水稻插秧机最优覆盖路径规划研究

发布时间：2020-07-04 17:24

【摘要】：精细农业是指集成全球定位技术、多传感器技术、遥感技术、地理信息系统、智能控制决策技术等于一体,来实现农业的自主化、信息化和智能化,其中自主导航技术是实现精细农业的关键技术,也是未来农业发展的方向和趋势。近几十年来,随着3S技术和人工智能技术的日益成熟,自主导航系统在农业机械上已经得到了越来越广泛的应用。实现农业机械的自主导航,不仅能够解决劳动力缺乏、作业单一枯燥等不足,还能够在一定程度上提高农业机械的生产效率,从而降低作业成本。随着对农业机械自主导航研究的深入,全覆盖路径规划技术作为自主导航系统的关键技术之一,其重要性愈加得到凸显。将全覆盖路径规划技术与GPS导航系统相结合,能够为农业机械提供一个最优参考路径轨迹图,并且控制农业机械进行精准作业。本文结合插秧机的作业环境、作业特点及农艺要求,对插秧机在简单凸多边形地块和含小障碍物地块的情况下的全覆盖路径规划策略进行相关研究。首先阐述了精细农业的基本概念和农业机械导航以及路径规划技术的国内外现状,叙述了农机GPS导航的基本原理和发展进程。然后介绍了基于GPS的导航插秧机的五个关键技术,包括GPS定位技术、智能控制技术、多传感器技术、环境建模技术和路径规划技术。对传统路径规划和全覆盖路径规划的基本定义进行了阐述,并且按照农业机械对周围环境信息获取方式不同将它们进行分类,详细分析了传统规划方法和全覆盖路径规划方法之间的共同点和不同点。介绍了常用的覆盖路径规划方式,根据插秧机作业时的农艺要求,确定其行走方式为平形往复作业,相邻的两条直线路径相互平行,然后提出了插秧机作业时五种不同的转向方式,根据最小转向半径与插秧机作业宽度之间的关系来选择相应的转向类型,并且详细分析计算不同转向方式下的成本消耗,确定最佳作业方向为沿着边界的最长边的方向。在对给定区域进行全覆盖路径规划时,分别对其直线路径和转向路径进行了规划,针对工作区域内路径轨迹上存在小障碍物的情况,提出基于小障碍物最小外接圆的圆弧避障规划方法,最后在插秧机导航平台上进行水稻插秧机全覆盖路径规划的仿真实验。
【学位授予单位】：安徽农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S223.91
【图文】：

统应用于农业机械上来实现自主导航如图 2-1 所示，参拖拉机的原理[3,4]，为插秧机提供一个参考路径，控制器运动，通过将实时获取的插秧机实际位置信息通参考位整插秧机的位置。

图 2-2 GPS 系统结构原理图Fig2-2 Structure of GPS system机收集到的经纬度数据格式是采用的 WGS84 坐标系统，要是北京 54 坐标系统或西安 80 坐标系，WGS84 坐标系

【参考文献】

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本文编号：2741369