CN114721399A - 一种全路径无人作业系统和路径规划方法 - Google Patents

一种全路径无人作业系统和路径规划方法 Download PDF

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CN114721399A CN202210427531.3A CN202210427531A CN114721399A CN 114721399 A CN114721399 A CN 114721399A CN 202210427531 A CN202210427531 A CN 202210427531A CN 114721399 A CN114721399 A CN 114721399A
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Shandong Chaoxing Intelligent Technology Co ltd
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Abstract

本发明提出了一种全路径无人作业系统和路径规划方法，该系统包括云平台模块、智能终端和智能作业农机；智能终端用于采集作业地块信息和作业参数；云平台模块与智能终端通信，用于根据作业地块信息和作业参数，规划智能作业农机的作业路径；规划方法包括：确定智能作业农机基准点和作业方向，然后根据作业地块信息和作业参数计算作业平行线；确定作业线顺序之后，计算转弯调头路线；智能作业农机与云平台模块通信连接，用于根据云平台模块规划的作业路径执行无人作业。基于一种全路径无人作业系统，还提出了路径规划方法。本发明采用全路径无人化作业，可有效降低对驾驶员作业技能的要求，同时大大降低人工作业强度、避免出现疲劳驾驶等情况。

Description

一种全路径无人作业系统和路径规划方法
技术领域
本发明属于农业无人作业技术领域，特别涉及一种全路径无人作业系统和路径规划方法。
背景技术
随着我国农业的快速发展，种田合作社等机构越来越多，在大田作业的过程中，农机应用越来越广泛。我国农业机械化发展快速、不断增加的农机设施改变了农业作业方式，提高了作业效率，增强了农业抵抗自然灾害的能力。随着农业机械化发展，农业机械的作业领域不再是传统的粮食作物领域，而是逐步向经济作物领域转移，实现了农业的多元化发展。
然而传统的人工驾驶出现了很多弊端，如对驾驶员作业技能要求高、难以实现精准作业、作业强度大、长时间作业容易出现疲劳驾驶等。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种全路径无人作业系统和路径规划方法；相比较传统人工驾驶作业，提高了作业精准度、土地资源利用率提升。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种全路径无人作业系统，包括：云平台模块、智能终端和智能作业农机；
所述智能终端用于采集作业地块信息和作业参数；
所述云平台模块与智能终端通信，用于根据智能终端采集的作业地块信息和作业参数，规划智能作业农机的作业路径；所述作业路径的规划的方法包括：首先确定智能作业农机基准点和作业方向，然后根据作业地块信息和作业参数计算作业平行线；以及确定作业线顺序之后，计算转弯调头路线；
所述智能作业农机与云平台模块通信连接，用于根据云平台模块规划的作业路径执行无人作业。
进一步的，所述作业地块信息包括地块边界点的经纬度坐标值；
通过地块边界点的经纬度坐标值确定地块位置、地块面积和地块形状。
进一步的，所述作业参数包括选定的作业农机、农机最小转弯半径、作业农具、作业幅宽、交接行宽度、安全边界距离、侧边安全距离和行走模式。
进一步的，所述确定智能作业农机基准点的方法包括为：选择后驱动轮车桥中点作为定位基准点来表示作业农机的田间位置。
