本发明涉及农业智能制造,特别是涉及一种农田间种自主决策的路径规划方法与装置。
背景技术:
1、随着人工智能的快速发展,结构化道路的自主导航与移动已经落地实现。然而农业方面由于地形、环境、通讯等问题,在部署自主导航移动系统方面存在较大困难,导致目前农田作业仍需人工操作,难以实现大范围的农田自动化智能化作业。在农田播种领域,随着人口的不断增加,与之形成的土地面积逐渐减少,因此解决作物产量问题也是农业工作的重心。农田间作套种可以实现在有限的土地上创造更大的价值,产出更多的作物,通过自主决策的路径规划方法可以达到无人化的农田间种,从而降低投入成本,减轻劳动力,实现大范围的智能化农田作业。
技术实现思路
1、本发明提出了一种农田间种自主决策的路径规划方法与装置,针对目前人工农田间种过程中播种模式繁杂,调头次数频繁,路径规划紊乱现象,用以解决其导致的资源损耗较多,重复性工作路线,智能化程度低的问题。
2、为实现上述目的,本发明提供一种农田间种自主决策的路径规划方法,其包括:
3、步骤1,根据农田的田垄的总数,设置间种方案,间种方案包括多条行走路径,利用式(1)计算每一条行走路径的代价值cost,将代价值cost最小的行走路径作为期望行走路径;
4、cost=a1mk1+a2mk2+bn (1)
5、其中,m为纵向行驶对应的播种路线代价值,n为横向行驶对应的通道路线代价值,k1为双边播种代价值,k2为单边播种代价值,a1为双边播种路线数量,a2为单边播种数量,b为行驶通道数量;
6、农田的田垄总数为奇数时,期望行走路径对应的路径为:从第1通道开始,先走农田外侧两边的通道,再依次间隔往内侧的通道行进,直到每一块田垄均被播种;
7、农田的田垄总数为偶数时,期望行走路径对应的路径为:从第1通道开始,依次间隔两通道循环行进,直到每一块田垄均被播种;
8、步骤2,按期望行走路径行进,进行农田间种播种:根据实时感知到的农田作业环境信息与播种机的自身状态信息,结合作物种植要求,对种箱落种操作进行调节,对不同田垄进行最优株距种植作业。
9、进一步地,播种机的自身状态信息包括预期行进速度v,作物种植要求包括排种盘每转排出种子数为k;
10、步骤2中,对不同田垄进行最优株距种植作业的方法具体包括:
11、利用式(1)控制田垄对应种箱排种盘中电机的转速n,进而能够控制田垄的最优株距s;
12、
13、或者,利用式(2)控制田垄对应种箱排种盘中电机的输入脉冲数kc,进而能够控制田垄的最优株距s;
14、
15、式中,β为电机的步距角。
16、进一步地,农田作业环境信息包括田垄的播种状态,分为已播种状态和未播种状态;
17、步骤2中,对种箱落种操作进行调节的方法具体包括:
18、根据田垄的播种状态,按如下情形对种箱落种操作进行调节;
19、第一种情形:播种机当前到达的通道两侧的田垄均为未播种状态,则同时打开两侧的种箱的开关;
20、第二种情形:播种机当前到达的通道一侧的田垄为已播种状态,另一侧的田垄为未播种状态,则关闭已播种状态的田垄的种箱的开关,而打开未播种状态的田垄的种箱的开关。
21、进一步地,步骤1中,田垄的总数为9时,从路径的起点开始,将农田的田垄依序编号,分别表示为第一田垄a-第九田垄i,其中田垄a、c、e、g和i播种同一种作物,b、d、f和h播种另外一种作物,期望行走路径按照第一田垄a与第二田垄b之间通道、第八田垄h和第九田垄i之间通道、第三田垄c和第四田垄d之间通道、第六田垄f和第七田垄g之间通道、第五田垄e和第六田垄f之间通道、第一田垄a外侧通道的先后顺序进行设置。
