CN115309159A - 农机套行作业规划方法、装置、计算机终端及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了农机套行作业规划方法、装置、计算机终端及存储介质，该方法包括：根据作业地块的大小和作业幅宽生成农机对所述作业地块执行套行作业的若干作业行，所述作业幅宽为单个所述作业行的宽度；根据所述作业行的总行数，计算执行套行作业的间隔行数；根据所述间隔行数、所述作业幅宽和所述农机的最小转弯半径，确定套行作业的作业轨迹。通过确定套行作业的行数和轨迹，使得具有大转弯半径的农机，可以通过套行作业完成对农田的工作。

Description

农机套行作业规划方法、装置、计算机终端及存储介质

技术领域

本发明涉及农机导航领域，尤其涉及一种农机套行作业规划方法、装置、计算机终端及存储介质。

背景技术

农机自动驾驶技术应用越来越广泛，为了让农机实现自动驾驶、自动作业，其中需要用到路径规划技术，即为农机在将要作业的田块里规划出一个全覆盖式的作业路线，农机按照这个路线行走，就可以实现全覆盖式的作业。全覆盖式的路径规划算法有多种，但考虑到拖拉机的转弯半径大、大都不具备自动换挡的功能(倒车和前进)，不方便调头，所以一般使用套行作业。然而，针对套行作业路径规划的方法，对于一个地块而言，如何选择好一个固定的套行间隔行数是一个难题，尤其是如果地块的宽度刚好够行走完若干个套行作业，那么套行作业就会不重不漏地作业完整个地块，从而提高了作业效率等。

发明内容

第一方面，一种农机套行作业规划方法，包括：

根据作业地块的大小和作业幅宽生成农机对所述作业地块执行套行作业的若干作业行，所述作业幅宽为单个所述作业行的宽度；

根据所述作业行的总行数和最小转弯半径，计算执行套行作业的间隔行数；

根据所述间隔行数、所述作业幅宽和所述农机的最小转弯半径，确定套行作业的作业轨迹。

进一步的，所述根据作业地块的大小和作业幅宽生成农机对所述作业地块执行套行作业的若干作业行包括：

确定所述作业地块中的基准边，按照所述作业幅宽，依次生成和所述基准边平行的多条作业行，直至生成不符合条件的作业行，去除所述不符合条件的作业行，并确定所述作业地块的作业行的总行数；

其中，所述不符合条件的作业行包括：当生成作业行时，当前作业行相较上一个相邻的作业行之间长度的偏差值大于预设阈值，则将所述当前作业行舍去。

进一步的，还包括：根据所述农机的最小转弯半径和后轮轮距，确定所述作业行在长度方向上的端点与所述作业地块的边缘之间的安全距离。

进一步的，所述安全距离为所述农机的最小转弯半径与所述农机的后轮轮距的一半以及预设的安全冗余距离之和；

所述安全冗余距离根据所述作业地块的形状设置。

进一步的，所述根据所述作业行的总行数和最小转弯半径，计算执行套行作业的间隔行数包括：

根据所述作业行的行数，建立候选间隔行数集合，其中，所述候选间隔行数集合满足如下规则：集合中的最大候选间隔行数不超过所述行数的一半，所述候选间隔行数集合中的最小候选间隔行数不小于所述最小转弯半径所跨越的作业行的行数；

