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基于航拍图像与改进U-net语义分割的复杂果园路径规划
1
作者
蒲应俊
任安华
+4 位作者
方智恒
李姣姣
赵立军
陈子文
杨明金
《农业工程学报》
北大核心
2025年第13期243-253,共11页
为解决丘陵山区复杂果园作业机器人导航需求,提高果园管理的自动化和智能化水平,该研究提出了一种基于航拍图像与改进U-net语义分割网络的果园作业机器人路径规划方法。首先,利用无人机采集果园不同作业时期的航拍图像,利用改进U-net网...
为解决丘陵山区复杂果园作业机器人导航需求,提高果园管理的自动化和智能化水平,该研究提出了一种基于航拍图像与改进U-net语义分割网络的果园作业机器人路径规划方法。首先,利用无人机采集果园不同作业时期的航拍图像,利用改进U-net网络模型识别果园内果树、石板路、排水沟等关键信息。通过将模型编码器中激活函数替换为Swish、最大池化替换为最大模糊池化提高编码器特征提取能力,在编码器后插入RFB模块、在解码器的每个卷积块后插入SE注意力机制以扩大模型感受野,提升模型对果园不同作业期关键信息的分割能力。然后,利用识别的果树、石板路、排水沟等信息划分果园不可通行区域并构建果园地图。最后,采用改进A^(*)算法对果园地图进行路径规划,将原单向A^(*)算法改为双向A^(*)算法以提升路径规划速度,采用动态启发式函数提高算法规划路径的精度,并采用果园转向端点搜索算法获取路径的转向端点,使规划路径经过果园所有果树。结果显示,改进U-net模型的平均交并比mIoU达到92.25%,与原U-net、Res_U-net、DeeplabV3+、PSPnet相比分别提高了2.34、17.00、7.83、19.11个百分点,且在果园各个作业时期数据集的表现均为最佳。另外,改进A^(*)算法规划路径与果园机器人理想行驶路径的均方根误差在0.278~0.710 m,路径规划平均用时36.87 s,比原A^(*)算法、D^(*)算法以及Dijkstra算法平均用时少3.87、6.21、6.41 s。该研究方法可为实际复杂果园路径规划提供有效参考。
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关键词
导航
机器人
复杂果园
U-net
航拍图像
路径规划
A*算法
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职称材料
题名
基于航拍图像与改进U-net语义分割的复杂果园路径规划
1
作者
蒲应俊
任安华
方智恒
李姣姣
赵立军
陈子文
杨明金
机构
西南大学工程技术学院
丘陵山区智能农机装备
重庆市
重点实验室
重庆市美琪工业制造有限公司
重庆
文理学院智能
制造
工程学院
出处
《农业工程学报》
北大核心
2025年第13期243-253,共11页
基金
国家自然科学基金资助项目(52205284)
重庆市渝北区科技计划项目(2023(农社)06)
+1 种基金
教育部产学合作协同育人项目(231102168202449)
重庆市高等教育教学改革研究项目(232035)。
文摘
为解决丘陵山区复杂果园作业机器人导航需求,提高果园管理的自动化和智能化水平,该研究提出了一种基于航拍图像与改进U-net语义分割网络的果园作业机器人路径规划方法。首先,利用无人机采集果园不同作业时期的航拍图像,利用改进U-net网络模型识别果园内果树、石板路、排水沟等关键信息。通过将模型编码器中激活函数替换为Swish、最大池化替换为最大模糊池化提高编码器特征提取能力,在编码器后插入RFB模块、在解码器的每个卷积块后插入SE注意力机制以扩大模型感受野,提升模型对果园不同作业期关键信息的分割能力。然后,利用识别的果树、石板路、排水沟等信息划分果园不可通行区域并构建果园地图。最后,采用改进A^(*)算法对果园地图进行路径规划,将原单向A^(*)算法改为双向A^(*)算法以提升路径规划速度,采用动态启发式函数提高算法规划路径的精度,并采用果园转向端点搜索算法获取路径的转向端点,使规划路径经过果园所有果树。结果显示,改进U-net模型的平均交并比mIoU达到92.25%,与原U-net、Res_U-net、DeeplabV3+、PSPnet相比分别提高了2.34、17.00、7.83、19.11个百分点,且在果园各个作业时期数据集的表现均为最佳。另外,改进A^(*)算法规划路径与果园机器人理想行驶路径的均方根误差在0.278~0.710 m,路径规划平均用时36.87 s,比原A^(*)算法、D^(*)算法以及Dijkstra算法平均用时少3.87、6.21、6.41 s。该研究方法可为实际复杂果园路径规划提供有效参考。
关键词
导航
机器人
复杂果园
U-net
航拍图像
路径规划
A*算法
Keywords
navigation
robot
complex orchard
U-net
aerial image
path planning
A*algorithm
分类号
S225.912 [农业科学—农业机械化工程]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于航拍图像与改进U-net语义分割的复杂果园路径规划
蒲应俊
任安华
方智恒
李姣姣
赵立军
陈子文
杨明金
《农业工程学报》
北大核心
2025
0
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