CN113804201B - 对包含目标特征的作业对象的导航方法、装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了对包含目标特征的作业对象的导航方法及导航装置，该导航方法包括：获取包含作业地块的地图；获取作业地块中包含目标特征的作业对象的图像，确定目标特征在地图中的地图坐标范围；获取作业对象在地图中形成的列通道，将地图坐标范围横向延伸并与相邻列通道重叠的区域作为包含两个备选坐标区域的备选坐标区域对；根据聚集度确定同一列通道中由备选坐标区域对中的任一备选坐标区域中包含的任一备选坐标所形成的连线，确定顺次连接连线与孤立备选坐标区域对中任一孤立备选坐标区域中的任一备选坐标所形成的路径作为作业路径。通过本发明实现了作业地块中作业路径的合理规格及精准导航，具有作业效率高及低伤害的优点。

Description

对包含目标特征的作业对象的导航方法、装置及电子设备

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种对包含目标特征的作业对象的导航方法、导航装置及电子设备。

背景技术

对于雌雄同体的农作物(例如玉米)而言，为了提高授粉及培育高纯度种子的需求，需要去除母本植株上的雄穗，以确保父本植株的雄穗与母本植株的雌穗进行杂交。母本植株与父本植株通常根据生物学属性有规划地种植在地块的垄上，相邻垄之间形成宽度约半米左右的垄间距(即本申请中的列通道)。目前，通常大型切割机械去除母本雄穗，而残余、或未长出的雄穗由于难以识别、定位，需要依靠人工清除。因此，如何准确地确定残余、生长雄穗的地理位置以去除母本雄穗，对提高作业效率、种子纯度具有重要意义。

由于母本植株上偶发的雄穗或者残留果实的植株的分布具有随机性，而农作物生长都较为茂盛不易穿行，并且穿行容易损伤农作物，因此如何确定并引导人工或者作业设备以最合理高效的方式进入地块的准确位置以及如何规划人或者作业设备在地块中行进并执行对应的去除母本植株的雄穗或者收割残留果实的植株是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于揭示一种对包含目标特征的作业对象的导航方法、导航装置及电子设备，可实现对偶发雄穗的母本植株或者残留果实的植株等作业对象执行去除雄穗或者收割果实等作业，可准确地确定进入种植植株的地块以执行前述作业的进入位置，并合理准确地在地块中规划执行前述作业的作业路径，以克服现有技术中作业路径不准确无法精准导航、作业路径复杂导致作业效率低下以及作业路径不合理所导致的容易伤害作业对象的缺陷。

为实现上述发明目的之一，本发明提供了对包含目标特征的作业对象的导航方法，包括以下步骤：

获取包含作业地块的地图；

获取作业地块中包含目标特征的作业对象的图像，确定所述目标特征在地图中的地图坐标范围；

获取作业对象在地图中形成的列通道，将所述地图坐标范围横向延伸并与相邻列通道重叠的区域作为包含两个备选坐标区域的备选坐标区域对；

统计落入同一列通道的备选坐标区域的数量，以确定所述备选坐标区域在列通道中的聚集度，根据所述聚集度确定同一列通道中由备选坐标区域对中的任一备选坐标区域中包含的任一备选坐标所形成的连线，剔除连线所属列通道延伸方向所包含的备选坐标区域所属备选坐标区域对中的另一个备选坐标区域，以获得孤立备选坐标区域对，确定顺次连接所述连线与孤立备选坐标区域对中任一孤立备选坐标区域中的任一备选坐标所形成的路径作为作业路径。

作为本发明的进一步改进，所述导航方法包括：

提取所述目标特征在地图中所对应的地图坐标；

获取作业对象在地图中形成的列通道，将所述地图坐标沿垂直于列通道方向横向延伸并与相邻列通道重叠的线段作为包含两个备选坐标线段的备选坐标线段对，其中，所述备选坐标为所述备选坐标线段中的任一由图像的像素点所确定的坐标；

统计落入同一列通道的备选坐标线段的数量，以确定所述备选坐标线段在列通道中的聚集度，根据所述聚集度确定同一列通道中由备选坐标线段对中的任一备选坐标线段中包含的任一备选坐标所形成的直线段，剔除直线段所属列通道延伸方向所包含的备选坐标线段所属备选坐标线段对中的另一个备选坐标线段，以获得孤立备选坐标线段对，确定顺次连接直线段与孤立备选坐标线段对中任一孤立备选坐标线段中包含的任一备选坐标所形成的路径为作业路径。

作为本发明的进一步改进，所述作业路径沿所述列通道长度迂回规划，并使切换列通道时形成的部分作业路径位于作业地块外。

作为本发明的进一步改进，还包括：

当执行终端位于作业地块外时，确定执行终端所形成的当前位置坐标，并规划从当前位置坐标进入作业地块的进入路径，计算当前位置坐标连接所述作业路径所形成的最短路径为进入路径，并可视化显示于嵌布于所述终端设备的可视化界面中，所述进入路径为自所述当前位置坐标至所述作业路径的端点坐标的轨迹。

作为本发明的进一步改进，当执行终端位于作业地块内寻找到第一个所述目标特征时，响应于用户的确定操作触发所述执行终端的定位***以获得实时位置坐标，比较实时位置坐标与构成作业路径上所对应的备选坐标之间的绝对差值，以通过所述绝对差值对构成作业路径中剩余的备选坐标予以修正，以修正作业路径。

作为本发明的进一步改进，还包括：判断当前位置坐标是否位于作业地块内部，若是，规划自所述当前位置坐标至所述作业路径的端点坐标之间的轨迹，通过所述地图确认列通道间距，以确定自所述当前位置坐标达到所述作业路径的端点坐标之间所需要穿越列通道的数量。

作为本发明的进一步改进，所述包含目标特征的作业对象的图像为包含目标特征的母本植株的图像，所述目标特征包括母本植株中的雄穗、花苞、残枝、果实中的一种或任意几种特征。

