CN112525198B - 作业路线规划方法及相关装置 - Google Patents

Abstract

本申请的实施例提供了一种作业路线规划方法及相关装置，涉及路径规划领域。该方法包括：获取任务区域中的遍历路径集，遍历路径集包括目标路径集，或者，遍历路径集包括目标路径集和候选路径集。目标路径集包括至少一条穿障路径和至少一条目标路径，候选路径集包括与目标路径方向不同的至少一条可行路径。对于每条穿障路径，从至少一条目标路径和/或至少一条可行路径中确定出穿障路径的替换路径段。从预设起点开始依次连接每条目标路径和每条替换路径段，得到作业设备的作业路线。由于每条替换路径段均不穿过障碍物，可以使得所得到的替换路径段中绕开障碍物的路段简单可行，进而能够规划出可行且高效的作业路线，提高作业设备的绕行效率。

Description

作业路线规划方法及相关装置

技术领域

本申请涉及路径规划领域，具体而言，涉及一种作业路线规划方法及相关装置。

背景技术

科技进步给人们的生活带来了非常大的变化。如今，人们开始广泛地使用作业设备来完成各项作业任务。例如，使用无人车完成对一片果林的农药喷洒。

在使用作业设备来完成各项作业任务时，如何识别作业路线上的障碍物并成功地规划出绕开障碍物的作业路线是非常关键的一个环节。

但是，目前在规划作业设备的作业路线时，对于作业路线中绕开障碍物的绕行路段的规划方式非常复杂，作业设备的绕行效率低下。

发明内容

本申请的目的包括，提供了一种作业路线规划方法及相关装置，其能够规划出的可行且高效的作业路线，提高作业设备的绕行效率。

本申请的实施例可以这样实现：

第一方面，本申请实施例提供一种作业路线规划方法，包括：获取任务区域中的遍历路径集；遍历路径集包括目标路径集，或者，遍历路径集包括目标路径集和候选路径集；目标路径集包括至少一条穿障路径和至少一条目标路径，候选路径集包括与目标路径方向不同的至少一条可行路径，穿障路径表示存在障碍物的路径，目标路径和可行路径均表示不存在障碍物的路径；对于每条穿障路径，从至少一条目标路径和/或至少一条可行路径中确定出穿障路径的替换路径段；从预设起点开始依次连接每条目标路径和每条替换路径段，得到作业设备的作业路线。

在可选的实施方式中，当不同穿障路径上存在的障碍物均为非同一障碍物时，对于每条穿障路径，从至少一条目标路径和/或至少一条可行路径中确定出穿障路径的替换路径段的步骤，包括：对于每条穿障路径，从至少一条目标路径中确定出与穿障路径距离最近的最近目标路径；对于每条穿障路径，将穿障路径上的障碍路段替换为对应的最近目标路径上的可行路段，以得到穿障路径对应的替换路径段。

在可选的实施方式中，遍历路径集中的每条路径均包括至少一个关键路径点；对于每条穿障路径，将穿障路径上的障碍路段替换为对应的最近目标路径上的可行路段，以得到穿障路径对应的替换路径段的步骤，包括：对于每条穿障路径，获取穿障路径上最靠近障碍物的第一关键路径点和第二关键路径点；第一关键路径点和第二关键路径点之间的路段为障碍路段；在穿障路径对应的最近目标路径上，获取最靠近第一关键路径点的第三关键路径点、以及最靠近第二关键路径点的第四关键路径点；第三关键路径点和第四关键路径点之间的路段为可行路段；连接第一关键路径点和第三关键路径点、以及第二关键路径点和第四关键路径点，并将穿障路径上的障碍路段替换为最近目标路径上的可行路段，得到穿障路径对应的替换路径段。

在可选的实施方式中，当不同穿障路径上存在的障碍物均为非同一障碍物时，对于每条穿障路径，从至少一条目标路径和/或至少一条可行路径中确定出穿障路径的替换路径段的步骤，包括：对于每条穿障路径，从至少一条目标路径中确定出与穿障路径距离最近的最近目标路径；对于每条穿障路径，从至少一条可行路径中确定出与穿障路径距离最近的两条选定可行路径；两条选定可行路径与穿障路径和最近目标路径相交；对于每条穿障路径，根据对应的最近目标路径和对应的两条选定可行路径确定穿障路径的替换路径段。

在可选的实施方式中，遍历路径集中的每条路径均包括至少一个关键路径点，且任意一条目标路径与任意一条可行路径的相交位置处存在关键路径点；对于每条穿障路径，从至少一条可行路径中确定出与穿障路径距离最近的两条选定可行路径的步骤，包括：对于每条穿障路径，获取穿障路径上最靠近障碍物的第五关键路径点和第六关键路径点；在穿障路径对应的最近目标路径上，获取最靠近第五关键路径点的第七关键路径点、以及最靠近第六关键路径点的第八关键路径点；从至少一条可行路径中，获取穿过第五关键路径点和第七关键路径点的一选定可行路径，并获取穿过第六关键路径点和第八关键路径点的另一选定可行路径，以得到两选定可行路径。

在可选的实施方式中，对于每条穿障路径，穿障路径中第五关键路径点和第六关键路径点之间的路段为障碍路段；对于每条穿障路径，根据对应的最近目标路径和对应的两条选定可行路径确定穿障路径的替换路径段的步骤，包括：对于每条穿障路径，将穿障路径的障碍路段替换为对应的最近目标路径中第七关键路径点和第八关键路径点之间的第一可行路段；对于穿障路径对应的两条选定可行路径，获取其中一选定可行路径中第五关键路径点和第七关键路径点之间的第二可行路段，获取另一选定可行路径中第六关键路径点和第八关键路径点之间的第三可行路段；根据第一可行路段、第二可行路段和第三可行路段确定替换路径段。

在可选的实施方式中，对于每条穿障路径，从至少一条目标路径和/或至少一条可行路径中确定出穿障路径的替换路径段的步骤，包括：获取包括所有穿障路径的目标区域，其中，目标区域包括含有障碍物的含障区域和不含障碍物的无障区域；将无障区域分割为多个无障子区域；对于每个无障子区域，获取至少一条目标路径和/或至少一条可行路径在无障子区域中的所有候选路径段，得到替换路径集；根据无障区域中的所有替换路径集确定所有穿障路径的替换路径段。

在可选的实施方式中，将无障区域分割为多个无障子区域的步骤，包括：获取每个障碍物的顶点与无障区域的边界之间的垂线，以将无障区域分割为网状区域；根据垂线确定出网状区域对应的二部图；获取二部图的最大匹配解；根据最大匹配解确定出无障区域的多个无障子区域。

在可选的实施方式中，任务区域包括多个目标物，任意相邻的四个目标物之间的目标路径和可行路径上均存在关键路径点，且任务区域中任意相邻的两个最外围目标物形成的直线与任务区域的边界之间的目标路径和可行路径上均存在关键路径点；根据无障区域中的所有替换路径集确定所有穿障路径的替换路径段的步骤，包括：对于每个无障子区域，确定无障子区域中所有关键路径点的数量；当数量大于1时，根据无障子区域的替换路径集确定无障子区域中的所有中选路径段；当数量等于1时，根据与无障子区域相邻的其他无障子区域的中选路径段，确定无障子区域的所有中选路径段；根据所有中选路径段确定所有穿障路径的替换路径段。

在可选的实施方式中，每个替换路径集均包括方向不同的多个候选路径段；根据无障子区域的替换路径集确定无障子区域中的所有中选路径段的步骤包括：确定无障子区域的替换路径集中各方向的候选路径段的总数；当与目标路径方向相同的候选路径段的总数小于或等于其他各方向的候选路径段的总数时，确定与目标路径方向相同的候选路径段为中选路径段；当与目标路径方向相同的候选路径段的总数大于其他各方向的候选路径段的总数时，确定其他各方向中总数最少的候选路径段为中选路径段。

在可选的实施方式中，从预设起点开始依次连接每条目标路径和每条替换路径段，得到作业设备的作业路线的步骤包括：从至少一条目标路径中，确定路径端点与预设起点最近的起始目标路径；其中，起始目标路径中与预设起点最近的路径端点为路径起点；依次连接预设起点和路径起点，并以起始目标路径开始，按首尾相接的方式顺次连接剩余的每条目标路径和每条替换路径段，以得到作业路线。

