【摘要】：作為新興的智能化農(nóng)業(yè)裝備,植保無人機集成了機電一體化、計算機、信息通信、自動控制與地理信息定位等多個研究領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù),是當(dāng)前農(nóng)業(yè)航空領(lǐng)域高新技術(shù)的研究熱點。隨著航空技術(shù)與控制技術(shù)的發(fā)展,作業(yè)自主化成為當(dāng)前植保無人機的主要研究方向。航線規(guī)劃是自主作業(yè)無人機系統(tǒng)的重要組成部分,規(guī)劃效果直接影響無人機的作業(yè)質(zhì)量,關(guān)于植保無人機航線規(guī)劃方法的相關(guān)研究內(nèi)容較少,且具有相對局限性,因此本文對植保無人機航線規(guī)劃方法展開深入研究,根據(jù)不同的作業(yè)環(huán)境提出了多種全覆蓋航線規(guī)劃方法,使作業(yè)航線在能耗與藥耗方面達到最優(yōu),在農(nóng)業(yè)植保應(yīng)用方面具有理論與實際意義。本文基于高斯-克呂格正形投影法構(gòu)建了環(huán)境坐標系,對不同作業(yè)航向進行了坐標系轉(zhuǎn)換,為無人機航線規(guī)劃研究提供了有效的數(shù)學(xué)環(huán)境。針對凸邊形單作業(yè)區(qū)域,提出了一種基于改進柵格法的作業(yè)航線規(guī)劃方法,有效地減少了無人機植保作業(yè)的多余覆蓋率,在未指定作業(yè)航向情況下,可根據(jù)該算法給出推薦的作業(yè)航向與其對應(yīng)的航線,使整個作業(yè)過程的能耗和藥耗最優(yōu)。針對凹多邊形單作業(yè)區(qū)域,通過分析確定凹多邊形作業(yè)區(qū)域的凹角與無人機航向?qū)ψ鳂I(yè)航線的影響規(guī)律,將區(qū)域劃分成多個子區(qū)域,由此提出了基于改進深度優(yōu)先遍歷法的子區(qū)域位置關(guān)系連通圖的有效遍歷路線搜索方法,實現(xiàn)了子區(qū)域的局部合并,有效減少了子區(qū)域數(shù)量,避免了過多的區(qū)域間調(diào)度航線,降低了非作業(yè)航線距離。針對含障礙的單作業(yè)區(qū)域,采用牛耕單元分解法對作業(yè)區(qū)域進行劃分,將子區(qū)域的銜接順序規(guī)劃轉(zhuǎn)化為Reeb圖邊的遍歷問題,由此基于Floyd算法與匈牙利法構(gòu)建了 Reeb圖對應(yīng)的歐拉圖,并基于改進的Fleury算法計算出歐拉回路,進而提出了基于Reeb圖歐拉回路的航線規(guī)劃方法,最終實現(xiàn)子區(qū)域銜接順序規(guī)劃,使調(diào)度航線距離為最優(yōu)。針對多作業(yè)區(qū)域,或凹多邊形單作業(yè)區(qū)域劃分的子區(qū)域,采用整數(shù)編碼遺傳算法確定各區(qū)域的覆蓋順序,提出了基于改進二進制編碼方式遺傳算法的區(qū)域間調(diào)度航線規(guī)劃方法,減小了無人機非作業(yè)航線距離,降低了無人機能耗,提高了作業(yè)效率;由于載藥量限制,本文提出了多作業(yè)架次無人機返航航線規(guī)劃方法,通過構(gòu)建無人機位置坐標與作業(yè)距離的關(guān)系方程和各架次施藥量的遞歸不等式,實現(xiàn)了最少作業(yè)架次情況下的最優(yōu)返航航線規(guī)劃,降低了無人機能耗。利用Windows Form平臺進行人機交互界面設(shè)計,通過JavaScript與C#環(huán)境的代碼互調(diào),實現(xiàn)電子地圖與Windows Form窗體的信息交互,開發(fā)了無人機航線規(guī)劃軟件,實現(xiàn)了作業(yè)區(qū)域繪制、作業(yè)參數(shù)設(shè)置、航線規(guī)劃與航點導(dǎo)出功能。在航線規(guī)劃方法研究與軟件開發(fā)基礎(chǔ)上,進行無人機作業(yè)田間試驗,試驗結(jié)果驗證了所設(shè)計規(guī)劃航線方法的可行性,通過多作業(yè)架次航線規(guī)劃試驗與其他規(guī)劃方法的比對,證明了本航線規(guī)劃方法的優(yōu)化性與實際應(yīng)用的有效性,節(jié)省了作業(yè)能耗與藥耗。本文研究成果使作業(yè)管理更加方便,而且有助于推動農(nóng)業(yè)植保朝著更加智能、高效、綠色、節(jié)能和無人化的方向發(fā)展。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：V279

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本文編號：2380700