作为本发明的进一步改进，还包括：从剩余的备选坐标区域对或者备选坐标线段对中，遍历聚集度以确定同一列通道中连接多个备选坐标区域或者备选坐标线段所形成的连线，直至同一列通道中的聚集度为1时，顺次连接连线和若干孤立备选坐标区域对或者若干孤立备选坐标线段对中包含的任一点备选坐标，以确定最短路径为作业路径。

作为本发明的进一步改进，当同一地图坐标范围的备选坐标区域或备选坐标线段在相邻的列通道中的聚集度相同时，选择连线较短的一侧作为确定的直线段，根据所述聚集度所确定的位于同一列通道中由备选坐标所形成的直线段，首尾连接所述直线段所形成的最短路径作为作业路径。

作为本发明的进一步改进，还包括：

判断地图坐标范围是否与列通道重合，若是，将与所述列通道重合的重合区域作为备选坐标区域。

同时，基于相同发明思想，本发明还揭示了一种导航装置，对包含目标特征的作业对象执行导航，

所述导航装置包括：

地图获取单元，获取包含作业地块的地图；

图像获取单元，获取作业地块中包含目标特征的作业对象的图像，提取所述目标特征在地图中的地图坐标范围；

路径规划单元，用于获取作业对象在地图中形成的列通道，将所述地图坐标范围横向延伸并与相邻列通道重叠的区域作为包含两个备选坐标区域的备选坐标区域对；基于统计落入同一列通道的备选坐标区域的数量，以确定所述备选坐标区域在列通道中的聚集度，以根据所述聚集度确定同一列通道中由备选坐标区域对中的任一备选坐标区域中包含的任一备选坐标所形成的连线，剔除连线所属列通道延伸方向所包含的备选坐标区域对所属备选坐标区域对中的另一个备选坐标区域，以获得孤立备选坐标区域对，确定顺次连接所述连线与孤立备选坐标区域对中任一孤立备选坐标区域中的任一所备选坐标形成作业路径；

所述导航装置控制至少一个执行终端，所述执行终端以导航装置所确定的作业路径对地块中包含目标特征的作业对象执行作业，所述执行终端包括地面作业设备或者人。

最后，本发明还揭示了一种电子设备，包括：

处理器，存储器，以及

在处理器与存储器之间建立通信连接的通信总线；

所述处理器用于执行存储器中存储的一个或者多个程序，以实现如上述任一项发明创造所揭示的对包含目标特征的作业对象的导航方法；

所述电子设备嵌布形成一可视化界面，以通过所述可视化界面显示由所述包含目标特征的作业对象的导航方法输出的作业路径。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

通过本发明所揭示的对包含目标特征的作业对象的导航方法及导航装置，能够合理准确地规划在地块中遍历目标特征以执行与目标特征所适配的作业的作业路径，以实现高效、低伤害的作业，有效地解决了作业路径不准确无法精准导航、作业路径复杂导致的作业效率低下以及作业路径不合理所导致的容易伤害作业对象的技术问题。

附图说明

图1为本发明对包含目标特征的作业对象的导航方法的整体流程图；

图2为地块中包含母本植株的母本区域及包含父本植株的父本区域的示意图，母本区域中种植于地块上的母本植株为作业对象，母本植株中的雄穗为目标特征的一种典型特征，图2中的正方形方框为目标特征；

图3为任意形状的地块中母本植株的种植区域与父本植株的种植区域交替排布时形成多个竖直排布的列通道的示例图，图3中的正方形方框为母本植株上形成的目标特征，图3中位于地块内的单点划虚线为导航装置所确定的作业路径，双点划虚线为执行终端在具有当前位置坐标A沿地块的***进入地块的进入路径，实线为执行终端在具有前位置坐标A沿地块的***进入地块的进入路径；

图4为首先经过孤立备选坐标区域对中所包含的一个备选坐标区域中任一备选坐标并对孤立作业对象所包含的目标特征执行对应操作后，对位于地块内剩余作业对象所形成的作业路径，且作业路径沿所述列通道长度迂回规划且作业路径整***于地块内的示意图；

图5为以人作为作业终端并在导航装置的导引下以横向跨越列通道方式切换列通道，并将部分作业路径沿列通道延伸方向规划作业路径的示意图；

图6为以地面作业设备作为作业终端并在导航装置的导引下沿所述列通道长度迂回规划，并在切换列通道时形成的部分作业路径位于地块外的示意图；

图7为相邻两个列通道之间的两棵母本植株上的目标特征横向延伸并与相邻列通道重叠的区域所形成的两个备选坐标区域以形成备选坐标区域对的示意图，且图7中目标特征横向延伸方向与列通道的延伸方向垂直，任一备选坐标区域中的包含的一个或者多个像素点均可被选定并作为地块形成最终的作业路径的连线中的一部分；

图8为相邻两个列通道之间的一棵母本植株上的目标特征位于列通道并形成备选坐标区域的示意图；

图9为相邻两个列通道之间的一棵母本植株上的目标特征以倾斜姿态横向延伸并与位于右侧的列通道形成一个备选坐标区域的示意图；

图10为列通道中备选坐标区域中包含多个备选坐标的示意图，其中，图10中的每一个小黑点均为某一个备选坐标或者代表几个备选坐标的集合；

图11为选取同一个列通道中两个备选坐标区域中任一备选坐标所形成的连线的示意图，黑色加粗箭头的连线是地块内所形成的作业路径的一部分；

图12为对包含目标特征的作业对象执行导航的一种导航装置的拓扑图；

图13为对包含目标特征的作业对象执行导航的一种导航装置在一种变形例中的拓扑图；

图14为本发明一种电子设备的拓扑图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

简要而言，本申请所示各个实施例所揭示的对包含目标特征的作业对象的导航方法、导航装置及电子设备用于实现对地块中植株上所具有的目标特征执行与其相适配的作业。例如，当目标特征为母本植株上的雄穗时，目标特征所执行的作业为通过人工或者具动力机构的机器人摘除雄穗的操作；当目标特征是果实时，目标特征所执行的作业通过人工或者具动力机构的机器人(即本申请中“执行终端”的下位概念)收集经过第一次果实收集作业后依然残留在果树上的部分遗漏的果实。本申请所示各个实施例中所揭示的作业对象包括但不限于玉米、果树或者茶树等。本申请中，术语“地块”与术语“作业地块”具等同技术含义。

