本發(fā)明屬于路徑規(guī)劃，具體涉及一種檸條平茬移動平臺路徑規(guī)劃方法及其規(guī)劃系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、防治土地荒漠化、可持續(xù)性管理荒漠化土地具有重要的戰(zhàn)略意義。檸條是一種重要的防風(fēng)固沙植物，但在生長3-5年后會出現(xiàn)衰退現(xiàn)象，需定期進行平茬復(fù)壯。目前西北地區(qū)檸條有以下幾種平茬方式：一是人工利用工具刨、砍、剪斷或利用割灌機進行平茬，但作業(yè)效率低，勞動強度大；二是利用自走式機械或類似青貯機的大型機械進行平茬，這種方式不具備地形自適應(yīng)能力，僅適用于平坦地形，平茬后留茬高度不一致，切口不平滑，難以滿足平茬的農(nóng)藝要求。第一種情況存在用工多、招工難、用工貴等問題。第二種情況存在大型青貯設(shè)備和灌木切割裝備僅適用于平坦地形，不適合地形復(fù)雜的檸條平茬作業(yè)環(huán)境，平茬效果不佳的問題。

2、檸條平茬移動平臺作業(yè)環(huán)境為淺山丘陵地區(qū)，地形多變且障礙物復(fù)雜，幾何特征法對環(huán)境變化較為敏感，拓?fù)涞貓D對障礙物的形狀及邊界描述不精確。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種檸條平茬移動平臺路徑規(guī)劃方法，用于解決地形多變且障礙物復(fù)雜的檸條平茬作業(yè)環(huán)境下平茬效果不佳的問題。

2、本發(fā)明提供一種檸條平茬移動平臺路徑規(guī)劃系統(tǒng)，用于實現(xiàn)檸條平茬移動平臺路徑規(guī)劃方法。

3、本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

4、一種檸條平茬移動平臺路徑規(guī)劃方法，所述方法包括以下步驟，

5、步驟1：構(gòu)建環(huán)境模型；

6、步驟2：基于步驟1構(gòu)建的環(huán)境模型，構(gòu)建檸條平茬移動平臺的全局路徑規(guī)劃算法；

7、步驟3：再構(gòu)建檸條平茬移動平臺局部路徑規(guī)劃算法；

8、步驟4：基于步驟2的全局路徑規(guī)劃算法與步驟3的局部路徑規(guī)劃算法，實現(xiàn)檸條平茬移動平臺路徑規(guī)劃。

9、進一步的，所述步驟1具體包括以下步驟，

10、步驟1.1：設(shè)置柵格單元；

11、步驟1.2：擴展障礙物；

12、步驟1.3：基于步驟1.1的柵格單元和步驟1.2的障礙物進行地圖創(chuàng)建。

13、進一步的，所述步驟2具體包括以下步驟，

14、步驟2.1：基于步驟1.1的設(shè)置柵格單元，固定柵格單元的距離；

15、步驟2.2：對現(xiàn)有的a*算法引入動態(tài)權(quán)重；

16、步驟2.3：再步驟2.2的基礎(chǔ)上添加拐角優(yōu)化函數(shù)；

17、步驟2.4：基于步驟2.1-步驟2.3構(gòu)建完成全局路徑規(guī)劃算法。

18、進一步的，所述步驟2.1具體為，為使路徑更符合直觀邏輯同時提升搜索速度，將柵格單元間距離由1至11的隨機數(shù)改為固定值10。

19、進一步的，所述步驟2.2具體為，

20、在h(n)上引入權(quán)重即動態(tài)衡量啟發(fā)式a*，表達式為：

21、f(n)＝g(n)+ω·h(n)?(5)

22、式中：n為當(dāng)前位置節(jié)點坐標(biāo)；f(n)為當(dāng)前位置節(jié)點總代價；g(n)為起點至當(dāng)前位置節(jié)點實際代價；h(n)為當(dāng)前位置節(jié)點至目標(biāo)終點估計代價；

23、若h(n)通常小于實際路徑成本，則增大h(n)減少擴展節(jié)點增加搜索速度；

24、若h(n)等于實際路徑成本，則會快速精確搜索最短路徑；若h(n)通常大于實際路徑成本，則不為最優(yōu)路徑但搜索迅速；

25、在障礙物較多時增加h(n)權(quán)重，能夠進一步有效加快搜索速度，障礙物較少時降低h(n)權(quán)重，在保證搜索速度的同時提升路徑質(zhì)量。

26、進一步的，所述步驟2.3具體為，在式(5)基礎(chǔ)上添加拐角成本c(n)即：

27、f(n)＝g(n)+ω·h(n)+λc(n)?(6)

