面向GPS导航拖拉机的最优全局覆盖路径规划研究

论文摘要

随着GPS导航系统在农机中的迅速普及,最优覆盖路径规划为GPS导航拖拉机提供一个最佳作业参考路径轨迹图,使导航拖拉机来精确最优地进行农事操作。因此,结合GIS中数字地图根据拖拉机作业路径特点,研究了最优全局覆盖路径规划方法。首先,结合国内外研究现状和现有覆盖路径规划方法存在问题,简要叙述GPS导航拖拉机的发展历程、作业原理及关键技术和覆盖路径规划问题。为分析作业地块内的最优覆盖路径,介绍在2D区域内作业地块的数据结构描述方法,分析作业消耗成本的主要组成部分,并详细分析不同转弯形式的消耗成本和最佳作业方向问题。介绍不同路径轨迹的计算方法和凸多边形地块的路径规划方法,其中提出改进缓冲线角平分法的区域划分;介绍沿最佳分析方向以作业宽度整数倍为高度的梯形分割大障碍物区域,提出基于最小转弯半径的最短切线避小障碍物路径规划;介绍沿最佳分析方向来分解凹多边形方法和弯曲边界路径规划。最后,使用VC6.0结合MapX来设计和实现最优覆盖路径的全局规划系统并模拟拖拉机作业。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 研究目的与意义
• 本章小结
• 2 概念与问题描述
• 2.1 GPS 导航拖拉机
• 2.1.1 拖拉机导航的发展
• 2.1.2 GPS 导航拖拉机原理
• 2.1.3 导航拖拉机的关键技术
• 2.2 覆盖路径规划问题
• 2.2.1 覆盖路径规划概述
• 2.2.2 覆盖路径规划分类
• 2.3 作业地块的描述
• 本章小结
• 3 覆盖路径与消耗成本
• 3.1 拖拉机作业路径
• 3.1.1 区域内行走方式
• 3.1.2 作业轨迹特点
• 3.2 作业消耗成本
• 3.2.1 边界消耗分析
• 3.2.2 不同转弯类型消耗成本
• 3.3 最佳作业方向问题
• 本章小结
• 4 最优覆盖路径规划
• 4.1 路径轨迹的规划
• 4.1.1 规划直线路径轨迹
• 4.1.2 规划转弯路径轨迹
• 4.1.3 确定地头区域宽度
• 4.2 地块为凸多边形情况
• 4.2.1 作业方向的确定
• 4.2.2 地块区域的划分
• 4.2.3 特征点集合的确定
• 4.2.4 路径轨迹的构建
• 4.3 地块含有障碍物情况
• 4.3.1 区域分割及子区域间衔接
• 4.3.2 避障路径规划
• 4.4 地块为凹多边形情况
• 4.4.1 凹多边形的凸分解
• 4.4.2 弯曲边界路径规划
• 本章小结
• 5 规划路径分析模拟系统
• 5.1 技术路线
• 5.2 开发环境
• 5.3 系统设计与实现
• 5.3.1 功能设计与划分
• 5.3.2 主要功能实现
• 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 附录A 插图清单
• 作者简历
• 学位论文数据集