一种基于作业行的自主导航作业路径规划方法技术

本发明专利技术涉及农业机械自动化领域，具体是一种基于作业行的自主导航作业路径规划方法，包括：步骤A‑数据采集：获取路径规划相关作业地块的坐标数据、作业车辆的位置偏差L、车身宽度W，设定作业行间隔距离D；步骤B‑生成覆盖作业地块的作业行；步骤C‑计算入行点、出行点；步骤D‑生成作业路径。相对于现有技术，本发明专利技术基于作业行的自主导航作业路径规划方法的有益效果为：能够对已知边界信息的作业地块进行作业装备路径规划，为作业装备自主导航工作提供路径依据，并且地头转弯时无需作业人员的干预，作业装备入行位置不受作业人员经验影响，避免相邻作业行间的重叠与遗漏，实现作业地块全程无人化、覆盖式作业。

【技术实现步骤摘要】
一种基于作业行的自主导航作业路径规划方法
本专利技术涉及农业机械自动化领域，具体是一种基于作业行的自主导航作业路径规划方法。
技术介绍
农业机械及农机装备的发展有利于提升农业劳动生产率，促进农业健康发展。2018年国务院印发《关于加快推进农业机械化和农机装备产业转型升级的指导意见》，为农业机械及农机装备进一步发展提供了机遇，农业机械及农机装备的应用将有效提高农业标准化、精细化和规模化水平，为农业产业发展注入新的活力。随着信息技术的不断发展，卫星定位精度不断提高，采用卫星定位的农机自主导航无人驾驶系统得以应用，但实际生产中，卫星定位农机自主导航无人驾驶系统多用于农机直线行走，地头转弯时仍需作业人员的干预，且农机入行位置受作业人员经验影响，可能存在相邻作业行间的重叠与遗漏。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述现有技术的不足，提供一种基于作业行的自主导航作业路径规划方法，能够对已知边界信息的作业地块进行作业装备路径规划，为作业装备自主导航工作提供路径依据，并且地头转弯时无需作业人员的干预，作业装备入行位置不受作业人员经验影响，避免相邻作业行间的重叠与遗漏，实现作业地块全程无人化、覆盖式作业。本专利技术所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：步骤A-数据采集：获取路径规划相关作业地块的坐标数据、作业车辆的位置偏差L、车身宽度W，设定作业行间隔距离D；所述作业地块为四边形地块，所述坐标数据采集顺序为：点1、点2、第3、点4分别为作业地块的四个顶点，按照点1→点2→点3→点4的顺序方向完成作业地块四个顶点的坐标数据采集，边12为作业地块最长的边，边12平行于边34；所述坐标数据为平面坐标，点1的坐标数据为(x1,y1)，点2的坐标数据为(x2,y2)，点3的坐标数据为(x3,y3)，点4的坐标数据为(x4,y4)；所述作业车辆位置偏差L为车载卫星定位点距作业机具末端的长度；所述作业车辆宽度W为作业机具的作业宽度；所述作业行间隔距离D≥车辆宽度W；步骤B-生成覆盖作业地块的作业行，包括：步骤B1：边14上要求的目标点为P1(xp1,yp1)，边14上所有目标点集为作业行端点集合G1；边23上要求的目标点为P2(xp2,yp2)，边23上所有目标点集为作业行端点集合G2；初始化集合G1、集合G2为空集，设定h为点1到作业行的垂直距离，初始状态h＝D/2；利用公式(1)计算边14与边12的夹角θ1，利用公式(2)计算边23与边12的夹角θ2；利用公式(3)计算点1、点4间的距离d14，利用公式(4)计算点2、点3间的距离d23；比较h与d14×sinθ1的大小，若h大于d14×sinθ1则退出运算，否则进入步骤B2；步骤B2：利用公式(5)、公式(6)计算P1坐标xp1，yp1，利用公式(7)、公式(8)计算P2坐标xp2，yp2；将计算所得P1坐标值追加至集合G1中，即G1＝{(xp1,yp1)}，将计算所得P2坐标值追加至集合G2中，即G2＝{(xp2,yp2)}，集合G1、集合G2中点考虑追加