22、进一步地,步骤1中,田垄的总数为8时,从路径的起点开始,将农田的田垄依序编号,分别表示为第一田垄a-第八田垄h,其中田垄a、c、e、和g播种同一种作物,b、d、f和h播种另外一种作物,期望行走路径按照第一田垄a与第二田垄b之间通道、第四田垄d和第五田垄e之间通道、第七田垄g和第八田垄h之间通道、第六田垄f和第七田垄g之间通道、第三田垄c和第四田垄d之间通道、第一田垄a外侧通道的先后顺序进行设置。
23、本发明还提供一种农田间种自主决策的路径规划装置,其包括:
24、感知模块,其用于感知到的农田作业环境信息与播种机的自身状态信息;
25、规划模块,其用于根据农田的田垄的总数,设置间种方案,间种方案包括多条行走路径,利用式(1)计算每一条行走路径的代价值cost,将代价值cost最小的行走路径作为期望行走路径:
26、cost=a1mk1+a2mk2+bn (1)
27、其中,m为纵向行驶对应的播种路线代价值,n为横向行驶对应的通道路线代价值,k1为双边播种代价值,k2为单边播种代价值,a1为双边播种路线数量,a2为单边播种数量,b为行驶通道数量;
28、农田的田垄总数为奇数时,期望行走路径对应的路径为:从第1通道开始,先走农田外侧两边的通道,再依次间隔往内侧的通道行进,直到每一块田垄均被播种;
29、农田的田垄总数为偶数时,期望行走路径对应的路径为:从第1通道开始,依次间隔两通道循环行进,直到每一块田垄均被播种;
30、控制模块,其用于按期望行走路径行进,进行农田间种播种:根据实时感知到的农田作业环境信息与播种机的自身状态信息,结合作物种植要求,对种箱落种操作进行调节,对不同田垄进行最优株距种植作业。
31、进一步地,播种机的自身状态信息包括预期行进速度v,作物种植要求包括排种盘每转排出种子数为k;
32、控制模块包括:
33、最优株距种植计算单元,其用于利用式(1)控制田垄对应种箱排种盘中电机的转速n,进而能够控制田垄的最优株距s,或者,利用式(2)控制田垄对应种箱排种盘中电机的输入脉冲数kc,进而能够控制田垄的最优株距s;
34、
35、式中,β为电机的步距角。
36、进一步地,农田作业环境信息包括田垄的播种状态,分为已播种状态和未播种状态;
37、控制模块还包括:
38、种箱落种操作调节单元,其用于根据田垄的播种状态,按如下情形对种箱落种操作进行调节;
39、第一种情形:播种机当前到达的通道两侧的田垄均为未播种状态,则同时打开两侧的种箱的开关;
40、第二种情形:播种机当前到达的通道一侧的田垄为已播种状态,另一侧的田垄为未播种状态,则关闭已播种状态的田垄的种箱的开关,而打开未播种状态的田垄的种箱的开关。
41、进一步地,田垄的总数为9,规划模块用于从路径的起点开始,将农田的田垄依序编号,分别表示为第一田垄a-第九田垄i,其中田垄a、c、e、g和i播种同一种作物,b、d、f和h播种另外一种作物,期望行走路径按照第一田垄a与第二田垄b之间通道、第八田垄h和第九田垄i之间通道、第三田垄c和第四田垄d之间通道、第六田垄f和第七田垄g之间通道、第五田垄e和第六田垄f之间通道、第一田垄a外侧通道的先后顺序进行设置。
42、进一步地,田垄的总数为8,规划模块用于从路径的起点开始,将农田的田垄依序编号,分别表示为第一田垄a-第八田垄h,其中田垄a、c、e、和g播种同一种作物,b、d、f和h播种另外一种作物,期望行走路径按照第一田垄a与第二田垄b之间通道、第四田垄d和第五田垄e之间通道、第七田垄g和第八田垄h之间通道、第六田垄f和第七田垄g之间通道、第三田垄c和第四田垄d之间通道、第一田垄a外侧通道的先后顺序进行设置。