在可选的实施方式中，获取任务区域中的遍历路径集的步骤包括：在包括多个目标物的任务区域中，获取多个待选遍历路径集；其中，每个待选遍历路径集均包括多条待选遍历路径，任一待选遍历路径集的多条待选遍历路径将多个目标物划分为多列互不相交的目标物列；在多个待选遍历路径集中，确定待选遍历路径数量最少的待选遍历路径集为目标路径集，剩余的待选遍历路径集为候选路径集。

在可选的实施方式中，方法还包括：获取任务区域的数字正射影像图和数字表面模型图；根据数字正射影像图和数字表面模型图，确定任务区域中目标物的分布数据以及障碍物的分布数据；其中，目标物的分布数据用于获取遍历路径集，障碍物的分布数据至少用于确定穿障路径。

第二方面，本申请实施例提供一种作业路线规划装置，包括：获取模块，用于获取任务区域中的遍历路径集；遍历路径集包括目标路径集，或者，遍历路径集包括目标路径集和候选路径集；目标路径集包括至少一条穿障路径和至少一条目标路径，候选路径集包括与目标路径方向不同的至少一条可行路径，穿障路径表示存在障碍物的路径，目标路径和可行路径均表示不存在障碍物的路径；规划模块，用于对于每条穿障路径，从至少一条目标路径和/或至少一条可行路径中确定出穿障路径的替换路径段；规划模块，还用于从预设起点开始依次连接每条目标路径和每条替换路径段，得到作业设备的作业路线。

在可选的实施方式中，当不同穿障路径上存在的障碍物均为非同一障碍物时，规划模块，用于对于每条穿障路径，从至少一条目标路径中确定出与穿障路径距离最近的最近目标路径；规划模块，还用于对于每条穿障路径，将穿障路径上的障碍路段替换为对应的最近目标路径上的可行路段，以得到穿障路径对应的替换路径段。

在可选的实施方式中，遍历路径集中的每条路径均包括至少一个关键路径点；规划模块，用于对于每条穿障路径，获取穿障路径上最靠近障碍物的第一关键路径点和第二关键路径点；第一关键路径点和第二关键路径点之间的路段为障碍路段；规划模块，还用于在穿障路径对应的最近目标路径上，获取最靠近第一关键路径点的第三关键路径点、以及最靠近第二关键路径点的第四关键路径点；第三关键路径点和第四关键路径点之间的路段为可行路段；规划模块，还用于连接第一关键路径点和第三关键路径点、以及第二关键路径点和第四关键路径点，并将穿障路径上的障碍路段替换为最近目标路径上的可行路段，得到穿障路径对应的替换路径段。

在可选的实施方式中，当不同穿障路径上存在的障碍物均为非同一障碍物时，规划模块，用于对于每条穿障路径，从至少一条目标路径中确定出与穿障路径距离最近的最近目标路径；规划模块，还用于对于每条穿障路径，从至少一条可行路径中确定出与穿障路径距离最近的两条选定可行路径；两条选定可行路径与穿障路径和最近目标路径相交；规划模块，还用于对于每条穿障路径，根据对应的最近目标路径和对应的两条选定可行路径确定穿障路径的替换路径段。

在可选的实施方式中，遍历路径集中的每条路径均包括至少一个关键路径点，且任意一条目标路径与任意一条可行路径的相交位置处存在关键路径点；规划模块，用于对于每条穿障路径，获取穿障路径上最靠近障碍物的第五关键路径点和第六关键路径点；规划模块，还用于在穿障路径对应的最近目标路径上，获取最靠近第五关键路径点的第七关键路径点、以及最靠近第六关键路径点的第八关键路径点；规划模块，还用于从至少一条可行路径中，获取穿过第五关键路径点和第七关键路径点的一选定可行路径，并获取穿过第六关键路径点和第八关键路径点的另一选定可行路径，以得到两选定可行路径。

在可选的实施方式中，对于每条穿障路径，穿障路径中第五关键路径点和第六关键路径点之间的路段为障碍路段；规划模块，用于对于每条穿障路径，将穿障路径的障碍路段替换为对应的最近目标路径中第七关键路径点和第八关键路径点之间的第一可行路段；规划模块，还用于对于穿障路径对应的两条选定可行路径，获取其中一选定可行路径中第五关键路径点和第七关键路径点之间的第二可行路段，获取另一选定可行路径中第六关键路径点和第八关键路径点之间的第三可行路段；规划模块，还用于根据第一可行路段、第二可行路段和第三可行路段确定替换路径段。

在可选的实施方式中，规划模块，用于获取包括所有穿障路径的目标区域，其中，目标区域包括含有障碍物的含障区域和不含障碍物的无障区域；规划模块，还用于将无障区域分割为多个无障子区域；规划模块，还用于对于每个无障子区域，获取至少一条目标路径和/或至少一条可行路径在无障子区域中的所有候选路径段，得到替换路径集；规划模块，还用于根据无障区域中的所有替换路径集确定所有穿障路径的替换路径段。

在可选的实施方式中，规划模块，用于获取每个障碍物的顶点与无障区域的边界之间的垂线，以将无障区域分割为网状区域；规划模块，还用于根据垂线确定出网状区域对应的二部图；规划模块，还用于获取二部图的最大匹配解；规划模块，还用于根据最大匹配解确定出无障区域的多个无障子区域。

在可选的实施方式中，任务区域包括多个目标物，任意相邻的四个目标物之间的目标路径和可行路径上均存在关键路径点，且任务区域中任意相邻的两个最外围目标物形成的直线与任务区域的边界之间的目标路径和可行路径上均存在关键路径点；规划模块，用于对于每个无障子区域，确定无障子区域中所有关键路径点的数量；规划模块，还用于当数量大于1时，根据无障子区域的替换路径集确定无障子区域中的所有中选路径段；规划模块，还用于当数量等于1时，根据与无障子区域相邻的其他无障子区域的中选路径段，确定无障子区域的所有中选路径段；规划模块，还用于根据所有中选路径段确定所有穿障路径的替换路径段。

在可选的实施方式中，每个替换路径集均包括方向不同的多个候选路径段；规划模块，用于确定无障子区域的替换路径集中各方向的候选路径段的总数；规划模块，还用于当与目标路径方向相同的候选路径段的总数小于或等于其他各方向的候选路径段的总数时，确定与目标路径方向相同的候选路径段为中选路径段；规划模块，还用于当与目标路径方向相同的候选路径段的总数大于其他各方向的候选路径段的总数时，确定其他各方向中总数最少的候选路径段为中选路径段。

在可选的实施方式中，规划模块，用于从至少一条目标路径中，确定路径端点与预设起点最近的起始目标路径；其中，起始目标路径中与预设起点最近的路径端点为路径起点；规划模块，还用于依次连接预设起点和路径起点，并以起始目标路径开始，按首尾相接的方式顺次连接剩余的每条目标路径和每条替换路径段，以得到作业路线。

在可选的实施方式中，获取模块，用于在包括多个目标物的任务区域中，获取多个待选遍历路径集；其中，每个待选遍历路径集均包括多条待选遍历路径，任一待选遍历路径集的多条待选遍历路径将多个目标物划分为多列互不相交的目标物列；获取模块，还用于在多个待选遍历路径集中，确定待选遍历路径数量最少的待选遍历路径集为目标路径集，剩余的待选遍历路径集为候选路径集。

第三方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现前述实施方式中任一项所述的方法。

第四方面，本申请实施例提供一种作业设备控制单元，包括处理器和存储器，所述存储器存储有机器可读指令，所述处理器用于执行所述机器可读指令，以实现前述实施方式中任一项所述的方法。

第五方面，本申请实施例提供一种作业设备，包括：机体；动力设备，安装在所述机体，用于为所述作业设备提供动力；以及作业设备控制单元；所述作业设备控制单元包括处理器和存储器，所述存储器存储有机器可读指令，所述处理器用于执行所述机器可读指令，以实现前述实施方式中任一项所述的方法。

相较于现有技术，在本申请实施例中，对于每条穿障路径，从至少一条目标路径和/或至少一条可行路径中确定出穿障路径的替换路径段，然后从预设起点开始依次连接每条目标路径和每条替换路径段，得到作业设备的作业路线。由于每条替换路径段均不穿过障碍物，可以使得所得到的替换路径段中绕开障碍物的路段简单可行，进而使得本申请实施例具有能够规划出可行且高效的作业路线，提高作业设备的绕行效率的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本申请实施例提供的作业设备控制单元的结构框图；

