一种分区域农机协同作业路径规划方法技术

本发明专利技术公开了一种分区域农机协同作业路径规划方法，其包括以下步骤：建立分区域农田模型；输入农机的最小转弯半径，在分区域农田模型的基础上，建立农机协同作业路径规划模型；利用模拟退火算法求解农机协同作业路径规划模型；输出各台农机的作业路径；本发明专利技术能降低转弯路径总长度和时间，提高作业效率。提高作业效率。提高作业效率。

【技术实现步骤摘要】
一种分区域农机协同作业路径规划方法


[0001]本专利技术涉及智能农机作业控制
，特别是一种分区域农机协同作业路径规划方法。

技术介绍

[0002]目前，对于农机路径规划方法的研究主要集中于单机作业路径规划方法，通常以不规则边界形状的农田为作业场景，研究农机的最优作业方向，确定农机的转弯方式和田间作业方式，并基于网格单元划分农田，研究农机的最佳作业次序，减少转弯次数和非作业距离。农机作业方式一般包括梭形作业、闭垄作业、开垄作业和套行作业；转弯方式主要包括U形、弓形、Ω形以及鱼尾形。该方法降低了农机的使用率，不符合大田农业生产方式的要求。
[0003]现有的农机协同作业路径规划方法中，主要是传统逐行作业方式，为各个农机分配的作业区域不重叠，相当于将单机作业的路径简单合并，得到多机作业路径，该方法大幅增加了转弯路径总长度和转弯总时间。