43、由于本发明根据田垄总数设置期望行走路径,还根据实时感知到的农田作业环境信息与播种机的自身状态信息,结合作物种植要求,对种箱落种操作进行调节,对不同田垄进行最优株距种植作业,因此,本发明极大减轻了播种成本投入,降低劳动强度,同时能够智能化地满足大面积的农田间种作业,对农业发展的推动具有现实意义。
1.一种农田间种自主决策的路径规划方法,其特征在于,包括:
2.如权利要求1所述的农田间种自主决策的路径规划方法,其特征在于,播种机的自身状态信息包括预期行进速度v,作物种植要求包括排种盘每转排出种子数为k;
3.如权利要求1或2所述的农田间种自主决策的路径规划方法,其特征在于,农田作业环境信息包括田垄的播种状态,分为已播种状态和未播种状态;
4.如权利要求3所述的农田间种自主决策的路径规划方法,其特征在于,步骤1中,田垄的总数为9时,从路径的起点开始,将农田的田垄依序编号,分别表示为第一田垄a-第九田垄i,其中田垄a、c、e、g和i播种同一种作物,b、d、f和h播种另外一种作物,期望行走路径按照第一田垄a与第二田垄b之间通道、第八田垄h和第九田垄i之间通道、第三田垄c和第四田垄d之间通道、第六田垄f和第七田垄g之间通道、第五田垄e和第六田垄f之间通道、第一田垄a外侧通道的先后顺序进行设置。
5.如权利要求3所述的农田间种自主决策的路径规划方法,其特征在于,步骤1中,田垄的总数为8时,从路径的起点开始,将农田的田垄依序编号,分别表示为第一田垄a-第八田垄h,其中田垄a、c、e、和g播种同一种作物,b、d、f和h播种另外一种作物,期望行走路径按照第一田垄a与第二田垄b之间通道、第四田垄d和第五田垄e之间通道、第七田垄g和第八田垄h之间通道、第六田垄f和第七田垄g之间通道、第三田垄c和第四田垄d之间通道、第一田垄a外侧通道的先后顺序进行设置。
6.一种农田间种自主决策的路径规划装置,其特征在于,包括:
7.如权利要求6所述的农田间种自主决策的路径规划装置,其特征在于,播种机的自身状态信息包括预期行进速度v,作物种植要求包括排种盘每转排出种子数为k;
8.如权利要求6或7所述的农田间种自主决策的路径规划装置,其特征在于,农田作业环境信息包括田垄的播种状态,分为已播种状态和未播种状态;
9.如权利要求8所述的农田间种自主决策的路径规划装置,其特征在于,田垄的总数为9,规划模块用于从路径的起点开始,将农田的田垄依序编号,分别表示为第一田垄a-第九田垄i,其中田垄a、c、e、g和i播种同一种作物,b、d、f和h播种另外一种作物,期望行走路径按照第一田垄a与第二田垄b之间通道、第八田垄h和第九田垄i之间通道、第三田垄c和第四田垄d之间通道、第六田垄f和第七田垄g之间通道、第五田垄e和第六田垄f之间通道、第一田垄a外侧通道的先后顺序进行设置。
10.如权利要求8所述的农田间种自主决策的路径规划装置,其特征在于,田垄的总数为8,规划模块用于从路径的起点开始,将农田的田垄依序编号,分别表示为第一田垄a-第八田垄h,其中田垄a、c、e、和g播种同一种作物,b、d、f和h播种另外一种作物,期望行走路径按照第一田垄a与第二田垄b之间通道、第四田垄d和第五田垄e之间通道、第七田垄g和第八田垄h之间通道、第六田垄f和第七田垄g之间通道、第三田垄c和第四田垄d之间通道、第一田垄a外侧通道的先后顺序进行设置。