现有技术通常直接采用目标特征的坐标直接规划路径，而忽略了作物生长、作业环境对人或者地面作业设备移动造成的困难，可导致规划的路径无法实现，无法实现针对多个目标特征的精准作业，本申请的导航方法所确定的作业路径与进入路径共同作为在地块中移动并移动至包含目标特征的作业对象附近(通常位于作业对象一侧的列通道的某个具体的坐标)，以对作业对象执行与目标特征适配的作业，尤其适用于地面作业终端，可显著提升导航精度、提高作业效率。作业路径还可包括从位于地块内的某个具有随机坐标的位置开始，对地块中沿列通道的一侧或者两侧种植的作业对象上所具有的一个或者多个目标特征(例如雄穗、花苞、残枝、果实)执行适配的作业。本申请中的地块中的多个列通道可以是彼此平行直线布置，也可以是以规则方式曲线(例如S型)布置，只要地块所种植的作业对象是沿行规则种植的，即可适用本发明所揭示的技术方案。

实施例一：

参图1至图5、图7至图11所示，本实施例揭示了本发明一种对包含目标特征的作业对象的导航方法(以下简称“导航方法”)的一种具体实施方式。

为简化描述，参图2所示，在本实施例中，作业地块中种植了多个平行排布的父本植株所构成的父本植株区域及多个平行排布的母本植株所构成的母本植株区域。父本植株与母本植株均形成植株种植行，相邻植株种植行之间形成供机器人或者人(即图12与图13中执行终端50的下位概念)移动的列通道，执行终端50在移动至能够被执行终端50执行与目标特征适配的作业的作业能力范围(即人工或者机器人可实施去除母本植株上的雄穗的作业范围)后，停留一定时间并执行对应的作业，并在针对一个作业对象所执行的作业完全完成之后，继续移动至下一个备选坐标以执行针对下一个目标特征所对应的作业。执行终端50在移动至备选坐标上实施作业的位置只要能够确保能够实行去除母本植株上偶发的雄穗或者残留的果实即可。本申请的导航方法，摒弃目标特征坐标而通过每个目标特征附近的备选坐标以规划路径，从而便于执行终端50在植株种植行之间连续移动执行作业，提高作业路径精准度，极大提升了作业效率。

参图1、图3、图4及图7，本实施例所揭示的导航方法，包括以下步骤S1～步骤S4。

步骤S1、获取包含作业地块的地图，该地图为高清地图，包含作业地块中的作业对象、作业生长情况的图像信息和地理信息，其中，图像信息可用于后续进行列通道的图像识别，该地理信息用于配置作业路径。进一步的，在获取地图之后，通过现场实际坐标与图像坐标进行标定，以提高地图定位精度，可提高作业路径的规划精度。该地图也可以是通过对作业地块进行测绘的地图，以提高作业对象、作业生长情况的图像信息和地理信息的准确度，便于后续作业路径的规划和与目标特征适配作业的执行。

步骤S2、获取作业地块中包含目标特征的作业对象的图像，确定所述目标特征在地图中的地图坐标范围。具体的，包含目标特征的作业对象的图像为包含母本植株的作业对象的图像，目标特征包括母本植株中的雄穗、花苞、残枝、果实中的一种或任意几种特征。前述图像可通过无人机或者遥感卫星通过照相机或者摄像机等成像设备以垂直或者基本垂直的角度拍摄获取，或者，可通过监测设备以现有任何一种无线/有线传输设备从后台(例如云服务器或者计算集群的数据库)予以导入或者获取。进一步的，基于获取的图像，采用目标特征模型对目标特征进行识别，确定目标特征范围(例如标识目标特征的方框)，该目标特征范围为在获取的图像中的图像坐标范围，基于获取的图像中的图像坐标范围和已知的图像坐标(预设)的几何关系，以及已知的图像坐标与地图坐标的转换模型(通过已知图像坐标和获取的图像的位置坐标确定)，可以确定目标特征范围在地图上对应的地图特征范围。即，将识别的目标特征范围映射至地图上形成地图特征范围(参考图2中方框)。

步骤S3、获取作业对象在地图中形成的列通道，将地图坐标范围横向延伸并与相邻列通道重叠的区域作为包含两个备选坐标区域的备选坐标区域对。通过获取的高清地图进行识别可在地图上形成列通道，以指示最佳移动路线，因此，地图坐标范围横向延伸与相邻的列通道形成备选坐标区域，可将移动范围限缩至目标特征附近，本实施例中所揭示的导航方法所最终确定的作业路径只在连接任意一个备选坐标区域(或者备选坐标线段)中的一个像素点(或者亚像素点)所对应的备选坐标即可，从而使得在生成进入路径和/或作业路径的过程中，算法具有更强的可选择性，作业路径可更优，尤其实现了在人或者机器人的作业能力范围内，可在备选坐标区域内任意选取一个备选坐标连接形成的连线形成作业路径，从而更容易输出作业路径。同时，运行本发明所揭示的导航方法还降低了运行该导航方法的硬件装置的性能要求。

参图7所示，地图坐标范围可横向并以垂直于列通道的方式与相邻的一个或者两个列通道，以形成一个或者两个与相邻列通道重叠的区域。具体的，位于上方的一个母本植株所包含的一个目标特征(母本植株的雄穗的上位概念)所形成的地图坐标范围的宽度d2在相邻的两个列通道中形成备选坐标区域Q11与备选坐标区域Q12所定义的一个备选坐标区域对。位于下方的一个母本植株所包含的两个目标特征(可部分重叠)，地图坐标范围可横向并以垂直于列通道的方式与相邻的两个列通道，以形成两个与相邻列通道重叠的区域，即备选坐标区域Q21与备选坐标区域Q22，以形成备选坐标区域对，且备选坐标区域对的宽度d1为两个部分重叠的目标特征F2与目标特征F3形成。

