一种用于农机作业路径规划的农田分类方法及装置

技术领域

本发明属于智能农机领域。

背景技术

农田是指国家规定的必须保护的耕地，是农业生产的重要基础。按照土地利用方式的差异，农田可以分为耕地、林地、草地和水田；按照农田的地理位置和生态环境差异，农田可以分为平原农田、山地农田、草原农田和滩涂农田。这些农田分类方式，主要用于耕地资源管理与利用。

我国农田作业机械化率逐年提升，提质增效已成为推动农业机械化发展的长期目标。近年来，随着农田耕作方式信息化和自动化的快速发展，少人甚至无人操控的农机自动驾驶技术将是未来农田作业的发展趋势。预先规划行驶路径不仅是农机执行田间作业的前提，也是提高作业效率的重要手段。人工驾驶农机作业时，机手往往根据经验随机选择作业方向和行驶路径。对于缺乏经验的新机手，农田作业质量将会大打折扣；另外在复杂地块条件下，人工作业的质量和驾驶者的驾驶水平、操作经验休戚相关，驾驶者每次作业的路线都不尽相同，这会对田间作业的质量均匀度和作物产量产生不利影响，不利于田间作业的标准化。

农田地块的形状是影响农机作业路径规划的重要因素之一。目前，一些涉及农机路径规划方面的专利和文献常基于农田的几何形状，如一般四边形地块、凹多边形地块、凸多边形地块等。将农田地块分为凸形和非凸形是一种常见的策略。对于凸形地块，可按照预设的方向规划出全覆盖的农机作业路径。对于非凸形地块，一般需要将其分割为多个凸形区域，分别规划每个区域的作业路径。

按照土地利用方式、农田的地理位置和生态环境进行的农田分类方法不涉及地块形状，也没考虑到农机田间作业因素，显然不适用于农机作业路径规划。

按照农田凸凹几何形状进行的农田分类方法，对农机作业路径规划具有一定的适用性，但也存在不足之处。我国北方农田地貌形态一般较为规则，农田地块轮廓基本可以用几何模型表示，其中以规则多边形地况最为常见。但是，南方一些农田地块规模较小，会出现部分非凸形农田地块，对于这类农田再进行区域分割会直接导致农机转弯次数增多、作业难度增大、降低作业效率。

事实上，对于不规则的非凸形农田地块，有些地块需要进行区域分割，而有些则不需要进行区域分割，选择适合的参考方向是可以生成适于作业的全覆盖路径，实现农机在整个农田地块的连续作业，如果进行区域分割反而增加作业规划难度，降低作业效率。由此可见，对于农机作业路径规划而言，需要更合理的农田分类方法，仅仅根据地块几何的凹凸性进行分类存在明显的局限性。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种用于农机作业路径规划的农田分类方法，用于实现用于农机作业路径规划的农田地块分类。

为达上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种用于农机作业路径规划的农田分类方法，包括：

获取农田的边界点数据，根据所述边界点数据构造表征农田地块的多边形；

对所述多边形的边按照边长从长到短进行排序，得到排序后的边集合；

对排序后的每一条边，在所述多边形内生成一组间隔相等的平行线，得到平行线集合；由所述多边形的范围与平行线间隔计算得到每一条边对应的平行线集合的数量；

遍历所述边集合中的每一条边，对所述每一条边对应的一组平行线集合进行判断，若所述边集合中的任意一条边满足预设条件，则所述多边形为规则型地块；若所述边集合中所有边均不满足预设条件，则所述多边形为分割型地块；

根据所述判断的结果输出所述农田的地块类型。

另外，根据本发明上述实施例的一种用于农机作业路径规划的农田方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述获取农田的边界点数据，包括：

根据GNSS定位装置通过农机沿农田边界行驶一周采集多边形地块的顶点位置数据。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述由所述多边形的范围与平行线间隔计算得到每一条边对应的平行线集合的数量，包括：

对于排序后的每一条边e

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述遍历所述边集合中的每一条边，对所述每一条边对应的一组平行线集合进行判断，包括：

