目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究背景 1
1.2国内外研究现状 2
1.3研究目标与内容 4
1.4本章小结 4
第二章 农机全局路径规划系统总体设计 5
2.1系统层次结构 5
2.2软件功能模块设计 6
2.3总体技术路线 7
2.4本章小结 9
第三章 农机全局路径规划算法设计与实现 10
3.1地理坐标数据处理 10
3.2作业区与转弯区划分方法 10
3.3作业区条带划分方法 11
3.4作业区条带路由策略 13
3.5耙地机跨条带转弯策略 17
3.6添加转弯路径方法 21
3.7转弯区收边作业方法 22
3.8耙地机全局路径规划算法结果展示 23
3.9本章小结 24
第四章 软件开发与算法评价 26
4.1软件开发 26
4.3算法评估 28
4.4本章小结 32
第五章 总结与展望 33
5.1总结 33
5.2展望 33
参考文献 35
致 谢 37
作者简介 38
插图和附表清单
图1- 1 圆盘耙耙片形状…2
图1- 2 多个圆盘耙片组成的耙组… 2
图2- 1 层次结构图 5
图2- 2 软件功能模块图 7
图2- 3 技术路线图 7
图3- 1 全周边转弯区划分法…11
图3- 2 转弯区预留宽度计算流程图 11
图3- 3 条带划分问题几何模型图 12
图3- 4 作业区条带划分计算流程图 13
图3- 5 纯右转单元套行法应用示例图 15
图3- 6 平行地边弓形转弯法（锐角情况） 18
图3- 7 平行地边弓形转弯法（钝角情况） 19
图3- 8 垂直作业方向弓形转弯法（锐角情况） 20
图3- 9 垂直作业方向弓形转弯法（钝角情况） 20
图3- 10 过顶点弯（锐角情况）…21
图3- 11 过顶点弯（钝角情况） 21
图3- 12 过顶点跨条带转弯的一种情况 21
图3- 13 圆弧上采样点的坐标 22
图3- 14 进入转弯区最外圈的路径…23
图3- 15 转弯区的顶点弯路径 23
图3- 16 纯右转单元套行法全局规划结果 24
图3- 17 遗传算法全局规划结果 24
图4- 1 主界面设计效果…27
图4- 2 参数输入区…27
图4- 3 文件查看区…27
图4- 4 数据可视化区 27
图4- 5 路径文件演示子窗口 28
图4- 6 五边形测试地块轮廓 29
图4- 7 遗传算法训练时间与作业幅宽的关系 29
图4- 8 五边形测试地块 30
图4- 9 沟数产生率与作业幅宽的关系 30
图4- 10 有效作业率与作业幅宽的关系 31
图4- 11 两种条带路由策略的转弯距离对比 32
主要符号和术语表
WGS-84 GPS全球定位系统使用的坐标系统
UTM 一种平面直角坐标系
作业幅宽 指农机工作时的有效作业宽度
最小转弯半径 指当转向盘转到极限时，农机外侧轮滚过的轨迹圆的半径
作业条带 指在地块中沿作业方向划分出的直线农机作业路径
条带路由 指按照某种顺序对若干作业条带进行作业
1.3研究目标与内容
1.3.1研究目标
本文以耙地机为研究对象，设计一个符合耙地机作业特点的全局路径规划算法，同时开发一款耙地机路径规划软件，便于用户使用该算法进行路径规划。
1.3.2研究内容
本文将结合国内外对农机全局路径规划方面的研究成果，针对其在解决耙地机路径规划问题时的不足之处，提出相应的解决方案与实现方法，具体为以下3个研究内容：
一、针对耙地机不能左转的问题，提出一种综合性选择转弯策略，先从多种拖拉机转弯方式中选择合适的转弯方法，通过数学建模，计算不同情况下的转弯路径消耗，根据转弯所走距离和转弯区宽度限制选择合适的转弯策略。
二、针对传统梭行和套行法无法在耙地机作业中适用的问题，提出一种纯右转单元套行法对作业条带进行路由。与传统套行法相比，最大改进就是可适用于只能右转的耙地机作业上。其次考虑到转弯半径与作业幅宽的比例关系，划分一定条带规模的作业单元，各作业单元连接顺滑，保证了较高的田块覆盖率。
三、提出另一种基于遗传算法的条带路由策略，并与单元套行法规划结果进行对比。与纯右转作业模式相比，基于遗传算法的条带路由策略在保证能够满足耙地机作业特点的同时，还能搜索到较高质量的条带路由顺序，即总作业路径较短，产生的耙沟较少。最后对上述提出的两种路径规划策略进行评价与对比。
1.4本章小结
本章根据当前农机自动驾驶技术的发展趋势和导航系统的广泛应用为研究背景，结合国内外对农机全局路径规划问题的研究现状，研究面向耙地机无人作业的路径规划算法的重要性和必要性，阐述了耙地机全局路径规划系统的具体研究内容及其实际意义。
