本發明涉及農業工程與智能導航，尤其涉及一種基于正攝影像下苗點空間位置關系的主航線生成方法。
背景技術：
1、隨著智能農業裝備的快速發展，自主導航能力已成為田間作業機器人實現高效作業的關鍵技術之一。尤其在作物行間作業場景中，導航路徑的精準性直接影響到作業效率與作物保護效果。
2、當前農業導航路徑生成方法多基于圖像擬合或集合建模策略，雖具備一定的通用性，但往往忽略了作物苗點的實際空間位置關系，導致生成路徑偏離真實苗帶分布，增加設備車輪對作物根部的壓傷風險。此外，田間環境復雜，苗點分布不均、地形起伏、圖像噪聲等因素進一步加劇了路徑規劃的難度。
3、針對上述問題，本發明提出一種基于正攝影像下苗點位置關系的主航線生成方法。該方法利用無人機或高位相機獲取的田間正攝影像，通過圖像分割、邊界去除、苗點識別與結果拼接，構建目標地塊內苗點的空間位置關系，并結合動態搜索半徑與方向約束策略生成連續主航線。該方法能夠最大限度貼合作物實際生長位置，提升路徑精度與魯棒性，適應復雜地形與苗點分布環境，為農業機器人提供更安全可靠的導航路徑。
技術實現思路
1、本發明的目的是為了解決現有技術中現有農業導航路徑生成方法普遍采用集合擬合策略，在路徑構建過程中忽略或模糊了作物的實際空間位置關系，導致生成路徑偏離真實苗點分布，進而增加設備車輪對作物根部的壓傷風險的問題，而提出的一種基于正攝影像下苗點空間位置關系的主航線生成方法。
2、為了實現上述目的，本發明采用了如下技術方案：
3、一種基于正攝影像下苗點空間位置關系的主航線生成方法，包括以下步驟：
4、s1：獲取目標地塊的作物正攝影像，對所述正攝影像進行分割與邊界檢測，去除無信息區域，得到若干有效小塊影像；
5、s2：對每個所述有效小塊影像進行苗點識別，提取苗點坐標信息，并將識別結果拼接，構建完整的目標地塊苗點集合，確定苗點空間位置關系；
6、s3：初始化路徑生成參數，包括：設定當前導航點、初始化搜索半徑范圍、定義最大搜索半徑與最小步長，并設定預探索苗點數量閾值；
7、s4：在每輪迭代中，計算苗點集合中各苗點與當前導航點之間的空間距離，篩選出滿足當前搜索半徑約束的候選苗點集合，并從所述候選苗點集合中排除已記錄在已訪問集合中的苗點以及方向偏離集合中的苗點；
8、s5：根據預設參考方向，對篩選后的候選苗點集合進行方向約束，選擇與當前導航方向夾角在預設范圍內的苗點作為目標導航點，將所述目標導航點加入已訪問集合，并更新當前導航點；
9、s6：當在所述預設范圍內未篩選到目標導航點時，進入轉彎模式，調整搜索區域為垂直于當前航向方向的扇形區域，在所述扇形區域內重新篩選目標導航點；
10、s7：重復步驟s4至s6，直至滿足路徑生成終止條件，輸出由所有目標導航點構成的主航線。
11、作為優選方案，所述步驟s4中，若在當前搜索半徑下篩選出的候選苗點集合數量小于所述預探索苗點數量閾值，則逐步擴大搜索半徑，直至候選苗點集合數量達到所述閾值或搜索半徑達到所述最大搜索半徑。
12、作為優選方案，所述步驟s4中的方向偏離集合，用于記錄與當前主航向夾角雖在預設范圍內、但其方向象限與主航線前進方向不一致的苗點，以避免路徑出現反向跳躍或折返。
13、作為優選方案，所述步驟s6中，轉彎模式下的搜索區域為扇形區域，其角度范圍預設為閾值，目標導航點的選擇優先考慮方向連續性和與當前導航點的垂直距離，以保證路徑平滑過渡。
14、作為優選方案，所述步驟s7中的路徑生成終止條件包括：在直行模式與轉彎模式下均無法篩選出有效候選苗點、連續多輪搜索無有效候選點、或當前搜索半徑已達到最大搜索半徑且候選集合數量仍小于預探索苗點數量閾值。
