本發(fā)明涉及智能農(nóng)機，尤其涉及一種基于田塊棋盤格填充的再生稻聯(lián)合收獲機路徑規(guī)劃方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、再生稻是一種特殊的水稻種植模式，其收獲期分為兩季，在頭季稻收獲時，需保留植株下三分之一的留茬及根系，經(jīng)過施肥及培育后讓其再長出一季水稻。聯(lián)合收獲機在田間對再生稻第一季稻進(jìn)行收獲作業(yè)時，其履帶會碾壓到再生稻留茬，進(jìn)而破壞留茬上的休眠芽，被破壞的休眠芽無法正常抽穗生長出第二季水稻，再生稻產(chǎn)量嚴(yán)重降低，其經(jīng)濟(jì)效益和推廣前景也因此受到嚴(yán)重制約。聯(lián)合收獲機在田間作業(yè)時，因糧箱積滿而需要臨時停止收割并移動至田邊進(jìn)行卸糧，該過程會造成對已經(jīng)收獲過的區(qū)域的重復(fù)碾壓，而重復(fù)碾壓是造成再生稻嚴(yán)重減產(chǎn)的主要原因，為此，對再生稻收獲路徑進(jìn)行合理規(guī)劃，最大程度減少重復(fù)行程，能夠有效減少收獲機對休眠芽的破壞，進(jìn)而提高再生稻產(chǎn)量。針對上述目標(biāo)，本發(fā)明通過對再生稻田塊進(jìn)行棋盤格式劃分，結(jié)合收獲機割幅、糧箱容積、田塊形狀尺寸、再生稻籽粒單位面積產(chǎn)量等數(shù)據(jù)，以最大程度降低重復(fù)碾壓面積為目標(biāo)，對收獲機作業(yè)路徑進(jìn)行規(guī)劃，并將最佳路線反饋給機手，從而提高再生稻產(chǎn)量并減少收獲再生稻頭季稻時產(chǎn)生的損傷。

2、我國現(xiàn)階段針對再生稻的低碾壓收獲路徑規(guī)劃的研究成果較少，目前公開的相似專利：一種聯(lián)合收獲機糧箱剩余容量及剩余行走距離監(jiān)測裝置和方法提供了一種聯(lián)合收獲機糧箱剩余容量及剩余行走距離監(jiān)測裝置和方法，包括糧箱、檢測裝置、控制面板、控制單元和報警裝置，通過實時監(jiān)測糧箱中的剩余空間，計算出聯(lián)合收獲機收割工作中的剩余行走距離，并實時顯示在駕駛室顯示器上，從而有助于機手規(guī)劃收割路線和卸糧路線，減少聯(lián)合收獲機在田間行走過的空行程，提高收獲工作效率；在糧箱容量即將耗盡時發(fā)光二極管配合蜂鳴器進(jìn)行警報，提示機手及時卸糧，避免籽粒泄漏造成損失。該發(fā)明專利僅將聯(lián)合收獲機收割工作中的剩余行走距離反饋給機手進(jìn)行參考，并在糧箱即將積滿前對機手進(jìn)行報警提醒，而具體的路徑規(guī)劃和卸糧安排需要機手自行操作，可見機手所接收到的信息極為有限，加之田間作業(yè)條件復(fù)雜，機手的主觀判斷可能存在誤差，故可見該方案的實際作用較為有限，再生稻的低碾壓收獲路徑規(guī)劃無法通過該方案實現(xiàn)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種基于田塊棋盤格填充的再生稻聯(lián)合收獲機路徑規(guī)劃方法及系統(tǒng)，實現(xiàn)對再生稻的最佳收獲作業(yè)路線規(guī)劃，解決了收獲機因糧箱積滿而需要臨時停止收割并移動至田邊進(jìn)行卸糧，進(jìn)而造成額外碾壓的問題，有效避免了空行程、重復(fù)行程的產(chǎn)生，進(jìn)而提高再生稻產(chǎn)量及其經(jīng)濟(jì)效益。