图2为本申请实施例提供的作业设备的结构框图；

图3为本申请实施例提供的作业路线规划方法的一种流程示意图；

图4为本申请实施例提供的作业路线规划方法的应用场景示意图一；

图5为本申请实施例提供的作业路线规划方法的应用场景示意图二；

图6为本申请实施例提供的作业路线规划方法的应用场景示意图三；

图7为本申请实施例提供的作业路线规划方法的应用场景示意图四；

图8为本申请实施例提供的作业路线规划方法的应用场景示意图五；

图9为本申请实施例提供的作业路线规划方法S210的一种流程示意图；

图10为本申请实施例提供的作业路线规划方法的应用场景示意图六；

图11为本申请实施例提供的作业路线规划方法S220的一种流程示意图；

图12为本申请实施例提供的作业路线规划方法的应用场景示意图七；

图13为本申请实施例提供的作业路线规划方法S221B的另一种流程示意图；

图14为本申请实施例提供的作业路线规划方法S220的一种流程示意图；

图15为本申请实施例提供的作业路线规划方法S220B的一种流程示意图；

图16为本申请实施例提供的作业路线规划方法S220C的一种流程示意图；

图17为本申请实施例提供的作业路线规划方法S220的又一种流程示意图；

图18为本申请实施例提供的作业路线规划方法的应用场景示意图八；

图19为本申请实施例提供的作业路线规划方法的应用场景示意图九；

图20为本申请实施例提供的作业路线规划方法的应用场景示意图十；

图21为本申请实施例提供的作业路线规划方法的应用场景示意图十一；

图22为本申请实施例提供的作业路线规划方法的应用场景示意图十二；

图23为本申请实施例提供的作业路线规划方法S223B的另一种流程示意图；

图24为本申请实施例提供的作业路线规划方法的应用场景示意图十三；

图25为本申请实施例提供的作业路线规划方法的应用场景示意图十四；

图26为本申请实施例提供的作业路线规划方法的应用场景示意图十五；

图27为本申请实施例提供的作业路线规划方法的应用场景示意图十六；

图28为本申请实施例提供的作业路线规划方法的应用场景示意图十七；

图29为本申请实施例提供的作业路线规划方法的应用场景示意图十八；

图30为本申请实施例提供的作业路线规划方法S223C的一种流程示意图；

图31为本申请实施例提供的作业路线规划方法的应用场景示意图十九；

图32为本申请实施例提供的作业路线规划方法S223C-2的一种流程示意图；

图33为本申请实施例提供的作业路线规划方法S230的一种流程示意图；

图34为本申请实施例提供的作业路线规划方法的另一种流程示意图；

图35为本申请实施例提供的一种作业路线规划装置的一种功能模块图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例中的特征可以相互结合。

首先，本申请实施例提供了一种能够规划出可行且高效的作业路线，提高作业设备的绕行效率的作业设备控制单元。请参考图1，为本申请实施例所提供的作业设备控制单元的结构框图。该作业设备控制单元130可以包括：存储器131、处理器132，该存储器131、处理器132可以与通信接口133之间直接地或间接地电性连接，以实现数据的传输以及交互。例如，这些元件相互之间可通过总线和/或信号线实现电性连接。

处理器132可以处理与本申请实施例所提供的作业路线规划方法有关的信息和/或数据，以执行本申请描述的一个或多个功能。例如，处理器132可以获取任务区域中的遍历路径集，并根据上述信息或数据进行作业路线规划，能够规划出可行且高效的作业路线，提高作业设备的绕行效率。

其中，上述的存储器131可以是但不限于：固态硬盘(Solid State Disk，SSD)、机械硬盘(Hard Disk Drive，HDD)、只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable ProgrammableRead-Only Memory，EPROM)，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。

上述的处理器132可以是但不限于：中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是但不限于：专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、数字信号处理器(Digital SignalProcessing，DSP)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。因此，上述的处理器132可以是一种具有信号处理能力的集成电路芯片。

可以理解的是，图1所示的作业设备控制单元130的结构仅为一种示意结构，该作业设备控制单元130还可以包括比图1中所示的结构更多或者更少的组件或模块，或者具有与图1中所示的结构不同的配置或构造。并且，图1中所示的各组件可通过硬件、软件或两者的组合来实现。

此外，还应理解的是，根据实际应用时的需求的不同，本申请提供的作业设备控制单元130可以采用不同的配置或构造，例如，本申请所提供的作业设备控制单元130可以是作业设备的控制核心器件(例如无人车、无人机、无人船、农机、可移动载具等内部的控制器)，也可以是具有通信、计算和存储功能的电子设备(例如服务器、计算机、手机、平板电脑等)。

因此，当本申请实施例所提供的作业设备控制单元130为作业设备的控制核心器件时，本申请还提供了一种作业设备，其能够规划出的可行且高效的作业路线，提高作业设备的绕行效率。其中，由于本申请所提供的方法所应用的作业设备的类型可以是无人车、无人机、无人船、农机、各种类型的载具等作业设备，为更好地阐述本申请，下面以作业设备的类型为无人车为例，对本申请实施例所提供的作业设备进行阐述。

请参照图2，为本申请实施例所提供的作业设备100的结构框图，该作业设备100可以包括机体110、动力设备120以及上述的作业设备控制单元130。

其中，动力设备120可以安装在上述的机体110，用于为作业设备100提供动力。由于该作业设备可以采用无人车的构造，动力设备120可以是无人车的驱动模块(包括发动机、底盘等)，机体110可以是无人车的车身。作业设备控制单元130的存储器131存储有与本申请实施例提供的作业路线规划方法相关的机器可读指令，处理器132可以执行该机器可读指令，进而获取任务区域中的遍历路径集，并根据上述数据控制作业设备100执行本申请实施例提供的作业路线规划方法，达到能够规划出的可行且高效的作业路线，提高作业设备的绕行效率的效果。

需要说明的是，图2所示的结构仅为一种示意，该作业设备100还可包括比图2中所示更多或者更少的组件，或者具有与图2所示不同的配置。

进一步的，当本申请所提供的作业设备控制单元130为具有通信、计算和存储功能的电子设备时，这些电子设备可以获取任务区域中的遍历路径集，根据这些数据执行本申请实施例提供的作业路线规划方法，规划出的可行且高效的作业路线，并且还能够将规划好的作业路线发送给作业设备，以使作业设备沿该作业路线进行作业，高效地避开障碍物，提高作业设备的绕行效率。

下面，为了便于理解，本申请以下实施例将以图2所示的作业设备100为例，结合附图，对本申请实施例提供的作业路线规划方法进行阐述。

请参照图3，为本申请实施例所提供的作业路线规划方法的一种流程示意图。该作业路线规划方法可以应用于上述的作业设备100，该作业路线规划方法可以包括如下步骤：

S210，获取任务区域中的遍历路径集；

其中，遍历路径集包括目标路径集，或者，遍历路径集包括目标路径集和候选路径集；目标路径集包括至少一条穿障路径和至少一条目标路径，候选路径集包括与目标路径方向不同的至少一条可行路径，穿障路径表示存在障碍物的路径，目标路径和可行路径均表示不存在障碍物的路径。

以任务区域为果园为例，请参照图4，为本申请实施例所提供的作业路线规划方法的应用场景示意图一。相邻的果树列(即图中的目标物列)之间可以预设一条路径，所有的路径组成遍历路径集。该遍历路径集可以包括目标路径集，例如，所有竖直的路径组成目标路径集，并且，在目标路径集中穿过障碍物的路径为穿障路径，未穿过障碍物的路径为目标路径。

或者，该遍历路径集也可以包括目标路径集和候选路径集，例如，所有竖直的路径组成目标路径集，所有水平和倾斜的路径组成候选路径集，候选路径集中包括多条未穿过障碍物的可行路径。

应理解，对于任务区域中多个目标物不同的分布情况，总能在任务区域中确定出目标路径集或候选路径集(如图5、6)。因此，本申请实施例中的任务区域中的多个目标物的分布情况不仅限于如图4中所示的分布，该分布既可以是有规律的点阵分布(如图4、5中所示的分布)，也可以是没有规律的随机分布(如图6中所示的分布)。在本申请实施例中，任务区域中的目标物可以理解为作业设备的作业目标，例如，当使用作业设备在果园里对果树进行农药喷洒时，上述的目标物可以是果树。另外，本申请实施例中所述的路径方向实际为与该路径并行的目标物列的延伸方向。

