一种基于卫星遥感的林场喷药路径规划方法、装置及设备制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于卫星遥感的林场喷药路径规划方法、装置及设备，涉及林场路径规划领域，所述方法包括：获取林场的卫星遥感图像；根据卫星遥感图像，获取林场的参数信息；绘制林场的二维模拟地图，二维模拟地图中包括需喷药区域和障碍区域；根据需喷药区域的虫害受损程度，对需喷药区域进行排序，获取排序矩阵；根据喷药机器人的有效喷药距离，将需喷药区域划分为多个需喷药单元；获取各个需喷药单元的形心，作为需喷药单元对应的目标点；获取多个目标点之间的最短距离，根据最短距离，获取距离矩阵；通过改进蚁群算法进行计算，获取最优喷药路径。根据虫害情况选择最优喷药路径，对虫害严重的区域优先喷药，节省了资源，减少了危害。害。害。

【技术实现步骤摘要】
一种基于卫星遥感的林场喷药路径规划方法、装置及设备


[0001]本专利技术涉及林场路径规划领域，具体而言，涉及一种基于卫星遥感的林场喷药路径规划方法、装置及设备。

技术介绍

[0002]林场是在保护自然森林和人工造林的系统计划下，以一种保证连续商品木材生产的方式进行经营的森林土地的地区。森林虫害会导致树木的生长发育不良，甚至引起林木的产量和质量下降。因此，对森林病虫的妨害防治极其重要。正常情况下，需对林场内的树木定期喷洒药物，而就喷洒药物而言，若不对虫害程度较大的区域进行及时喷洒药物，虫害程度和受灾区域就会成指数增长。
[0003]在现有技术中，还未有在林场领域的喷药路径规划的成熟技术或方案，仅有路径规划或“旅行商问题”方面的技术，大多采用路径规划算法达到寻找长度最短的路径的目的，例如，Dijkstra算法、A*算法、D*lite算法以及启发式算法等，在启发式算法中，大多采用蚁群算法进行路径规划，但是，现在的路径规划算法只考虑路径长短，对于森林林场喷药路径规划，并不会考虑不同虫害受损程度区域的喷洒优先顺序问题，如此可能会造成林场虫害区域的恶性扩大。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的问题是，如何根据林场不同区域的虫害受损程度，确定林场内的药物喷洒路径。
[0005]为解决上述问题，本专利技术提供一种基于卫星遥感的林场喷药路径规划方法、装置及设备。
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种基于卫星遥感的林场喷药路径规划方法，包括：获取林场的卫星遥感图像；根据卫星遥感图像，获取林场的参数信息，其中，参数信息包括林场的边界、林场中需喷药区域、需喷药区域的边界以及林场的坡度信息；根据参数信息，绘制林场的二维模拟地图，二维模拟地图中包括需喷药区域和障碍区域；根据需喷药区域的虫害受损程度，对需喷药区域进行排序，获取排序矩阵；根据喷药机器人的有效喷药距离，将需喷药区域划分为多个需喷药单元；获取各个需喷药单元的形心，作为需喷药单元对应的目标点；获取多个目标点之间的最短距离，根据最短距离，获取距离矩阵；基于距离矩阵和排序矩阵，通过改进蚁群算法进行计算，获取最优喷药路径。
[0007]可选地，根据卫星遥感图像，获取林场的参数信息，包括：获取喷药机器人的最大临界坡度；根据最大临界坡度和林场的坡度信息，获取障碍区域，其中，障碍区域的坡度大于
最大临界坡度。
[0008]可选地，根据喷药机器人的有效喷药距离，将需喷药区域划分为多个需喷药单元，包括：根据喷药机器人的有效喷药距离，获取喷药机器人的有效喷药范围；根据有效喷药范围，将需喷药区域划分为多个需喷药单元，其中，需喷药单元的面积小于或等于有效喷药范围。
[0009]可选地，在获取各个需喷药单元的形心，作为需喷药单元对应的目标点之后，在获取多个目标点之间的最短距离，根据最短距离，获取距离矩阵之前，还包括：采用单元格对二维模拟地图进行划分，并对障碍区域中的单元格进行补全，得到林场的栅格图，其中，单元格的面积小于需喷药单元的面积；获取多个目标点之间的最短距离，根据最短距离，获取距离矩阵，包括：根据栅格图，获取多个目标点之间的最短距离；根据最短距离，获取距离矩阵；距离矩阵如公式一所示：