参图9所示，位于上方的一个母本植株上形成的雄穗所形成的目标特征F1以倾斜姿态横向延伸并与相邻的两个列通道形成形状为平行四边形的备选坐标区域Q42与备选坐标区域Q41，以形成一个备选坐标区域对。参图8与图9所示，该导航方法还包括：判断地图坐标范围是否与列通道重合，若是，将与列通道重合的部分重合区域作为备选坐标区域。图8中的母本植株(例如玉米)叶片上偶发的雄穗所形成的目标特征F4所对应的地图坐标范围位于列通道中，则此时可仅将母本植株的叶片与列通道重合的部分重合区域Q23作为备选坐标区域，当然也可将目标特征F4以垂直横向姿态与位于左侧的列通道所形成的矩形区域Q24作为备选坐标区域(参图9所示)，且备选坐标区域的宽度d3为目标特征F4的宽度；同时，目标特征F4以垂直横向姿态与位于右侧的列通道所形成的矩形区域Q25作为备选坐标区域，以将矩形区域Q24与矩形区域Q25以形成一个备选坐标区域对。

需要说明的是，备选坐标区域的形状、长度、宽度不限于此，只要设置于地图坐标范围的相邻列通道内即可。本申请的备选坐标区域，可便于规划路径，实现最优路径，降低路径规划难度。进一步的，备选坐标区域还需要在执行终端的作业能力范围之内，以便于执行终端在到达备选坐标区域时对目标特征进行适配的作业。

步骤S4、统计落入同一列通道的备选坐标区域的数量，以确定备选坐标区域在列通道中的聚集度。当获得多个地图坐标范围后，可基于在地图中的地图坐标范围统计每个列通道中的备选坐标区域的数量，以确定列通道中备选坐标区域的聚集度。参图3所示，平行排布的多个虚线框为母本植株之间所形成的列通道(即母本植株间列通道)，同时，相邻的两列副本植株之间形成的父本植株列通道，详参图3至图6中灰色矩形框所示区域。母本植株形成的目标特征在地图中所对应的地图坐标范围以正方形予以表示。因此，在图3中母本植株所包含的地图坐标范围在母本植株之间形成的母本植株列通道所形成的聚集度从左向右分别为1、2、5、3、4、5、2(父本植株列不在聚集度的统计范畴内)。因此，左起第三个母本植株列通道的聚集度及左起第六个母本植株列通道的聚集度最高，即聚集度均为5。因此，优先规划左起第三个母本植株列通道及左起第六个母本植株列通道的路径，以确保在同一个列通道可执行多个与目标特征适配的作业，以优化路径减少路径变化次数，提高作业效率。需要说明的是，图3至图6中的每一个正方形方框为地图坐标范围，其横向延伸入相邻列通道的横线的两端的端点均落入备选坐标区域(或者备选坐标线段)中，且前述横线的两个端点为备选坐标，且备选坐标可为备选坐标区域(或者备选坐标线段)中的任意一个或者几个在地图中所对应的地图坐标。同时，需要说明的是，在本实施例中，备选坐标区域(或者备选坐标线段)并非需要完全横向延伸入相邻的列通道中，只要与正方形方框所表征的目标特征为基准点(或者基准区域)所形成的圆形作业能力范围区域与相邻列通道部分重叠，并且与每个列通道形成一个备选坐标区域(或者备选坐标线段、或者备选坐标)，即可保证最终形成的连线所规划的作业路径能够对靠近的一个或者多个目标特征执行与目标特征适配的作业。

进一步的，根据聚集度确定同一列通道中由备选坐标区域对中的任一备选坐标区域中包含的任一备选坐标所形成的连线，剔除连线所属列通道延伸方向所包含的备选坐标区域所属备选坐标区域对中的另一个备选坐标区域，以获得孤立备选坐标区域对，确定顺次连接连线与孤立备选坐标区域对中任一孤立备选坐标区域中的任一备选坐标所形成的路径作为作业路径。结合图10与图11所示，对于同一个列通道而言，人或者机器人在列通道中移动时，对于某个备选坐标区域Q而言，可选择任意一个备选坐标Qi。例如，对于同一个列通道中，备选坐标区域Q5选择备选坐标Qa，而相邻或者不相邻的备选坐标区域Q6选择备选坐标Qb，以通过连线连接备选坐标Qa与备选坐标Qb并作为作业路径的一部分。需要说明的是，备选坐标Qa和备选坐标Qb之间的连线的形状不作任何限制，连线可以为曲线、弧线或者直线和弧线的连接线，可根据列通道地形、获得障碍物信息等实现自由规划或实时调整。优选的，将同一列通道之间的连线设置为一条直线段可提高作业效率。需要说明的是，本申请的作业路径可基于实时环境信息进行调整，从而提高作业路径的适用性。具体的，基于获取的实时环境信息，在作业路径确定的备选坐标所属的备选坐标区域或备选坐标线段的范围内调整作业路径，以规避作业环境中存在的地面或者空中障碍物；其中，实时环境信息可以是基于机器人等地面作业设备所含传感器感知的障碍物信息，也可以是人在实时移动过程中感知的障碍物信息。当人基于障碍物信息偏移作业路径时，根据作业路径中确定的坐标所属的备选坐标区域或备选坐标线段校准作业路径，从而可以保障人在作业能力范围内，避免人在到达备选坐标位置时无法作业。

参图7所示，具体的，剔除连线所属列通道延伸方向所包含的备选坐标区域所属备选坐标区域对中的另一个备选坐标区域具体包括：若从备选坐标区域Q11选取了一个备选坐标，则不从备选坐标区域对中的备选坐标区域Q12中选取备选坐标，反之亦然，同时其他备选坐标区域参比前述方法予以执行，可避免重复规划路径，直至完成所有目标特征的规划。

进一步优选的，该导航方法包括以下步骤S10～步骤S40。

步骤S10、获取包含作业地块的地图。

步骤S20、提取所述目标特征在地图中所对应的地图坐标。

步骤S30、获取作业对象在地图中形成的列通道，将所述地图坐标沿垂直于列通道方向横向延伸并与相邻列通道重叠的线段作为包含两个备选坐标线段的备选坐标线段对，其中，所述备选坐标为所述备选坐标线段中的任一由图像的像素点所确定的坐标。