进一步的，所述作业方法确定的方法包括：指定首条作业线位置和作业方向，或者默认取地块边界最长边作为默认的首条作业线和作业方向；
其中，地块边界最长边计算方法包括：假设边界线两端顶点分别为P1(x1，y1)和P2(x2，y2)；x1为P1点的经度值；y1为P1点的纬度值；x2为P2点的经度值，y2为P2点的纬度值；则P1和P2两点间距离为边界最长边距离S1；
Figure BDA0003610246680000021
进一步的，所述根据作业地块信息和作业参数计算作业平行线的过程包括：
根据首条作业线和地块边界坐标点计算出作业最大横向距离；其中首条作业线两端点分别为P3(x3，y3)、P4(x4，y4)；距离首条作业线最远的坐标点P0(x0，y0)；dx＝x3–x4；dy＝y3–y4；计算出垂点坐标P(x,y)；x即垂点经度坐标值，y即垂点纬度坐标值；
x＝x3+((x0-x3)×dx+(y0-y3)×dy)÷(dx2+dy2)×dx；
y＝y3+((x0-x3)×dx+(y0-y3)×dy)÷(dx2+dy2)×dy；
在计算出垂点之后，根据垂点与P0点之间的实际距离和作业幅宽、交接行宽度平均分割得到所有的作业平行线；其中两点间实际距离计算方法为：假设横向距离最远的两个点分别为P5和P6，使用弧度计算公式将P5和P6坐标经纬度值转换为相应的弧度值；
弧度值x5＝P5经度值×π/180
弧度值y5＝P5纬度值×π/180
弧度值x6＝P6经度值×π/180
弧度值y6＝P6纬度值×π/180
则P5和P6两点的距离为：
Figure BDA0003610246680000031
进一步的，所述作业顺序包括从左往右或从右往左固定作业顺序、先外后内的作业顺序和从左往右或从右往左固定顺序，单局部跨行作业。
进一步的，所述计算转弯调头路线第一调头方式、第二调头方式和第三调头方式；
其中，第一调头方式为转弯直径等于作业线间隔时采用的调头方式；第二调头方式为转弯直径小于作业线间隔时采用的调头方式；第三调头方式为转弯直径大于作业线间隔时采用的调头方式。
进一步的，当采用第一调头方式时，入线和离线转弯点距离地头距离S地1＝d1+d÷2+r；
首条作业线起始转弯点距离地块起始作业边界距离S11＝d2+d÷2；
首条作业线结束转弯点距离地块起始作业边界距离S12＝d2+d÷2+K；
第n条作业线起始转弯点即第n-1条作业线的结束转弯点；则第n条作业线结束转弯点距离地块起始作业边界距离Sn2＝d2+d÷2+(n-1)×K；确定了调头的起止点位置后，以起止点的中点为圆心，转弯半径为圆半径，生成半圆路径
当采用第二调头方式时，入线和离线转弯点距离地头距离S地2＝d1+d÷2+r；
首条作业线结束转弯点距离地块起始作业边界距离S12＝d2+d÷2+r；
第二条作业线入线起始转弯点距离地块起始作业边界距离S21＝d2+d÷2+K-r；
第二条作业线入线结束转弯点距离地块起始作业边界距离S22＝d2+d÷2+K；
第n条作业线入线起始转弯点距离地块起始作业边界距离为：
Sn1＝d2+d÷2+(n-1)×K-r；
第n条作业线入线结束转弯点距离地块起始作业边界距离为
Sn2＝d2+d÷2+(n-1)×K；
第n条作业线出线起始转弯点距离地块起始作业边界距离
Sn2＝d2+d÷2+(n-1)×K；
第n条作业线出线结束转弯点距离地块起始作业边界距离；
Sn2＝d2+d÷2+(n-1)×K+r；确定了调头的起止点位置后，以转弯半径为圆半径，从起点到止点做四分之一转弯；
当采用第三调头方式时，入线和离线转弯点计算方式与第二调头方式相同，但是连接两个四分之一圆轨迹时，为倒车轨迹；
其中，r为转弯半径、d为作业幅宽、J为交接行宽度、d1为安全距离、d2为侧边安全距离、K为两条作业线的中心线距离，K＝J+d。
本发明还提出了一种全路径无人作业系统的路径规划方法，是基于一种全路径无人作业系统实现的，包括以下步骤：
