CN110502021B - 一种农机作业路径规划方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及智慧农业技术领域，公开了一种农机作业路径规划方法及***。通过本发明创造，提供了一种能够对多个农业地块进行农事作业路径规划的新方法及***，即先对所有农业地块的地块信息进行采集，然后为农机终端分配待作业的农业地块，再然后根据地块信息和结合农事农艺标准，自动地对多个农业地块进行农机作业路径规划，最后将作业任务类型和农机作业规划路线推送给农机终端的操作人员，由此可以指导农业服务经营者进行作业，提高土地作业的合理性和生产效率，避免出现农机的无序浪费现象。此外，该方法及***可囊括所有农事作业环节，具有极为普遍的应用意义，便于实际推广和应用。
Description
技术领域
本发明属于智慧农业技术领域，具体涉及一种农机作业路径规划方法及***。
背景技术
智慧农业是物联网技术在现代农业领域的高级应用，即运用传感器和软件进行远程监测，并通过服务器平台、移动平台或者电脑平台对农业生产进行控制，使传统农业更具有"智慧"。除了精准感知、控制与决策管理外，从广泛意义上讲，智慧农业还包括农业电子商务、食品溯源防伪、农业休闲旅游、农业信息服务等方面的内容。
目前农业上动力机械作业应用广泛，已经覆盖了各个农事环节。从动力机械应用角度来看，随着种植密度和农艺要求的提高，对农机(即农业上动力机械的统称)行走的路径精度要求越来越高。通过实验发现，人操作时的最佳路径精度能够达到10cm，而应用了RTK差分技术(Real Time Kinematic,载波相位差分技术)并且安装了电控转向***后，农机的路径精度可以达到2.5cm，精度大大提高，有效减缓了人的作业强度，同时也使得作业人员的经验要求降低了，由此应用自动导航进行农机作业路径规划的农户越来越多。
当前农业生产中出现了很多提供农业服务的经营者，他们为农户提供耕地、播种、打药等不同农事环节的服务，在服务过程中他们会组织多台农机进行同时作业。在这个过程中，随着效率的提升，作业规划管理的问题也暴露出来。这就是操作农机的人员对不同的农业地块不熟悉，在选择地块先后作业顺序时，往往只能凭感觉或者是遵循农户的要求，进而造成应该先行播种的地块播种推迟，应该晚进行收获的地块收获提前，从而影响了土地上作业的生产效率。
根据作物生长特点和农事农艺方法，不同条件的地块上播种同样的作物，采取的农事标准是有一定区别的。例如岗地播种要早于洼地，旱地播种可以推迟于水浇地，种植面积大的地块要先于面积小的地块耕种，边界形状规则的地块要先于边界形状不规则的地块作业，农机要采取就近原则，做完了本区域的地块后再进行远距离移动，避免降低有效作业时间等。基于这些农事农艺的方法要求，农业服务经营者在使用农机进行作业中，就需要对作业地块进行合理规划。
然而，目前自动导航设备实现生产导航作业的机理是：根据用户向自动导航设备终端发送的路径位置进行规划，仅能够针对一个农业地块进行路径的导航。为了满足农业服务经营者在陌生农业地块进行高效作业的需求，有必要结合农事农艺标准，自动地对多个农业地块进行农机作业路径规划，以便指导农业服务经营者进行作业，提高土地作业的合理性和生产效率。
发明内容
为了解决现有农机作业自动导航方法不能结合农事农艺标准进行合理且高效地多点路线导航的问题，本发明目的在于提供一种新型的农机作业路径规划方法及***。
本发明所采用的技术方案为：
一种农机作业路径规划方法，包括如下步骤：
S101.在服务器侧，获取农业地块的地块信息，其中，所述地块信息包含对应农业地块的地块唯一标识、位置坐标、面积大小、边界形状规则程度和农业地形类型，所述农业地形类型包括岗地、洼地、平地和坡地；
S102.在服务器侧，为农机终端分配待作业的农业地块；
S103.在服务器侧，按照如下方式之一为农机终端规划作业路径：
(A)先针对分配的所有农业地块，根据地块信息中的面积大小进行从大到小的排序，再针对序列中面积大小近似的多个连续农业地块，根据地块信息中的边界形状规则程度进行从规则到不规则的排序调整，再针对序列中边界形状规则程度近似的多个连续农业地块，根据地块信息中的农业地形类型进行从岗地到洼地或从平地到坡地的排序调整，最后根据农业地块排序结果和地块信息中的位置坐标生成农机作业规划路线，其中，农机作业规划路线的起点为排序首位的农业地块，终点为排序末位的农业地块；
