信息：T＝ΔT×T₀，否则T₀＝AT×T₀。