(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111664071.8 (22)申请日 2021.12.31 (71)申请人 华南农业大 学 地址 510642 广东省广州市天河区五山路 483号 (72)发明人 谢家兴　梁高天　李君　高鹏　 彭家骏　陈斌瀚　王卫星　孙道宗　 余振邦　 (74)专利代理 机构 北京慕达星云知识产权代理 事务所 (特殊普通合伙) 11465 代理人 符继超 (51)Int.Cl. G01D 21/02(2006.01) G01S 19/14(2010.01)G01S 19/48(2010.01) G06K 9/62(2022.01) G06T 17/00(2006.01) (54)发明名称 一种基于多传感器信息融合的果园地形建 模方法及系统 (57)摘要 本发明公开了一种基于多传感器信息融合 的果园地形建模 方法及系统， 包括采集端数据采 集和上位机建模， 其中， 采集端由主控芯片、 传感 器模块、 交互模块、 缓存模块、 结果存储模块组 成， 实现对果园地形样点数据的采集； 上位机在 获取采集端的采样结果后， 通过卡尔曼滤波算法 对多传感器信息进行融合， 利用单类支持向量机 算法识别并移除离群数据， 结合拉格朗日插值法 对样点插值， 从而构建被采样果园的三维地形立 体模型。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 114323145 A 2022.04.12 CN 114323145 A 1.一种基于多传感器信息融合的果园地形建模方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1、 获取传感器数据并保存为 地形数据样点； S2、 通过卡尔曼 滤波算法对样点数据进行融合； S3、 通过单类支持向量机算法识别并移除离群数据； S4、 通过拉格朗日插值 算法对样点数据进行插值， 构建三维地形模型。 2.根据权利要求1所述的一种基于多传感器信息融合的果园地形建模方法， 其特征在 于， 所述地形数据样点包括三方向的磁感应强度、 三方向加速度、 三方向角速度、 三方向角 加速度、 气压值、 采样仪与地 面的激光距离以及采样点 位置的经纬度坐标。 3.根据权利要求1所述的一种基于多传感器信息融合的果园地形建模方法， 其特征在 于， 所述步骤S2具体包括： S21、 基于预测公式对系统下一个 状态进行 预测， 该公式如下： xs＝F*x[i]+B*u[i] P[i+1]＝F*P [i]*FT+Q 其中， F为系统状态传输矩阵； x为系统状态矩阵； FT表示F的转置矩阵； B为控制传输矩 阵； u为系统控制输入； P为协方差矩阵； Q 为系统处理噪声； xs为状态估计值矩阵； S22、 更新公式对系统状态进行 更新， 分为以下4 步进行： y＝z‑H(xs) 其中， z为传感器输入的测量值； H表示状态变量到测量值的传输函数； y为状态估计与 实际传感器输入的误差； 其中， JH表示H的雅各比矩阵， 通过对H矩阵求偏导数得到； 为JH的转置矩阵； R为测量 误差矩阵； S为临时变量； K＝P[i+1]*JH*inv(S) 其中， inv(S)表示S矩阵的逆矩阵； K为 卡尔曼增益矩阵； x[i+1]＝x[i]+K*y。 4.根据权利要求1所述的一种基于多传感器信息融合的果园地形建模方法， 其特征在 于， 所述步骤S 3具体包括： 把样点数据视为同一类， 用于训练支持向量机模型； 训练结束后， 把数据样点依 次传输到支持向量机模型， 模型根据数据的离群程度为样点打分， 分值越低 说明样点的离群成都越大； 设置阈值， 遍历每一个数据样点， 分值低于阈值的样点从数据集 中剔除， 实现离群数据的滤除。 5.根据权利要求1所述的一种基于多传感器信息融合的果园地形建模方法， 其特征在 于， 所述步骤S4具体包括： 所述的样点插值 算法基于拉格朗日插值法实现， 该算法公式如下： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114323145 A 2其中， yi＝f(xi)， n表示插 值的阶数； x 为需要插 值计算的点； xi、 xj均表示水平距 离x最近 的n+1个真实数据样点； yi表示点xi对应的真实高度值； f为被插值的对象函数； 所述的地形建模结果采用函数表示， 即： h＝f(x,y) 以采样开始点为原点， 正北方向为y轴， 正东方向为x轴， 建立右手直角坐标系， 令坐标 原点为高度0点， h表示 位置(x,y)相对于原点的高度， 当该位置高度高于原点时， h值 为正。 6.一种基于多传感器信息融合的果园地形建模系统， 其特征在于， 包括采集端(1)， 上 位机(2)， 所述采集端(1)连接所述上位机(2)； 所述采集端(1)包括多种传感器模块(11)、 主控芯片(12)、 结果存储模块(13)和缓存模 块(14)， 所述传感器模块(11)、 所述结果存储模块(13)、 所述 缓存模块(14)均与所述主控芯 片(12)连接； 所述结果储存模块(13)包括无线传输模块(131)， 所述无线传输模块对传输数据进行 CRC校验与TEA加密； 所述缓存 模块(14)用于对 采集数据进行存 储； 所述上位机(2)对数据进行融合处 理、 计算， 并建立 地形三维模型。 7.根据权利要求6所述的一种基于多传感器信息融合的果园地形建模系统， 其特征在 于， 所述采集端(1)还包括交互模块(15)， 所述交互模块(15)包括显示模块(151)与警报模 块(152)， 所述交 互模块(15)与所述主控芯片(12)连接 。 8.根据权利要求6所述的一种基于多传感器信息融合的果园地形建模系统， 其特征在 于， 多种所述传感器模块(11)包括： 磁感应强度传感器、 加速度传感器、 角速度传感器、 角加 速度传感器、 气压传感器、 激光测距模块和卫星定位模块。 9.根据权利要求6所述的一种基于多传感器信息融合的果园地形建模系统， 其特征在 于， 所述结果存储模块(13)还包括外部存储模块(132)， 所述外部存储模块(132)用于连接 外部存储组件， 对 采集数据进行外 部存储。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114323145 A 3