15、作為優選方案，所述方法既適用于對無人機拍攝的正攝影像進行離線集中處理后生成主航線并下發至作業設備，也適用于搭載前瞻性攝像頭的設備在田間作業過程中進行實時計算與路徑生成。
16、一種基于正攝影像下苗點空間位置關系的主航線生成系統，包括：
17、影像獲取與預處理模塊：用于獲取目標地塊的作物正攝影像，并對所述正攝影像進行分割與邊界檢測，去除無信息區域，得到若干有效小塊影像；
18、苗點識別與定位模塊：用于對每個所述有效小塊影像進行苗點識別，提取苗點坐標信息，并將識別結果拼接，構建完整的目標地塊苗點集合，確定苗點空間位置關系；
19、參數初始化模塊：用于初始化路徑生成參數；
20、候選點篩選模塊：用于在每輪迭代中，根據當前導航點和搜索半徑篩選候選苗點集合，并排除已訪問集合以及方向偏離集合中的苗點；
21、目標點確定模塊：用于根據方向約束從候選苗點集合中選取目標導航點，更新當前導航點并記錄已訪問集合；
22、轉彎模式控制模塊：用于在直行方向無候選點時，切換至垂直于當前航向方向的扇形區域進行搜索；
23、路徑生成與終止模塊：用于控制迭代過程，并在滿足終止條件時輸出由所有目標導航點構成的主航線。
24、作為優選方案，所述候選點篩選模塊還用于，在當前搜索半徑下的候選苗點集合數量小于預探索苗點數量閾值時，逐步擴大搜索半徑直至達到所述閾值或最大搜索半徑。
25、作為優選方案，所述轉彎模式控制模塊中，目標導航點的選擇優先考慮方向連續性和與當前導航點的垂直距離。
26、相比現有技術，本發明的有益效果為：
27、1.精準貼合實際作物位置，降低作物損傷風險；
28、本發明摒棄了傳統基于集合擬合或固定行距的路徑生成方式，直接以正攝影像中提取的實際苗點坐標作為路徑生成的依據。生成的主航線最大限度地貼合作物真實生長位置，使農業設備的行走機構能夠精準穿行于苗點之間，有效規避作物根部區域，顯著降低設備車輪對作物的壓傷風險，提升田間作業的安全性。
29、2.動態適應苗點分布變化，保證路徑連續性；
30、通過引入動態搜索半徑機制，本發明能夠根據苗點密度的局部變化自適應調整搜索范圍，當苗點稀疏時，算法自動擴大搜索半徑以尋找后續點，避免路徑中斷；當苗點密集時，保持適當步長，確保路徑緊貼苗帶，有效解決了田間苗點分布不均帶來的路徑規劃難題，使生成的主航線具有良好的連續性。
31、3.智能方向約束與糾偏，確保路徑方向一致性；
32、本發明設置方向偏離集合，用于記錄與主航向方向象限不一致的異常苗點，并在候選點篩除中予以排除，避免了路徑出現反向跳躍、折返或鋸齒狀偏移，同時，在每輪迭代中引入方向約束篩選，保證路徑沿著作物行方向穩定延伸，即使在作物種植存在輕微偏移時也能實現方向矯正，顯著提升路徑的合理性與魯棒性。
33、4.平滑轉彎過渡，適應田塊邊界作業；
34、當檢測到方向突變或接近地塊邊界時，本發明自動切換至轉彎模式，將搜索區域調整為垂直于航向的扇形區域，并優先選擇方向連續性強、垂直距離小的苗點作為目標點。該策略確保了作物行末端的路徑能夠平滑過渡，避免了生硬的急轉彎，為農業設備在田頭掉頭提供了可靠的導航引導。
35、5.雙重應用模式，兼顧離線精度與在線實時性；
36、本發明既支持對無人機采集的正攝影像進行離線高精度處理，生成全局最優主航線后下發至作業設備；也支持搭載前瞻性攝像頭的設備在田間進行在線實時計算與路徑生成。這種靈活的應用模式兼顧了實驗室級的高精度處理與田間作業的實時性需求，適應性強，應用前景廣闊。
37、6.適配臂展式農機設備，進一步提升作業保護能力；
38、針對臂展式農用設備，本發明生成的主航線能夠使設備的主體行走機構精準位于作物行間，而其臂展作業機構則覆蓋預設數量的作物行，這種針對性的路徑規劃在保證作業幅寬的同時，最大限度地減少了設備主體對作物的碾壓，為大型農機的精細化作業提供了技術支撐。