点的次序性，即先增加的点在前，后增加的点在后；步骤B3：令h值增加D，判断P1是否超出边34，即比较h与d14×sinθ1的大小，若h大于d14×sinθ1则退出运算，集合G1、集合G2即为最终求得的作业行端点，否则进入B2继续运算；集合G1数据格式为{(G1X1,G1Y1),(G1X2,G1Y2),……}，集合G2数据格式为{(G2X1,G2Y1),(G2X2,G2Y2),……}；步骤B4：集合G1、G2中对应次序的点组成的线段为作业行，即G1中第1个点与G2中第1个点组成的线段为作业地块的第1个作业行，后续作业行均依据此对应关系；步骤C-计算入行点、出行点，包括：步骤C1：对集合G1、G2数据按作业装备沿作业行的工作方向，增加属性值：入行点为1，出行点为0，划分入行点、出行点，具体划分方法为：步骤C1-1：遍历集合G1，并统计集合G1中作业行端点的个数N，取m＝1，m值对应集合G1、集合G2中第m个作业行端点；步骤C1-2：计算m除以2的余数，即m％2值：若m％2等于0，则集合G1第m个作业行端点增加属性为0，集合G2第m个作业行端点增加属性为1；若m％2等于1，则集合G1第m个作业行端点增加属性为1，集合G2第m个作业行端点增加属性为0；步骤C1-3：m值增加1，判断m与N的大小，若m大于N，则计算完成，否则，则跳转至步骤C1-2继续执行；计算完成后，集合G1和集合G2中每个数组的最后一位均为属性值，即集合G1变为：{(G1X1,G1Y1,1),(G1X2,G1Y2,0),(G1X3,G1Y3,1),……}，集合G2变为：{(G2X1,G2Y1,0),(G2X2,G2Y2,1),(G2X3,G2Y3,0),……}；步骤C2：计算入行点、出行点位置坐标，设置车载北斗卫星定位设备输出位置点与机具工作点间距L，出行点为作业行延长线距作业行端点L处，入行点为作业内距作业行端点L处，具体计算方法为：步骤C2-1：初始化入行点集合R、出行点集合C，集合R与集合C均为有序集合，按坐标数值追加先后顺序排列，取n值为1，n用于遍历集合G1；步骤C2-2：利用公式(9)计算作业行的长度d，即两个作业端点间的距离；步骤C2-3：判断集合G1中第n个数据中属性值若为1：则利用公式(10)及公式(11)分别求解入行点坐标q1(xq1,yq1)，并将计算所得坐标内添加属性值1，变为(xq1,yq1,1)，追加至集合R中，再利用公式(12)及公式(13)求解出行点坐标q2(xq2,yq2)，并将计算所得坐标内添加属性值0，变为(xq2,yq2,0)，追加至集合C中；xq1＝(L×(G1Xn-G2Xn))/d+G1Xn……………………公式(10)yq1＝(L×(G1Yn-G2Yn))/d+G1Yn……………………公式(11)xq2＝(L×(G1Xn-G2Xn))/d+G2Xn……………………公式(12)yq2＝(L×(G1Yn-G2Yn))/d+G2Yn……………………公式(13)步骤C2-4：n值增加1，比较n与N大小，若n值大于N则计算结束，集合R为所有入行点集，暂记作R：{(xr1,yr1,1),(xr2,yr2,1)……}，集合C为所有出行点集，暂记作C：{(xc1,yc1,0),(xc2,yc2,0)……}，若n值小于N则跳转至步骤C2-2继续运算；步骤D-生成作业路径，包括：步骤D1：取k＝1，用于遍历集合R，初始化路径集合Road，Road为有序集合，按坐标数值追加先后顺序排列；步骤D2：从集合G1中取第k个数据追加至集合Road中，从集合R中取第k个数据追加至集本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于作业行的自主导航作业路径规划方法，包括：/n步骤A-数据采集：获取路径规划相关作业地块的坐标数据、作业车辆的位置偏差L、车身宽度W，设定作业行间隔距离D；/n所述作业地块为四边形地块，所述坐标数据采集顺序为：点