遍历多边形地块的边集合E中e

若对于任意一条l

否则，继续判断其他边，直至完成所述边集合E中全部边的遍历；如果E中无法找到一条边e

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述根据所述判断的结果输出所述农田的地块类型，还包括：

输出农机的作业方向。

为达上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种用于农机作业路径规划的农田分类装置，包括以下模块：

获取模块，用于获取农田的边界点数据，根据所述边界点数据构造表征农田地块的多边形；

排序模块，用于对所述多边形的边按照边长从长到短进行排序，得到排序后的边集合；

生成模块，用于对排序后的每一条边，在所述多边形内生成一组间隔相等的平行线，得到平行线集合；由所述多边形的范围与平行线间隔计算得到每一条边对应的平行线集合的数量；

判断模块，用于遍历所述边集合中的每一条边，对所述每一条边对应的一组平行线集合进行判断，若所述边集合中的任意一条边满足预设条件，则所述多边形为规则型地块；若所述边集合中所有边均不满足预设条件，则所述多边形为分割型地块；

输出模块，用于根据所述判断的结果输出所述农田的地块类型。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述获取模块，还用于：

根据GNSS定位装置通过农机沿农田边界行驶一周采集多边形地块的顶点位置数据。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述输出模块，还用于：

输出农机的作业方向。

为达上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种计算机设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如上所述的一种用于农机作业路径规划的农田分类方法。

为达上述目的，本发明第四方面实施例提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的一种用于农机作业路径规划的农田分类方法。

本发明实施例提出的用于农机作业路径规划的农田分类方法，能够克服传统几何图形分类方法在处理一些非凸形地块时可能产生的分割问题，将规则型地块视为一个完整的单元进行路径规划，农机沿着图中所示平行线的方向作业，能够更加高效地覆盖整个地块，减少了转移和转弯作业的时间和成本，有效提高作业效率和作业连续性。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例所提供的一种用于农机作业路径规划的农田分类方法的流程示意图；

图2为本发明实施例所提供的一种农田地块分类示意图；

图3为本发明实施例所提供的一种规则型地块(凸形)示意图；

图4为本发明实施例所提供的一种规则型地块(非凸形)示意图；

图5为本发明实施例所提供的一种分割型地块(非凸形)示意图；

图6为本发明实施例所提供的一种用于农机作业路径规划的农田分类装置示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本发明实施例的用于农机作业路径规划的农田分类方法。

图1为本发明实施例所提供的一种用于农机作业路径规划的农田分类方法的流程示意图。

如图1所示，该用于农机作业路径规划的农田分类方法包括以下步骤：

S101：获取农田的边界点数据，根据边界点数据构造表征农田地块的多边形；

S102：对多边形的边按照边长从长到短进行排序，得到排序后的边集合；

S103：对排序后的每一条边，在多边形内生成一组间隔相等的平行线，得到平行线集合；由多边形的范围与平行线间隔计算得到每一条边对应的平行线集合的数量；

S104：遍历边集合中的每一条边，对每一条边对应的一组平行线集合进行判断，若边集合中的任意一条边满足预设条件，则多边形为规则型地块；若边集合中所有边均不满足预设条件，则多边形为分割型地块；

S105：根据判断的结果输出农田的地块类型。

进一步地，在本发明的一个实施例中，获取农田的边界点数据，包括：

根据GNSS定位装置通过农机沿农田边界行驶一周采集多边形地块的顶点位置数据。

假设有一组农田地块边界顶点集合P＝{p

本发明提供一种农田边界信息获取与处理装置，其结构如图2所示。该装置以高性能微处理器模块为核心，集成GNSS定位模块、存储模块、人机交互模块等，构建适合农田地块边界信息采集与分类处理需求的车载终端设备。

微处理器模块是整个装置控制的核心，也是农田地块分类的主要执行模块。GNSS定位模块实时提供装置的当前位置，可通过农机沿农田边界行驶一周采集多边形地块的顶点位置数据。存储模块用于记录和存储农田边界点数据以及分类结果，以供后续路径规划算法使用。交互模块包括显示屏和触摸屏设备，主要用于人机界面交互、设置农机参数以及显示分类结果。

为了更好地保证农田边界信息获取与分类装置的稳定运行，其装置最好设计为具有“防尘、防震、防水”的三防工业级坚固壳体，适用于农业生产环境，达到农机车载终端的使用要求。

