基于激光雷达的撒肥机肥料体积测量方法及系统

本发明涉及智能检测，尤其涉及一种基于激光雷达的撒肥机肥料体积测量方法及系统。

背景技术：

1、21世纪的农业正朝着精准农业方向发展，精准农业将信息技术融入农业生产中，实现农作物从播种、施肥、追肥、除草，到收割的全面智能化，大大提高了农业作业效率。变量施肥是实现精准农业的一个重要环节，根据农田的肥力以及农作物所需的营养状况来调节施肥量，实现按需施肥。

2、肥料体积及重量信息是变量施肥作业的核心、基础数据。肥料体积测量能够快速获得肥箱内肥料的实时体积，实时展示肥箱肥料体积变化情况，进而测算出撒肥机实时肥料施用量。

3、在农业领域，有很多测量粮仓内粮食体积的方法。其中有三维激光扫描、双目相机等一系列方法。这些方法有一个共同特点，测量体积较大。根据视场角计算，传感器需要放置在很高的位置。而撒肥机是需要限高的，以上方法均无法满足撒肥机限高需求。此发明是在满足撒肥机限高需求下，实现肥箱内肥料体积的快速测量。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于激光雷达的撒肥机肥料体积测量方法及系统，用以解决现有技术中受限于撒肥机高度限制一直无法满足的缺陷，实现车箱内肥料体积的快速测量，为变量施肥环节提供数据补充，提高了农业作业效率。

2、本发明提供一种基于激光雷达的撒肥机肥料体积测量方法，包括：获取肥料点云数据；对所述肥料点云数据进行点云分割，以分离肥箱和所述肥箱内的肥料，并对经点云分割后的肥料点云数据进行曲面重建，得到曲面模型；基于所述曲面模型，利用切片法，得到肥料体积。

3、根据本发明提供的一种基于激光雷达的撒肥机肥料体积测量方法，所述对所述肥料点云数据进行点云分割，包括：根据所述肥料点云数据，利用ransac随机采样一致性算法，得到分割直线；根据所述分割直线，结合欧几里德聚类，对所述肥料点云数据进行分割，得到点云分割后的肥料点云数据。

4、根据本发明提供的一种基于激光雷达的撒肥机肥料体积测量方法，所述根据所述肥料点云数据，利用ransac随机采样一致性算法，得到分割直线，包括：利用ransac，随机从所述肥料点云数据中选取样本子集；根据各所述样本子集，利用最小方差估计算法，得到对应样本点数量；根据所述样本点数量和所述肥料点云数据，得到对应样本子集与所述肥料点云数据的相对偏差；判断所述相对偏差是否小于预设阈值，若所述相对偏差小于预设阈值，则确定对应样本子集内的样本点属于模型内样本点，否则，确定对应样本子集内的样本点属于模型外样本点；根据所述样本子集内的样本点属于模型内样本点和所述样本子集内的样本点属于模型外样本点，得到分割直线。

5、根据本发明提供的一种基于激光雷达的撒肥机肥料体积测量方法，所述对经点云分割后的肥料点云数据进行曲面重建，包括：利用delaunay的空间区域增长算法，将经所述点云分割后的肥料点云数据贪婪三角化，得到曲面模型。

6、根据本发明提供的一种基于激光雷达的撒肥机肥料体积测量方法，所述基于所述曲面模型，利用切片法，得到肥料体积，包括：利用预设切片组对所述曲面模型进行切割，得到以片为单位的模型带；其中，所述预设切片组包括至少两个间距相等的平面切片；基于各所述模型带，得到对应模型带的体积；根据各个模型带的体积，得到肥料体积。

7、根据本发明提供的一种基于激光雷达的撒肥机肥料体积测量方法，所述获取肥料点云数据，包括：获取初始点云数据；对所述初始点云数据进行预处理，得到肥料点云数据。

8、根据本发明提供的一种基于激光雷达的撒肥机肥料体积测量方法，对所述初始点云数据进行预处理，包括：对所述初始点云数据进行直通滤波；对经所述直通滤波后的初始点云数据进行体素下采样，得到肥料点云数据；对所述肥料点云数据进行统计滤波。

9、本发明还提供一种基于激光雷达的撒肥机肥料体积测量系统，包括：数据获取模块，获取肥料点云数据；数据处理模块，对所述肥料点云数据进行点云分割，以分离肥箱和所述肥箱内的肥料，并对经点云分割后的肥料点云数据进行曲面重建，得到曲面模型；体积检测模块，基于所述曲面模型，利用切片法，得到肥料体积。

10、本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述基于激光雷达的撒肥机肥料体积测量方法的步骤。

11、本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述基于激光雷达的撒肥机肥料体积测量方法的步骤。

12、本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述基于激光雷达的撒肥机肥料体积测量方法的步骤。

13、本发明提供的基于激光雷达的撒肥机肥料体积测量方法及系统，通过对获取的肥料点云数据进行点云分割，以分离肥箱和肥箱内的肥料，并对点云分割后表征肥料的肥料点云数据进行曲面重建，以利用切片法对曲面模型进行切割，从而快速、方便并且实时获得撒肥机肥箱内的肥料体积信息，为变量施肥环节提供数据补充，提高了农业作业效率，为实现精准农业中肥料精准施用提供技术支撑。

技术特征：

1.一种基于激光雷达的撒肥机肥料体积测量方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于激光雷达的撒肥机肥料体积测量方法，其特征在于，所述对所述肥料点云数据进行点云分割，包括：

3.根据权利要求2所述的基于激光雷达的撒肥机肥料体积测量方法，其特征在于，所述根据所述肥料点云数据，利用ransac随机采样一致性算法，得到分割直线，包括：

4.根据权利要求1所述的基于激光雷达的撒肥机肥料体积测量方法，其特征在于，所述对经点云分割后的肥料点云数据进行曲面重建，包括：

5.根据权利要求1所述的基于激光雷达的撒肥机肥料体积测量方法，其特征在于，所述基于所述曲面模型，利用切片法，得到肥料体积，包括：

6.根据权利要求1所述的基于激光雷达的撒肥机肥料体积测量方法，其特征在于，所述获取肥料点云数据，包括：

7.根据权利要求6所述的基于激光雷达的撒肥机肥料体积测量方法，其特征在于，对所述初始点云数据进行预处理，包括：

8.一种基于激光雷达的撒肥机肥料体积测量系统，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述基于激光雷达的撒肥机肥料体积测量方法的步骤。

10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述基于激光雷达的撒肥机肥料体积测量方法的步骤。

技术总结
本发明提供一种基于激光雷达的撒肥机肥料体积测量方法及系统，涉及智能检测技术领域，方法包括：获取肥料点云数据；对肥料点云数据进行点云分割，以分离肥箱和肥箱内的肥料，并对经点云分割后的肥料点云数据进行曲面重建，得到曲面模型；基于曲面模型，利用切片法，得到肥料体积。本发明通过对获取的肥料点云数据进行点云分割，以分离肥箱和肥箱内的肥料，并对点云分割后表征肥料的肥料点云数据进行曲面重建，以利用切片法对曲面模型进行切割，从而快速、方便并且实时获得撒肥机肥箱内的肥料体积信息，为变量施肥环节提供数据补充，提高了农业作业效率，为实现精准农业中肥料精准施用提供技术支撑。

技术研发人员：张俊宁,雒瑶,胡欢,王鹏程,赵振宇
受保护的技术使用者：北京信息科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1