S220，对于每条穿障路径，从至少一条目标路径和/或至少一条可行路径中确定出穿障路径的替换路径段。

可以理解，本申请实施例适用于的情形至少包括以下两种：不同穿障路径上存在的障碍物均为非同一障碍物，或至少有两条穿障路径上存在的障碍物为同一障碍物。因此本申请实施例对S220不进行限定。

例如，以图7所示的应用场景为例，该应用场景中，L1至L6为目标路径集中的路径，M1至M7为候选路径集中的路径。在该任务区域中的“L3”、“L4”均为穿障路径，该任务区域中的“L1”、“L2”、“L5”、“L6”均为目标路径。进而继续参照图7，可以将“A-C1-C3-C4-C2-B”设置为替换路径段以替换穿障路径“L3”；将“D-F1-F3-F4-F2-E”设置为替换路径段以替换穿障路径“L4”。虽然上述例子中，替换路径段是用于替换整个穿障路径的路径，但其他例子中，替换路径段还可以是仅用于替换穿障路径中存在障碍物的一段的路段，例如，请继续参照图7，可以将“C3-C4”作为穿障路径“L3”中存在障碍物的一段“C1-C2”的替换路径段，然后将“C3-C4”与穿障路径中不存在障碍物的其它路段相接即可形成用于替换穿障路径“L3”的路径“A-C1-C3-C4-C2-B”；当然，也可以直接将“C1-C3-C4-C2”作为穿障路径“L3”中存在障碍物的一段“C1-C2”的替换路径段，然后将“C1-C3-C4-C2”与穿障路径中不存在障碍物的其它路段相接即可形成用于替换穿障路径“L3”的路径“A-C1-C3-C4-C2-B”。

S230，从预设起点开始依次连接每条目标路径和每条替换路径段，得到作业设备的作业路线。

在一些可能的实施例中，以图8所示的应用场景为例，在从预设起点开始依次连接每条目标路径和每条替换路径段后，就可以得到相应的作业路径。后续中，作业设备可以沿该作业路线对任务区域上的目标物进行作业。

基于上述S210-S230，应理解，相较于现有技术，在本申请实施例中，对于每条穿障路径，从至少一条目标路径和/或至少一条可行路径中确定出穿障路径的替换路径段，然后从预设起点开始依次连接每条目标路径和每条替换路径段，得到作业设备的作业路线。由于可以从现有的目标路径和/或可行路径中确定出穿障路径的替换路径段，且每条替换路径段均不穿过障碍物，无需重新生成新的路径，从而可以使得所得到的替换路径段中绕开障碍物的路段简单可行，进而使得本申请实施例具有能够规划出的可行且高效的作业路线，提高作业设备的绕行效率的效果。

进一步的，由于在根据所获取的任务区域中的遍历路径集得到作业设备的作业路线时，该作业路线通常还不是最优的。为了在能够完成作业任务的基础上，优化作业路线，减少作业路线的长度，提高作业设备的作业效率。在图3的基础上，对于如何“获取任务区域中的遍历路径集”，本申请提供了一种可能的实施方式，请参照图9，S210可以包括如下子步骤：

S210A，在包括多个目标物的任务区域中，获取多个待选遍历路径集；

其中，每个待选遍历路径集均包括多条待选遍历路径，任一待选遍历路径集的多条待选遍历路径将多个目标物划分为多列互不相交的目标物列。

在一些可能的实施例中，如图10所示的应用场景为例，可以在该任务区域上分别确定出三个待选遍历路径集，分别为“第一待选遍历路径集”、“第二待选遍历路径集”、“第三待选遍历路径集”。其中，这三个待选遍历路径集均满足“属于相同待选遍历路径集的任意相邻的两条待选遍历路径之间包括一列目标物，属于相同待选遍历路径集的任意两条待选遍历路径的方向相同，属于不同待选遍历路径集的任意两条待选遍历路径的方向不同”的条件。

换句话说，上述S210A可以理解为：分别在不同的方向上，通过遍历路径对任务区域中的多个目标物以列为单位进行分割；同一方向上的任意相邻的两条待选遍历路径之间包括一列目标物。

S210B，在多个待选遍历路径集中，确定待选遍历路径数量最少的待选遍历路径集为目标路径集，剩余的待选遍历路径集为候选路径集。

继续参照图10所示的应用场景，在确定出“第一待选遍历路径集”、“第二待选遍历路径集”、“第三待选遍历路径集”后，即可确定出各个待选遍历路径集中路径数据。

其中，“第一待选遍历路径集”有7条待选遍历路径，“第二待选遍历路径集”有6条待选遍历路径，“第三待选遍历路径集”有11条待选遍历路径。由于“第二待选遍历路径集”有6条待选遍历路径，是三个待选遍历路径集中路径数量最少的，进而可以将“第二待选遍历路径集”确定为目标路径集，剩余的待选遍历路径集为候选路径集。

应理解，由于目标遍历路径集是多个待选遍历路径集中待选遍历路径数量最少的，因此基于该目标遍历路径集进行作业路线的规划时，其作业路线也是最短的。进而通过上述S210A-S210B，可以在确保完成作业任务的基础上，优化作业路线，减少作业路线的长度，提高作业设备的作业效率。

可选地，当不同穿障路径上存在的障碍物均为非同一障碍物时，对于如何“对于每条穿障路径，从至少一条目标路径和/或至少一条可行路径中确定出穿障路径的替换路径段”，本申请实施例提供了如下可行的实施方式，请结合参照图11，S220可以包括：

S221A，对于每条穿障路径，从至少一条目标路径中确定出与穿障路径距离最近的最近目标路径。

继续以图7所示的应用场景为例，在该任务区域中的“L3”、“L4”均为穿障路径，该任务区域中的“L1”、“L2”、“L5”、“L6”均为目标路径。对于穿障路径“L3”，其对应的最近目标路径为“L2”；对于穿障路径“L4”，其对应的最近目标路径为“L5”。

可以理解的是，在一些可能的实施例中，会出现一条穿障路径两侧的路径都为目标路径，且两侧的目标路径与其距离一致的情况。在此情况下，可以对两侧的目标路径进行随机选择，将其中任意一条目标路径确定为该穿障路径对应的最近目标路径，本申请对此不作限定。

S221B，对于每条穿障路径，将穿障路径上的障碍路段替换为对应的最近目标路径上的可行路段，以得到穿障路径对应的替换路径段。

可以理解的是，穿障路径上的障碍路段至少包括穿过障碍物的路段。进而，可以将对应最近目标路径上距离障碍物最近的一预设长度的路段作为可行路段，然后将每条穿障路径上的障碍路段替换为对应最近目标路径上的可行路段，即可得到每条穿障路径对应的替换路径段。上述的预设长度至少大于障碍物的最大跨度。此外，该可行路段的长度还可以与障碍路段一致。

在一些可能的实施例中，继续以图7所示的应用场景为例，“L3”上的C1-C2段为该穿障路径上的障碍路段，“L2”上的C3-C4段为该目标路径上与“L3”对应的可行路段；“L4”上的F1-F2段为该穿障路径上的障碍路段，“L5”上的F3-F4段为该目标路径上与“L4”对应的可行路段。在“对于每条穿障路径，将穿障路径上的障碍路段替换为对应的最近目标路径上的可行路段，以得到穿障路径对应的替换路径段”后，“L3”对应的替换路径段为C1-C3-C4-C2；“L4”对应的替换路径段为F1-F3-F4-F2。

可以理解的是，S221B可以使得所得到的替换路径段中绕开障碍物的路段可行且最短。

在一些可能的实施例中，遍历路径集中的每条路径均包括至少一个关键路径点，该关键路径点表征作业设备在遍历路径上的可转向点。例如，图12所示的应用场景，可以将任务区域中，任意相邻的四个目标物之间的点，以及任意相邻的两个最外围目标物形成的直线与任务区域的边界之间的点，均确定为关键路径点。

进而，在“遍历路径集中的每条路径均包括至少一个关键路径点”以及图11所示的方法实施例的基础上，对于如何“对于每条穿障路径，将穿障路径上的障碍路段替换为对应的最近目标路径上的可行路段，以得到穿障路径对应的替换路径段”，本申请提供了一种可能的实施方式，请参照图13，S221B可以包括如下子步骤：