2、本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實現(xiàn)上述技術(shù)目的的。

3、一種基于田塊棋盤格填充的再生稻聯(lián)合收獲機路徑規(guī)劃方法，包括如下步驟：

4、獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，所述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括收獲機割幅、收獲機糧箱容積、田塊的俯拍圖像、田塊的尺寸數(shù)據(jù)、田塊的單位面積再生稻籽粒產(chǎn)量和再生稻籽粒容重；

5、根據(jù)田塊的俯拍圖像和收獲機割幅對田塊進(jìn)行棋盤格劃分，構(gòu)建田塊棋盤，田塊棋盤中的最小單元格為基礎(chǔ)格；將田塊棋盤最外層一圈輪廓的基礎(chǔ)格記為功能區(qū)，所述功能區(qū)用于使收獲機進(jìn)入或離開田塊棋盤，且收獲機僅在功能區(qū)進(jìn)行卸糧和改變前進(jìn)方向；

6、從功能區(qū)中確定收獲機進(jìn)入田塊起始作業(yè)的位置；

7、根據(jù)田塊的單位面積再生稻籽粒產(chǎn)量確定基礎(chǔ)格中的再生稻籽粒的總產(chǎn)量和基礎(chǔ)格中的再生稻籽粒容重；根據(jù)收獲機糧箱容積確定當(dāng)前收獲機的狀態(tài)，當(dāng)前收獲機的狀態(tài)包括不可工作狀態(tài)和可工作狀態(tài)；

8、將收獲機未行駛過的基礎(chǔ)格區(qū)域記為未收獲區(qū)，將收獲機在可工作狀態(tài)下行駛過的未收獲區(qū)記為已收獲區(qū)，將收獲機在不可工作狀態(tài)下行駛過的未收獲區(qū)仍記為未收獲區(qū)；將收獲機在任意狀態(tài)下行駛過的已收獲區(qū)記為損傷區(qū)，將收獲機在任意狀態(tài)下行駛過的損傷區(qū)仍記為損傷區(qū)；根據(jù)收獲機的起始作業(yè)位置和當(dāng)前收獲機的狀態(tài)生成多條收獲作業(yè)路線；

9、選取已收獲區(qū)格數(shù)最多、損傷區(qū)格數(shù)最少的收獲作業(yè)路線作為最佳收割與卸糧路徑。

10、進(jìn)一步，所述收獲機割幅和收獲機糧箱容積根據(jù)收獲機對應(yīng)的型號參數(shù)獲得；所述田塊的俯拍圖像通過圖像設(shè)備獲?。凰鎏飰K的尺寸數(shù)據(jù)包括田塊面積、形狀和邊界線長度，通過測繪方式獲得；田塊的單位面積再生稻籽粒產(chǎn)量和再生稻籽粒容重根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和人工估計獲得。

11、進(jìn)一步，根據(jù)田塊的俯拍圖像和收獲機割幅對田塊進(jìn)行棋盤格劃分，構(gòu)建田塊棋盤，具體為：

12、收獲機割幅作為基礎(chǔ)格的的寬度，收獲機割臺前端至履帶尾端的距離作為基礎(chǔ)格的的長度；

13、通過圖像識別方法對田塊的俯拍畫面進(jìn)行識別，得出田塊的邊界；

14、結(jié)合田塊邊界和田塊尺寸數(shù)據(jù)，將田塊輪廓簡化擬合成所有內(nèi)角均為直角的多邊形，構(gòu)建田塊棋盤；

15、沿田塊中再生稻植株種植行的延伸方向，使用基礎(chǔ)格按照s形路徑填充田塊棋盤。

16、進(jìn)一步，收獲機的不可工作狀態(tài)和可工作狀態(tài)的確定，具體為：

17、根據(jù)基礎(chǔ)格的面積和田塊單位面積再生稻籽粒產(chǎn)量，計算出單個基礎(chǔ)格內(nèi)再生稻籽粒的總產(chǎn)量；

18、結(jié)合單個基礎(chǔ)格內(nèi)再生稻籽粒的總產(chǎn)量、再生稻籽粒容重和收獲機糧箱容積，計算在收割再生稻時，收獲機的由糧箱全空狀態(tài)到積滿狀態(tài)之間能行駛的最大基礎(chǔ)格數(shù)量，定義為單次最大行走格數(shù)，記作nmax；