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（公式一）；其中，D为距离矩阵，为第i个目标点与第j个目标点之间的最短距离。
[0010]可选地，基于距离矩阵和排序矩阵，通过改进蚁群算法进行计算，获取最优喷药路径，包括：根据排序矩阵，获取权衡系数；权衡系数如公式二所示：
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（公式二）；其中，为目标点到目标点的权衡系数，I为排序矩阵，为第k个需喷药区域，为需喷药区域在排序矩阵I中排列的顺序数，为第i个所述目标点，为第j个所述目标点；根据权衡系数，获取权衡系数矩阵；权衡系数矩阵如公式三所示：
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（公式三）；根据距离矩阵和权衡系数矩阵，得到权衡函数；根据权衡函数，获取改进蚁群算法的转移概率公式；基于转移概率公式，通过改进蚁群算法进行计算，获取最优喷药路径。
[0011]可选地，根据距离矩阵和权衡系数矩阵，得到权衡函数，包括：根据距离矩阵和权衡系数矩阵，通过权衡函数计算公式计算得到权衡函数，其中，
权衡函数计算公式如公式四所示：
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（公式四）；其中，为权衡函数，n为目标点的个数，为目标点之间的最短距离，为权衡系数。
[0012]可选地，根据权衡函数，获取改进蚁群算法的转移概率公式，包括：将权衡函数输入改进蚁群算法的转移概率公式中，其中，转移概率公式如公式五所示：
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（公式五）；其中，为t时刻蚂蚁k从目标点到目标点的概率，α为信息素重要程度因子，β为启发函数重要程度因子，γ为权衡函数重要程度因子，A为蚂蚁k下一步选择的所述目标点的集合，为信息素，为启发函数，为权衡函数。
[0013]可选地，基于转移概率公式，通过改进蚁群算法进行计算，获取最优喷药路径，包括：初始化参数，参数包括：蚂蚁数量、初始迭代值、最大迭代次数、信息素重要程度因子、启发函数重要程度因子、权衡函数重要程度因子和信息素挥发程度；通过转移概率公式，获取转移概率；根据转移概率和轮盘赌法，确定蚂蚁的下一个目标点；获取蚂蚁前往下一个目标点的路径；更新路径的信息素；若蚂蚁未到达终点，则重新通过转移概率公式，获取转移概率；若蚂蚁到达终点，则获取到达终点的蚂蚁数量；当到达终点的蚂蚁数量大于或等于预设阈值，且初始迭代值小于或等于最大迭代次数时，则重新通过转移概率公式，获取转移概率；当到达终点的蚂蚁数量大于或等于预设阈值，且初始迭代值大于最大迭代次数时，输出最优喷药路径。
[0014]本专利技术通过获取林场的卫星遥感图像，并依据获取的图像，获得林场的边界、需喷药区域边界和林场的坡度信息，进一步绘制便于路径规划的二维模拟地图，二维模拟地图上可清晰地显示需喷药区域和障碍区域，便于最优喷药路径地展示；根据不同需喷药区域的虫害受损程度，对需喷药区域进行排序，得到排序矩阵，根据用于喷药的喷药机器人的有效喷射距离，将需喷药区域划分为多个需喷药单元，并获取各个需喷药单元的形心作为目标点，确定喷药机器人需要到达的位置，计算出各个目标点之间的最短距离后得到距离矩阵，采用改进蚁群算法计算最优喷药路径时，充分考虑排序矩阵和距离矩阵，提高虫害受损严重的区域的优先级，使虫害受损严重的区域可以优先喷药，降低虫害对林场的危害，同时，根据喷药机器人的有效喷药距离将需喷药区域合理划分为需喷药单元，并规划了喷药机器人喷药的目标点，使喷药机器人仅在目标点进行喷药即可对需喷药区域进行全面覆
盖，不需要喷药机器人在移动过程中进行药物喷洒，节省了药物的用量。