S221B-1，对于每条穿障路径，获取穿障路径上最靠近障碍物的第一关键路径点和第二关键路径点；第一关键路径点和第二关键路径点之间的路段为障碍路段。

继续以图12所示的应用场景为例，在该任务区域上的穿障路径包括“L3”、“L4”，以“L3”为例，在该路径上最靠近障碍物的第一关键路径点和第二关键路径点分别为“C1”、“C2”，此时，“L3”上的C1-C2路段即为“L3”的障碍路段。

S221B-2，在穿障路径对应的最近目标路径上，获取最靠近第一关键路径点的第三关键路径点、以及最靠近第二关键路径点的第四关键路径点；第三关键路径点和第四关键路径点之间的路段为可行路段。

S221B-3，连接第一关键路径点和第三关键路径点、以及第二关键路径点和第四关键路径点，并将穿障路径上的障碍路段替换为最近目标路径上的可行路段，得到穿障路径对应的替换路径段。

继续以图12所示的应用场景中的“L3”为例，“L2”为“L3”对应的最近目标路径。则最靠近第一关键路径点的第三关键路径点、以及最靠近第二关键路径点的第四关键路径点分别为“C3”、“C4”，此时，“L2”上的C3-C4路段即为“L2”的可行路段。

进而，连接C1、C3，以及连接C4、C2即可得到“L3”对应的替换路径段“C1-C3-C4-C2”，以及将“L3”上的“C1-C2”替换为“C1-C3-C4-C2”，即可得到“L3”对应的替换路径段。

应理解，上述的S220B-1至S220B-3，通过遍历路径集中的关键路径点，可以将每条穿障路径上的障碍路段替换为对应最近目标路径上的可行路段，得到每条穿障路径对应的替换路径段。该方式逻辑简单，易实现，且能够将穿障路径上的障碍路段替换为对应的最近目标路径上找到最短的可行路段，进一步减少绕障路段的长度，提高作业设备的绕障效率。

进一步的，当不同穿障路径上存在的障碍物均为非同一障碍物时，对于如何“对于每条穿障路径，从至少一条目标路径和/或至少一条可行路径中确定出穿障路径的替换路径段”，本申请实施例还提供了如下另一种可行的实施方式，请参照图14，S220可以包括：

S222A，对于每条穿障路径，从至少一条目标路径中确定出与穿障路径距离最近的最近目标路径。

该步骤可以参照上述S221A，在此不作赘述。

S222B，对于每条穿障路径，从至少一条可行路径中确定出与穿障路径距离最近的两条选定可行路径；两条选定可行路径与穿障路径和最近目标路径相交。

具体的，对于每条穿障路径，从至少一条可行路径中确定出与穿障路径上的障碍路段距离最近的两条选定可行路径。继续以图12所示的应用场景为例，在该任务区域上的穿障路径包括“L3”、“L4”，可行路径包括“M1”至“M7”，以“L3”为例，与“L3”上的障碍路段(“C1-C2”)距离最近的两条选定可行路径分别为“M2”、“M4”。

S222C，对于每条穿障路径，根据对应的最近目标路径和对应的两条选定可行路径确定穿障路径的替换路径段。

在本申请实施例中，遍历路径集中的每条路径均包括至少一个关键路径点，且任意一条目标路径与任意一条可行路径的相交位置处存在关键路径点。例如，图12所示的应用场景，可以将任务区域中，任意相邻的四个目标物之间的点，以及任意相邻的两个最外围目标物形成的直线与任务区域的边界之间的点，均确定为关键路径点。

进而，结合图12所示的应用场景以及图15、16所示的方法实施例，下面对上述S222A-S222C作进一步解释。请参照图15，S222B的可行实施方式如下：

S222B-1，对于每条穿障路径，获取穿障路径上最靠近障碍物的第五关键路径点和第六关键路径点。

继续以图12所示的应用场景为例，在该任务区域上的穿障路径包括“L3”、“L4”，以“L3”为例，在该路径上最靠近障碍物的第五关键路径点和第六关键路径点分别为“C1”、“C2”，此时，“L3”上的C1-C2路段即为“L3”的障碍路段。

S222B-2，在穿障路径对应的最近目标路径上，获取最靠近第五关键路径点的第七关键路径点、以及最靠近第六关键路径点的第八关键路径点。

继续以图12所示的应用场景中的为“L3”为例，最靠近“C1”的第七关键路径点为“C3”，最靠近“C2”的第八关键路径点为“C4”。

S222B-3，从至少一条可行路径中，获取穿过第五关键路径点和第七关键路径点的一选定可行路径，并获取穿过第六关键路径点和第八关键路径点的另一选定可行路径，以得到两选定可行路径。

继续以图12所示的应用场景为例，在该任务区域上的穿障路径包括“L3”、“L4”，可行路径包括“M1”至“M7”。显然，穿过第五关键路径点和第七关键路径点的一选定可行路径为“M2”，穿过第六关键路径点和第八关键路径点的另一选定可行路径为“M4”。

可以理解，穿障路径中第五关键路径点和第六关键路径点之间的路段为障碍路段。进而，请参照图16，S222C的可行实施方式如下：

S222C-1，对于每条穿障路径，将穿障路径的障碍路段替换为对应的最近目标路径中第七关键路径点和第八关键路径点之间的第一可行路段。

S222C-2，对于穿障路径对应的两条选定可行路径，获取其中一选定可行路径中第五关键路径点和第七关键路径点之间的第二可行路段，获取另一选定可行路径中第六关键路径点和第八关键路径点之间的第三可行路段。

S222C-3，根据第一可行路段、第二可行路段和第三可行路段确定替换路径段。

继续以图12所示的应用场景中的为“L3”为例，在该路径上最靠近障碍物的第五关键路径点和第六关键路径点分别为“C1”、“C2”，最靠近“C1”的第七关键路径点为“C3”，最靠近“C2”的第八关键路径点为“C4”，从而第一可行路段为“C3-C4”，第二可行路段为“C1-C3”，第三可行路段为“C4-C2”，进而根据第一可行路段、第二可行路段和第三可行路段确定替换路径段为“C1-C3-C4-C2”。

基于上述S222A-S222C，应理解，相较于现有技术，本申请实施例可以使得所得到的替换路径段中绕开障碍物的路段可行且最短，进而使得本申请实施例具有能够规划出的可行且高效的作业路线，提高作业设备的绕行效率的效果。

进一步的，在图3的基础上，对于如何“对于每条穿障路径，从至少一条目标路径和/或至少一条可行路径中确定出穿障路径的替换路径段”，本申请提供了还一种可能的实施方式，请参照图17，S220还可以包括：

S223A，获取包括所有穿障路径的目标区域，其中，目标区域包括含有障碍物的含障区域和不含障碍物的无障区域。

可以理解的是，本申请实施例中的目标区域可以是恰好包括所有穿障路径的区域，例如，如图18所示的任务区域，该任务区域中的穿障路径为“L3”、“L4”、“L5”，则该任务区域中包括所有穿障路径的目标区域为区域S。其中，目标区域中的含障区域即为含有障碍物的区域，无障区域即为除障碍物以外的区域。

还需要补充的是，当任务区域中存在不相邻的穿障路径时，本申请实施例中的目标区域可以包括多个无障区域，每个无障区域分别恰好包括所有相邻的穿障路径的区域，例如，如图19所示的任务区域，该任务区域中的穿障路径为“L1”、“L2”、“L5”，则该任务区域中包括所有穿障路径的目标区域可以包括区域S1和区域S2。基于此，无障区域可以是区域S1和区域S2中除了障碍物以外的区域。

S223B，将无障区域分割为多个无障子区域。

如图20所示，目标区域“S”中的无障区域为“S`”，则可以将无障区域分割为子区域“s1”、“s2”、“s3”、“s4”、“s5”。

可以理解的是，在对无障区域进行分割时，可以以最少的矩形数填充无障区域，进而实现将无障区域分割为多个无障子区域。其中，“以最少的矩形数填充无障区域”可以等价于将无障区域分割成若干个矩形，且使得分割后的矩形个数最少。

S223C，对于每个无障子区域，获取至少一条目标路径和/或至少一条可行路径在无障子区域中的所有候选路径段，得到替换路径集。

如图21所示，在无障区域“S`”中，可以将所有目标路径和可行路径位于“S`”内的路径段(如图21中“S`”中的加粗线段)确定为候选路径段，进而得到替换路径集。

S223D，根据无障区域中的所有替换路径集确定所有穿障路径的替换路径段。

继续参照图20，可以分别依据子区域“s1”、“s2”、“s3”、“s4”、“s5”中的目标物的分布以及无障区域中的所有替换路径集，确定出所有穿障路径的替换路径段(如图20中的加粗线段)。

