用于自主田地导航的系统和方法与流程

背景技术：

1、全球每年的农业产值达数万亿美元。农业是粮食生产的基本组成部分，并且包括牲畜和植物的培养。人口增加和气候变化导致的作物产量下降威胁着全球粮食安全。通过提高作物产量和提高劳动效率来增加农业生产的方法可以帮助缓解粮食短缺。需要具有更高自主性和精确度的导航系统来提高农耕效率。

技术实现思路

1、在各个方面，本公开提供一种用于自主驾驶车辆的系统，所述系统包括：用于驱动所述车辆的转向控制器；联接到所述转向控制器的处理器，其中所述处理器被配置为确定第一转向区，所述第一转向区对应于具有第一田地离开位置的第一田地离开路径和第一田地再进入路径并且具有第一田地再进入位置，其中所述第一转向区以外边界和内边界为界，其中所述外边界围住所述内边界，其中所述内边界延伸穿过所述第一田地离开位置和所述第一田地再进入位置，并且其中所述内边界围住种植区域田地；联接到所述处理器的位置传感器，所述位置传感器用于识别所述车辆的位置；以及联接到所述处理器的存储指令的存储器，所述指令在由所述处理器执行时使所述转向控制器通过以下方式来执行第一转弯：在所述内边界处沿着所述第一田地离开路径向着所述第一田地离开位置驾驶所述车辆，当在所述第一田地离开位置碰到所述内边界时，向着第一前进位置驾驶所述车辆，当碰到所述外边界时，使所述车辆向着第一校正位置倒车，当达到所述第一校正位置时，向着所述第一前进位置驾驶所述车辆，当达到所述第一前进位置时，使所述车辆向着第一倒车位置倒车，当达到所述第一倒车位置或碰到所述外边界时，在所述内边界处向着所述第一田地再进入位置向前驾驶所述车辆。

2、在一些方面，所述第一前进位置基于车辆转弯半径和车辆宽度而相对于所述第一田地再进入位置定位。在一些方面，所述第一前进位置定位成与所述第一田地再进入路径相反的方向上与所述第一田地再进入位置相距至少一个车辆宽度并且在与所述第一田地离开位置相反的方向上与所述第一田地再进入位置相距至少一个车辆转弯半径。在一些方面，第一前进航向平行于将所述第一田地离开位置连接到所述第一田地再进入位置的线。在一些方面，所述第一校正位置基于车辆长度而相对于所述第一田地离开位置定位。在一些方面，所述第一校正位置定位成在与所述第一田地再进入位置相反的方向上与所述第一田地离开位置相距至少一个车辆长度。在一些方面，所述第一倒车位置基于车辆长度而相对于所述第一田地再进入位置定位。在一些方面，所述第一倒车位置定位成在与所述第一田地再进入路径相反的方向上与所述第一田地再进入位置相距至少一个车辆长度。在一些方面，所述第一田地再进入位置沿着所述内边界定位。在一些方面，所述第一田地离开路径、所述第一田地再进入路径或两者是线性的。在一些方面，所述第一田地离开路径平行于所述第一田地再进入路径。

3、在一些方面，所述内边界是曲线的。在一些方面，所述外边界是曲线的。在一些方面，所述内边界的介于所述第一田地离开位置与所述第一田地再进入位置之间的区域不垂直于所述第一田地离开路径、所述第一田地再进入路径或两者。在一些方面，所述内边界围住田地。在一些方面，所述外边界由外部地理围栏围住。在一些方面，所述外边界与所述外部地理围栏隔开至少一个车辆长度。在一些方面，所述第一田地离开路径与所述第一田地再进入路径隔开犁沟间隔距离。在一些方面，所述第一田地离开路径、所述第一田地再进入路径或两者平行于所述田地中的犁沟。

4、在一些方面，所述第一转弯进一步通过以下方式来执行：在到达所述第一倒车位置之前并且碰到所述外边界时，使所述车辆向着所述第一田地再进入位置倒车；以及当达到定向在除沿着所述第一田地再进入路径以外的方向上的所述第一田地再进入位置时，使所述车辆向着所述第一倒车位置倒车。在一些方面，所述第一转弯是实时确定的、自适应确定的或两者兼有。在一些方面，所述第一转弯随着所述第一转弯的执行而更新。