28、c(n)計算(n-1)-n-(n+1)位置角度，角度越大成本越大，在判斷最優(yōu)路徑時會選擇更平滑的路徑；拐角優(yōu)化在多障礙地圖中優(yōu)勢明顯。

29、進一步的，所述步驟3采用動態(tài)窗口法得到最優(yōu)路徑，具體為，

30、極限速度約束下速度空間可表示為：

31、vs＝{(v,ω)|v∈[vmin,vmax],ω∈[ωmin,ωmax]}?(7)

32、式中：vmin、ωmin代表最小速度、角速度；vmax、ωmax代表最大速度、角速度；

33、力矩及場地摩擦限制等動力學(xué)約束下速度空間可表示為：

34、

35、式中：vc、ωc代表當(dāng)前運動速度、角速度；代表最大加減速度；代表最大加減角加速度；δt為采樣間隔；

36、檸條平茬移動平臺能在碰撞障礙物之前停止的距離約束下速度空間可表示為：

37、

38、式中：dist(v,ω)代表障礙物與檸條平茬移動平臺歐式距離；

39、約束下得到速度空間交集：

40、vr＝vs∩vd∩va?(10)

41、速度采樣空間內(nèi)軌跡評價函數(shù)為：

42、g(v,w)＝s(a×heading(v,w)+b×dist(v,w)+g×velocity(v,w))?(11)

43、式中：heading(v,ω)為方位角評價；dist(v,ω)為距離評價；velocity(v,ω)為速度評價；σ為平滑函數(shù)；α、β、γ為加權(quán)函數(shù)。

44、一種檸條平茬移動平臺路徑規(guī)劃系統(tǒng)，所述系統(tǒng)使用如上述檸條平茬移動平臺路徑規(guī)劃方法，所述系統(tǒng)包括，

45、環(huán)境構(gòu)建單元，用于構(gòu)建環(huán)境模型；

46、路徑規(guī)劃單元，用于構(gòu)建檸條平茬移動平臺全局路徑規(guī)劃算法，再構(gòu)建檸條平茬移動平臺局部路徑規(guī)劃算法；實現(xiàn)檸條平茬移動平臺路徑規(guī)劃。

47、一種計算機設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時，實現(xiàn)如上述的方法。

48、一種計算機可讀存儲介質(zhì)，所述計算機可讀存儲介質(zhì)內(nèi)存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如上述的方法。

49、本發(fā)明的有益效果是：

50、本發(fā)明可適應(yīng)淺山丘陵地區(qū)地形多變且障礙物復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境。

51、本發(fā)明可在地形多變且障礙物復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境下完成平茬工作。

52、本發(fā)明可以增加運動穩(wěn)定性，減少能源消耗。

技術(shù)特征：

1.一種檸條平茬移動平臺路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種檸條平茬移動平臺路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟1具體包括以下步驟，

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種檸條平茬移動平臺路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟2具體包括以下步驟，

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種檸條平茬移動平臺路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟2.1具體為，為使路徑更符合直觀邏輯同時提升搜索速度，將柵格單元間距離由1至11的隨機數(shù)改為固定值10。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種檸條平茬移動平臺路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟2.2具體為，

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種檸條平茬移動平臺路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟2.3具體為，在式(5)基礎(chǔ)上添加拐角成本c(n)即：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種檸條平茬移動平臺路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟3采用動態(tài)窗口法得到最優(yōu)路徑，具體為，

8.一種檸條平茬移動平臺路徑規(guī)劃系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)使用如權(quán)利要求1-7任一所述檸條平茬移動平臺路徑規(guī)劃方法，所述系統(tǒng)包括，

9.一種計算機設(shè)備，其特征在于，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時，實現(xiàn)如權(quán)利要求1-7中任一所述的方法。

10.一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其特征在于，所述計算機可讀存儲介質(zhì)內(nèi)存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如權(quán)利要求1-7中任一所述的方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于路徑規(guī)劃技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種檸條平茬移動平臺路徑規(guī)劃方法及其規(guī)劃系統(tǒng)。以A*算法為基礎(chǔ)，結(jié)合作業(yè)需求改進方格固定距離、引入動態(tài)權(quán)重及拐角優(yōu)化函數(shù)完成檸條平茬移動平臺全局路徑規(guī)劃，改進后算法提升了作業(yè)效率，增加了檸條平茬移動平臺整體運動穩(wěn)定性。本發(fā)明用于解決地形多變且障礙物復(fù)雜的檸條平茬作業(yè)環(huán)境下平茬效果不佳的問題。本發(fā)明可適應(yīng)淺山丘陵地區(qū)地形多變且障礙物復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境。

技術(shù)研發(fā)人員：王仁偉,譚定忠,孫國耀,隋立明,郭健
受保護的技術(shù)使用者：哈爾濱工程大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19