CN110097221A - 一种轮牧路线规划方法 - Google Patents

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杨颜博
周李涌
胡伟健
杜永兴
李娟娟
张万锴
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Abstract

一种轮牧路线规划方法，所述轮牧路线规划方法包括以下步骤：S1：首先估算不同草场版块放牧强度；S2：然后进行轮牧路线规划，核心是避开放牧强度超过载畜率的版块；S3：进行环境建模，也就是将实际的物理空间抽象成算法能够处理的抽象空间，实现相互间的映射；S4：接着进行路径搜索，结合离散域范围内的遍历式最优路径问题和连续域范围内的遍历式路径规划问题选择路径规划算法的有效结合；S5：最后进行路径平滑，作进一步处理与平滑使其成为一条实际可行的路径。

Description

一种轮牧路线规划方法
技术领域
本发明具体涉及一种轮牧路线规划方法。
背景技术
过度放牧导致的草地资源严重退化已经成为畜牧业经济发展和草地生态平衡的主要障碍。不同放牧强度对土壤性状，群落特征结构和生物量，以及物种多样性和生产力都存在不同程度的影响。为充分合理的利用天然草地资源，维持草原生态系统的可持续发展，避免超载过牧，并为畜牧管理部门实时、有效地提供羊群时空分布信息从而促进畜牧业经济发展，我们提出科学轮牧路线，指导牧民合理放牧。
发明内容
本申请的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种一种轮牧路线规划方法。
本申请的目的是通过以下技术方案解决的：
一种轮牧路线规划方法，所述轮牧路线规划方法包括以下步骤：
S1：首先估算不同草场版块放牧强度；
S2：然后进行轮牧路线规划，核心是避开放牧强度超过载畜率的版块；
S3：进行环境建模，也就是将实际的物理空间抽象成算法能够处理的抽象空间，实现相互间的映射；
S4：接着进行路径搜索，结合离散域范围内的遍历式最优路径问题和连续域范围内的遍历式路径规划问题选择路径规划算法的有效结合；
S5：最后进行路径平滑，作进一步处理与平滑使其成为一条实际可行的路径。
进一步的，一种轮牧路线规划方法，在步骤S1中，所述放牧强度的估算基于羊群放牧时空轨迹数据，包括经纬度、采集时间、定位编号字段信息。
进一步的，一种轮牧路线规划方法，所述放牧强度的估算包括以下步骤：
S11：首先按照一定周期利用分布式放牧强度估算方法得到不同时间段各草场版块的放牧强度；
S12：最后，将放牧强度大于载畜率的草场版块标记为过牧版块。
进一步的，一种轮牧路线规划方法，在步骤S11中，所述分布式放牧强度估算方法的思想是将清洗和预处理后的放牧轨迹数据进行基础聚类，对于得到的k个簇(k个草场版块)，分别计算其实际面积并统计簇内轨迹数据点个数(折合为羊只数)，通过簇面积与该簇内羊只数之比得到相应的放牧强度。
进一步的，一种轮牧路线规划方法，所述轮牧路线规划的最终目标节点为起始点。
进一步的，一种轮牧路线规划方法，所述轮牧路线规划无需考虑路网约束。
进一步的，一种轮牧路线规划方法，所述轮牧路线规划包括羊群轨迹均匀分布于草场原则和避免同一区域觅食次数过多导致分布过牧原则。
进一步的，一种轮牧路线规划方法，所述轮牧路线规划还包括躲避障碍物原则，即指的是前一周期标注已过牧区域。
进一步的，一种轮牧路线规划方法，所述遍历式最优路径问题的特点是起始点唯一，最终目标节点为起始点。
进一步的，一种轮牧路线规划方法，所述遍历式路径规划问题的特点是要求最短的路径去覆盖工作区的每个角落。
本申请相比现有技术有如下优点：
(1)本申请通过设置最终目标节点为起始点，可以达到早上从棚圈出发，晚上回到棚圈的效果。
(2)本申请通过算法优化，可以达到最大的覆盖率，使得羊群轨迹均匀分布于草场)，同时兼顾最小的重复率，可以避免同一区域觅食次数过多导致分布过牧。