(B)先针对分配的所有农业地块，根据地块信息中的面积大小进行从小到大的排序，再针对序列中面积大小近似的多个连续农业地块，根据地块信息中的边界形状规则程度进行从不规则到规则的排序调整，再针对序列中边界形状规则程度近似的多个连续农业地块，根据地块信息中的农业地形类型进行从洼地到岗地或从坡地到平地的排序调整，最后根据农业地块排序结果和地块信息中的位置坐标生成农机作业规划路线，其中，农机作业规划路线的起点为排序末位的农业地块，终点为排序首位的农业地块；
S104.在服务器侧，将作业任务类型和所述农机作业规划路线推送至农机终端，其中，所述作业任务类型为整地作业、播种作业、打药作业或收获作业；
S105.在农机终端侧，输出并展示所述作业任务类型和所述农机作业规划路线。
优化的，若所述作业任务类型为整地作业，则在所述步骤S105之后还包括如下步骤：
S511.在农机终端侧，针对分配的某一农业地块，将在整地作业过程中所采集的整地作业数据上传至服务器；
S512.在服务器侧，根据所述整地作业数据统计获取对应农业地块的本次整地作业的平均耕地深度/和历史整地作业的平均整地时间，然后将该平均耕地深度/和该平均整地时间保存在对应农业地块的地块信息中。
优化的，在所述步骤S103中，若作业任务类型为播种作业且所述地块信息还包含前次整地作业时的平均耕地深度，则：
在方式(A)中，先针对序列中面积大小近似的多个连续农业地块，根据地块信息中的平均耕地深度进行从浅到深的排序调整，然后再针对序列中耕地深浅近似的多个连续农业地块，根据地块信息中的边界形状规则程度进行从规则到不规则的排序调整；
或者，在方式(B)中，先针对序列中面积大小近似的多个连续农业地块，根据地块信息中的平均耕地深度进行从深到浅的排序调整，然后再针对序列中耕地深浅近似的多个连续农业地块，根据地块信息中的边界形状规则程度进行从不规则到规则的排序调整。
优化的，若所述作业任务类型为播种作业，则在所述步骤S105之后还包括如下步骤：
S521.在农机终端侧，针对分配的某一农业地块，将在播种作业过程中所采集的播种作业数据上传至服务器；
S522.在服务器侧，根据所述播种作业数据统计获取对应农业地块的本次播种作业的平均播种量/和历史播种作业的平均播种时间，然后将该平均播种量/和该平均播种时间保存在对应农业地块的地块信息中。
优化的，在所述步骤S103中，若作业任务类型为打药作业且所述地块信息还包含前次播种作业时的平均播种量，则：
在方式(A)中，先针对序列中面积大小近似的多个连续农业地块，根据地块信息中的平均播种量进行从多到少的排序调整，然后再针对序列中播种量近似的多个连续农业地块，根据地块信息中的边界形状规则程度进行从规则到不规则的排序调整；
或者，在方式(B)中，先针对序列中面积大小近似的多个连续农业地块，根据地块信息中的平均播种量进行从少到多的排序调整，然后再针对序列中播种量近似的多个连续农业地块，根据地块信息中的边界形状规则程度进行从不规则到规则的排序调整。
优化的，若所述作业任务类型为打药作业，则在所述步骤S105之后还包括如下步骤：
S531.在农机终端侧，针对分配的某一农业地块，将在打药作业过程中所采集的打药作业数据上传至服务器；
S532.在服务器侧，根据所述打药作业数据统计获取对应农业地块的本次打药作业的平均打药量/和历史打药作业的平均播种时间，然后将该平均打药量/和该平均打药时间保存在对应农业地块的地块信息中。
优化的，在所述步骤S102中包括有如下步骤：
S201.统计所有待作业的农业地块和所有在线农机终端的终端信息，其中，所述终端信息包含对应农机终端的终端唯一标识、马力段位和装配农具类型，所述装配农具类型包括整地农具、播种农具、打药农具和收获农具；
S202.针对同一作业任务类型的农业地块，为农业地块选定装配农机类型与该作业任务类型相匹配的农机终端；
S203.根据所述地块信息和所述终端信息，按照如下规则(a)～(e)的任意组合为各个选定的农机终端分配待作业的农业地块：
(a)所分配农业地块的面积大小与农机终端的马力段位呈正比；
(b)针对同一马力段位的多个农机终端，所分配农业地块的地块间总行进距离的方差值最小；
(c)所分配农业地块的地块间行进距离平均值与农机终端的马力段位呈反比；
(d)所分配农业地块的且与作业任务类型对应的历史平均作业时间与农机终端的马力段位呈反比；
(e)将地块间行进距离短于一定标准的两个农业地块视为同一地理范围，仅分配给同一农机终端。