根据完成套行作业所需的循环次数，从所述候选间隔行数集合中选取出一个通过所述循环次数时正好执行完所有作业行的间隔行数。

进一步的，从所述候选间隔行数集合中选取通过所述循环次数正好完成所有作业行的间隔行数包括：

遍历所述候选间隔行数集合中的所有间隔行数，通过如下关系式中的任意一个来确定所述间隔行数：

(2*interval_num+1)*circle_num＝line_num；

或(2*interval_num+1)*circle_num+1＝line_num；

式中，interval_num为所述间隔行数，line_num为所述作业行的行数，circle_num为进行套行作业的循环次数。

进一步的，所述从所述候选间隔行数集合中选取通过所述循环次数正好完成所有作业行的间隔行数还包括：

将所述作业行分为至少两个作业组，通过所述关系式，分别计算每个作业组中的间隔行数。

第二方面，本申请还提供一种农机套行作业规划装置，包括：

分割模块，用于根据作业地块的大小和作业幅宽生成农机对所述作业地块执行套行作业的若干作业行，所述作业幅宽为单个所述作业行的宽度；

计算模块，用于根据所述作业行的总行数和最小转弯半径，计算执行套行作业的间隔行数；

规划模块，用于根据所述间隔行数、所述作业幅宽和所述农机的最小转弯半径，确定套行作业的作业轨迹。

第四方面，本申请还提供一种可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序在处理器上运行时执行所述的农机套行作业规划方法。

本发明实施例公开了农机套行作业规划方法、装置、计算机终端及存储介质，该方法包括：根据作业地块的大小和作业幅宽生成农机对所述作业地块执行套行作业的若干作业行，所述作业幅宽为单个所述作业行的宽度；根据所述作业行的总行数，计算执行套行作业的间隔行数；根据所述间隔行数、所述作业幅宽和所述农机的最小转弯半径，确定套行作业的作业轨迹。通过确定套行作业的行数和轨迹，使得具有大转弯半径的农机，可以通过套行作业完成对农田的工作，整个工作流程迅速快捷，且保证了安全和效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，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发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。

图1示出了本申请实施例一种农机套行作业规划方法流程示意图；

图2示出了本申请实施例一种农机套行作业行示意图；

图3示出了本申请实施例一种农机套行作业轨迹示意图；

图4示出了本申请实施例又一种农机套行作业轨迹示意图；

图5示出了本申请实施例一种农机套行作业规划装置结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和示出的本发明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发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

本申请的技术方案应用于在田地里进行作业的农机，提供一种套行作业规划方法，通过计算得到适当的间隔行数以及作业行，使得规划出来的路径和线路更加完善，让农机可以不走重复路线就完成所有作业行的工作。

接下来以具体实施例说明本申请的技术方案。

实施例1

如图1所示，本申请的农机套行作业规划方法包括以下步骤：

步骤S100，根据作业地块的大小和作业幅宽生成农机对所述作业地块执行套行作业的若干作业行，所述作业幅宽为单个所述作业行的宽度。

其中，套行作业是指农机通过间隔数个作业行以进行连续向前作业的一种工作模式，例如第一行工作完接着前往第四行工作，待第四行工作完又回到第二行工作，然后到第五行，以此类推进行不用倒车的持续前进式作业。

如图2所示，农田地块基本为多边形，进一步地，可以是规则的矩形或者平行四边形。

首先，在进行套行作业之前，会确定所述作业地块中的基准边，工作行会根据基准边生成，例如将最长的边作为基准边，按照所述作业幅宽，生成和所述最长的便平行的所述作业行，并确定所述作业行在所述作业地块中的行数。

其中，幅宽为单个作业行的宽度，例如农机进行犁地作业时，会犁出一道道的田垄，田垄的宽度就可以作为是作业幅宽，之后的播种、浇水、除草等作业，都是基于田垄进行的，可以认为作业幅宽在一开始犁地的时候就已经确定了下来，幅宽确定，且地块的大小确定，就可以根据地块大小，确定作业行的行数。

如图2中所示，该地块中，AB边是最长的，因此以AB边为基准，来生成一条作业行，其中，若将AB边距离CD边的距离记为dis，将幅宽记为work_width，则可以得到作业行的行数理论上应该为dis/work_width个。因此从AB边开始，向着CD边所在方向，可以生成一条一条的作业行，直至生成dis/work_width个作业行。