通过智能终端采集作业地块信息和作业参数；
云平台模块根据作业地块信息和作业参数，规划智能作业农机的作业路径；所述作业路径的规划的方法包括：首先确定智能作业农机基准点和作业方向，然后根据作业地块信息和作业参数计算作业平行线；以及确定作业线顺序之后，计算转弯调头路线；
智能作业农机根据规划的作业路径执行无人作业。
发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
本发明提出了一种全路径无人作业系统和路径规划方法，该系统包括云平台模块、智能终端和智能作业农机；智能终端用于采集作业地块信息和作业参数；云平台模块与智能终端通信，用于根据智能终端采集的作业地块信息和作业参数，规划智能作业农机的作业路径；所述作业路径的规划的方法包括：首先确定智能作业农机基准点和作业方向，然后根据作业地块信息和作业参数计算作业平行线；以及确定作业线顺序之后，计算转弯调头路线；智能作业农机与云平台模块通信连接，用于根据云平台模块规划的作业路径执行无人作业。基于一种全路径无人作业系统，还提出了路径规划方法。本发明采用全路径无人化作业，可有效降低对驾驶员作业技能的要求，同时大大降低人工作业强度、避免出现疲劳驾驶等情况。
本发明路径规划算法的精准度高，误差可控制在1毫米以内。农机采用rtk精准定位辅助作业，误差可控制在2.5cm以内，相比较传统人工驾驶作业，提高了作业精准度、土地资源利用率提升≥5％，在播种、施肥、能源利用等多个方面都更加节省资源。
附图说明
如图1为本发明实施例1一种全路径无人作业系统连接示意图；
如图2为本发明实施例1作业地块示意图；
如图3为本发明实施例1梭型路线示意图；
如图4为本发明实施例1向心型路线示意图；
如图5为本发明实施例1套型路线示意图；
如图6为本发明实施例1作业规划路径示意图；
如图7为本发明实施例1第一调头方式示意图；
如图8为本发明实施例1第二调头方式示意图；
如图9为本发明实施例1第三调头方式示意图；
如图10为本发明实施例2一种全路径无人作业方法流程图。
其中，1.地块边界；2.转弯区域；3.作业区域；4.作业幅宽；5.直线路径；6.转弯路径。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
实施例1
本发明实施例1提出了一种全路径无人作业系统，如图1为本发明实施例1一种全路径无人作业系统连接示意图；包括云平台模块、智能终端和智能作业农机；
智能终端用于采集作业地块信息和作业参数；
云平台模块与智能终端通信，用于根据智能终端采集的作业地块信息和作业参数，规划智能作业农机的作业路径；所述作业路径的规划的方法包括：首先确定智能作业农机基准点和作业方向，然后根据作业地块信息和作业参数计算作业平行线；以及确定作业线顺序之后，计算转弯调头路线；
智能作业农机与云平台模块通信连接，用于根据云平台模块规划的作业路径执行无人作业，自动控制方向盘、电控提升器等设备完成全路径无人作业。
作业地块信息包括地块边界点的经纬度坐标值；通过地块边界点的经纬度坐标值确定地块位置、地块面积和地块形状。如图2为本发明实施例1作业地块示意图。
作业参数包括选定的作业农机、农机最小转弯半径、作业农具、作业幅宽4、交接行宽度、安全边界距离、侧边安全距离和行走模式。
作业农机为全路径无人作业指令的接收者和执行者；
最小转弯半径为农机原地做360度转弯时，农机后驱动轮车桥中点所经过的最小圆轨迹的半径。
作业农具为本次作业的目标农具。
作业幅宽4为单条作业线所覆盖的有效作业宽度，一般认为是农具的宽度。
交接行宽度为两条相邻作业幅宽之间4的距离。
安全边界距离为地头转弯区域2预留的距离。
侧边安全距离为首尾两条作业线距离地块响应侧边的预留距离。
行走模式为路线类型，包括梭型、向心型、套型；如图3为本发明实施例1梭型路线示意图；如图4为本发明实施例1向心型路线示意图；如图5为本发明实施例1套型路线示意图。
