CN109460848A - 农机作业基准线规划方法、装置及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种农机作业基准线规划方法，包括：确定原作业基准线，计算农机行驶轨迹上每个点到所述原作业基准线的距离，获取所述距离的最大值；根据所述距离的最大值确定新作业基准线；其中，所述原作业基准线与所述新作业基准线平行。本发明实施例还提供了一种农机作业基准线规划装置、设备及非暂态可读存储介质，用来实现所述方法。本发明可以在任意形状的地块边界处进行农机作业基准线的规划，该方法能够有效提高农机作业线规划的准确性，避免因反复确定农机作业线导致的地面压实问题。

Description

农机作业基准线规划方法、装置及存储介质
技术领域
本发明实施例涉及路径规划技术领域，尤其涉及一种农机作业基准线规划方法、装置及存储介质。
背景技术
农机自动导航在提高农机作业效率和质量的同时，还能提高作物产量和质量。目前，基于全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)的农机自动导航系统作为最实用、最稳定、最可靠的一种导航技术，已经进行了规模化应用，实现了播种、施肥、起垄、喷药等作业，大大提高了农机作业的标准化。由于农田作业大部分为往复直线作业，因此，直线导航是基于GNSS的农机自动导航系统最基本的功能。在农机自动导航作业开始前，需要确定农机自动导航作业基准线。作业基准线一般采用以下方法进行规划：点选作业基准线图标，创建一条新的作业基准线；驾驶农机到地块起点处，点选作业基准线起点，农机自动导航系统记录起点坐标；沿地块边界驾驶农机到地块另一端，点选终点，农机自动导航系统记录终点坐标；此时农机自动导航系统根据起点和终点坐标规划作业基准线。然后农机自动导航系统以作业基准线为基准，依据农机作业幅宽W(见图2)，自动规划农机自动导航路径。农机自动导航系统控制农机按照规划路径进行往复直线作业。但是，此作业基准线规划方法仅适用于边界为直线或外凸型曲线的地块，对于地块边界为内凹型曲线(见图2)的地块的作业基准线规划不适用。
参见图2，若要使农机进行正常作业，需要对此方法规划的作业基准线AB进行平移，产生新的作业基准线CD。对作业基准线进行平移时，平移偏移量M不易确定，需要多次试凑，不仅严重影响了作业效率，还容易对农田产生压实，从而影响作物生长，进而影响作物产量。因此，找到一种能够自动规划农机作业基准线的方法，并且该方法可以在任意形状的地块边界处进行农机作业基准线的规划，就成为业界广泛关注的问题。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明实施例提供了一种农机作业基准线规划方法、装置及存储介质。
根据本发明实施例的第一方面，提供一种农机作业基准线规划方法，包括：确定原作业基准线，计算农机行驶轨迹上每个点到所述原作业基准线的距离，获取所述距离的最大值；根据所述距离的最大值确定新作业基准线；其中，所述原作业基准线与所述新作业基准线平行。
本发明实施例提供的方法，通过设计的一种自动规划农机作业基准线的算法，可以在任意形状的地块边界处进行农机作业基准线的规划，该方法能够有效提高农机作业线规划的准确性，避免因反复确定农机作业线导致的地面压实问题。
根据本发明实施例第二方面，提供了一种农机作业基准线规划装置，包括：
原作业基准线定位模块，用于确定原作业基准线的位置；
距离获取模块，用于计算农机行驶轨迹上每个点到所述原作业基准线的距离，获取所述距离的最大值；
新作业基准线获取模块，用于根据所述距离的最大值确定新作业基准线；
其中，所述原作业基准线与所述新作业基准线平行。
根据本发明实施例的第三方面，提供了一种农机作业基准线规划设备，包括：
至少一个处理器；以及
与处理器通信连接的至少一个存储器，其中：
存储器存储有可被处理器执行的程序指令，处理器调用程序指令能够执行第一方面的各种可能的实现方式中任一种可能的实现方式所提供的农机作业基准线规划方法。