5、在一些方面，所述处理器还被配置为确定第二转向区，所述第二转向区对应于具有第二田地离开位置的第二田地离开路径和第二田地再进入路径并且具有第二田地再进入位置，其中所述第二转向区以所述外边界和所述内边界为界，其中所述内边界延伸穿过所述第二田地离开位置和所述第二田地再进入位置；并且其中所述指令还使所述转向控制器通过以下方式来执行第二转弯：沿着所述第二田地离开路径向着第二田地离开位置驾驶所述车辆；当在所述第二田地离开位置处碰到所述内边界时，向着第二前进位置驾驶所述车辆；当达到所述第二前进位置时，使所述车辆向着第二倒车位置倒车；当达到所述第二倒车位置或碰到所述外边界时，使所述车辆向着所述内边界处的第二田地再进入位置倒车。在一些方面，所述第一转弯和所述第二转弯不同。在一些方面，所述第二转弯是实时确定的、自适应确定的或两者兼有。在一些方面，所述第二转弯随着所述第一转弯的执行而更新。

6、在一些方面，所述处理器还被配置为检测所述第一田地再进入位置与所述第二田地离开位置之间的犁沟。在一些方面，所述过程被配置为识别田地的深度图像和所述田地的视觉图像中的犁沟，确定犁沟位置，并且确定犁沟方向。在一些方面，识别所述犁沟还包括从所述视觉图像生成分段图。在一些方面，确定所述犁沟方向还包括从所述深度图像确定所述犁沟的中心。在一些方面，确定所述犁沟位置和确定所述犁沟方向还包括确定所述视觉图像的对应于所述犁沟的像素的位置值和方向值。在一些方面，所述处理器还被配置为基于所述位置值和所述方向值来确定代表性位置和代表性方向，其中所述代表性位置对应于所述犁沟位置并且所述代表性方向对应于所述犁沟方向。

7、在一些方面，所述指令在由所述处理器执行时还使所述转向控制器沿着所述犁沟行进到达所述第二田地离开位置。在一些方面，所述第一田地离开位置、所述第一田地离开路径、所述第一田地再进入位置、所述第一田地再进入路径、所述第一前进位置、所述第一校正位置、所述第一倒车位置、所述第二田地离开位置、所述第二田地离开路径、所述第二田地再进入位置、所述第二田地再进入路径、所述第二前进位置、所述第二倒车位置或其组合是基于传感器输入确定的。在一些方面，所述第一田地离开位置、所述第一田地离开路径、所述第一田地再进入位置、所述第一田地再进入路径、所述第一前进位置、所述第一校正位置、所述第一倒车位置、所述第二田地离开位置、所述第二田地离开路径、所述第二田地再进入位置、所述第二田地再进入路径、所述第二前进位置、所述第二倒车位置或其组合是实时确定的。在一些方面，所述第一田地离开位置、所述第一田地离开路径、所述第一田地再进入位置、所述第一田地再进入路径、所述第一前进位置、所述第一校正位置、所述第一倒车位置、所述第二田地离开位置、所述第二田地离开路径、所述第二田地再进入位置、所述第二田地再进入路径、所述第二前进位置、所述第二倒车位置或其组合是自适应确定的。在一些方面，所述第一田地离开位置、所述第一田地离开路径、所述第一田地再进入位置、所述第一田地再进入路径、所述第一前进位置、所述第一校正位置、所述第一倒车位置、所述第二田地离开位置、所述第二田地离开路径、所述第二田地再进入位置、所述第二田地再进入路径、所述第二前进位置、所述第二倒车位置或其组合独立于所述车辆的速度。在一些方面，所述第一田地离开位置、所述第一田地离开路径、所述第一田地再进入位置、所述第一田地再进入路径、所述第一前进位置、所述第一校正位置、所述第一倒车位置、所述第二田地离开位置、所述第二田地离开路径、所述第二田地再进入位置、所述第二田地再进入路径、所述第二前进位置、所述第二倒车位置或其组合独立于所述车辆的转向速率。

8、在一些方面，所述处理器还被配置为生成警报以请求人为干预。在一些方面，所述警报在所述车辆在预定的尝试次数之后仍未能到达所述第一田地离开位置、所述第一校正位置、所述第一前进位置、所述第一倒车位置、所述第一田地再进入位置、所述第二田地离开位置、所述第二校正位置、所述第二前进位置、所述第二倒车位置或所述第二田地再进入位置时生成。在一些方面，所述预定的尝试次数为2至10次尝试、3至8次尝试或4至6次尝试。在一些方面，所述预定的尝试次数为约5次尝试。在一些方面，所述警报在所述车辆越过所述外边界或超出所述外边界预定距离时生成。在一些方面，所述预定距离为0.5至1.5个车辆长度。在一些方面，所述预定距离为约一个辆车长度。在一些方面，所述警报在所述系统未能在所述第一田地再进入位置处或在所述第一田地再进入位置与所述第二田地离开位置之间检测到犁沟时生成。在一些方面，所述警报在所述系统检测到障碍物时生成。在一些方面，所述警报被配置为通过网络传输。在一些方面，所述警报包括从所述车辆采集的图像、所述车辆的位置、所述转向控制器的位置、所述车辆的卫星图像或其组合。