【技术特征摘要】
1.一种基于作业行的自主导航作业路径规划方法，包括：
步骤A-数据采集：获取路径规划相关作业地块的坐标数据、作业车辆的位置偏差L、车身宽度W，设定作业行间隔距离D；
所述作业地块为四边形地块，所述坐标数据采集顺序为：点1、点2、第3、点4分别为作业地块的四个顶点，按照点1→点2→点3→点4的顺序方向完成作业地块四个顶点的坐标数据采集，边12为作业地块最长的边，边12平行于边34；
所述坐标数据为平面坐标，点1的坐标数据为(x1,y1)，点2的坐标数据为(x2,y2)，点3的坐标数据为(x3,y3)，点4的坐标数据为(x4,y4)；
所述作业车辆位置偏差L为车载卫星定位点距作业机具末端的长度；
所述作业车辆宽度W为作业机具的作业宽度；
所述作业行间隔距离D≥车辆宽度W；
步骤B-生成覆盖作业地块的作业行，包括：
步骤B1：边14上要求的目标点为P1(xp1,yp1)，边14上所有目标点集为作业行端点集合G1；边23上要求的目标点为P2(xp2,yp2)，边23上所有目标点集为作业行端点集合G2；
初始化集合G1、集合G2为空集，设定h为点1到作业行的垂直距离，初始状态h＝D/2；
利用公式(1)计算边14与边12的夹角θ1，利用公式(2)计算边23与边12的夹角θ2；






利用公式(3)计算点1、点4间的距离d14，利用公式(4)计算点2、点3间的距离d23；






比较h与d14×sinθ1的大小，若h大于d14×sinθ1则退出运算，否则进入步骤B2；
步骤B2：利用公式(5)、公式(6)计算P1坐标xp1，yp1，利用公式(7)、公式(8)计算P2坐标xp2，yp2；












将计算所得P1坐标值追加至集合G1中，即G1＝{(xp1,yp1)}，将计算所得P2坐标值追加至集合G2中，即G2＝{(xp2,yp2)}，集合G1、集合G2中点考虑追加点的次序性，即先增加的点在前，后增加的点在后；
步骤B3：令h值增加D，判断P1是否超出边34，即比较h与d14×sinθ1的大小，若h大于d14×sinθ1则退出运算，集合G1、集合G2即为最终求得的作业行端点，否则进入B2继续运算；
集合G1数据格式为{(G1X1,G1Y1),(G1X2,G1Y2),……}，集合G2数据格式为{(G2X1,G2Y1),(G2X2,G2Y2),……}；
步骤B4：集合G1、G2中对应次序的点组成的线段为作业行，即G1中第1个点与G2中第1个点组成的线段为作业地块的第1个作业行，后续作业行均依据此对应关系；
步骤C-计算入行点、出行点，包括：
步骤C1：对集合G1、G2数据按作业装备沿作业行的工作方向，增加属性值：入行点为1，出行点为0，划分入行点、出行点，具体划分方法为：
步骤C1-1：遍历集合G1，并统计集合G1中作业行端点的个数N，取m＝1，m值对应集合G1、集合G2中第m个作业行端点；
步骤C1-2：计算m除以2的余数，即m％2值：
若m％2等于0，则集合G1第m个作业行端点增加属性为0，集合G2第m个作业行端点增加属性为1；
若m％2等于1，则集合G1第m个作业行端点增加属性为1，集合G2第m个作业行端点增加属性为0；
步骤C1-3：m值增加1，判断m与N的大小，若m大于N，则计算完成，否则，则跳转至步骤C1-2...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆元杰，尚明华，刘淑云，王富军，李乔宇，
申请(专利权)人：山东省农业科学院科技信息研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37