根据本发明实施例的第四方面，提供了一种非暂态计算机可读存储介质，非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，计算机指令使计算机执行第一方面的各种可能的实现方式中任一种可能的实现方式所提供的农机作业基准线规划方法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中农机作业基准线规划方法整体流程图；
图2是现有技术中地块边界内凹条件下规划农机作业基准线示意图；
图3是本发明实施例中农机作业基准线规划装置示意图；
图4是本发明实施例中S形边界地块内农机作业基准线规划示意图；
图5是本发明实施例中农机作业基准线规划设备示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
农机自动导航在提高农机作业效率和质量，以及提高作物产量和质量方面具有极其重要的作用。当前，基于全球导航卫星系统的农机自动导航系统已经成为最实用、最稳定、最可靠的一种导航技术，并且也进行了规模化应用，实现了播种、施肥、起垄、喷药等一系列农田作业，大大提高了农田作业的标准化。目前的农田作业大部分为往复直线式作业法，所以，直线导航是基于全球导航卫星系统的农机自动导航系统最基本的功能。在开始农机自动导航作业之前，需要确定农机自动导航的作业基准线。
农机作业基准线一般采用以下方法进行规划：首先，创建一条新的作业基准线；驾驶农机到地块起点处，起点位于农田地块的一侧的边界，然后点选作业基准线起点，农机自动导航系统就会自动记录起点坐标；沿地块边界驾驶农机到地块另一边界，该边界通常与起始边界平行，在该边界上点选终点，农机自动导航系统会自动记录终点坐标；此时农机自动导航系统根据起点和终点坐标规划作业基准线。然后农机自动导航系统以作业基准线为基准，依据农机作业幅宽，自动规划农机自动导航路径。农机自动导航系统控制农机按照规划路径进行往复直线作业。然而，此农机作业基准线规划方法仅适用于边界为直线或外凸型曲线的地块，对于地块边界为内凹型曲线或S形曲线的地块的作业基准线规划并不适用。
若要使农机进行正常作业，需要对此方法规划的作业基准线进行平移，产生新的作业基准线。对作业基准线进行平移时，平移偏移量不易确定，需要多次试凑，不仅严重影响了作业效率，还容易对农田产生压实，从而影响作物生长，进而影响作物产量。
针对上述情形，本发明提出的一种农机自动导航的作业基准线自动规划方法，不仅适用于边界为直线、外凸型曲线、内凹型曲线地块的作业基准线规划，也适用于边界为S型曲线地块的作业基准线规划，在提高了农机自动导航效率的同时，减少了对农田的压实作用，有利于作物生长，进而提高作物产量。具体地，本发明实施例提供的一种农机作业基准线规划方法，请参见图1，该方法包括：101、确定原作业基准线，计算农机行驶轨迹上每个点到所述原作业基准线的距离，获取所述距离的最大值。其中，原作业基准线是指农机初始作业时，规划的初始作业基准线。
在步骤101中，确定原作业基准线的方法在现实中有许多种。例如，驾驶农机到地块的一侧边界的起点处，记录一个点为A点，然后农机沿着与该边界垂直的方向向与该边界平行的边界行驶，在到达平行边界后，记录此时平行边界上的点为B点，这样直线AB就成为一条确定好的原作业基准线。在此，读者需要了解的是，该例子仅是对确定原作业基准线的方法的描述，并不是对确定原作业基准线方法的限定。
步骤101中还提及计算农机行驶轨迹上每个点到所述原作业基准线的距离。在地块边界的形状不规整的时候，如出现S形状地块边界的情况下，农机在这种形状的地块边界进行作业时的行进路线必然是曲线前进的。正是基于这样的原因，农机行进的轨迹上的各个点距离原作业基准线的距离并不相同，所以只有计算出各个点距离原作业基准线的距离，并从中选取最大的距离，才能确定原作业基准线与新作业基准线之间的间隔。具体的计算方法会在下述的实施例中提出，在此不再赘述。但是，应当明确的是，对确定农机行驶轨迹上每个点到所述原作业基准线的距离的相关内容的阐述，是为了读者更好的理解本发明相关的技术方案，并不代表对本发明的技术方案进行了限定。