技术实现思路

[0004]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0005]鉴于上述和/或现有的压力机设计中存在的问题，提出了本专利技术。
[0006]因此，本专利技术的目的是提供一种分区域农机协同作业路径规划方法，其能大幅降低转弯路径总长度和转弯总时间，提高作业效率，降低作业消耗。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种分区域农机协同作业路径规划方法，其包括以下步骤，
[0008]建立分区域农田模型；
[0009]输入农机的最小转弯半径，在分区域农田模型的基础上，建立农机协同作业路径规划模型；
[0010]利用模拟退火算法求解农机协同作业路径规划模型；
[0011]输出各台农机的作业路径。
[0012]作为本专利技术所述分区域农机协同作业路径规划方法的一种优选方案，其中：建立分区域农田模型的具体步骤为，
[0013]设置的区域数量等于农机数量；
[0014]根据总作业行数量和农机数量确定每个区域的大小；
[0015]在保证各台农机在各自区域内选择作业路径所受的约束最小的情况下，确定区域之间重叠的面积大小。
[0016]作为本专利技术所述分区域农机协同作业路径规划方法的一种优选方案，其中：转弯
路径的选择方法为，
[0017]W＝2r
min
，农机以U形的转弯方式进入相邻行作业；
[0018]W＞2r
min
，农机以弓形的转弯方式进入相邻行作业；
[0019]W＜2r
min
，当W＝2r
min
/Z(Z＝1,2,3,
…
)时，农机以U形转弯路径进入间隔Z
‑
1行的作业行进行作业，或者农机以弓形转弯路径进入间隔不小于Z行数的作业行进行作业；当r
min
/(Z+1)＜W＜2r
min
/Z(Z＝1,2,3,
…
)时，农机以弓形转弯路径进入间隔Z行的作业行进行作业；
[0020]其中，r
min
为最小转弯半径，W为作业幅宽，Z为作业行数量。
[0021]作为本专利技术所述分区域农机协同作业路径规划方法的一种优选方案，其中：在分区域农田模型的基础上，建立的农机协同作业路径规划模型为，
[0022]将农机多机转弯路径总长度和转弯总时间为优化目标；
[0023]每个坐标点只能被一台农机遍历一次，所有农机遍历的坐标点数量之和等于构成农田的总坐标点数量。
[0024]作为本专利技术所述分区域农机协同作业路径规划方法的一种优选方案，其中：农田被划分为3个或4个区域时，农机协同作业路径规划模型具体为，
[0025]定义决策变量，
[0026]d
ij
＝d(i,j)；
[0027][0028][0029]其中，x
ij
为坐标点i和j之间是否有连线的决策变量，Z
f
为包含3个区域的农田中每个区域的农机行驶路径长度；Z
r
为包含4个区域的农田中每个区域的农机行驶路径长度；N
f
为包含3个区域的农田中每个区域的农机遍历的坐标点数量；N
r
为包含4个区域的农田中每个区域的农机遍历的坐标点数量；d
ij
表示坐标点i与j之间的距离；
[0030]建立目标函数，
[0031]目标函数一，
[0032][0033]其中，Z为多机行驶总距离；m为农机的数量；Z
p
为第p台农机的行驶路径总长度；Z
dp
为第p台农机的作业路径总长度；Z
tp
为第p台农机的转弯路径总长度；Z
ts
为多机转弯路径总长度；
[0034]目标函数二，
[0035][0036]其中，T
p
为第p台农机的行驶总时间；T
wp
为第p台农机的总作业时间；T
tp
为第p台农
机的转弯总时间；T
ts
为多机转弯总时间，m为农机的数量；
[0037][0038]其中，v
t
为农机转弯速度；β
p
为第p台农机遍历的作业行数量。
[0039]作为本专利技术所述分区域农机协同作业路径规划方法的一种优选方案，其中：所述农机协同作业路径规划模型还包括以下约束条件，
[0040][0041][0042][0043][0044][0045]其中，N
’
为一台农机作业路径包含的坐标点数量，y(q)为农机遍历的第q个坐标点，当q为奇数时，农机的下一遍历坐标点确定且唯一，即该作业行另一端的坐标点；当q为偶数时，农机的下一遍历坐标点从位于同一地头的坐标点集合中选取；θ为农田的两个地头的代号，取值为1和2，H(θ)为构成农田地头的坐标点集合，n为纵坐标点数量，V为构成农田的总坐标点集合，Q为一台农机的作业路径的坐标点集合。
[0046]本专利技术与现有技术相比，具有以下技术效果：使用本专利技术规划的农机的转弯路径总长度、转弯总时间有大幅下降，作业效率大幅上升，有利于降低作业消耗，提高农机的作业效率和使用率；可应用于大田智慧农业中的农机自动驾驶技术中。
附图说明
[0047]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
[0048]图1为本专利技术中U形转弯路径图；
[0049]图2为本专利技术中弓形转弯路径图；
[0050]图3为本专利技术中3个区本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分区域农机协同作业路径规划方法，其特征在于：其包括以下步骤，建立分区域农田模型；输入农机的最小转弯半径，在分区域农田模型的基础上，建立农机协同作业路径规划模型；利用模拟退火算法求解农机协同作业路径规划模型；输出各台农机的作业路径。2.如权利要求1所述的分区域农机协同作业路径规划方法，其特征在于：建立分区域农田模型的具体步骤为，设置的区域数量等于农机数量；根据总作业行数量和农机数量确定每个区域的大小；在保证各台农机在各自区域内选择作业路径所受的约束最小的情况下，确定区域之间重叠的面积大小。3.如权利要求2所述的分区域农机协同作业路径规划方法，其特征在于：转弯路径的选择方法为，W＝2r
min
，农机以U形的转弯方式进入相邻行作业；W＞2r
min
，农机以弓形的转弯方式进入相邻行作业；W＜2r
min
，当W＝2r
min
/Z(Z＝1,2,3,
…
)时，农机以U形转弯路径进入间隔Z
‑
1行的作业行进行作业，或者农机以弓形转弯路径进入间隔不小于Z行数的作业行进行作业；当r
min
/(Z+1)＜W＜2r
min
/Z(Z＝1,2,3,
…
)时，农机以弓形转弯路径进入间隔Z行的作业行进行作业；其中，r
min
为最小转弯半径，W为作业幅宽，Z为作业行数量。4.如权利要求1～3任一项所述的分区域农机协同作业路径规划方法，其特征在于：在分区域农田模型的基础上，建立的农机协同作业路径规划模型为，将农机多机转弯路径总长度和转弯总时间为优化目标；每个坐标点只能被一台农机遍历一次，所有农机遍历的坐标点数量之和等于构成农田的总坐标点数量。5.如权利要求4所述的分区域农机协同作业路径规划方法，其特征在于：农田被划分为3个或4个区域时，农机协同作业路径规划模型具体为，定义决策变量，d
ij
＝d(i,j)；＝d(i,j)...

【专利技术属性】
技术研发人员：奚小波，高文杰，张瑞宏，张剑峰，苏伟，张翼夫，瞿济伟，金亦富，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：