云平台模块将计算生成的作业路径转换为路径文件，并下发至智能作业农机；智能作业农机接收到文件后按文件指令作业。
路径文件内容示例：
index,x1,y1,x2,y2,speed,depth,width,spacing,turn_type,radius,turn_dir,run_dir0,117.120807,36.6689,117.120802,36.669128,2.40,15,1.20,12.00,0,6.00,-1,11,117.120708,36.669128,117.120712,36.6689,2.40,15,1.20,12.00,0,6.00,1,-12,117.120636,36.668904,117.120636,36.669117,2.40,15,1.20,12.00,0,6.00,-1
【参数说明】
[index]：作业线顺序号，从0开始到n-1，n表示所有作业线的条数。
[x1,y1]：作业平行线(简称AB线)A点坐标，采用WGS84坐标系，小数位最长保留10位。
[x2,y2]：作业平行线(简称AB线)B点坐标，采用WGS84坐标系，小数位最长保留10位。
[speed]：作业行驶速度，单位：m/s，保留两位小数。
[depth]：耕深，单位：cm，整数。
[width]：作业幅宽，单位：m，保留两位小数。
[spacing]：作业线行距，当前作业线的中心线与下一条作业线的中心线之间的距离，单位：m，保留两位小数。
[turn_type]：转弯类型，0：简单转弯、1：犁式转弯。
[radius]：转弯半径，单位：m，保留两位小数。
[turn_dir]：转弯方向，-1：左转，1:右转，0:不执行转弯。
[run_dir]:作业行驶方向，1：A点行驶至B点；-1：B点行驶至A点
作业路径的规划的方法包括：首先确定智能作业农机基准点和作业方向，然后根据作业地块信息和作业参数计算作业平行线；以及确定作业线顺序之后，计算转弯调头路线；如图6为本发明实施例1作业规划路径示意图；其中，1.地块边界；2.转弯区域；3.作业区域；4.作业幅宽；5.直线路径；6.转弯路径。
确定智能作业农机基准点的方法包括为：选择后驱动轮车桥中点作为定位基准点来表示作业农机的田间位置。作业农机轮距、轴距及转向轮的最大偏转角度决定了其最小转弯半径和转向所必要的空间。农机转向采用阿克曼转向几何原理R＝L·cotα–B÷2(R-转弯半径；L-轮距；α-内侧转向轮偏转角；B-拖拉机轴距),
Figure BDA0003610246680000081
(r-作业农机具外侧边缘弧线半径；e-定位基准点与作业农机具的纵向距离；D-作业农机具宽度)。
作业方法确定的方法包括：指定首条作业线位置和作业方向，或者默认取地块边界最长边作为默认的首条作业线和作业方向；
其中，地块边界1最长边计算方法包括：假设边界线两端顶点分别为P1(x1，y1)和P2(x2，y2)；x1为P1点的经度值；y1为P1点的纬度值；x2为P2点的经度值，y2为P2点的纬度值；则P1和P2两点间距离为边界最长边距离S1；
Figure BDA0003610246680000082
根据作业地块信息和作业参数计算作业平行线的过程包括：
根据首条作业线和地块边界坐标点计算出作业最大横向距离；其中首条作业线两端点分别为P3(x3，y3)、P4(x4，y4)；距离首条作业线最远的坐标点P0(x0，y0)；dx＝x3–x4；dy＝y3–y4；计算出垂点坐标P(x,y)；x即垂点经度坐标值，y即垂点纬度坐标值；
x＝x3+((x0-x3)×dx+(y0-y3)×dy)÷(dx2+dy2)×dx；
y＝y3+((x0-x3)×dx+(y0-y3)×dy)÷(dx2+dy2)×dy；
在计算出垂点之后，根据垂点与P0点之间的实际距离和作业幅宽、交接行宽度平均分割得到所有的作业平行线；其中两点间实际距离计算方法为：假设横向距离最远的两个点分别为P5和P6，使用弧度计算公式将P5和P6坐标经纬度值转换为相应的弧度值；