步骤S40、统计落入同一列通道的备选坐标线段的数量，以确定所述备选坐标线段在列通道中的聚集度，根据所述聚集度确定同一列通道中由备选坐标线段对中的任一备选坐标线段中包含的任一备选坐标所形成的直线段，剔除直线段所属列通道延伸方向所包含的备选坐标线段所属备选坐标线段对中的另一个备选坐标线段，以获得孤立备选坐标线段对，确定顺次连接直线段与孤立备选坐标线段对中任一孤立备选坐标线段中包含的任一备选坐标所形成的路径为作业路径。在本实施例中，备选坐标线段可被视为前述备选坐标区域中由至少一个备选坐标所形成的子集。

需要说明的是，为了简化算法，还可以直接采用地图坐标对应的备选坐标来实现聚集度的计算。可通过如上实施例中的地图坐标范围中的任意点或中心点或者地图坐标横向延伸与相邻列通道相交的最近点作为备选坐标以形成备选坐标对，统计每个列通道中的备选坐标数据从而确定聚集度，从而根据聚集度大小来确定路径规划顺序，聚集度大的列通道中的备选坐标优先规划路径，以减小作业路径长度，减小跨行次数，提高作业效率。其中，由于备选坐标为与列通道最近点，即列通道的边缘点，可直接连接同一列通道中的备选坐标，在同一列通道中形成一条直线段，实现最优路径，最大程度提高作业效率，减少执行终端变换路径、穿越植株行的时间。

本申请直接通过地图坐标范围附近的备选坐标区域/线段/点，将路径规划的范围设置于列通道中，并通过列通道的聚集度来确定路径规划先后顺序，最大限度减少穿越植株行的次数和时间，提高作业效率和作业适应性。

结合图3所示，该导航方法还包括：当执行终端位于作业地块外时，确定执行终端所形成的当前位置坐标，并规划从当前位置坐标(即位置A)进入作业地块的进入路径，计算当前位置坐标与作业路径形成的最短路径为进入路径，并可视化显示于嵌布于终端设备的可视化界面44中，进入路径为自当前位置坐标至作业路径的端点所对应的备选坐标的轨迹。终端设备可为通过显示器(或者显示界面)向用户展示作业路径，且该终端设备可作为下述实施例三中所揭示的导航装置40(40’)一部分或者直接作为导航装置40(40’)，以引导执行终端50逐一移动至包含目标特征的作业对象的列通道附近，以对目标特征执行适配的作业(例如采用人工方式或者机械臂自动摘除母本植株上的雄穗的去除雄穗作业)。

例如，当执行终端位于作业地块外时，执行终端位于A位置，并形成当前位置坐标。图3中作业路径的位于最左侧的备选坐标D2作为与进入路径连接的连接点(其中，D为由目标特征在地图中所形成的地图坐标范围，D1和D2分别是备选坐标线段中的任意一个备选坐标)，需要进一步筛选出从A位置移动至该连接D2所形成的最近的进入路径。图3所示出的应用场景优选为执行终端为机器人的应用场景，需要进一步规划从当前位置坐标从地块外、并沿着列通道方向移动至连接D2的路径。图3中双点划虚线为执行终端在具有当前位置坐标A沿地块***进入作业地块的进入路径并形成C位置(进地块位置-1)，实线箭头为执行终端在具有前位置坐标A沿地块***进入作业地块的进入路径B位置(进地块位置-2)。此时比较A位置移动至C位置的路径长度与C位置沿列通道移动至孤立备选坐标D2的路径长度之和相对于A位置移动至B位置的路径长度与B位置沿列通道移动至孤立备选坐标D2的路径长度之和，哪个路径最短，则作为最合理的进入路径，从而最终确定进入地块位置。在本实施例中，证明从C位置进入地块并移动至孤立备选坐标D2的路径是最短的，从而确定从C位置进入作业地块。通过进一步优化进入路径，不仅可以减少路径长度，还可减少路径穿越植株行的次数，从而降低了作业难度。

在另一种实施例中，参考图5所示，应用场景优选为执行终端为人的应用场景。人可携带导航装置执行作业，确定从当前位置坐标A到作业路径的最近的端点坐标，即为D2，按照实现规划从A点到达D2点的路径，可将作业路径长度降至最小。

提取目标特征在地图中所对应的地图坐标范围，通过获取的包含目标特征的作业对象的图像获得，该图像携带精准位置信息，可通过图像计算地图坐标范围，进而保证路径规划准确性；优选的，该位置信息通过例如基于RTK(Real-time kinematic)校准的定位设备而确定。当执行终端根据作业路径导航至任意一个目标特征对应的备选坐标时，响应于用户的确定操作触发所述执行终端的定位***以获得当前位置坐标，结合所述作业路径中规划的当前位置对应的备选坐标以修正剩余的作业路径，从而可以提高作业路径精度。进一步的，当执行终端到达第一个目标特征，并且经过机器人或人确认搜索到目标特征后，触发执行终端的定位***获得当前位置坐标，与作业路径中规划的备选坐标进行配对，对剩余还未移动的剩余作业路径进行校准，可不断实现对作业路径的校准，提高作业路径准确度。

结合图5所示，在本实施例中，该导航方法还包括：判断当前位置坐标(即图3或者图4中的A点)是否位于作业地块内部，若是，规划自当前位置坐标至达到作业路径的端点坐标的轨迹，通过地图确认列通道间距，以确定自当前位置坐标达到作业路径的端点坐标之间所需要穿越列通道的数量，进而可依据该信息提示人移动，提高人的使用体验。列通道间距为相邻两个列通道的中心线所形成的横向距离。