102、根据所述距离的最大值确定新作业基准线；
在步骤102中，根据所述距离的最大值确定新作业基准线，具体方法包括：确定距离的最大值对应的农机行驶轨迹点的坐标，将所述坐标代入新作业基准线的方程，确定新作业基准线方程中的未知参数，获取新作业基准线方程。上述方法具体来说，如果将距离最大值对应的点记做(xi,yi)，新作业基准线的方程表示为(yA-yB)x+(xB-xA)y+C'＝0，将点(xi,yi)的坐标代入新作业基准线的方程，可以得到：
C'＝(yB-yA)xi+(xA-xB)yi
则新作业基准线的方程为：
(yA-yB)x+(xB-xA)y+((yB-yA)xi+(xA-xB)yi)＝0
其中，通过上述步骤确定新作业基准线的前提是：原作业基准线与新作业基准线平行。
本发明实施例提供的方法，通过设计的一种自动规划农机作业基准线的算法，可以在任意形状的地块边界处进行农机作业基准线的规划，该方法能够有效提高农机作业线规划的准确性，避免因反复确定农机作业线导致的地面压实问题。
在生产实践中，地块边界的形状是各式各样的，但是整体上可以归纳为直线型和曲线型。原农机作业线只有设置在与地块边界毗邻的地方，且地块边界的形状并不规则的时候，本发明方案的有效性才能更加突出的显示出来。尤其是地块的边界形状是向内凹陷的情况，更能够突出本发明的优异性。基于此种考虑，作为一种可选的实施例，确定原作业基准线，具体方法还包括：原作业基准线毗邻地块的一侧边界。
在上述方法实施例中，计算农机行驶轨迹上每个点到所述原作业基准线的距离的步骤对于实现本发明的技术方案尤为重要，是本发明算法能否具备实用价值的核心关键。传统技术中对距离的计算方法多种多样，有诸如欧式距离、曼哈顿距离及切比雪夫距离等。在本发明中，为了说明的方便和高效，以及读者便于理解，作为一种可选的方法实施例，计算农机行驶轨迹上每个点到所述原作业基准线的距离，具体方法还包括：
其中，i表示对农机行驶轨迹点的标号，di表示第i个点到原作业基准线的距离，(xA，yA)表示原作业基准线上的一个已知点，(xB，yB)表示原作业基准线上的另一个已知点，(xi，yi)表示农机行驶轨迹上的第i个点。
基于上述方法实施例的内容，本发明实施例提供了一种农机作业基准线规划装置，该装置用于执行上述方法实施例中的农机作业基准线规划方法。参见图3，农机作业基准线规划装置304包括：
原作业基准线定位模块301，用于确定原作业基准线的位置；
原作业基准线定位模块301确定原作业基准线位置的实现方法多种多样。例如，驾驶农机到地块的一侧边界的起点处，原作业基准线定位模块301记录一个点为A点，然后农机沿着与该边界垂直的方向向与该边界平行的边界行驶，在到达平行边界后，原作业基准线定位模块301记录此时平行边界上的点为B点，这样直线AB就成为一条确定好的原作业基准线。在此，读者需要了解的是，该例子仅是对原作业基准线定位模块301确定原作业基准线的过程描述，并不是对确定原作业基准线方法的限定。
距离获取模块302，用于计算农机行驶轨迹上每个点到所述原作业基准线的距离，获取所述距离的最大值；
距离获取模块302计算农机行驶轨迹上每个点到所述原作业基准线的距离。具体地，在地块边界的形状不规整的时候，如出现S形状地块边界的情况下，农机在这种形状的地块边界进行作业时的行进路线必然是曲线前进的。正是基于这样的原因，农机行进的轨迹上的各个点距离原作业基准线的距离并不相同，所以只有距离获取模块302计算出各个点距离原作业基准线的距离，并从中选取最大的距离，才能确定原作业基准线与新作业基准线之间的间隔。具体的计算方法会在下述的实施例中提出，在此不再赘述。但是，应当明确的是，对距离获取模块302确定农机行驶轨迹上每个点到所述原作业基准线的距离的相关内容的阐述，是为了读者更好的理解本发明相关的技术方案，并不代表对本发明的技术方案进行了限定。
新作业基准线获取模块303，用于根据所述距离的最大值确定新作业基准线；