可以理解的是，农机在完成一个作业行的作业后，需要通过转弯的方式，到达另一个作业行，转弯存在转弯半径，为此，每个作业行的两端，需要和对应的地头有着足够的距离，使得农机可以在完成作业后，有充足的空间转弯。

为此，需要获取所述农机的最小转弯半径和后轮轮距，确定所述作业行的两端与所述作业地块的边缘之间的安全距离。

具体而言，该安全距离为所述农机的最小转弯半径与所述农机的后轮轮距的一半以及预设的安全冗余距离之和，即如下表达式：

安全距离＝最小转弯半径+后轮轮距的一半+安全冗余距离；

式中，最小转弯半径和后轮轮距，可以对农机实际测量测得，安全冗余距离根据所述作业地块的形状，或者农机本身型号设置，例如有的农机庞大，机身超过轮子距离大，有的农机较小，机身和轮子位置基本平齐。有的作业地块可能是凸多边形，则安全冗余距离可以少小一点，如0.2米等，尽可能增大作业面积，若是凹多边形，则安全冗余距离可以稍微大一点，如0.8米等。

由此，可以根据上述规则，逐条生成作业行，如图2所示，距离AB边最近的作业行为1号作业行，以此类推，最后一个作业行里CD边最近，为12号作业行。

此外，还需要考虑农机在实际工作中，是否可以完成作业行之间的切换，例如一个作业行长50米，而其下一个要切换的作业行只有30米，可见50米作业行的终点和30米作业行的起点并不平齐，对于农机来讲，可能无法顺利的切换，因此针对生成的作业行，还需要进行过滤，将不符合条件的作业行去除。

为此，会在当生成作业行时，当前所述作业行相较上一个相邻的作业行之间的偏差值大于预设阈值，则将当前所述作业行舍去。

如图2所示，因为地块形状的原因，从第10行作业行开始，作业行开始变短，且其靠近BD边的端点位置在不断左移，因此在生成到12行时，该作业行的长度相较11行，差距过大，是不利于切换的，因此需要去除。

同理，若是在生成11行时，11行和10行之间的长度差距也大于了预设阈值，则11行会被舍去，因为11行所处的位置不适合，所以往后的12行也会判断为不适合的作业行，因此可以在判定11行不适合时，停止继续生成作业行。也就是说，最终生成可以使用的作业行，会比上述根据幅宽和地块大小计算得到的理论作业行要少一些，通过去除不适合的作业行，保障后续可以生成能够顺利完成工作作业轨迹。

步骤S200，根据所述作业行的总行数和最小转弯半径，计算执行套行作业的间隔行数。

确定了行数，接下来需要确定对应的间隔行数，以此来确定套行作业的业轨迹。间隔行数为在进行两个连续工作的作业行之间，所间隔的作业行的行数。

为了计算间隔行数，可以通过设置候选间隔行数集合，通过间隔行数和总的作业行数之间的关系，来寻找合适的间隔行数。其中，所述候选间隔行数集合中最大值不超过所述行数的一半，所述候选间隔行数集合中最小值不小于所述最小转弯半径所跨越的作业行。

其中间隔行数和总的作业行数之间的关系式如下：

(2*interval_num+1)*circle_num＝line_num

或

(2*interval_num+1)*circle_num+1＝line_num

式中，interval_num为所述间隔行数，line_num为所述作业行的行数，circle_num为进行套行作业的循环次数。

上述两个式子中任意一个成立，则可以将该间隔行数作为当前田地进行套行作业的间隔行数。

如图3中的作业轨迹所示，一共有8个作业行，且间隔行数为3行，循环数为1，可见符合上述第二个式子，农机先从第一行开始工作，然后跳过第二、第三和第四行作业行，到第五行作业行开始第二个工作行工作，第一行和第五行中间隔着三个工作行。以此类推，第五行作业完成后到第二行，再到第六行、第三行、第七行、第四行最后在第八行完成作业。