19、收獲機糧箱處于全空狀態(tài)時，收獲機行駛過的基礎(chǔ)格數(shù)量n為0，作業(yè)過程中，收獲機每行駛一個未收獲區(qū)的基礎(chǔ)格，n＝n+1；

20、當(dāng)n＜nmax時，收獲機在未達(dá)到單次最大行走格數(shù)，此時將收獲機的狀態(tài)定義為可工作狀態(tài)；當(dāng)n≥nmax時，即收獲機在已達(dá)到單次最大行走格數(shù)，此時將收獲機的狀態(tài)定義為不可工作狀態(tài)。

21、進(jìn)一步，收獲機處于可工作狀態(tài)或不可工作狀態(tài)，可隨時進(jìn)行卸糧，卸糧后收獲機行駛過的基礎(chǔ)格數(shù)量n計為0。

22、進(jìn)一步，根據(jù)收獲機的起始作業(yè)位置和當(dāng)前收獲機的狀態(tài)生成多條收獲作業(yè)路線，具體為：

23、收獲機若處于功能區(qū)，則收獲機可向所在功能區(qū)的前、后、左、右中的任意一個方向移動單位步長；收獲機若在功能區(qū)之外的基礎(chǔ)格，則收獲機可沿再生稻植株種植行的延伸方向前進(jìn)或后退移動單位步長；

24、在將所有未收獲區(qū)轉(zhuǎn)化為已收獲區(qū)和損傷區(qū)之后，完成作業(yè)并回到功能區(qū)的任一基礎(chǔ)格上作為終點，生成從收獲機進(jìn)入田塊起始作業(yè)的位置到終點的多條收獲作業(yè)路線。

25、一種基于田塊棋盤格填充的再生稻聯(lián)合收獲機路徑規(guī)劃方法的控制系統(tǒng)，包括計算單元和顯示單元；所述計算單元安裝在收獲機駕駛室內(nèi)部，所述計算單元根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)生成最佳收割與卸糧路徑；所述顯示單元與計算單元連接，用于將收割與卸糧路徑可視化并反饋給客戶端。

26、進(jìn)一步，所述顯示單元中疊加顯示田塊的俯拍圖像和最佳收割與卸糧路徑，作業(yè)開始前所述顯示單元將所有基礎(chǔ)格顯示為黃色；作業(yè)開始后，所述顯示單元將已收獲區(qū)的基礎(chǔ)格記為綠色，將損傷區(qū)的基礎(chǔ)格記為紅色。

27、本發(fā)明的有益效果在于：

28、1.本發(fā)明所述的基于田塊棋盤格填充的再生稻聯(lián)合收獲機路徑規(guī)劃方法及系統(tǒng)，能實現(xiàn)再生稻頭季稻的低碾壓損傷收獲，大幅提高再生稻第二季的產(chǎn)量，最大化再生稻的經(jīng)濟(jì)效益。

29、2.本發(fā)明所述的基于田塊棋盤格填充的再生稻聯(lián)合收獲機路徑規(guī)劃方法及系統(tǒng)，針對再生稻聯(lián)合收獲機在作業(yè)過程中因糧箱積滿而需要臨時停止收割并移動至田邊進(jìn)行卸糧，進(jìn)而造成額外碾壓的問題，系統(tǒng)可根據(jù)田塊形狀尺寸數(shù)據(jù)，以及聯(lián)合收獲機本身的作業(yè)參數(shù)，智能規(guī)劃收獲機收割和卸糧路線，并將路線進(jìn)行可視化處理后反饋給機手，引導(dǎo)機手按照最佳路線作業(yè)。該系統(tǒng)不僅有效避免了空行程、重復(fù)行程的產(chǎn)生，大幅降低了收獲機對再生稻造成的額外碾壓，還具有通用性強、可靠性高的優(yōu)勢。