进而，在得到替换路径集后，可以从预设起点开始依次连接每条目标路径和每条替换路径段，得到作业设备的作业路线。得到的作业路线可以如图22中所示的作业路线LK。

应理解，当目标区域包括多个无障区域时，可以通过上述S223A-S223D确定每个无障区域中的所有穿障路径的替换路径段，从而得到作业设备的作业路线。

还应理解，不论是不同穿障路径上存在的障碍物均为非同一障碍物的情形，或是至少有两条穿障路径上存在的障碍物为同一障碍物的情形，通过上述S223A-S223D，本申请实施例均能确定出作业路线。并且，当障碍物较大，多条遍历路径中的穿障路径较多时，通过上述S223A-S223D可以快速地在包括所有穿障路径的目标区域中的无障区域中确定出替换路径段，进而确定出作业路线。并且，与S221A-S222B相较而言，对于至少有两条穿障路径上存在的障碍物为同一障碍物的情形，上述S223A-S223D所示出的绕开障碍物的作业路线的方法，所确定出的作业路线的绕行效率更高。

进一步的，为了减少计算量，提高规划效率。在图17的基础上，对于如何“将无障区域分割为多个无障子区域”，本申请提供了一种可能的实施方式，请参照图23，S223B可以包括如下子步骤：

S223B-1，获取每个障碍物的顶点与无障区域的边界之间的垂线，以将无障区域分割为网状区域。

如图24所示，每个障碍物的顶点与无障区域S`的边界之间的垂线包括“线段1”、“线段2”、“线段3”、“线段4”、“线段5”、“线段6”、“线段7”、“线段8”。

在一些可能的实施例中，为了进一步减少计算量，对于如何“获取每个障碍物的顶点与无障区域的边界之间的垂线”，可以获取每个障碍物的顶点与无障区域的边界之间的对角平行线；该对角平行线将无障区域分割为网状区域。

其中，对上述的障碍物的顶点与无障区域的边界之间的对角平行线的解释如下，参照图25中的障碍物和区域P，障碍物包括4个顶点，其中顶点“A”和“C”为对角顶点，“B”和“D”为对角顶点。分别通过顶点“A”和“C”向区域P做垂线“1”、“3”，这两条垂线互相平行；再分别通过顶点“B”和“D”向区域P做垂线“2”、“4”，这两条垂线互相平行。垂线“1”、“3”、“2”、“4”即为障碍物与区域P的边界之间的对角平行线。也即是说，“障碍物的顶点与无障区域的边界之间的对角平行线”可以理解为，通过障碍物的对顶点向无障区域的边界做互相平行的两条垂线，即可得到对角平行线。

进而，通过上述“获取每个障碍物的顶点与无障区域的边界之间的对角平行线”可以得到如图26所示的网状区域。

应理解，通过“获取每个障碍物的顶点与无障区域的边界之间的对角平行线”的方式，可以显著地减少网状区域的复杂程度，进而减少“将无障区域分割为多个子区域”过程中的计算量。

S223B-2，根据垂线确定出网状区域对应的二部图。

为了简要地对本申请实施例做出解释，以图26所示的应用场景为例，可以将网状区域中垂直的垂线和水平的垂线分别确定为二部图中的两个集，则可以得到如图27所示的二部图。

S223B-3，获取二部图的最大匹配解。

S223B-4，根据最大匹配解确定出无障区域的多个无障子区域。

如图28所示，在经过执行S223B-3、S223B-4后，即可将无障区域分割出多个无障子区域(包括“s1”、“s2”、“s3”、“s4”、“s5”)。其中，上述S223B-3、S223B-4可以参照现有技术，在此不再赘述。

应理解，在根据垂线确定出网状区域对应的二部图之后，通过获取二部图的最大匹配解，以及根据最大匹配解确定出无障区域的多个子区域，可以达到“将无障区域分割成若干个矩形，且使得分割后的矩形个数最少”的效果，即通过上述S223B-1至S223B-4可以使得所确定出的无障区域的多个无障子区域的数量最小。

由于通过上述S223B-1至S223B-4可以使得所确定出的无障区域的多个无障子区域的数量最小，因此，本申请实施例可以在确定每个无障子区域的所有替换路径段时，减少计算量，进而提高作业路线的规划效率。

在一些可能的实施例中，任务区域包括多个目标物，任意相邻的四个目标物之间的目标路径和可行路径上均存在关键路径点，且任务区域中任意相邻的两个最外围目标物形成的直线与任务区域的边界之间的目标路径和可行路径上均存在关键路径点(记为条件1)。例如，如图29所示。

在前述条件1以及图29的基础上，为了进一步提高绕行效率，对于如何“根据无障区域中的所有替换路径集确定所有穿障路径的替换路径段”，本申请提供了一种可能的实施方式，请参照图30，S223C可以包括如下子步骤：

S223C-1，对于每个无障子区域，确定无障子区域中所有关键路径点的数量。

在一些可能的实施例中，以图29所示的场景中的无障子区域“s1”、“S4”为例，“s1”中所有关键路径点的数量为6个，“s4”中所有关键路径点的数量为1个。

S223C-2，当数量大于1时，根据无障子区域的替换路径集确定无障子区域中的所有中选路径段。

继续以图29所示的场景中的无障子区域“s1”为例，由于“s1”中所有关键路径点的数量为6个，因此可以根据无障子区域的替换路径集确定无障子区域中的所有中选路径段。

S223C-3，当数量等于1时，根据与无障子区域相邻的其他无障子区域的中选路径段，确定无障子区域的所有中选路径段。

继续以图29所示的场景中的无障子区域“s4”为例，由于“s4”中所有关键路径点的数量为1个，因此可以根据与无障子区域相邻的其他无障子区域的中选路径段，确定无障子区域的所有中选路径段。

例如，由于与“s4”相邻的子区域为“s2”和“s3”，若基于步骤S223C-1至S223C-3已经确定出“s2”和“s3”的中选路径段的方向为多条竖直方向的路径，进而为了使得后续在进行路径连接时能够顺利将“s2”、“s3”与“s4”中的中选路径段进行连接，该“s4”中的中选路径段可以被确定为水平方向的路径(如图31所示)。

S223C-4，根据所有中选路径段确定所有穿障路径的替换路径段。

需要说明的是，S223C-3可以在S223C-4之前执行，也可以在S223C-4之后执行，甚至两者并行执行，本申请对此不作限制。

其中，每个替换路径集均包括方向不同的多个候选路径段，换句话说，每个无障子区域中均包括方向不同的多个候选路径段。例如，在图29所示的场景中的无障子区域“s1”中，包括3条竖直方向的候选路径段以及2条水平方向的候选路径段。

进而在图30的基础上，对于如何“根据无障子区域的替换路径集确定无障子区域中的所有中选路径段”，本申请提供了一种可能的实施方式，请参照图32，S223C-2可以包括如下子步骤：

S223C-2A，确定无障子区域的替换路径集中各方向的候选路径段的总数。

S223C-2B，当与目标路径方向相同的候选路径段的总数小于或等于其他各方向的候选路径段的总数时，确定与目标路径方向相同的候选路径段为中选路径段。

继续以图29所示的场景中的无障子区域“s2”为例，由于“s2”中包括1条竖直方向的候选路径段以及2条水平方向的候选路径段，且竖直方向的候选路径段与目标路径方向相同，因此，与目标路径方向相同的候选路径段的总数小于或等于其他各方向的候选路径段的总数，从而“s2”中的1条竖直方向的候选路径段被确定为中选路径段。

S223C-2C，当与目标路径方向相同的候选路径段的总数大于其他各方向的候选路径段的总数时，确定其他各方向中总数最少的候选路径段为中选路径段。

继续以图29所示的场景中的无障子区域“s1”为例，由于“s1”中包括3条竖直方向的候选路径段以及2条水平方向的候选路径段，且竖直方向的候选路径段与目标路径方向相同，因此，与目标路径方向相同的候选路径段的总数大于其他各方向的候选路径段的总数，从而“s1”中的2条水平方向的候选路径段均被确定为中选路径段。