(3)本申请通过无人机，可以躲避障碍物，所述障碍物指的是前一周期标注已过牧区域。
(4)由于本申请应用场景为大草原或者草场，无道路、建筑物标识等即无需考虑路网约束。
附图说明
附图1为本申请放牧路线规划示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更加全面的描述，附图中给出了本发明的若干实施例，但是本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于文本所描述的实施例，相反的，提供这些实施例是为了使对本发明公开的内容更加透彻全面。
需要说明的时，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上也可以存在居中的元件，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件，本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常连接的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语知识为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例一
如图1所示，一种轮牧路线规划方法，所述轮牧路线规划方法包括以下步骤：
S1：首先估算不同草场版块放牧强度；
S2：然后进行轮牧路线规划，核心是避开放牧强度超过载畜率的版块；
S3：进行环境建模，也就是将实际的物理空间抽象成算法能够处理的抽象空间，实现相互间的映射；
S4：接着进行路径搜索，结合离散域范围内的遍历式最优路径问题和连续域范围内的遍历式路径规划问题选择路径规划算法的有效结合；
S5：最后进行路径平滑，作进一步处理与平滑使其成为一条实际可行的路径。
进一步的，一种轮牧路线规划方法，在步骤S1中，所述放牧强度的估算基于羊群放牧时空轨迹数据，包括经纬度、采集时间、定位编号字段信息。
进一步的，一种轮牧路线规划方法，所述放牧强度的估算包括以下步骤：
S11：首先按照一定周期利用分布式放牧强度估算方法得到不同时间段各草场版块的放牧强度；
S12：最后，将放牧强度大于载畜率的草场版块标记为过牧版块。
进一步的，一种轮牧路线规划方法，在步骤S11中，所述分布式放牧强度估算方法的思想是将清洗和预处理后的放牧轨迹数据进行基础聚类，对于得到的k个簇(k个草场版块)，分别计算其实际面积并统计簇内轨迹数据点个数(折合为羊只数)，通过簇面积与该簇内羊只数之比得到相应的放牧强度。
进一步的，一种轮牧路线规划方法，所述轮牧路线规划的最终目标节点为起始点。
进一步的，一种轮牧路线规划方法，所述轮牧路线规划无需考虑路网约束。
进一步的，一种轮牧路线规划方法，所述轮牧路线规划包括羊群轨迹均匀分布于草场原则和避免同一区域觅食次数过多导致分布过牧原则。
进一步的，一种轮牧路线规划方法，所述轮牧路线规划还包括躲避障碍物原则，即指的是前一周期标注已过牧区域。
进一步的，一种轮牧路线规划方法，所述遍历式最优路径问题的特点是起始点唯一，最终目标节点为起始点。
进一步的，一种轮牧路线规划方法，所述遍历式路径规划问题的特点是要求最短的路径去覆盖工作区的每个角落。
本申请相比现有技术有如下优点：
(1)本申请通过设置最终目标节点为起始点，可以达到早上从棚圈出发，晚上回到棚圈的效果。
(2)本申请通过算法优化，可以达到最大的覆盖率，使得羊群轨迹均匀分布于草场)，同时兼顾最小的重复率，可以避免同一区域觅食次数过多导致分布过牧。
(3)本申请通过无人机，可以躲避障碍物，所述障碍物指的是前一周期标注已过牧区域。
(4)由于本申请应用场景为大草原或者草场，无道路、建筑物标识等即无需考虑路网约束。
实施例二
