【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无人机路径规划，具体涉及一种对凹多边形田地的全覆盖路径规划方。
技术介绍
1、植保无人机由于其作业效率高、适应性广等优点，近年来在我国得到了快速发展。
2、植保无人机航线规划方法属于全覆盖路径规划算法范畴。全覆盖路径规划（coverage path planning,简称 cpp）是指通过算法计算获得机器对指定区域内所有点进行无差别遍历的最短路径的过程。其本质可以理解成是tsp（traveling salesmanproblem，即旅行商问题）基础上对每个城市点周围区域进行覆盖，最终实现整个区域完全覆盖的最短路径问题。具体遍历行走方式主要分为牛耕法与内螺旋法。但在无人机植保作业中，采用内螺旋法会造成重复覆盖和遗漏覆盖现象，故选择牛耕往复方式进行无人机植保作业。在牛耕往复方式的行走方式中，全覆盖路径生成方法主要有两种，一是栅格法，二是扫描线方法。栅格法是一种对环境的近似描述方法，栅格划分的大小会影响航线规划的质量。栅格划分过大，对环境的描述相对粗略，航线规划效果并不理想脚，栅格划分过小，则计算量繁琐，这就需要对实际情况进行综合考虑。扫描线方法采用一组等间隔的平行线穿过待作业田块，平行线与田块边界的交点构成了作业路径。扫描线方法简单实用，但面对同一凸多边形，由于扫描线角度的问题，会造成扫描线匝数的不同，进而使得无人机路线的转弯次数不同。同时扫描线在面对凹多边形时，直接使用也会产生更多无效路径。为了解决上述问题目前研究的基本思路是先将凹多边形分解成若干凸多边形，再利用凸多边形的宽找到最佳航向角进行全覆盖路径规
技术实现思路
1、为解决现有技术中植保无人机在喷洒农药过程中无效路径长，转弯次数多等问题，本专利技术提供一种对凹多边形田地的全覆盖路径规划方，包括：
2、获取凹多边形田地坐标依据用户输入凹多边形田地的顶点坐标形成的植保无人机喷洒农药的作业区域；
3、将凹多边形顶点坐标按照逆时针排序，计算出各顶点的凹凸性；
4、通过凸顶点及相邻两点形成的三角形判断三角形内是否存在其他顶点，判定该凸顶点是否被划分。若三角形内不存在其他顶点则该凸点被相邻两点的连线划分。
5、去除该点后更新多边形几何形状，进行新一轮的三角分解，如此循环直到将凹多边形全部三角分解。
6、获得每个三角形的坐标，然后通过三角形各顶点以向量的方式计算出每个三角形的面积，并对所有三角形面积的大小进行排序。
7、找到面积最大的三角形，将其与相邻面积最大的三角形进行合并；
8、判断合并后的四边形是否构成凸多边形，若构成则将用于合并的三角形的坐标从总三角形坐标列表中排除，若不为凸多边形则切换其他相邻三角形，若没有则不进行三角形合并。
9、按照此循环最终得到凸多边形坐标列表和剩余三角形坐标列表。
10、将凸多边形与剩余相邻的三角形进行合并；
11、将合并后的图形进行判断，若合并后的多边形为凸多边形则保留合并，若不是则不进行合并。
12、按照此循环最终得到凸多边形坐标列表和剩余三角形坐标列表。
13、将合并后的凸多边形与剩余相邻三角形尝试合并为凹多边形；
14、将合并后的凹多边形中的凹角用线段补齐为凸多边形。
15、将补齐的后的图形通过两条平行线相夹的方法得到补齐图形的宽。
16、以宽的法线方向做一条向量，若此向量在凹多边形图形凹点夹角的内部，则判断凸多边形和三角形可进行合并为凹多边形；若向量不在凹多边形夹角内部则凸多边形和三角形不进行合并。
17、按照此循环最终得到凹多边形坐标列表、凸多边形坐标列表和剩余三角形坐标列表。
18、将得到凹多边形坐标列表、凸多边形坐标列表和剩余三角形坐标列表中的每个图形，按照各自图形宽的法线方向进行直线扫描生成植保无人机的作业路径端点集，另外扫描线的间距为植保无人机的作业宽幅。
19、将每一条扫描线与图形相交的两端点视为同一点；
20、通过蚁群算法遍历所有扫描生成植保无人机的作业路径端点完成对复杂凹多边形作业区域全覆盖的路径。
21、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
22、弥补现有对凹多边形分解方法的不足，从凹多边形只分解为凸多边形扩展到便于规划牛耕方式覆盖的凹多边形，进而提高了植保无人机全覆盖路径的效率。
