基于区域划分的农机作业路径规划方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及基于区域划分的农机作业路径规划方法及系统，包括：获取农机作业区域大小和区域内的障碍物形成环境地图信息；以农机位置作为起始坐标，仓库位置为终点坐标，并根据获取的环境地图信息进行环境建模；得到起始坐标到达终点坐标的初始可行路径群，将环境地图信息中的障碍物视为圆形障碍物，根据其圆心坐标作为区域划分中各子区域边界的连接节点，以终点坐标作为初始节点向下一节点延伸，将初始节点与各个延伸的节点连接实现区域划分，得到多组子区域并在子区域内进行路径搜索，得到子区域内的最优路径，经更新后得到最终的最优可行路径。行路径。行路径。

【技术实现步骤摘要】
基于区域划分的农机作业路径规划方法及系统


[0001]本专利技术涉及农业设备
，具体为基于区域划分的农机作业路径规划方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]现代农业开始将无人驾驶技术结合到农机的使用中实现自主导航功能，在耕地、播种等作业时已经实现了无人作业，但在农作物收获后，运输回货仓的这部分的工作内容仍然需要借助人工驾驶农机完成。
[0004]要实现农机无人自主导航的基础，是要保证其能够实现精准的路径规划，这是其能够进行精准作业的核心问题，当在作业时遇到障碍物，在进行路径规划时还需要考虑到运输过程中的避障问题，如何在有障碍物的区域内，规划出一条有效路径，以实现农机的最小能耗。
[0005]针对上述问题，传统的路径规划方法在进行路径规划时，可以在短时间内找到一条从起始点到目标点的可行路径，但是在规划过程中，会产生冗余节点，造成可行路径长度与路径规划的时间有所增加，会间接导致农机作业的工作成本增加；一些智能算法也常被应用于路径规划算法研究中，如遗传算法，蚁群算法和鲸鱼算法等，虽能求解出全局最优的可行路径，但是在进行局部路径搜索时性能较弱，且容易过早收敛，导致最终的可行路径精度降低。