优化的，在所述步骤S105中包括有如下步骤：
S500.启动导航***，并根据来自服务器的所述农机作业规划路线进行自动导航。
本发明所采用的技术方案为：
一种实现如前所述农机作业路径规划方法的***，包括服务器和农机终端，其中，所述服务器包括信息获取单元、地块分配单元、路径规划单元和无线通信单元；
所述信息获取单元，用于获取农业地块的地块信息，其中，所述地块信息包含对应农业地块的地块唯一标识、位置坐标、面积大小、边界形状规则程度和农业地形类型，所述农业地形类型包括岗地、洼地、平地和坡地；
所述地块分配单元，用于为农机终端分配待作业的农业地块；
所述路径规划单元，用于按照如下方式之一为农机终端规划作业路径：
(A)先针对分配的所有农业地块，根据地块信息中的面积大小进行从大到小的排序，再针对序列中面积大小近似的多个连续农业地块，根据地块信息中的边界形状规则程度进行从规则到不规则的排序调整，再针对序列中边界形状规则程度近似的多个连续农业地块，根据地块信息中的农业地形类型进行从岗地到洼地或从平地到坡地的排序调整，最后根据农业地块排序结果和地块信息中的位置坐标生成农机作业规划路线，其中，农机作业规划路线的起点为排序首位的农业地块，终点为排序末位的农业地块；
(B)先针对分配的所有农业地块，根据地块信息中的面积大小进行从小到大的排序，再针对序列中面积大小近似的多个连续农业地块，根据地块信息中的边界形状规则程度进行从不规则到规则的排序调整，再针对序列中边界形状规则程度近似的多个连续农业地块，根据地块信息中的农业地形类型进行从洼地到岗地或从坡地到平地的排序调整，最后根据农业地块排序结果和地块信息中的位置坐标生成农机作业规划路线，其中，农机作业规划路线的起点为排序末位的农业地块，终点为排序首位的农业地块；
所述无线通信单元，用于将作业任务类型和所述农机作业规划路线推送至农机终端，其中，所述作业任务类型为整地作业、播种作业、打药作业或收获作业；
所述农机终端无线通信连接所述服务器，用于输出并展示所述作业任务类型和所述农机作业规划路线。
优化的，所述农机终端包括行走车、装配农具、通信盒、电液压控制单元、导航单元、农具身份识别器、农具倾角传感器、播种监测单元、流量及压力监测单元和显示单元，其中，所述装配农具包括连接臂和作业部，所述连接臂的一端连接所述行走车，另一端连接所述作业部；
所述通信盒、所述电液压控制单元、所述导航单元和所述显示单元分别安装在所述行走车上，所述农具身份识别器和所述农具倾角传感器分别安装在所述连接臂上，所述播种监测单元和所述流量及压力监测单元分别安装在所述作业部上；
所述通信盒用于无线通信连接所述服务器，并分别通信连接所述电液压控制单元、所述导航单元、所述农具身份识别器、所述农具倾角传感器、所述播种监测单元、所述流量及压力监测单元和所述显示单元。
本发明的有益效果为：
(1)本发明创造提供了一种能够对多个农业地块进行农事作业路径规划的新方法及***，即先对所有农业地块的地块信息进行采集，然后为农机终端分配待作业的农业地块，再然后根据地块信息和结合农事农艺标准，自动地对多个农业地块进行农机作业路径规划，最后将作业任务类型和农机作业规划路线推送给农机终端的操作人员，由此可以指导农业服务经营者进行作业，提高土地作业的合理性和生产效率，避免出现农机的无序浪费现象；
(2)该方法及***可为农机操作者在进行农事作业中提供作业顺序策略上的便利，最大程度地提高农机的使用效率和满足土地作物的农事农艺需求，例如根据地块的大小和形状，优先满足地块面积大的土地先进行作业，在耕作深度高的地块适当的晚播种，在耕作深度浅的地块适当提前播种，在岗地适当的早整地和早播种，在洼地适当的晚整地和晚播种，播种量大的地块提前打药，播种量小的地块适当调后打药，等等；
(3)该方法及***可囊括所有农事作业环节，具有极为普遍的应用意义，便于实际推广和应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的农机作业路径规划方法的流程示意图。
图2是本发明提供的农机作业路径规划***的结构示意图。
图3是本发明提供的农机终端的安装结构示意图。