若是间隔行数超过3行，例如4行，则会在执行完第四行的作业后，找不到第9行来继续进行作业，从而第五行作业行也无法继续进行作业，无法在一次循环中将所有作业行的工作做完。

因此，图3的作业轨迹中，间隔行数为3，同时整个作业过程中都是顺时针方向，图中没有变相，只进行了一个套行作业的循环，因此可以得知，在有8个作业行，将套行作业的循环次数设置为1，其间隔行数为3时，可以正好做完8行作业行的工作。

通过设置不同的循环次数，就会有不同的间隔行数，例如有10行作业行，如果循环次数为1，则间隔行数为4时，可以正好完成所有工作，若是只有5行，则间隔行数为2时也可以做完。

而间隔行数太大，使得农机在转弯掉头的时候，需要多走很多路，因此会产生许多无效作业，因此当总作业行过大时，可以对作业行进行分组操作，若是作业行过多，可以将作业行分为至少两个作业组，如有20行作业行，则可以分为两个10行的作业组，然后分别计算完成两个10行的作业组，所需要的间隔行数是多少。若是有27行，可以分为三个9行的作业组，分别计算三个9行作业组的间隔行数。

此外，分出的作业组中的作业行数也可以不同，例如总数为17行，分为10行和7行两个作业组，则两个作业组中会各自计算得到不同的间隔行数。

以分为两组为例，则可以按照如下任意一组关系式进行候选间隔行数的选择。

(2*interval_num1+1)*circle_num1＝line_num1；

(2*interval_num2+1)*circle_num2＝line_num2；

Line_num1+line_num2＝line_num；

或

(2*interval_num1+1)*circle_num1＝line_num1；

(2*interval_num2+1)*circle_num2+1＝line_num2；

Line_num1+line_num2＝line_num；

式中，interval_num1为第一组的间隔行数，circle_num1为第一组的循环数，line_num1为第一组的工作行数，interval_num2为第二组的间隔行数，circle_num2为第二组的循环数，line_num2为第二组的工作行数，只要符合上述任意一组关系式获取间隔行数。

步骤S300，根据所述间隔行数、所述作业幅宽和所述农机的最小转弯半径，确定套行作业的作业轨迹。

确定了间隔行数后，根据当前已知的作业幅宽和农机最小转弯半径，来可以确定如图3所示的轨迹，例如间隔行数大于农机的转弯半径，则在进行工作行切换时，农机在转弯过程需要直行一段距离，而不能是完全的圆弧。

对于作业地块来讲，若是没有分成不同的作业组，则按照该间隔行数，进行轨迹规划，若是分组了，则每个组按照各自的间隔进行轨迹规划，如图4所示，总共12个作业行，分为两组，8行一组和4行一组。

第一至第八行的间隔行数为3，第九至第十二行的间隔数量为2，形成如图4所示的轨迹。其中，为了方便能计算组和组之间形成的轨迹，因此在计算第二组的间隔数量时，可以将第八行算作第二组内的工作行，以确定从第八行过渡到第二组时，所应该间隔的工作行的数量，并以此设定第二组的间隔数量，规划好第二组的工作轨迹。

同理若是分了第三组第四组，也是类似的方式确定轨迹。

本申请通过对农田工作行的规划，以及间隔数量的精确把握，使得农机在工作时，不需要重复走多余路径，或者因为工作行分配不合理，使得农机需要人工操作，使得整个工作过程更加自动化和简便化。

实施例2

如图5所示，本申请还提供一种农机套行作业规划装置，包括：

分割模块10，用于根据作业地块的大小和作业幅宽生成农机对所述作业地块执行套行作业的若干作业行，所述作业幅宽为单个所述作业行的宽度；

计算模块20，用于根据所述作业行的总行数和最小转弯半径，计算执行套行作业的间隔行数；

规划模块30，用于根据所述间隔行数、所述作业幅宽和所述农机的最小转弯半径，确定套行作业的作业轨迹。

第三方面，本申请还提供一种计算机终端，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序在所述处理器上运行时执行所述的农机套行作业规划方法。