技术实现思路

[0006]为了解决上述
技术介绍
中存在的技术问题，本专利技术提供基于区域划分的农机作业路径规划方法及系统，应用在农作物收获后运输回货仓期间，根据粒子群算法得到一组初始可行路径，结合环境地图中障碍物特点以及初始路径与圆心线交点的个数，通过区域划分法，将环境地图分解成多个子区域，缩小可行路径搜索范围，降低搜索的复杂度，避免出现全局搜索时易产生的局部最优解问题，提高下一阶段精细化搜索的效率。在精细化搜索阶段，将分数阶微积分引入粒子群与引力搜索相结合的混合算法中，增强算法的全局收敛性，同时考虑能耗约束，当遇到障碍物时，引入动态参数调整搜索步长，可以根据能耗约束，规划出一条能耗尽可能低的路线。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]本专利技术的第一个方面提供基于区域划分的农机作业路径规划方法，包括以下步骤：
[0009]获取农机作业区域大小和区域内的障碍物形成环境地图信息；
[0010]以农机位置作为起始坐标，仓库位置为终点坐标，并根据获取的环境地图信息进行环境建模；
[0011]得到起始坐标到达终点坐标的初始可行路径群，将环境地图信息中的障碍物视为圆形障碍物，根据其圆心坐标作为区域划分中各子区域边界的连接节点，以终点坐标作为初始节点向下一节点延伸，将初始节点与各个延伸的节点连接实现区域划分，得到多组子区域并在子区域内进行路径搜索，得到子区域内的最优路径，经更新后得到最终的最优可行路径。
[0012]实现区域划分，具体为：
[0013]将环境地图信息中的障碍物两两圆心之间的连线定义为圆心线，以终点坐标所在位置作为父节点，将与可行路径群交点最多的圆心线两端的障碍物作为该父节点的子节点；子节点作为下一级节点中的父节点并延伸直至到达最终的节点，最终的节点为起始坐标。
[0014]除起始坐标点和终点坐标点外，每个节点只能作为一个父节点的子节点；每个节点都要遍历到，即分解出的子区域空间为单连通区域。
[0015]当父节点的子节点刚好为起始坐标点，但连接线中会被已连接的其他节点阻挡时，将作业区域的边界线作为节点之间的连线形成新的子区域。
[0016]以障碍物周边的设定半径为参考，形成在障碍物周边的安全区域，每个安全区域具有设定的能耗权重。
[0017]起始坐标到达终点坐标的初始可行路径群通过标准粒子群算法得到。
[0018]在子区域内进行路径搜索，得到子区域内的最优路径，通过对比得到最终的所需的最优可行路径，具体为：
[0019]通过粒子群算法得到子区域内的最优路径；
[0020]利用分数阶微积分，更新粒子群算法的速度项；
[0021]在位置更新项中通过设定的能耗权重，更新粒子群算法的位置信息；
[0022]通过速度更新和位置更新，得到子区域内的最优路径，在满足需求或满足最大迭代时，得到最终的最优可行路径。
[0023]本专利技术的第二个方面提供实现上述方法所需的系统，包括：
[0024]信息采集模块，被配置为：获取农机作业区域大小和区域内的障碍物形成环境地图信息；
[0025]信息处理模块，被配置为：以农机位置作为起始坐标，仓库位置为终点坐标，并根据获取的环境地图信息进行环境建模；
[0026]路径规划模块，被配置为：得到起始坐标到达终点坐标的初始可行路径群，将环境地图信息中的障碍物视为圆形障碍物，根据其圆心坐标作为区域划分中各子区域边界的连接节点，以终点坐标作为初始节点向下一节点延伸，将初始节点与各个延伸的节点连接实现区域划分，得到多组子区域并在子区域内进行路径搜索，得到子区域内的最优路径，经更新后得到最终的最优可行路径。
[0027]本专利技术的第三个方面提供一种计算机设备。
[0028]一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的基于区域划分的农机作业路径规划方法中的步骤。
[0029]与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
[0030]1、通过区域划分，将进行路径规划的环境区域划分为若干个子区域，通过对各子区域进行精细化搜索，得到子区域内的最优路径，并通过对比得到最终的最优可行路径，能够避免算法出现局部最优的问题，同时降低搜索的复杂度，提高搜索效率。
[0031]2、区域划分过程中，除起始坐标和终点坐标外，每个节点只能作为一个父节点的子节点，防止出现闭合区域；同时，每个节点都要遍历到，即分解出的子区域空间为单连通区域，避免出现多连通区域，保证所有的障碍物都能够参与到区域分解中。
[0032]3、区域划分过程中，为了避免多连通区域的出现，还考虑到了作业区域内本身的边界线，当父节点的子节点刚好为起始坐标点，但连接线中会被已连接的其他节点阻挡时，将作业区域的边界线考虑在内形成完整的子区域。
[0033]4、区域划分后对子区域进行精细搜索时，将粒子群算法与引力搜索算法结合，能够有效提高粒子群算法的搜索能力，同时结合分数阶微积分的记忆特性，更新粒子搜索速度，提高算法的收敛性能；将能耗因素考虑到路径规划约束中，通过动态参数调整粒子搜索步长，以获得一条能耗较低的可行路径。
附图说明
[0034]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0035]图1是本专利技术一个或多个实施例提供的基于区域划分的农机作业路径规划过程流程示意图；
[0036]图2(a)
‑
2(c)均是本专利技术一个或多个实施例提供的农机路径规本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于区域划分的农机作业路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：获取农机作业区域大小和区域内的障碍物形成环境地图信息；以农机位置作为起始坐标，仓库位置为终点坐标，并根据获取的环境地图信息进行环境建模；得到起始坐标到达终点坐标的初始可行路径群，将环境地图信息中的障碍物视为圆形障碍物，根据其圆心坐标作为区域划分中各子区域边界的连接节点，以终点坐标作为初始节点向下一节点延伸，将初始节点与各个延伸的节点连接实现区域划分，得到多组子区域并在子区域内进行路径搜索，得到子区域内的最优路径，经更新后得到最终的最优可行路径。2.如权利要求1所述的基于区域划分的农机作业路径规划方法，其特征在于，实现区域划分，具体为：将环境地图信息中的障碍物两两圆心之间的连线定义为圆心线，以终点坐标所在位置作为父节点，将与可行路径群交点最多的圆心线两端的障碍物作为该父节点的子节点；子节点作为下一级节点中的父节点并延伸直至到达最终的节点，最终的节点为起始坐标。3.如权利要求2所述的基于区域划分的农机作业路径规划方法，其特征在于，实现区域划分时，除起始坐标点和终点坐标点外，每个节点只能作为一个父节点的子节点；每个节点都要遍历到，即分解出的子区域空间为单连通区域。4.如权利要求2所述的基于区域划分的农机作业路径规划方法，其特征在于，实现区域划分时，当父节点的子节点刚好为起始坐标点，但连接线中会被已连接的其他节点阻挡时，将作业区域的边界线作为节点之间的连线形成新的子区域。5.如权利要求2所述的基于区域划分的农机作业路径规划方法，其特征在于，实现区域划分时，以障碍物周边的设定半径为参考，形成在障碍物周边的安全区域，每个安全区域具有设定的能耗权重。6.如权利要求1所述的基于区域划分的农机作业路径规划方法，其特征在于，起始坐标到达终点坐标的初始可行路径群通过标准粒子群算法得到。7.如权利要求1所述的基于区域划分的农机作业路径规划方法，其特征在于，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈健，余继恒，吕成兴，高乾，薛冰川，杨智博，吴永玲，杨晓霞，孔鹏飞，张同焱，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：