9、在一些方面，所述处理器还被配置为在生成所述警报之后接收来自人的指令。在一些方面，所述指令是远程提供的。在一些方面，所述处理器还被配置为在已经提供所述指令之后继续执行所述第一转弯、执行所述第二转弯或沿着所述犁沟行进。在一些方面，所述系统还包括被配置为检测障碍物的障碍物检测传感器。在一些方面，所述障碍物检测传感器包括激光雷达传感器。在一些方面，所述位置传感器包括全球定位系统传感器。在一些方面，所述位置传感器包括照相机。

10、在一些方面，所述车辆是农用车辆。在一些方面，所述车辆是拖拉机、除草机、喷洒器或播种机。

11、在各个方面，本公开提供一种在田地中自主驾驶车辆的方法，所述方法包括：确定转向区，所述转向区对应于具有第一田地离开位置的田地离开路径和第一田地再进入路径并且具有第一田地再进入位置，其中所述第一转向区以外边界和内边界为界，其中所述外边界围住所述内边界，其中所述内边界延伸穿过所述第一田地离开位置和所述第一田地再进入位置，并且其中所述内边界围住种植区域所述田地；在所述内边界处沿着所述第一田地离开路径向着所述第一田地离开位置驾驶所述车辆；当在所述第一田地离开位置碰到所述内边界时，向着第一前进位置驾驶所述车辆；当碰到所述外边界时，使所述车辆向着第一校正位置倒车；当达到所述第一校正位置时，向着所述第一前进位置驾驶所述车辆；当达到所述第一前进位置时，使所述车辆向着第一倒车位置倒车；当达到所述第一倒车位置或碰到所述外边界时，在所述内边界处向着所述第一田地再进入位置向前驾驶所述车辆。

12、在一些方面，所述方法还包括以可变速度驾驶所述车辆。在一些方面，所述方法还包括：在到达所述第一倒车位置之前并且当碰到所述外边界时，使所述车辆向着所述第一田地再进入位置倒车；以及当达到定向在除沿着所述第一田地再进入路径以外的方向上的所述第一田地再进入位置时，使所述车辆向着所述第一倒车位置倒车。

13、在一些方面，所述方法还包括：确定第二转向区，所述第二转向区对应于具有第二田地离开位置的第二田地离开路径和第二田地再进入路径并且具有第二田地再进入位置，其中所述第二转向区以所述外边界和所述内边界为界，其中所述内边界延伸穿过所述第二田地离开位置和所述第二田地再进入位置；沿着所述第二田地离开路径向着第二田地离开位置驾驶所述车辆；当在所述第二田地离开位置处碰到所述内边界时，向着第二前进位置驾驶所述车辆；当达到所述第二前进位置时，使所述车辆向着第二倒车位置倒车；当达到所述第二倒车位置或碰到所述外边界时，使所述车辆向着所述内边界处的第二田地再进入位置倒车。

14、在一些方面，所述方法还包括沿着所述第一田地再进入位置与所述第二田地离开位置之间的犁沟行进。在一些方面，沿着所述犁沟行进包括识别田地的深度图像、所述田地的视觉图像或两者中的所述犁沟，以及确定犁沟位置、犁沟方向或两者。在一些方面，识别所述犁沟还包括从所述视觉图像生成分段图。在一些方面，确定所述犁沟方向还包括从所述深度图像确定所述犁沟的中心。在一些方面，确定所述犁沟位置和确定所述犁沟方向还包括确定所述视觉图像的对应于所述犁沟的像素的位置值和方向值。

15、在一些方面，所述方法还包括基于所述位置值和所述方向值来确定代表性位置和代表性方向，其中所述代表性位置对应于所述犁沟位置并且所述代表性方向对应于所述犁沟方向。在一些方面，所述方法是实时确定的、自适应确定的或两者兼有。在一些方面，所述方法随着所述方法的执行而更新。

16、在一些方面，所述方法还包括基于传感器输入来确定所述第一田地离开位置、所述第一田地离开路径、所述第一田地再进入位置、所述第一田地再进入路径、所述第一前进位置、所述第一校正位置、所述第一倒车位置、所述第二田地离开位置、所述第二田地离开路径、所述第二田地再进入位置、所述第二田地再进入路径、所述第二前进位置、所述第二倒车位置或其组合。在一些方面，所述方法还包括实时地确定所述第一田地离开位置、所述第一田地离开路径、所述第一田地再进入位置、所述第一田地再进入路径、所述第一前进位置、所述第一校正位置、所述第一倒车位置、所述第二田地离开位置、所述第二田地离开路径、所述第二田地再进入位置、所述第二田地再进入路径、所述第二前进位置、所述第二倒车位置或其组合。在一些方面，所述方法还包括自适应地确定所述第一田地离开位置、所述第一田地离开路径、所述第一田地再进入位置、所述第一田地再进入路径、所述第一前进位置、所述第一校正位置、所述第一倒车位置、所述第二田地离开位置、所述第二田地离开路径、所述第二田地再进入位置、所述第二田地再进入路径、所述第二前进位置、所述第二倒车位置或其组合。