第四方面，本申请还提供一种可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序在处理器上运行时执行所述的农机套行作业规划方法。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种农机套行作业规划方法，其特征在于，包括：

根据作业地块的大小和作业幅宽生成农机对所述作业地块执行套行作业的若干作业行，所述作业幅宽为单个所述作业行的宽度；

根据所述作业行的总行数和最小转弯半径，计算执行套行作业的间隔行数；

根据所述间隔行数、所述作业幅宽和所述农机的最小转弯半径，确定套行作业的作业轨迹。

2.根据权利要求1所述的农机套行作业规划方法，其特征在于，所述根据作业地块的大小和作业幅宽生成农机对所述作业地块执行套行作业的若干作业行包括：

确定所述作业地块中的基准边，按照所述作业幅宽，依次生成和所述基准边平行的多条作业行，直至生成不符合条件的作业行，去除所述不符合条件的作业行，并确定所述作业地块的作业行的总行数；

其中，所述不符合条件的作业行包括：当生成作业行时，当前作业行相较上一个相邻的作业行之间长度的偏差值大于预设阈值，则将所述当前作业行舍去。

3.根据权利要求2所述的农机套行作业规划方法，其特征在于，还包括：根据所述农机的最小转弯半径和后轮轮距，确定所述作业行在长度方向上的端点与所述作业地块的边缘之间的安全距离。

4.根据权利要求3所述的农机套行作业规划方法，其特征在于，所述安全距离为所述农机的最小转弯半径与所述农机的后轮轮距的一半以及预设的安全冗余距离之和；

所述安全冗余距离根据所述作业地块的形状设置。

5.根据权利要求1所述的农机套行作业规划方法，其特征在于，所述根据所述作业行的总行数和最小转弯半径，计算执行套行作业的间隔行数包括：

根据所述作业行的行数，建立候选间隔行数集合，其中，所述候选间隔行数集合满足如下规则：集合中的最大候选间隔行数不超过所述行数的一半，所述候选间隔行数集合中的最小候选间隔行数不小于所述最小转弯半径所跨越的作业行的行数；

根据完成套行作业所需的循环次数，从所述候选间隔行数集合中选取出一个通过所述循环次数时正好执行完所有作业行的间隔行数。

6.根据权利要求5所述的农机套行作业规划方法，其特征在于，从所述候选间隔行数集合中选取通过所述循环次数正好完成所有作业行的间隔行数包括：

遍历所述候选间隔行数集合中的所有间隔行数，通过如下关系式中的任意一个来确定所述间隔行数：

(2*interval_num+1)*circle_num＝line_num；

或(2*interval_num+1)*circle_num+1＝line_num；

式中，interval_num为所述间隔行数，line_num为所述作业行的行数，circle_num为进行套行作业的循环次数。

7.根据权利要求6所述的农机套行作业规划方法，其特征在于，所述从所述候选间隔行数集合中选取通过所述循环次数正好完成所有作业行的间隔行数还包括：

将所述作业行分为至少两个作业组，通过所述关系式，分别计算每个作业组中的间隔行数。

8.一种农机套行作业规划装置，其特征在于，包括：

分割模块，用于根据作业地块的大小和作业幅宽生成农机对所述作业地块执行套行作业的若干作业行，所述作业幅宽为单个所述作业行的宽度；

计算模块，用于根据所述作业行的总行数和最小转弯半径，计算执行套行作业的间隔行数；

规划模块，用于根据所述间隔行数、所述作业幅宽和所述农机的最小转弯半径，确定套行作业的作业轨迹。

9.一种计算机终端，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序在所述处理器上运行时执行权利要求1至7中任一项所述的农机套行作业规划方法。

10.一种可读存储介质，其特征在于，其存储有计算机程序，所述计算机程序在处理器上运行时执行权利要求1至7中任一项所述的农机套行作业规划方法。

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