[0015]第二方面，本专利技术提供了一种基于卫星遥感的林场喷药路径规划装置，包括：遥感获取模块，用于获取林场的卫星遥感图像；参数获取模块，用于根据卫星遥感图像，获取林场的参数信息，其中，参数信息包括林场的边界、林场中需喷药区域、需喷药区域的边界以及林场的坡度信息；地图绘制模块，用于根据参数信息，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于卫星遥感的林场喷药路径规划方法，其特征在于，包括：获取林场的卫星遥感图像；根据所述卫星遥感图像，获取所述林场的参数信息，其中，所述参数信息包括所述林场的边界、所述林场中需喷药区域、所述需喷药区域的边界以及所述林场的坡度信息；根据所述参数信息，绘制所述林场的二维模拟地图，所述二维模拟地图中包括所述需喷药区域和障碍区域；根据所述需喷药区域的虫害受损程度，对所述需喷药区域进行排序，获取排序矩阵；根据喷药机器人的有效喷药距离，将所述需喷药区域划分为多个需喷药单元；获取各个所述需喷药单元的形心，作为所述需喷药单元对应的目标点；获取多个所述目标点之间的最短距离，根据所述最短距离，获取距离矩阵；基于所述距离矩阵和所述排序矩阵，通过改进蚁群算法进行计算，获取最优喷药路径。2.根据权利要求1所述的基于卫星遥感的林场喷药路径规划方法，其特征在于，所述根据所述卫星遥感图像，获取所述林场的参数信息，包括：获取所述喷药机器人的最大临界坡度；根据所述最大临界坡度和所述林场的坡度信息，获取所述障碍区域，其中，所述障碍区域的坡度大于所述最大临界坡度。3.根据权利要求1所述的基于卫星遥感的林场喷药路径规划方法，其特征在于，所述根据喷药机器人的有效喷药距离，将所述需喷药区域划分为多个需喷药单元，包括：根据所述喷药机器人的所述有效喷药距离，获取所述喷药机器人的有效喷药范围；根据所述有效喷药范围，将所述需喷药区域划分为多个所述需喷药单元，其中，所述需喷药单元的面积小于或等于所述有效喷药范围。4.根据权利要求3所述的基于卫星遥感的林场喷药路径规划方法，其特征在于，在所述获取各个所述需喷药单元的形心，作为所述需喷药单元对应的目标点之后，在所述获取多个所述目标点之间的最短距离，根据所述最短距离，获取距离矩阵之前，还包括：采用单元格对所述二维模拟地图进行划分，并对所述障碍区域中的所述单元格进行补全，得到所述林场的栅格图，其中，所述单元格的面积小于所述需喷药单元的面积；所述获取多个所述目标点之间的最短距离，根据所述最短距离，获取距离矩阵，包括：根据所述栅格图，获取多个所述目标点之间的所述最短距离；根据所述最短距离，获取距离矩阵；所述距离矩阵如公式一所示：
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（公式一）；其中，D为所述距离矩阵，为第i个所述目标点与第j个所述目标点之间的所述最短距离。5.根据权利要求1所述的基于卫星遥感的林场喷药路径规划方法，其特征在于，所述基于所述距离矩阵和所述排序矩阵，通过改进蚁群算法进行计算，获取最优喷药路径，包括：
根据所述排序矩阵，获取权衡系数；所述权衡系数如公式二所示：
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（公式二）；其中，为目标点到目标点的所述权衡系数，I为所述排序矩阵，为第k个所述需喷药区域，为所述需喷药区域在所述排序矩阵I中排列的顺序数，为第i个所述目标点，为第j个所述目标点；根据所述权衡系数，获取权衡系数矩阵；所述权衡系数矩阵如公式三所示：
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（公式三）；根据所述距离矩阵和所述权衡系数矩阵，得到权衡函数；根据所述权衡函数，获取所述改进蚁群算法的转移概率公式；基于所述转移概率公式，通过所述改进蚁群算法进行计算，获取所述最优喷药路径。6.根据权利要求5所述的基...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭光磊，
申请(专利权)人：北京航科星云科技有限公司，
类型：发明
国别省市：