弧度值x5＝P5经度值×π/180
弧度值y5＝P5纬度值×π/180
弧度值x6＝P6经度值×π/180
弧度值y6＝P6纬度值×π/180
则P5和P6两点的距离为：
Figure BDA0003610246680000091
作业顺序包括从左往右或从右往左固定作业顺序、先外后内的作业顺序和从左往右或从右往左固定顺序，单局部跨行作业。路径线类型不同，则作业线顺序不同。梭型法的作业线为从左往右或从右往左固定顺序依次排列。向心法的作业线为先外后内的顺序。套型法为整体从左往右或从右往左固定顺序依次排列，但局部为跨行作业
计算转弯调头路线第一调头方式、第二调头方式和第三调头方式；如图7为本发明实施例1第一调头方式示意图；如图8为本发明实施例1第二调头方式示意图；如图9为本发明实施例1第三调头方式示意图；
其中，第一调头方式为转弯直径等于作业线间隔时采用的简单调头方式；第二调头方式为转弯直径小于作业线间隔时采用的带直行线的调头方式；第三调头方式为转弯直径大于作业线间隔时采用的鱼尾调头方式。
当采用第一调头方式时，入线和离线转弯点距离地头距离S地1＝d1+d÷2+r；
首条作业线起始转弯点距离地块起始作业边界距离S11＝d2+d÷2；
首条作业线结束转弯点距离地块起始作业边界距离S12＝d2+d÷2+K；
第n条作业线起始转弯点即第n-1条作业线的结束转弯点；则第n条作业线结束转弯点距离地块起始作业边界距离Sn2＝d2+d÷2+(n-1)×K；确定了调头的起止点位置后，以起止点的中点为圆心，转弯半径为圆半径，生成半圆路径
当采用第二调头方式时，入线和离线转弯点距离地头距离S地2＝d1+d÷2+r；
首条作业线结束转弯点距离地块起始作业边界距离S12＝d2+d÷2+r；
第二条作业线入线起始转弯点距离地块起始作业边界距离S21＝d2+d÷2+K-r；
第二条作业线入线结束转弯点距离地块起始作业边界距离S22＝d2+d÷2+K；
第n条作业线入线起始转弯点距离地块起始作业边界距离为：
Sn1＝d2+d÷2+(n-1)×K-r；
第n条作业线入线结束转弯点距离地块起始作业边界距离为
Sn2＝d2+d÷2+(n-1)×K；
第n条作业线出线起始转弯点距离地块起始作业边界距离
Sn2＝d2+d÷2+(n-1)×K；
第n条作业线出线结束转弯点距离地块起始作业边界距离
Sn2＝d2+d÷2+(n-1)×K+r；确定了调头的起止点位置后，以转弯半径为圆半径，从起点到止点做四分之一转弯；
当采用第三调头方式时，入线和离线转弯点计算方式与第二调头方式相同，但是连接两个四分之一圆轨迹时，为倒车轨迹；
其中，r为转弯半径、d为作业幅宽、J为交接行宽度、d1为安全距离、d2为侧边安全距离、K为两条作业线的中心线距离，K＝J+d。
本发明实施例1提出的一种全路径无人作业系统，采用全路径无人化作业，可有效降低对驾驶员作业技能的要求，同时大大降低人工作业强度、避免出现疲劳驾驶等情况。
本发明实施例1提出的一种全路径无人作业系统，路径规划算法的精准度高，误差可控制在1毫米以内。农机采用rtk精准定位辅助作业，误差可控制在2.5cm以内，相比较传统人工驾驶作业，提高了作业精准度、土地资源利用率提升≥5％，在播种、施肥、能源利用等多个方面都更加节省资源。
实施例2
基于本发明实施例1提出的一种全路径无人作业系统，本发明实施例2还提出了一种全路径无人作业方法，如图10为本发明实施例2一种全路径无人作业方法流程图。
在步骤S1000中，通过智能终端采集作业地块信息和作业参数；
作业地块信息包括地块边界点的经纬度坐标值；通过地块边界点的经纬度坐标值确定地块位置、地块面积和地块形状。
作业参数包括选定的作业农机、农机最小转弯半径、作业农具、作业幅宽、交接行宽度、安全边界距离、侧边安全距离和行走模式。