进一步地，在本发明的一个实施例中，由多边形的范围与平行线间隔计算得到每一条边对应的平行线集合的数量，包括：

对于排序后的每一条边e

若多边形地块的边为e

对排序后的每一条边e

进一步地，在本发明的一个实施例中，遍历边集合中的每一条边，对每一条边对应的一组平行线集合进行判断，包括：

遍历多边形地块的边集合E中e

若对于任意一条l

否则，继续判断其他边，直至完成边集合E中全部边的遍历；如果E中无法找到一条边e

进一步地，在本发明的一个实施例中，根据判断的结果输出农田的地块类型，还包括：

输出农机的作业方向。

图3、图4和图5分别为三个样例地块，其中红色线示意地块的边界，蓝色线示意分割型地块的分割线，橙色线示意作业方向。图3所示为一个凸形地块，按照上述分类方法划分为规则型地块并得到作业方向。图4所示为一个非凸形地块，按照上述分类方法划分为规则型地块，并得到适用的作业方向，可实现对整个地块全覆盖作业路径规划，而无需进行分割处理。图5所示为一个非凸形地块，按照上述分类方法划分为分割型地块，无法得到能够实现一次性全覆盖的作业方向，可通过将其分割形成的多个规则型地块，图中蓝色分割线将其分割为两个规则型地块，再分别求解作业方向。

通过本方法，能够克服传统几何图形分类方法在处理一些非凸形地块时可能产生的分割问题，将规则型地块视为一个完整的单元进行路径规划，农机沿着图中所示平行线的方向作业，能够更加高效地覆盖整个地块，减少了转移和转弯作业的时间和成本，有效提高作业效率和作业连续性。

与现有技术相比，本发明的优点有：

1)本发明提供的农田边界信息获取与处理装置，能够支持农田地块边界数据采集及农田地块分类处理，模块化设计简洁、成本低、操作简便，适用于在农机上部署应用。

2)本发明能够克服传统几何图形分类方法在处理一些非凸形地块时可能产生的不必要分割处理，为合理和高效地规划覆盖整个地块的作业路径提供支持，减少了农机转移和转弯作业的时间和成本，保证作业连续性，有效提高作业效率。

3)农机作业方向的选取是路径规划的前提，并直接影响作业效率。本发明在实现农田分类的同时，也提供了作业方向的选取方法，适用于规则型地块及分割型地块的规则型区域中作业方向的选取，实用性强。

4)本发明提供的方法和装置不仅面向未来的自动驾驶农机，也适于集成到当前的农机自动导航系统，同时也可以为人工驾驶农机在提升作业效率方面提供辅助指导。

为了实现上述实施例，本发明还提出用于农机作业路径规划的农田分类装置。

图6为本发明实施例提供的一种用于农机作业路径规划的农田分类装置的结构示意图。

如图6所示，该用于农机作业路径规划的农田分类装置包括：获取模块100，排序模块200，生成模块300，判断模块400，输出模块500，其中，

获取模块，用于获取农田的边界点数据，根据边界点数据构造表征农田地块的多边形；

排序模块，用于对多边形的边按照边长从长到短进行排序，得到排序后的边集合；

生成模块，用于对排序后的每一条边，在多边形内生成一组间隔相等的平行线，得到平行线集合；由多边形的范围与平行线间隔计算得到每一条边对应的平行线集合的数量；

判断模块，用于遍历边集合中的每一条边，对每一条边对应的一组平行线集合进行判断，若边集合中的任意一条边满足预设条件，则多边形为规则型地块；若边集合中所有边均不满足预设条件，则多边形为分割型地块；

输出模块，用于根据判断的结果输出农田的地块类型。

进一步地，在本发明的一个实施例中，获取模块，还用于：

根据GNSS定位装置通过农机沿农田边界行驶一周采集多边形地块的顶点位置数据。

进一步地，在本发明的一个实施例中，输出模块，还用于：

输出农机的作业方向。

为达上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种计算机设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如上所述的用于农机作业路径规划的农田分类方法。

为达上述目的，本发明第四方面实施例提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的用于农机作业路径规划的农田分类方法。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。