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1.一种对凹多边形田地的全覆盖路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述一种对凹多边形田地的全覆盖路径规划方，其特征在于，所述S100具体为：获取凹多边形田地坐标是依据用户输入凹多边形田地的顶点坐标形成的植保无人机喷洒农药的作业区域；凹多边形顶点坐标按照逆时针排序，计算出各顶点的凹凸性，通过凸顶点及相邻两点形成的三角形判断三角形内是否存在其他顶点，判定该凸顶点是否被划分。若三角形内不存在其他顶点则该凸点被相邻两点的连线划分。该凸点被划分后去除该点更新多边形几何形状，进行新一轮的三角分解，如此循环直到将凹多边形全部三角分解。
3.根据权利要求1所述一种对凹多边形田地的全覆盖路径规划方，其特征在于，所述S200具体为：将凹多边形三角形划分后，获得每个三角形的坐标，然后通过三角形各顶点以向量的方式计算出每个三角形的面积，并对所有三角形面积的大小进行排序。找到面积最大的三角形，将其与相邻面积最大的三角形进行合并，合并后的四边形判断是否构成凸多边形，若为凸多边形则将合并后的三角形的坐标从总三角形坐标列表中排除，若不为凸多边形则切换其他相邻三角形
4.根据权利要求1所述一种对凹多边形田地的全覆盖路径规划方，其特征在于，所述S300具体为：由凸多边形与剩余相邻的三角形进行合并，合并后的图形进行判断是否构成凸多边形，若合并后的多边形为凸多边形则保留坐标并将之前用于合并的图形坐标从原来的列表去除，若不是则不进行合并。按照此循环最终得到新的凸多边形坐标列表和剩余三角形坐标列表。
5.根据权利要求1所述一种对凹多边形田地的全覆盖路径规划方，其特征在于，所述S400具体为：将新合并后的凸多边形与剩余相邻三角形进行合并，由所述S300可知合并后的图形必为凹多边形。
6.根据权利要求1所述一种对凹多边形田地的全覆盖路径规划方，其特征在于，所述S500具体为：将合并后的凹多边形中的凹角用线段补齐为凸多边形。补齐的后的图形通过两条平行线相夹的方法得到补齐图形的宽，然后以宽的法线方向做一条向量，若此向量在凹多边形图形凹点夹角的内部，则判断凸多边形和三角形可进行合并为凹多边形；若向量不在凹多边形夹角内部则凸多边形和三角形不进行合并。按照此循环最终得到凹多边形坐标列表、凸多边形坐标列表和剩余三角形坐标列表。
7.根据权利要求1所述一种对凹多边形田地的全覆盖路径规划方，其特征在于，所述S600具体为：按照植保无人机的作业宽幅对最终得到凹多边形坐标列表、凸多边形坐标列表和剩余三角形坐标列表中的每个图形按照各自图形宽的法线方向为航向进行直线扫描生成植保无人机的作业路径端点集。
8.根据权利要求1所述一种对凹多边形田地的全覆盖路径规划方，其特征在于，所述S700具体为：将同一条扫描线与图形相交的两端点视为一点，然后通过蚁群算法遍历所有扫描生成的植保无人机作业路径端点完成对凹多边形作业区域全覆盖的路径。
...【技术特征摘要】
1.一种对凹多边形田地的全覆盖路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述一种对凹多边形田地的全覆盖路径规划方，其特征在于，所述s100具体为：获取凹多边形田地坐标是依据用户输入凹多边形田地的顶点坐标形成的植保无人机喷洒农药的作业区域；凹多边形顶点坐标按照逆时针排序，计算出各顶点的凹凸性，通过凸顶点及相邻两点形成的三角形判断三角形内是否存在其他顶点，判定该凸顶点是否被划分。若三角形内不存在其他顶点则该凸点被相邻两点的连线划分。该凸点被划分后去除该点更新多边形几何形状，进行新一轮的三角分解，如此循环直到将凹多边形全部三角分解。
3.根据权利要求1所述一种对凹多边形田地的全覆盖路径规划方，其特征在于，所述s200具体为：将凹多边形三角形划分后，获得每个三角形的坐标，然后通过三角形各顶点以向量的方式计算出每个三角形的面积，并对所有三角形面积的大小进行排序。找到面积最大的三角形，将其与相邻面积最大的三角形进行合并，合并后的四边形判断是否构成凸多边形，若为凸多边形则将合并后的三角形的坐标从总三角形坐标列表中排除，若不为凸多边形则切换其他相邻三角形，若没有相邻三角形则不进行三角形合并。按照此循环最终得到凸多边形坐标列表和剩余三角形坐标列表。
4.根据权利要求1所述一种对凹多边形田地的全覆盖路径规划方，其特征在于，所述s300具体为：由凸多边形与剩余相邻的三角形进行合并，合并后的图形进行判断是否构成凸多边形，若合并后的多边形为凸多边形则保...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐觅蜜，徐止政，段纳，陈志坚，
申请(专利权)人：江苏师范大学，
类型：发明
国别省市：
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