在步骤S1010中，云平台模块根据作业地块信息和作业参数，规划智能作业农机的作业路径；作业路径的规划的方法包括：首先确定智能作业农机基准点和作业方向，然后根据作业地块信息和作业参数计算作业平行线；以及确定作业线顺序之后，计算转弯调头路线；
确定智能作业农机基准点的方法包括为：选择后驱动轮车桥中点作为定位基准点来表示作业农机的田间位置。作业农机轮距、轴距及转向轮的最大偏转角度决定了其最小转弯半径和转向所必要的空间。农机转向采用阿克曼转向几何原理R＝L·cotα–B÷2(R-转弯半径；L-轮距；α-内侧转向轮偏转角；B-拖拉机轴距),
Figure BDA0003610246680000111
(r-作业农机具外侧边缘弧线半径；e-定位基准点与作业农机具的纵向距离；D-作业农机具宽度)。
作业方法确定的方法包括：指定首条作业线位置和作业方向，或者默认取地块边界最长边作为默认的首条作业线和作业方向；
其中，地块边界最长边计算方法包括：假设边界线两端顶点分别为P1(x1，y1)和P2(x2，y2)；x1为P1点的经度值；y1为P1点的纬度值；x2为P2点的经度值，y2为P2点的纬度值；则P1和P2两点间距离为边界最长边距离S1；
Figure BDA0003610246680000112
根据作业地块信息和作业参数计算作业平行线的过程包括：
根据首条作业线和地块边界坐标点计算出作业最大横向距离；其中首条作业线两端点分别为P3(x3，y3)、P4(x4，y4)；距离首条作业线最远的坐标点P0(x0，y0)；dx＝x3–x4；dy＝y3–y4；计算出垂点坐标P(x,y)；x即垂点经度坐标值，y即垂点纬度坐标值；
x＝x3+((x0-x3)×dx+(y0-y3)×dy)÷(dx2+dy2)×dx；
y＝y3+((x0-x3)×dx+(y0-y3)×dy)÷(dx2+dy2)×dy；
在计算出垂点之后，根据垂点与P0点之间的实际距离和作业幅宽、交接行宽度平均分割得到所有的作业平行线；其中两点间实际距离计算方法为：假设横向距离最远的两个点分别为P5和P6，使用弧度计算公式将P5和P6坐标经纬度值转换为相应的弧度值；
弧度值x5＝P5经度值×π/180
弧度值y5＝P5纬度值×π/180
弧度值x6＝P6经度值×π/180
弧度值y6＝P6纬度值×π/180
则P5和P6两点的距离为：
Figure BDA0003610246680000121
作业顺序包括从左往右或从右往左固定作业顺序、先外后内的作业顺序和从左往右或从右往左固定顺序，单局部跨行作业。路径线类型不同，则作业线顺序不同。梭型法的作业线为从左往右或从右往左固定顺序依次排列。向心法的作业线为先外后内的顺序。套型法为整体从左往右或从右往左固定顺序依次排列，但局部为跨行作业
计算转弯调头路线第一调头方式、第二调头方式和第三调头方式；其中，第一调头方式为转弯直径等于作业线间隔时采用的简单调头方式；第二调头方式为转弯直径小于作业线间隔时采用的带直行线的调头方式；第三调头方式为转弯直径大于作业线间隔时采用的鱼尾调头方式。
当采用第一调头方式时，入线和离线转弯点距离地头距离S地1＝d1+d÷2+r；
首条作业线起始转弯点距离地块起始作业边界距离S11＝d2+d÷2；
首条作业线结束转弯点距离地块起始作业边界距离S12＝d2+d÷2+K；
第n条作业线起始转弯点即第n-1条作业线的结束转弯点；则第n条作业线结束转弯点距离地块起始作业边界距离Sn2＝d2+d÷2+(n-1)×K；确定了调头的起止点位置后，以起止点的中点为圆心，转弯半径为圆半径，生成半圆路径
当采用第二调头方式时，入线和离线转弯点距离地头距离S地2＝d1+d÷2+r；
首条作业线结束转弯点距离地块起始作业边界距离S12＝d2+d÷2+r；
第二条作业线入线起始转弯点距离地块起始作业边界距离S21＝d2+d÷2+K-r；
第二条作业线入线结束转弯点距离地块起始作业边界距离S22＝d2+d÷2+K；
第n条作业线入线起始转弯点距离地块起始作业边界距离为：