参图4所示，在孤立备选坐标D2处完成对目标特征D所适配的作业后，跨越植株行至图4中左起第三个母本植株列通道中的位置S1。在对位置S1右侧的作业对象所含目标特征执行适配的作业后沿左起第三个母本植株列通道向下移动不断作业至位置S2，并在位置S2的作业执行完毕后横向跨越多个母本植株列通道及一个父本植株列通并达到图4中的位置S3。在位置S3的作业执行完毕后继续向上沿母本植株列通道移动作业至位置S4，然后横向跨越至右侧的母本植株列通道并到达位置S5。然后沿位置S5所在母本植株列通道向下移动至位置S6。然后横向跨越植株行至位置S7，以在位置S7处的作业执行完毕后，最后沿最右侧的母本植株列通道向上移动至最后一个包含目标特征的作业对象所确定的备选坐标附近的位置S8。在位置S8处的作业执行完毕后，横向移动出作业地块(即位置E离开地块)或者继续沿最右侧的母本植株列通道向上移动并移动出作业地块。图4所示出的实例更适用于执行终端为机器人等地面作业设备，且机器人在横向跨越植株行相对于斜向跨越植株行具有更短的跨越距离，从而进一步减少了机器人在执行跨行时对植株等农作物所可能造成的伤害。

参图5所示，当执行终端为人时，在确保作业路径最短的前提下，可直接跨越多个植株行并都达到孤立备选坐标D2。在孤立备选坐标D2处完成对目标特征D所适配的作业后，继续跨越植株行至图5中左起第三个母本植株列通道中的位置S1。在对位置S1右侧的作业对象所含目标特征执行适配的作业后沿左起第三个母本植株列通道向下移动至位置S2，并在位置S2的作业执行完毕后，继续以斜向跨越植株行的移动方式移动至位置S3。然后沿着位置S3所在母本植株列通道向下移动并达到位置S4。然后横向跨越植株行并达到位置S5最后沿最右侧的母本植株列通道向上移动至最后一个包含目标特征的作业对象所确定的备选坐标附近的位置S6，以在作业执行完毕后，横向移动出作业地块(即位置E离开地块)或者继续沿最右侧的母本植株列通道向上移动并移动出作业地块。

在本实施例中，该导航方法还包括：从剩余的备选坐标区域对或者备选坐标线段对中，遍历聚集度以确定同一列通道中连接多个备选坐标所形成的连线，直至同一列通道中的聚集度为1时，顺次连接连线和若干孤立备选坐标区域对或者若干孤立备选坐标线段对中的任一点备选坐标或孤立的备选坐标对中的任一点备选坐标，以确定最短路径为作业路径。通过不断确定连线，可最大限度保证在同一通道中执行最多的作业次数，减少作业路径跨越植株行的次数，提高作业适用性。

当同一地图坐标范围的备选坐标区域或备选坐标线段或备选坐标落入相邻列通道的聚集度相同时，选择连线较短的一侧作为确定的直线段，根据聚集度所确定的位于同一列通道中由备选坐标所形成的直线段，首尾连接连线所形成的最短路径作为作业路径。当同一地图坐标范围的相邻列通道的聚集度相同时，优选确定连线较短的一侧作为作业路径，可进一步减小路径长达，进而提高作业效率。

本实施例所揭示的导航方法可避免使用显著性图像空间的特征学习或者AI算法等基于图像识别等复杂计算机算法所导致确定包含目标特征的作业对象的准确坐标位置，并最终形成的作业路径所存在的计算开销过大，对计算装置硬件过高的技术问题，能够仅仅对包含目标特征的作业对象的图像进行识别获得地图坐标范围，进而通过地图坐标范围附近的备选坐标实现最合理的作业路径，彻底解决传统作业设备由于作业地块环境复杂无法准确达到目标特征，由于作业地块中穿越植株行困难无法连续作业的技术问题，具有导航路径准确、导航路径短、穿越植株行数量少的优点，可显著减低作业难度、提高作业效率，尤其是能够实现在规划较短或者最短的作业路径的同时，还解决了在跨越作业对象所形成的行(即植株行)时所存在的容易伤害作业对象的技术问题。

实施例二：

结合图6所示，基于实施例一所揭示的导航方法，本实施例还揭示了导航方法的第二种具体实施方式。

在本实施例中，作业路径沿列通道长度迂回规划，并在切换列通道时形成的部分作业路径位于作业地块外。参图6所示，人或者机器人从E位置作为进地块位置沿最右侧的列通道移动，并首先移动至位置S6后向左侧聚集度为5的母本植株列通道下方的位置S5移动，从而完成第一次切换列通道操作。然后继续沿着位置S5沿母本植株列通道向上移动并达到位置S4，然后继续向左移动至位置S3，从而完成第二次切换列通道操作。然后继续沿着位置S3沿母本植株列通道向下移动至位置S2。然后继续向左移动至位置S1，从而完成第三次切换列通道操作。最后，人或者机器人沿着最左侧的母本植株列通道向上移动，并在完成对最左侧的作业对象右侧所形成的孤立备选坐标D2(参图3所示)执行最后一次与目标特征所适配的作业后，完成整个作业流程并最终沿最左侧的母本植株列通道向上移动从位置B作为出地块位置离开作业地块。需要说明的是，人或者机器人还可以将位置B作为进地块位置并沿着图6中点划虚线示出的作业路径以相反方向移动并最终从位置E处离开作业地块。本实施例所揭示的导航方法尤其适合机器人在母本植株列通道中移动的应用场景，机器人在切换列通道时处于作业地块外部且沿母本植株列通道移动时不会对植株等农作物造成伤害，且更加易于实现。

本实施例与实施例一所揭示的导航方法中基于相同技术方案的，参实施例一所述，在此不再赘述。

实施例三：

结合图12及图13所示，结合实施例一和/或实施例二所揭示的导航方法的技术方案，本实施例还揭示了一种对包含目标特征的作业对象执行导航的导航装置(以下简称“导航装置”)。导航装置40(40’)运行实施例一和/或实施例二所揭示的导航方法的步骤及技术方案。

结合图12所示，一种导航装置40，对包含目标特征的作业对象执行导航，并确定进入路径或者作业路径或者同时确定进入路径与作业路径。具体的，该导航装置40包括：地图获取单元41、图像获取单元43及路径规划单元42。