应理解，通过上述S223C-1至S223C-4及其子步骤，可以为每个无障子区域中确定出合理的替换路径段，进而使得在在后续执行S230，从预设起点开始依次连接每条目标路径和每条替换路径段时，可以高效直接地得到作业设备的作业路线，提高了作业设备的绕行效率。

需要说明的是，S223C-2B可以在S223C-2C之前执行，也可以在S223C-2C之后执行，甚至两者并行执行，本申请对此不作限制。

还需要说明的是，本申请实施例适用于的情形至少包括以下两种：不同穿障路径上存在的障碍物均为非同一障碍物，或至少有两条穿障路径上存在的障碍物为同一障碍物。

对于前一情形，为了减少计算量，可以采用图11所示的实施例。对于后一种情形，可以采用图17所示的实施例，以提高避障精度。

进一步的，在图3的基础上，对于如何“从预设起点开始依次连接每条目标路径和每条替换路径段，得到作业设备的作业路线”，本申请提供了一种可能的实施方式，请参照图33，S230可以包括如下子步骤：

S230-1，从至少一条目标路径中，确定路径端点与预设起点最近的起始目标路径；

其中，起始目标路径中与预设起点最近的路径端点为路径起点。

在图8所示的应用场景中每条遍历路径均包括一个首端点和一个尾端点。此时，可以从至少一条目标路径中，确定路径端点与预设起点最近的起始目标路径为“L1”，起始目标路径中与预设起点最近的路径端点为路径起点，为“M1”。

S230-2，依次连接预设起点和路径起点，并以起始目标路径开始，按首尾相接的方式顺次连接剩余的每条目标路径和每条替换路径段，以得到作业路线。

继续参照图8，连接“预设起点”与“L1”中与“预设起点”最近的端点，在将“预设起点”与“L1”进行连接后，按首尾连接的方式，可以依次连接“L2”、“L3”的首端点“A”、“C1”、“C3”、“C4”、“C2”、“L3”的末端点“B”、“L4”的首端点“E”、“F2”、“F4”、“F3”、“F1”、“L4”的末端点“D”、“L5”和“L6”。此时，作业设备在作业路线上的作业顺序为，从“预设起点”移动至“L1”中与“预设起点”最近的端点开始作业，然后沿“L1”路径移动至“L2”，之后从“L2”转入“L3”，从“L3”的首端点“A”沿路径“A-C1-C3-C4-C2-B”移动，并转入“L4”的首端点“E”，再沿路径“E-F2-F4-F3-F1-D”移动至“L4”的末端，接着从“L4”转入至“L5”，沿“L5”移动后再转入“L6”，由此作业设备在作业路线上完成一次作业路线。

进一步的，为了提升本申请实施例所规划的作业路线的精确程度，降低成本，在图3的基础上，本申请提供了一种可能的实施方式，请参照图34，在S210之前，方法还可以包括：

S201，获取任务区域的数字正射影像图和数字表面模型图。

其中，DOM(数字正射影像图)：是对航空(或航天)相片进行数字微分纠正和镶嵌，按一定图幅范围裁剪生成的数字正射影像集，同时具有地图几何精度和影像特征的图像。具有精度高、信息丰富、直观逼真、获取快捷等优点。

DSM(数字表面模型)：是指包含了地表建筑物、桥梁和树木等高度的地面高程模型。和DEM相比，DEM只包含了地形的高程信息，并未包含其它地表信息，DSM是在DEM的基础上，进一步涵盖了除地面以外的其它地表信息的高程。

S202，根据数字正射影像图和数字表面模型图，确定任务区域中目标物的分布数据以及障碍物的分布数据。

在一些可能的实施例中，对于获取到任务区域的DOM和DSM数据，可以对DOM、DSM数据进行分析，然后确定任务区域上目标物的分布数据以及障碍物的分布数据。

可以理解的是，由于通过DOM、DSM数据能够精准获取任务区域的目标物的分布数据以及障碍物的分布数据(例如地面高程数据)，且DOM、DSM数据的获取成本低。因此，本申请实施例在规划的作业路线时，还能够提高作业路线的精确程度，降低成本的效果。

需要补充的是，本申请实施例各附图的应用场景示意图中，黑色实心四边形可以表示障碍物，空心圆圈可以表示目标物(例如，果树)，空心的虚线圆圈可以表示关键路径点。

为了执行上述实施例及各个可能的方式中的相应步骤，下面给出另一种作业路线规划装置的实现方式，请参阅图35，图35示出了本申请实施例提供的一种作业路线规划装置的一种功能模块图。需要说明的是，本实施例所提供的作业路线规划装置300，其基本原理及产生的技术效果和上述实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。该作业路线规划装置300包括：获取模块310、规划模块320。

可选地，上述模块可以软件或固件(Firmware)的形式存储于存储器中或固化于本申请提供的作业设备的操作系统(Operating System，OS)中，并可由作业设备中的处理器执行。同时，执行上述模块所需的数据、程序的代码等可以存储在存储器中。

获取模块310可以用于获取任务区域中的遍历路径集；遍历路径集包括目标路径集，或者，遍历路径集包括目标路径集和候选路径集；目标路径集包括至少一条穿障路径和至少一条目标路径，候选路径集包括与目标路径方向不同的至少一条可行路径，穿障路径表示存在障碍物的路径，目标路径和可行路径均表示不存在障碍物的路径。规划模块320，用于对于每条穿障路径，从至少一条目标路径和/或至少一条可行路径中确定出穿障路径的替换路径段；规划模块320，还用于从预设起点开始依次连接每条目标路径和每条替换路径段，得到作业设备的作业路线。

可以理解的是，获取模块310可以用于支持作业设备执行上述S210等，和/或用于本文所描述的技术的其他过程，例如，S210A至S210B、S201、S202等；规划模块320可以用于支持作业设备执行上述S220、S230等，和/或用于本文所描述的技术的其他过程，例如，S221A至S221B，S221B-1至S221B-3，S222A至S222C，S222B-1至S222B-3，S222C-1至S222C-3，S223A至S223D，S223B-1至S223B-4，S223C-1至S223C-4，S223C-2A至S223C-2C，S230-1至S230-2。

基于上述方法实施例，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行上述作业路线规划方法的步骤。

具体地，该存储介质可以为通用的存储介质，如移动磁盘、硬盘等，该存储介质上的计算机程序被运行时，能够执行上述作业路线规划方法，从而解决“目前在规划作业设备的作业路线时，对于作业路线中绕开障碍物的绕行路段的规划方式非常复杂，作业设备的绕行效率低下”的问题，实现能够规划出的可行且高效的作业路线，提高作业设备的绕行效率的目的。

综上，本申请实施例提供了一种作业路线规划方法及相关装置，该方法包括：获取任务区域中的遍历路径集，遍历路径集包括目标路径集，或者，遍历路径集包括目标路径集和候选路径集。目标路径集包括至少一条穿障路径和至少一条目标路径，候选路径集包括与目标路径方向不同的至少一条可行路径。对于每条穿障路径，从至少一条目标路径和/或至少一条可行路径中确定出穿障路径的替换路径段。从预设起点开始依次连接每条目标路径和每条替换路径段，得到作业设备的作业路线。对于每条穿障路径，从至少一条目标路径和/或至少一条可行路径中确定出穿障路径的替换路径段，然后从预设起点开始依次连接每条目标路径和每条替换路径段，得到作业设备的作业路线。由于每条替换路径段均不穿过障碍物，可以使得所得到的替换路径段中绕开障碍物的路段简单可行，进而使得本申请实施例具有能够规划出的可行且高效的作业路线，提高作业设备的绕行效率的效果。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (17)

1.一种作业路线规划方法，其特征在于，包括：

获取任务区域中的遍历路径集；

所述遍历路径集包括目标路径集，或者，所述遍历路径集包括所述目标路径集和候选路径集；所述目标路径集包括至少一条穿障路径和至少一条目标路径，所述候选路径集包括与所述目标路径方向不同的至少一条可行路径，所述穿障路径表示存在障碍物的路径，所述目标路径和所述可行路径均表示不存在障碍物的路径；

对于每条穿障路径，从至少一条所述目标路径和/或至少一条所述可行路径中确定出所述穿障路径的替换路径段；

从预设起点开始依次连接每条目标路径和每条替换路径段，得到作业设备的作业路线。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当不同穿障路径上存在的障碍物均为非同一障碍物时，所述对于每条穿障路径，从至少一条所述目标路径和/或至少一条所述可行路径中确定出所述穿障路径的替换路径段的步骤，包括：