Sn1＝d2+d÷2+(n-1)×K-r；
第n条作业线入线结束转弯点距离地块起始作业边界距离为
Sn2＝d2+d÷2+(n-1)×K；
第n条作业线出线起始转弯点距离地块起始作业边界距离
Sn2＝d2+d÷2+(n-1)×K；
第n条作业线出线结束转弯点距离地块起始作业边界距离
Sn2＝d2+d÷2+(n-1)×K+r；确定了调头的起止点位置后，以转弯半径为圆半径，从起点到止点做四分之一转弯；
当采用第三调头方式时，入线和离线转弯点计算方式与第二调头方式相同，但是连接两个四分之一圆轨迹时，为倒车轨迹；
其中，r为转弯半径、d为作业幅宽、J为交接行宽度、d1为安全距离、d2为侧边安全距离、K为两条作业线的中心线距离，K＝J+d。
在步骤S1020中，智能作业农机根据规划的作业路径执行无人作业。
本发明实施例2提出的一种全路径无人作业方法，采用全路径无人化作业，可有效降低对驾驶员作业技能的要求，同时大大降低人工作业强度、避免出现疲劳驾驶等情况。
本发明实施例2提出的一种全路径无人作业方法，路径规划算法的精准度高，误差可控制在1毫米以内。农机采用rtk精准定位辅助作业，误差可控制在2.5cm以内，相比较传统人工驾驶作业，提高了作业精准度、土地资源利用率提升≥5％，在播种、施肥、能源利用等多个方面都更加节省资源。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本申请实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制。对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的修改或变形。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种全路径无人作业系统，其特征在于，包括：云平台模块、智能终端和智能作业农机；
所述智能终端用于采集作业地块信息和作业参数；
所述云平台模块与智能终端通信，用于根据智能终端采集的作业地块信息和作业参数，规划智能作业农机的作业路径；所述作业路径的规划的方法包括：首先确定智能作业农机基准点和作业方向，然后根据作业地块信息和作业参数计算作业平行线；以及确定作业线顺序之后，计算转弯调头路线；
所述智能作业农机与云平台模块通信连接，用于根据云平台模块规划的作业路径执行无人作业。
2.根据权利要求1所述的一种全路径无人作业系统，其特征在于，所述作业地块信息包括地块边界点的经纬度坐标值；
通过地块边界点的经纬度坐标值确定地块位置、地块面积和地块形状。
3.根据权利要求1所述的一种全路径无人作业系统，其特征在于，所述作业参数包括选定的作业农机、农机最小转弯半径、作业农具、作业幅宽、交接行宽度、安全边界距离、侧边安全距离和行走模式。
4.根据权利要求1所述的一种全路径无人作业系统，其特征在于，所述确定智能作业农机基准点的方法包括为：选择后驱动轮车桥中点作为定位基准点来表示作业农机的田间位置。
5.根据权利要求1所述的一种全路径无人作业系统，其特征在于，所述作业方法确定的方法包括：指定首条作业线位置和作业方向，或者默认取地块边界最长边作为默认的首条作业线和作业方向；
其中，地块边界最长边计算方法包括：假设边界线两端顶点分别为P1(x1，y1)和P2(x2，y2)；x1为P1点的经度值；y1为P1点的纬度值；x2为P2点的经度值，y2为P2点的纬度值；则P1和P2两点间距离为边界最长边距离S1；
Figure FDA0003610246670000011
6.根据权利要求1所述的一种全路径无人作业系统，其特征在于，所述然后根据作业地块信息和作业参数计算作业平行线的过程包括：
根据首条作业线和地块边界坐标点计算出作业最大横向距离；其中首条作业线两端点分别为P3(x3，y3)、P4(x4，y4)；距离首条作业线最远的坐标点P0(x0，y0)；dx＝x3–x4；dy＝y3–y4；计算出垂点坐标P(x,y)；x即垂点经度坐标值，y即垂点纬度坐标值；