地图获取单元41，用于获取包含作业地块的地图。地图获取单元41被配置为能够以离线方式或者在线方式获取作业地块的地图的无线通信模块，也可被配置为对作业地块进行航拍的成像设备。地图包含作业地块中的作业对象、作业生长情况的图像信息和地理信息。地图获取单元41获取的地图同时发送至图像获取单元43与路径规划单元42。

图像获取单元43，获取作业地块中包含目标特征的作业对象的图像，提取目标特征在地图中所对应的地图坐标范围。

路径规划单元42，用于获取作业对象在地图中形成的列通道，将地图坐标范围横向延伸并与相邻列通道重叠的区域作为包含两个备选坐标区域的备选坐标区域对。然后，基于统计落入同一列通道的备选坐标区域的数量，以确定备选坐标区域在列通道中的聚集度，以根据聚集度确定同一列通道中由备选坐标区域对(或者备选坐标线段对或者备选坐标对)中的任一备选坐标区域(或者备选坐标线段或者备选坐标)中包含的任一备选坐标所形成的连线，剔除连线所属列通道延伸方向所包含的备选坐标区域对所属备选坐标区域对(或者备选坐标线段对或备选坐标对)中的另一个备选坐标区域(或者备选坐标线段或备选坐标)，以获得孤立备选坐标区域对(或者孤立备选坐标线段对或备选坐标对)，确定顺次连接连线与孤立备选坐标区域对(或者孤立备选坐标线段对或备选坐标对)中任一孤立备选坐标区域(或者孤立备选坐标或备选坐标)中的任一所备选坐标形成作业路径。路径规划单元42最终形成的进入路径及作业路径最终在于路径规划单元42相通信的可视化界面44予以实时显示。备选坐标是备选坐标区域中的一个或者多个坐标，或者是备选坐标线段中的一个或者多个坐标，前述备选坐标位于列通道。

导航装置40控制至少一个执行终端50，执行终端50在导航装置40所确定的作业路径对作业地块中包含目标特征的作业对象执行作业，执行终端50包括地面作业设备(例如具有摘除母本玉米植株上偶发的雄穗的机械臂的无人车)或者人。

参图13所示，作为前述导航装置40的一种合理变形，本实施例还揭示了一种导航装置40’。该导航装置40’还包括：用以修正作业路径的修正单元45。当执行终端位于作业地块内并寻找到第一个目标特征时，根据定位***获得当前位置坐标，结合作业路径中规划的第一个目标特征对应的备选坐标，通过修正单元45修正剩余未执行的作业路径。具体的，当执行终端位于作业地块内寻找到第一个目标特征时，响应于用户的确定操作触发所述执行终端的定位***(例如地面作业设备自带的GPS定位***或者GPS定位软件或者北斗定位***或者经过RTK校准的定位***等)以获得实时位置坐标，比较实时位置坐标与构成作业路径上所对应的备选坐标之间的绝对差值，以通过所述绝对差值对构成作业路径中剩余的备选坐标予以修正，以修正作业路径。

结合图7所示，被预先确定的地图坐标范围横向延伸并与相邻列通道重叠的区域作为包含两个备选坐标区域的备选坐标区域对，即备选坐标区域Q11与备选坐标区域Q12。当人沿已经生成的作业路径从上向下运动至备选坐标区域Q11以内时，如果发现备选坐标区域Q11左侧的母本植株(即第一个目标特征)上不存在目标特征F1，则继续向下行走。若向下行走5米后发现了目标特征F1，则通过定位***获取实时位置坐标，比较实时位置坐标与构成作业路径上所对应的备选坐标之间的绝对差值，从而确定基于原始的图像所确定的备选坐标与实时位置坐标之间沿列通道所形成的绝对差值。此种绝对差值既可以沿列通道提前出现，也可以沿列通道延迟出现。那么此时，就可以根据绝对差值确定作业路径中的备选坐标在作业地块中所形成的真实的坐标，进而确定最准确的备选坐标。

由于作业地块中各个目标特征在一定时间内不会发生变化，所以只要确定第一个目标特征所形成的绝对差值，就能够适应性地校准作业地块中其他目标特征所确定备选坐标所构成的作业路径，有效地防止定位误差的持续发生与错误累加，从而根本上解决了坐标位置存在误差所导致的作业路径规划不合理及不准确的技术问题。当然，在本实施例中，还可人或者地面作业设备移动至第二个、第三个或者第n个作业对象所形成的实时位置坐标与构成作业路径上所对应的备选坐标之间的绝对差值，从而确定基于原始的图像所确定的备选坐标与实时位置坐标之间沿列通道所形成的绝对差值，以持续地或者间隔地执行误差修正处理，以修正作业路径。

本实施例所揭示的导航装置40(40’)与实施例一和/或实施例二所揭示的导航方法具有相同部分的技术方案，参实施例一和/或实施例二所示，在此不再赘述。

实施例四：

参图14所示，本实施例还揭示了一种电子设备500的一种具体实施方式。

该电子设备500包括：处理器51，存储器52，以及在处理器51与存储器52之间建立通信连接的通信总线53。处理器51用于执行存储器52中存储的一个或者多个程序，以实现如实施例一所揭示的一种对包含目标特征的作业对象的导航方法的步骤。该存储器52由存储单元521～存储单元52j组成，参数j取大于或者等1的正整数。该电子设备500可被理解为计算机，集群服务器或者云平台或者一种移动手持电子设备。电子设备500可视为实施例三所揭示的导航装置40(40’)的一部分或者逻辑上整体包含导航装置40(40’)；甚至，可将导航装置40(40’)与作为在列通道中自主行走或者能够执行跨越列通(或者跨越父本植株及母本植株)的机器人的一部分。

本实施例所揭示的电子设备500所依赖/包含的对包含目标特征的作业对象的导航方法的具体技术方案，请参实施例一和/或实施例二所述，在此不再赘述。电子设备500嵌布形成一可视化界面44，以通过可视化界面44显示由对包含目标特征的作业对象的导航方法输出的作业路径。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.对包含目标特征的作业对象的导航方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取包含作业地块的地图；