对于每条穿障路径，从至少一条所述目标路径中确定出与所述穿障路径距离最近的最近目标路径；

对于每条穿障路径，将所述穿障路径上的障碍路段替换为对应的最近目标路径上的可行路段，以得到所述穿障路径对应的替换路径段。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述遍历路径集中的每条路径均包括至少一个关键路径点；

所述对于每条穿障路径，将所述穿障路径上的障碍路段替换为对应的最近目标路径上的可行路段，以得到所述穿障路径对应的替换路径段的步骤，包括：

对于每条穿障路径，获取所述穿障路径上最靠近障碍物的第一关键路径点和第二关键路径点；所述第一关键路径点和第二关键路径点之间的路段为所述障碍路段；

在所述穿障路径对应的最近目标路径上，获取最靠近所述第一关键路径点的第三关键路径点、以及最靠近所述第二关键路径点的第四关键路径点；所述第三关键路径点和第四关键路径点之间的路段为所述可行路段；

连接所述第一关键路径点和所述第三关键路径点、以及所述第二关键路径点和所述第四关键路径点，并将所述穿障路径上的障碍路段替换为所述最近目标路径上的可行路段，得到所述穿障路径对应的替换路径段。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当不同穿障路径上存在的障碍物均为非同一障碍物时，所述对于每条穿障路径，从至少一条所述目标路径和/或至少一条所述可行路径中确定出所述穿障路径的替换路径段的步骤，包括：

对于每条穿障路径，从至少一条所述目标路径中确定出与所述穿障路径距离最近的最近目标路径；

对于每条穿障路径，从至少一条所述可行路径中确定出与所述穿障路径距离最近的两条选定可行路径；所述两条选定可行路径与所述穿障路径和所述最近目标路径相交；

对于每条穿障路径，根据对应的最近目标路径和对应的两条选定可行路径确定所述穿障路径的替换路径段。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述遍历路径集中的每条路径均包括至少一个关键路径点，且任意一条所述目标路径与任意一条所述可行路径的相交位置处存在关键路径点；

所述对于每条穿障路径，从至少一条所述可行路径中确定出与所述穿障路径距离最近的两条选定可行路径的步骤，包括：

对于每条穿障路径，获取所述穿障路径上最靠近障碍物的第五关键路径点和第六关键路径点；

在所述穿障路径对应的最近目标路径上，获取最靠近第五关键路径点的第七关键路径点、以及最靠近第六关键路径点的第八关键路径点；

从至少一条所述可行路径中，获取穿过第五关键路径点和第七关键路径点的一选定可行路径，并获取穿过第六关键路径点和第八关键路径点的另一选定可行路径，以得到所述两条选定可行路径。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，对于每条穿障路径，所述穿障路径中所述第五关键路径点和所述第六关键路径点之间的路段为障碍路段；

所述对于每条穿障路径，根据对应的最近目标路径和对应的两条选定可行路径确定所述穿障路径的替换路径段的步骤，包括：

对于每条穿障路径，将所述穿障路径的障碍路段替换为对应的最近目标路径中第七关键路径点和第八关键路径点之间的第一可行路段；

对于所述穿障路径对应的两条选定可行路径，获取其中一选定可行路径中所述第五关键路径点和所述第七关键路径点之间的第二可行路段，获取另一选定可行路径中所述第六关键路径点和所述第八关键路径点之间的第三可行路段；

根据所述第一可行路段、所述第二可行路段和所述第三可行路段确定所述替换路径段。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对于每条穿障路径，从至少一条所述目标路径和/或至少一条所述可行路径中确定出所述穿障路径的替换路径段的步骤，包括：

获取包括所有穿障路径的目标区域，其中，所述目标区域包括含有障碍物的含障区域和不含障碍物的无障区域；

将所述无障区域分割为多个无障子区域；

对于每个无障子区域，获取至少一条所述目标路径和/或至少一条所述可行路径在所述无障子区域中的所有候选路径段，得到替换路径集；

根据所述无障区域中的所有替换路径集确定所有穿障路径的替换路径段。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述将所述无障区域分割为多个无障子区域的步骤，包括：

获取每个障碍物的顶点与所述无障区域的边界之间的垂线，以将所述无障区域分割为网状区域；

根据所述垂线确定出所述网状区域对应的二部图；

获取所述二部图的最大匹配解；

根据所述最大匹配解确定出所述无障区域的多个无障子区域。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述任务区域包括多个目标物，任意相邻的四个目标物之间的目标路径和可行路径上均存在关键路径点，且所述任务区域中任意相邻的两个最外围目标物形成的直线与所述任务区域的边界之间的目标路径和可行路径上均存在关键路径点；

所述根据所述无障区域中的所有替换路径集确定所有穿障路径的替换路径段的步骤，包括：

对于每个无障子区域，确定所述无障子区域中所有关键路径点的数量；

当所述数量大于1时，根据所述无障子区域的替换路径集确定所述无障子区域中的所有中选路径段；

当所述数量等于1时，根据与所述无障子区域相邻的其他无障子区域的中选路径段，确定所述无障子区域的所有中选路径段；

根据所有中选路径段确定所有穿障路径的替换路径段。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，每个替换路径集均包括方向不同的多个候选路径段；

所述根据所述无障子区域的替换路径集确定所述无障子区域中的所有中选路径段的步骤包括：

确定所述无障子区域的替换路径集中各方向的候选路径段的总数；

当与所述目标路径方向相同的候选路径段的总数小于或等于其他各方向的候选路径段的总数时，确定与所述目标路径方向相同的候选路径段为中选路径段；

当与所述目标路径方向相同的候选路径段的总数大于其他各方向的候选路径段的总数时，确定所述其他各方向中总数最少的候选路径段为中选路径段。

11.根据权利要求1-10任一项所述的方法，其特征在于，所述从预设起点开始依次连接每条目标路径和每条替换路径段，得到作业设备的作业路线的步骤包括：

从至少一条目标路径中，确定路径端点与所述预设起点最近的起始目标路径；其中，所述起始目标路径中与所述预设起点最近的路径端点为路径起点；

依次连接所述预设起点和所述路径起点，并以所述起始目标路径开始，按首尾相接的方式顺次连接剩余的每条目标路径和每条替换路径段，以得到所述作业路线。

12.根据权利要求1-10任一项所述的方法，其特征在于，所述获取任务区域中的遍历路径集的步骤包括：

在包括多个目标物的任务区域中，获取多个待选遍历路径集；

其中，每个所述待选遍历路径集均包括多条待选遍历路径，任一待选遍历路径集的多条待选遍历路径将所述多个目标物划分为多列互不相交的目标物列；

在所述多个待选遍历路径集中，确定待选遍历路径数量最少的待选遍历路径集为所述目标路径集，剩余的待选遍历路径集为所述候选路径集。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取所述任务区域的数字正射影像图和数字表面模型图；

根据所述数字正射影像图和所述数字表面模型图，确定所述任务区域中目标物的分布数据以及障碍物的分布数据；其中，所述目标物的分布数据用于获取所述遍历路径集，所述障碍物的分布数据至少用于确定所述穿障路径。

14.一种作业路线规划装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取任务区域中的遍历路径集；

所述遍历路径集包括目标路径集，或者，所述遍历路径集包括所述目标路径集和候选路径集；所述目标路径集包括至少一条穿障路径和至少一条目标路径，所述候选路径集包括与所述目标路径方向不同的至少一条可行路径，所述穿障路径表示存在障碍物的路径，所述目标路径和所述可行路径均表示不存在障碍物的路径；

规划模块，用于对于每条穿障路径，从至少一条所述目标路径和/或至少一条所述可行路径中确定出所述穿障路径的替换路径段；

所述规划模块，还用于从预设起点开始依次连接每条目标路径和每条替换路径段，得到作业设备的作业路线。

15.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-13中任一项所述的方法。

16.一种作业设备控制单元，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有机器可读指令，所述处理器用于执行所述机器可读指令，以实现权利要求1-13中任一项所述的方法。

17.一种作业设备，其特征在于，包括：

机体；

动力设备，安装在所述机体，用于为所述作业设备提供动力；

以及作业设备控制单元；所述作业设备控制单元包括处理器和存储器，所述存储器存储有机器可读指令，所述处理器用于执行所述机器可读指令，以实现权利要求1-13中任一项所述的方法。

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