下面具体阐述本申请的原理，本方法第一步需要估算不同草场版块放牧强度，放牧强度的估算基于羊群放牧时空轨迹数据，包括经纬度、采集时间、定位编号字段信息。首先按照一定周期利用分布式放牧强度估算方法得到不同时间段各草场版块的放牧强度。最后，将放牧强度大于载畜率的草场版块标记为过牧版块。
分布式放牧强度估算方法思想是将清洗和预处理后的放牧轨迹数据进行基础聚类，对于得到的k个簇(k个草场版块)，分别计算其实际面积并统计簇内轨迹数据点个数(折合为羊只数)，通过簇面积与该簇内羊只数之比得到相应的放牧强度。、
下面进行轮牧路线规划，轮牧路线规划实际上就是按照固定周期给牧民推送科学合理的放牧路线。在轮牧路线规划中，其特点是：第一，最终目标节点为起始点，即早上从棚圈出发，晚上回到棚圈；第二，最大的覆盖率，使得羊群轨迹均匀分布于草场；以及最小的重复率，避免同一区域觅食次数过多导致分布过牧；第三，躲避障碍物，这里指的是前一周期标注已过牧区域；第四，草场无道路、建筑物等，即无需考虑路网约束。
基于以上特点，首先进行环境建模，也就是将实际的物理空间抽象成算法能够处理的抽象空间，实现相互间的映射。接着进行路径搜索，结合离散域范围内的遍历式最优路径问题(其特点是起始点唯一，最终目标节点为起始点)和连续域范围内的遍历式路径规划问题(其特点是要求最短的路径去覆盖工作区的每个角落)选择路径规划算法的有效结合。最后进行路径平滑，作进一步处理与平滑使其成为一条实际可行的路径。
以上实施例仅为说明本申请的技术思想，不能以此限定本申请的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本申请未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种轮牧路线规划方法，其特征在于，所述轮牧路线规划方法包括以下步骤：
S1：首先估算不同草场版块放牧强度；
S2：然后进行轮牧路线规划，核心是避开放牧强度超过载畜率的版块；
S3：进行环境建模，也就是将实际的物理空间抽象成算法能够处理的抽象空间，实现相互间的映射；
S4：接着进行路径搜索，结合离散域范围内的遍历式最优路径问题和连续域范围内的遍历式路径规划问题选择路径规划算法的有效结合；
S5：最后进行路径平滑，作进一步处理与平滑使其成为一条实际可行的路径。
2.根据权利要求1所述的轮牧路线规划方法，其特征在于：在步骤S1中，所述放牧强度的估算基于羊群放牧时空轨迹数据，包括经纬度、采集时间、定位编号字段信息。
3.根据权利要求2所述的轮牧路线规划方法，其特征在于：所述放牧强度的估算包括以下步骤：
S11：首先按照一定周期利用分布式放牧强度估算方法得到不同时间段各草场版块的放牧强度；
S12：最后，将放牧强度大于载畜率的草场版块标记为过牧版块。
4.根据权利要求3所述的轮牧路线规划方法，其特征在于：在步骤S11中，所述分布式放牧强度估算方法的思想是将清洗和预处理后的放牧轨迹数据进行基础聚类，对于得到的k个簇(k个草场版块)，分别计算其实际面积并统计簇内轨迹数据点个数(折合为羊只数)，通过簇面积与该簇内羊只数之比得到相应的放牧强度。
5.根据权利要求1所述的轮牧路线规划方法，其特征在于：所述轮牧路线规划的最终目标节点为起始点。
6.根据权利要求1所述的轮牧路线规划方法，其特征在于：所述轮牧路线规划无需考虑路网约束。
7.根据权利要求1所述的轮牧路线规划方法，其特征在于：所述轮牧路线规划包括羊群轨迹均匀分布于草场原则和避免同一区域觅食次数过多导致分布过牧原则。
8.根据权利要求1所述的轮牧路线规划方法，其特征在于：所述轮牧路线规划还包括躲避障碍物原则，即指的是前一周期标注已过牧区域。
9.根据权利要求1所述的轮牧路线规划方法，其特征在于：所述遍历式最优路径问题的特点是起始点唯一，最终目标节点为起始点。
10.根据权利要求1所述的轮牧路线规划方法，其特征在于：所述遍历式路径规划问题的特点是要求最短的路径去覆盖工作区的每个角落。
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