农用无人空气动力船的复杂环境感知与避障控制方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31901410
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1302.农艺农机学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

A remote-controlled agricultural unmanned airboat has been developed in Japan to carry out weeding and fertilizing in paddy field or shallow area. However, it is very difficult for the operator to distinguish the position and attitude of the unmanned airboat in the visual range when facing the large faddy field or shallow area. The author developed the GPS-based navigation system for the unmanned airboat to meet the farming work accuracy. However, when the GPS signal is unstable or the unknown obstacles appear, such the developed navigation system cannot make the decision of obstacle avoidance, which may lead to ship collision. Based on the achieved research achievement, this project continues to study on complex environment awareness and obstacle avoidance control method of agricultural unmanned airboat. To study the online nonlinear kinematic modeling method of the agricultural unmanned airboat, to use the stereo machine vision system studies the obstacle fast awareness, recognition and positioning method, and build the obstacle classification model. Refer to the encounter situations of the unmanned airboat and obstacles, make the decision model of obstacle avoidance and research the response transfer function of the turning system and propulsion system in obstacle avoidance control. In order to improve the safety of autonomous navigation, make the effectiveness evaluation of obstacle avoidance control for unmanned airboat. This project is of great significance to realize intelligent weeding and fertilizing used by an agricultural unmanned airboat in China.
日本农机公司研发的遥控式农用无人空气动力船可以代替人力完成水田除草和施肥作业。但是,面对大区块水田时,操作员在视距范围内很难分辨无人船航行状态。因此,笔者在日本留学期间在业内首次开发了基于GPS的船载自动导航系统,满足无人空气动力船的田间作业精度要求。然而,当GPS收信不稳定或出现未知障碍物时,该导航系统无法进行避障控制。本项目拟在原有研究积累的基础上,以农用无人空气动力船的复杂环境感知和避障控制方法研究为主线,研究无人空气动力船的非线性运动模型在线构建方法,利用立体机器视觉系统,研究在非结构化复杂水田环境中障碍物的快速在线感知、识别与定位,并构建障碍物分类模型。根据无人船与障碍物的不同会遇态势,建立避障策略模型。研究避障控制中的转向系统和变速系统的响应传递函数,并对避障控制和复航效果进行科学评价,以提高无人船自动导航的安全性。该研究对实现大规模水田的智能化除草和施肥作业具有重要意义。

结项摘要

农用无人空气动力船等智能农机可以代替人力完成水田除草和施肥作业。基于GPS的船载自动导航系统,可以满足无人空气动力船的田间作业精度要求。然而,当GPS收信不稳定或出现未知障碍物时,该导航系统无法进行避障控制。本项目以农用无人空气动力船的复杂环境感知和避障控制方法研究为主线,研究了无人空气动力船的非线性运动模型和自动控制方法;利用立体机器视觉系统,基于Yolo算法和Deep SORT算法在非结构化复杂水田环境中实现了障碍物的快速在线感知、识别与定位,并构建了田间障碍物(农人、家畜)分类模型。根据无人船与障碍物的不同会遇态势,建立了基于Double-DQN强化学习算法的农机智能避障模型,以提高自动导航的安全性。该研究对实现大规模水田的智能化除草和施肥作业具有重要意义。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Obstacle avoidance method based on double DQN for agricultural robots
基于双DQN的农业机器人避障方法
  • DOI:
    10.1016/j.compag.2022.107546
  • 发表时间:
    2023-01
  • 期刊:
    Computers and Electronics in Agriculture
  • 影响因子:
    8.3
  • 作者:
    Yue Yu;Yufei Liu;Juchun Wang;Noboru Noguchi;Yong He
  • 通讯作者:
    Yong He
Crop Row Segmentation and Detection in Paddy Fields Based on Treble-Classification Otsu and Double-Dimensional Clustering Method
基于三分类Otsu和二维聚类方法的稻田作物行分割与检测
  • DOI:
    10.3390/rs13050901
  • 发表时间:
    2021-02
  • 期刊:
    Remote Sensing
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Yue Yu;Yidan Bao;Jichun Wang;Hangjian Chu;Nan Zhao;Yong He;Yufei Liu
  • 通讯作者:
    Yufei Liu
Vision-Based Moving Obstacle Detection and Tracking in Paddy Field Using Improved Yolov3 and Deep SORT
使用改进的 Yolov3 和 Deep SORT 进行稻田中基于视觉的移动障碍物检测和跟踪
  • DOI:
    10.3390/s20154082
  • 发表时间:
    2020-08-01
  • 期刊:
    SENSORS
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Qiu, Zhengjun;Zhao, Nan;Liu, Yufei
  • 通讯作者:
    Liu, Yufei
Unmanned airboat technology and applications in environment and agriculture
无人机技术及其在环境和农业中的应用
  • DOI:
    10.1016/j.compag.2022.106920
  • 发表时间:
    2022-06
  • 期刊:
    Computers and Electronics in Agriculture
  • 影响因子:
    8.3
  • 作者:
    Yufei Liu;Jichun Wang;Yachao Shi;Zhenni He;Fei Liu;Wenwen Kong
  • 通讯作者:
    Wenwen Kong

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其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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