x＝x3+((x0-x3)×dx+(y0-y3)×dy)÷(dx2+dy2)×dx；
y＝y3+((x0-x3)×dx+(y0-y3)×dy)÷(dx2+dy2)×dy；
在计算出垂点之后，根据垂点与P0点之间的实际距离和作业幅宽、交接行宽度平均分割得到所有的作业平行线；其中两点间实际距离计算方法为：假设横向距离最远的两个点分别为P5和P6，使用弧度计算公式将P5和P6坐标经纬度值转换为相应的弧度值；
弧度值x5＝P5经度值×π/180
弧度值y5＝P5纬度值×π/180
弧度值x6＝P6经度值×π/180
弧度值y6＝P6纬度值×π/180
则P5和P6两点的距离为：
Figure FDA0003610246670000021
7.根据权利要求1所述的一种全路径无人作业系统，其特征在于，所述作业顺序包括从左往右或从右往左固定作业顺序、先外后内的作业顺序和从左往右或从右往左固定顺序，单局部跨行作业。
8.根据权利要求7所述的一种全路径无人作业系统，其特征在于，所述计算转弯调头路线第一调头方式、第二调头方式和第三调头方式；
其中，第一调头方式为转弯直径等于作业线间隔时采用的调头方式；第二调头方式为转弯直径小于作业线间隔时采用的调头方式；第三调头方式为转弯直径大于作业线间隔时采用的调头方式。
9.根据权利要求8所述的一种全路径无人作业系统，其特征在于，当采用第一调头方式时，入线和离线转弯点距离地头距离S地1＝d1+d÷2+r；
首条作业线起始转弯点距离地块起始作业边界距离S11＝d2+d÷2；
首条作业线结束转弯点距离地块起始作业边界距离S12＝d2+d÷2+K；
第n条作业线起始转弯点即第n-1条作业线的结束转弯点；则第n条作业线结束转弯点距离地块起始作业边界距离Sn2＝d2+d÷2+(n-1)×K；确定了调头的起止点位置后，以起止点的中点为圆心，转弯半径为圆半径，生成半圆路径；
当采用第二调头方式时，入线和离线转弯点距离地头距离S地2＝d1+d÷2+r；
首条作业线结束转弯点距离地块起始作业边界距离S12＝d2+d÷2+r；
第二条作业线入线起始转弯点距离地块起始作业边界距离S21＝d2+d÷2+K-r；
第二条作业线入线结束转弯点距离地块起始作业边界距离S22＝d2+d÷2+K；
第n条作业线入线起始转弯点距离地块起始作业边界距离为：
Sn1＝d2+d÷2+(n-1)×K-r；
第n条作业线入线结束转弯点距离地块起始作业边界距离为
Sn2＝d2+d÷2+(n-1)×K；
第n条作业线出线起始转弯点距离地块起始作业边界距离
Sn2＝d2+d÷2+(n-1)×K；
第n条作业线出线结束转弯点距离地块起始作业边界距离
Sn2＝d2+d÷2+(n-1)×K+r；确定了调头的起止点位置后，以转弯半径为圆半径，从起点到止点做四分之一转弯；
当采用第三调头方式时，入线和离线转弯点计算方式与第二调头方式相同，但是连接两个四分之一圆轨迹时，为倒车轨迹；
其中，r为转弯半径、d为作业幅宽、J为交接行宽度、d1为安全距离、d2为侧边安全距离、K为两条作业线的中心线距离，K＝J+d。
10.一种全路径无人作业系统的路径规划方法，是基于权利要求1-9任意一项所述的一种全路径无人作业系统实现的，其特征在于，包括以下步骤：
通过智能终端采集作业地块信息和作业参数；
云平台模块根据作业地块信息和作业参数，规划智能作业农机的作业路径；所述作业路径的规划的方法包括：首先确定智能作业农机基准点和作业方向，然后根据作业地块信息和作业参数计算作业平行线；以及确定作业线顺序之后，计算转弯调头路线；
智能作业农机根据规划的作业路径执行无人作业。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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