获取作业地块中包含目标特征的作业对象的图像，确定所述目标特征在地图中的地图坐标范围；

获取作业对象在地图中形成的列通道，将所述地图坐标范围横向延伸并与相邻列通道重叠的区域作为包含两个备选坐标区域的备选坐标区域对；

统计落入同一列通道的备选坐标区域的数量，以确定所述备选坐标区域在列通道中的聚集度，根据所述聚集度确定同一列通道中由备选坐标区域对中的任一备选坐标区域中包含的任一备选坐标所形成的连线，剔除连线所属列通道延伸方向所包含的备选坐标区域所属备选坐标区域对中的另一个备选坐标区域，以获得孤立备选坐标区域对，确定顺次连接所述连线与孤立备选坐标区域对中任一孤立备选坐标区域中的任一备选坐标所形成的路径作为作业路径。

2.根据权利要求1所述的导航方法，其特征在于，所述导航方法包括：

提取所述目标特征在地图中所对应的地图坐标；

获取作业对象在地图中形成的列通道，将所述地图坐标沿垂直于列通道方向横向延伸并与相邻列通道重叠的线段作为包含两个备选坐标线段的备选坐标线段对，其中，所述备选坐标为所述备选坐标线段中的任一由图像的像素点所确定的坐标；

统计落入同一列通道的备选坐标线段的数量，以确定所述备选坐标线段在列通道中的聚集度，根据所述聚集度确定同一列通道中由备选坐标线段对中的任一备选坐标线段中包含的任一备选坐标所形成的直线段，剔除直线段所属列通道延伸方向所包含的备选坐标线段所属备选坐标线段对中的另一个备选坐标线段，以获得孤立备选坐标线段对，确定顺次连接直线段与孤立备选坐标线段对中任一孤立备选坐标线段中包含的任一备选坐标所形成的路径为作业路径。

3.根据权利要求2所述的导航方法，其特征在于，所述作业路径沿所述列通道长度迂回规划，并使切换列通道时形成的部分作业路径位于作业地块外。

4.根据权利要求2所述的导航方法，其特征在于，还包括：

当执行终端位于作业地块外时，确定执行终端所形成的当前位置坐标，并规划从当前位置坐标进入作业地块的进入路径，计算当前位置坐标连接所述作业路径所形成的最短路径为进入路径，并可视化显示于嵌布于所述终端设备的可视化界面中，所述进入路径为自所述当前位置坐标至所述作业路径的端点坐标的轨迹。

5.根据权利要求4所述的导航方法，其特征在于，当执行终端位于作业地块内寻找到第一个所述目标特征时，响应于用户的确定操作触发所述执行终端的定位***以获得实时位置坐标，比较实时位置坐标与构成作业路径上所对应的备选坐标之间的绝对差值，以通过所述绝对差值对构成作业路径中剩余的备选坐标予以修正，以修正作业路径。

6.根据权利要求4所述的导航方法，其特征在于，还包括：判断当前位置坐标是否位于作业地块内部，若是，规划自所述当前位置坐标至所述作业路径的端点坐标之间的轨迹，通过所述地图确认列通道间距，以确定自所述当前位置坐标达到所述作业路径的端点坐标之间所需要穿越列通道的数量。

7.根据权利要求1所述的导航方法，其特征在于，所述包含目标特征的作业对象的图像为包含目标特征的母本植株的图像，所述目标特征包括母本植株中的雄穗、花苞、残枝、果实中的一种或任意几种特征。

8.根据权利要求2至7中任一项所述的导航方法，其特征在于，还包括：从剩余的备选坐标区域对或者备选坐标线段对中，遍历聚集度以确定同一列通道中连接多个备选坐标区域或者备选坐标线段所形成的连线，直至同一列通道中的聚集度为1时，顺次连接连线和若干孤立备选坐标区域对或者若干孤立备选坐标线段对中包含的任一点备选坐标，以确定最短路径为作业路径。

9.根据权利要求8所述的导航方法，其特征在于，当同一地图坐标范围的备选坐标区域或备选坐标线段在相邻的列通道中的聚集度相同时，选择连线较短的一侧作为确定的直线段，根据所述聚集度所确定的位于同一列通道中由备选坐标所形成的直线段，首尾连接所述直线段所形成的最短路径作为作业路径。

10.根据权利要求8所述的导航方法，其特征在于，还包括：

判断地图坐标范围是否与列通道重合，若是，将与所述列通道重合的重合区域作为备选坐标区域。

11.一种导航装置，对包含目标特征的作业对象执行导航，

其特征在于，所述导航装置包括：

地图获取单元，获取包含作业地块的地图；

图像获取单元，获取作业地块中包含目标特征的作业对象的图像，提取所述目标特征在地图中的地图坐标范围；

路径规划单元，用于获取作业对象在地图中形成的列通道，将所述地图坐标范围横向延伸并与相邻列通道重叠的区域作为包含两个备选坐标区域的备选坐标区域对；基于统计落入同一列通道的备选坐标区域的数量，以确定所述备选坐标区域在列通道中的聚集度，以根据所述聚集度确定同一列通道中由备选坐标区域对中的任一备选坐标区域中包含的任一备选坐标所形成的连线，剔除连线所属列通道延伸方向所包含的备选坐标区域对所属备选坐标区域对中的另一个备选坐标区域，以获得孤立备选坐标区域对，确定顺次连接所述连线与孤立备选坐标区域对中任一孤立备选坐标区域中的任一所备选坐标形成作业路径；

所述导航装置控制至少一个执行终端，所述执行终端以导航装置所确定的作业路径对地块中包含目标特征的作业对象执行作业，所述执行终端包括地面作业设备或者人。

12.一种电子设备，其特征在于，包括：

处理器，存储器，以及

在处理器与存储器之间建立通信连接的通信总线；

所述处理器用于执行存储器中存储的一个或者多个程序，以实现如权利要求1至10中任一项所述的对包含目标特征的作业对象的导航方法；

所述电子设备嵌布形成一可视化界面，以通过所述可视化界面显示由所述包含目标特征的作业对象的导航方法输出的作业路径。