17、在一些方面，所述方法还包括生成警报以请求人为干预。在一些方面，所述方法包括在所述车辆在预定的尝试次数之后仍未能到达所述第一田地离开位置、所述第一校正位置、所述第一前进位置、所述第一倒车位置、所述第一田地再进入位置、所述第二田地离开位置、所述第二校正位置、所述第二前进位置、所述第二倒车位置或所述第二田地再进入位置时生成所述警报。在一些方面，所述方法包括在生成所述警报之前尝试到达所述第一田地离开位置、所述第一校正位置、所述第一前进位置、所述第一倒车位置、所述第一田地再进入位置、所述第二田地离开位置、所述第二校正位置、所述第二前进位置、所述第二倒车位置或所述第二田地再进入位置2至10次、3至8次或4至6次。在一些方面，所述方法包括在生成所述警报之前尝试到达所述第一田地离开位置、所述第一校正位置、所述第一前进位置、所述第一倒车位置、所述第一田地再进入位置、所述第二田地离开位置、所述第二校正位置、所述第二前进位置、所述第二倒车位置或所述第二田地再进入位置约5次。

18、在一些方面，所述方法包括在所述车辆越过所述外边界或超出所述外边界预定距离时生成所述警报。在一些方面，所述方法包括在所述车辆超出所述外边界0.5至1.5个车辆长度的距离时生成所述警报。在一些方面，所述方法包括在所述车辆超出所述外边界约一个车辆长度的距离时生成所述警报。在一些方面，所述方法包括在所述系统未能在所述第一田地再进入位置处或在所述第一田地再进入位置与所述第二田地离开位置之间检测到犁沟时生成所述警报。在一些方面，所述方法包括在所述系统检测到障碍物时生成所述警报。在一些方面，所述方法包括通过网络来传输所述警报。

19、在一些方面，所述方法还包括将从所述车辆采集的图像、所述车辆的位置、所述转向控制器的位置、所述车辆的卫星图像或其组合与所述警报一起传输。在一些方面，所述方法还包括在生成所述警报之后接收来自人的指令。在一些方面，所述指令是通过网络接收的。在一些方面，所述方法包括在已经接收到所述指令之后继续执行所述第一转弯、执行所述第二转弯或沿着所述犁沟行进。

20、在一些方面，所述方法还包括利用障碍物检测传感器来检测障碍物。在一些方面，所述障碍物检测传感器包括激光雷达传感器。

21、在一些方面，所述方法由本文所述的系统来执行。

22、在各个方面，本公开提供一种用于检测田地中的犁沟的计算机实现方法，所述计算机实现方法包括：接收田地的深度图像和所述田地的视觉图像；获得有标记图像数据，所述有标记图像数据包括相似犁沟的图像中的犁沟、犁沟位置和犁沟方向；使用所述有标记图像数据来训练机器学习模型以识别犁沟、确定犁沟位置并且确定犁沟方向；通过使用所述深度图像和所述视觉图像作为所述机器学习模型的输入来识别犁沟；通过使用所述深度图像和所述视觉图像作为所述机器学习模型的输入来确定所述犁沟的犁沟位置和犁沟方向。

23、在一些方面，识别所述犁沟还包括从所述视觉图像生成分段图。在一些方面，确定所述犁沟方向还包括从所述深度图像确定所述犁沟的中心。在一些方面，确定所述犁沟位置和所述犁沟方向还包括确定所述视觉图像的对应于所述犁沟的像素的位置值和方向值。

24、在一些方面，所述方法还包括基于所述位置值和所述方向值来确定代表性位置和代表性方向，其中所述代表性位置对应于所述犁沟位置并且所述代表性方向对应于所述犁沟方向。

25、在各个方面，本公开提供一种在田地中导航的方法，所述方法包括使用如本文所述的方法来检测第一条犁沟、沿着所述第一条犁沟引导车辆、沿着田地离开路径离开所述田地、使用如本文所述的系统或如本文所述的方法来操纵所述车辆、在使用如本文所述的方法检测到的第二条犁沟处沿着田地再进入路径再进入所述田地，或其组合。

26、通过引用并入

27、本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请通过引用并入本文，就如同每个单独的出版物、专利或专利申请被具体地和单独地指示通过引用并入本文一样。