新作业基准线获取模块303根据所述距离的最大值确定新作业基准线，包括：确定距离的最大值对应的农机行驶轨迹点的坐标，将所述坐标代入新作业基准线的方程，确定新作业基准线方程中的未知参数，获取新作业基准线方程。具体来说，如果将距离最大值对应的点记做(xi,yi)，新作业基准线的方程表示为(yA-yB)x+(xB-xA)y+C'＝0，将点(xi,yi)的坐标代入新作业基准线的方程，可以得到：
C'＝(yB-yA)xi+(xA-xB)yi
则新作业基准线的方程为：
(yA-yB)x+(xB-xA)y+((yB-yA)xi+(xA-xB)yi)＝0
其中，通过上述各个模块确定新作业基准线的前提是：原作业基准线与新作业基准线平行。
本发明实施例提供的农机作业基准线规划装置，通过设计的一种自动规划农机作业基准线的算法，可以在任意形状的地块边界处进行农机作业基准线的规划，该装置能够有效提高农机作业线规划的准确性，避免因反复确定农机作业线导致的地面压实问题。
在生产实践中，地块边界的形状是各式各样的，但是整体上可以归纳为直线型和曲线型。原农机作业线只有设置在与地块边界毗邻的地方，且地块边界的形状并不规则的时候，本发明方案的有效性才能更加突出的显示出来。尤其是地块的边界形状是向内凹陷的情况，更能够突出本发明的优异性。基于此种考虑，作为一种可选的装置实施例，原作业基准线定位模块确定的原作业基准线，具体位置包括：原作业基准线毗邻地块的一侧边界。
在上述装置实施例中，计算农机行驶轨迹上每个点到所述原作业基准线的距离的步骤对于实现本发明的技术方案尤为重要，是本发明能否具备实用价值的核心关键。传统技术中对距离的计算方法多种多样，有诸如欧式距离、曼哈顿距离及切比雪夫距离等。在本发明中，为了说明的方便和高效，以及读者便于理解，作为一种可选的实施例，距离获取模块计算农机行驶轨迹上每个点到所述原作业基准线的距离，采用的具体公式包括：
其中，i表示对农机行驶轨迹点的标号，di表示第i个点到原作业基准线的距离，(xA，yA)表示原作业基准线上的一个已知点，(xB，yB)表示原作业基准线上的另一个已知点，(xi，yi)表示农机行驶轨迹上的第i个点。
无论是上述的方法实施例还是装置实施例，其理论基础均为通过距离建立作业基准线。因此，为了使读者能够更加清楚的理解本发明的技术方案，有必要结合图4，对本发明的理论基础做出说明。参见图4，图4中包括：
地块边界401、农机质心402、农机运动轨迹403、新作业基准线404及原作业基准线405。
由图4中可见，地块边界401呈现不规则的S型，原作业基准线405设置在地块边界401附近，农机运动轨迹403也位于地块边界401附近，且农机运动轨迹403以地块边界401为参照也呈S形状运动。当农机质心402(代表农机)在农机运动轨迹403上运动时，必然会形成离原作业基准线405距离不等的点，取这些点中距离原作业基准线405距离最大的点，将该点的坐标代入新作业基准线404的方程中，就可以得到新作业基准线404的方程中的未知参数，进而得到新作业基准线404的方程。需要说明的是，上述新作业基准线404与原作业基准线405是平行的，这样两作业基准线的斜率是一样的，不同之处仅在于作业基准线在y轴上的截距，所以此处需要确定的未知参数就是该截距。读者需要了解的是，本段描述是对本发明方案原理的说明，并不是对本发明方案的限制，任何符合本发明精神实质的方案，均在本发明的保护范围内。
本发明实施例的方法是依托硬件设备实现的，因此对相关的硬件设备有必要做一下介绍。本发明实施例提供了一种农机作业基准线规划设备，如图5所示，图5是本发明实施例中农机作业基准线规划设备示意图，包括：处理器501、存储器502和总线503；
其中，处理器501及存储器502分别通过总线503完成相互间的通信；处理器501用于调用存储器502中的程序指令，以执行上述实施例所提供的农机作业基准线规划方法，例如包括：确定原作业基准线，计算农机行驶轨迹上每个点到所述原作业基准线的距离，获取所述距离的最大值；根据所述距离的最大值确定新作业基准线；其中，所述原作业基准线与所述新作业基准线平行。
本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，该计算机指令使计算机执行对应实施例所提供的农机作业基准线规划方法，例如包括：确定原作业基准线，计算农机行驶轨迹上每个点到所述原作业基准线的距离，获取所述距离的最大值；根据所述距离的最大值确定新作业基准线；其中，所述原作业基准线与所述新作业基准线平行。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所描述的标签确定设备等实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分方法。最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明实施例的保护范围。凡在本发明实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种农机作业基准线规划方法，其特征在于，包括：
确定原作业基准线，计算农机行驶轨迹上每个点到所述原作业基准线的距离，获取所述距离的最大值；
根据所述距离的最大值确定新作业基准线；
其中，所述原作业基准线与所述新作业基准线平行。
2.根据权利要求1所述的农机作业基准线规划方法，其特征在于，所述确定原作业基准线，包括：
原作业基准线毗邻地块的一侧边界。
3.根据权利要求1所述的农机作业基准线规划方法，其特征在于，所述计算农机行驶轨迹上每个点到所述原作业基准线的距离中，距离的计算方法包括：
其中，i表示对农机行驶轨迹点的标号，di表示第i个点到原作业基准线的距离，(xA，yA)表示原作业基准线上的一个已知点，(xB，yB)表示原作业基准线上的另一个已知点，(xi，yi)表示农机行驶轨迹上的第i个点。
4.根据权利要求1所述的农机作业基准线规划方法，其特征在于，所述根据所述距离的最大值确定新作业基准线，包括：
确定距离的最大值对应的农机行驶轨迹点的坐标，将所述坐标代入新作业基准线的方程，确定新作业基准线方程中的未知参数，获取新作业基准线方程。
5.一种农机作业基准线规划装置，其特征在于，包括：
原作业基准线定位模块，用于确定原作业基准线的位置；
距离获取模块，用于计算农机行驶轨迹上每个点到所述原作业基准线的距离，获取所述距离的最大值；
新作业基准线获取模块，用于根据所述距离的最大值确定新作业基准线；
其中，所述原作业基准线与所述新作业基准线平行。
6.根据权利要求5所述的农机作业基准线规划装置，其特征在于，所述原作业基准线定位模块确定的原作业基准线，毗邻地块的一侧边界。
7.根据权利要求5所述的农机作业基准线规划装置，其特征在于，所述距离获取模块，用于计算农机行驶轨迹上每个点到所述原作业基准线的距离中，距离的计算方法包括：
其中，i表示对农机行驶轨迹点的标号，di表示第i个点到原作业基准线的距离，(xA，yA)表示原作业基准线上的一个已知点，(xB，yB)表示原作业基准线上的另一个已知点，(xi，yi)表示农机行驶轨迹上的第i个点。
8.根据权利要求5所述的农机作业基准线规划装置，其特征在于，所述新作业基准线获取模块，用于根据所述距离的最大值确定新作业基准线，包括：
确定距离的最大值对应的农机行驶轨迹点的坐标，将所述坐标代入新作业基准线的方程，确定新作业基准线方程中的未知参数，获取新作业基准线方程。
9.一种农机作业基准线规划设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器；
以及与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：
所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如权利要求1至4任一所述的方法。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如权利要求1至4任一所述的方法。
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