上述附图中:1-行走车；2-装配农具；201-连接臂；202-作业部；3-通信盒；4-电液压控制单元；5-导航单元；6-农具身份识别器；7-农具倾角传感器；8-播种监测单元；9-流量及压力监测单元。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例来对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明虽然是用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。
应当理解，尽管本文可能使用术语第一、第二等等来描述各种单元，但是这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元,并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。
应当理解，对于本文中可能出现的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况；对于本文中可能出现的术语“/和”，其是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况；另外，对于本文中可能出现的字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
应当理解，在本文中若将单元称作与另一个单元“连接”、“相连”或“耦合”时，它可以与另一个单元直相连接或耦合，或中间单元可以存在。相対地，在本文中若将单元称作与另一个单元“直接相连”或“直接耦合”时，表示不存在中间单元。另外，应当以类似方式来解释用于描述单元之间的关系的其他单词(例如，“在……之间”对“直接在……之间”,“相邻”对“直接相邻”等等)。
应当理解，本文使用的术语仅用于描述特定实施例，并不意在限制本发明的示例实施例。若本文所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”意在包括复数形式，除非上下文明确指示相反意思。还应当理解，若术语“包括”、“包括了”、“包含”和/或“包含了”在本文中被使用时,指定所声明的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在性,并且不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、单元、组件和/或他们的组合存在性或增加。
应当理解，还应当注意到在一些备选实施例中，所出现的功能/动作可能与附图出现的顺序不同。例如,取决于所涉及的功能/动作,实际上可以实质上并发地执行,或者有时可以以相反的顺序来执行连续示出的两个图。
应当理解，在下面的描述中提供了特定的细节,以便于对示例实施例的完全理解。然而,本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出***，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实例中，可以不以不必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得示例实施例不清楚。
实施例一
如图1所示，本实施例提供的所述农机作业路径规划方法，可以但不限于包括如下步骤S101～S105。
S101.在服务器侧，获取农业地块的地块信息，其中，所述地块信息可以但不限于包含对应农业地块的地块唯一标识、位置坐标、面积大小、边界形状规则程度和农业地形类型等，所述农业地形类型可以但不限于包括岗地、洼地、平地和坡地等。
在所述步骤S101中，所述服务器为网络侧设备，用于实现农机作业路径规划及作业任务推送。所述农业地块为进行农作物种植的地理单元，其具有用于标识地块身份的地块唯一标识/和名称，还具有位置坐标、面积大小、边界形状规则程度和农业地形类型等，其中，所述位置坐标、所述面积大小、所述边界形状规则程度(其可分为规则和不规则两种情况，也可以人为划分为多个形状规则等级或者根据常规算法计算形状规则程度评估值)和所述农业地形类型等，可以通过常规的网络地图圈定方式和/或人工现场考察方式等进行采集得到，并录入到服务器中进行保存。
S102.在服务器侧，为农机终端分配待作业的农业地块。
在所述步骤S102中，所述农机终端即为无线通信连接所述服务器的农机设备，可以自动导航并在操作人员的控制下完成相应农事作业。如此在所述步骤S102中，可以但不限于包括有如下步骤S201～S203。
S201.统计所有待作业的农业地块和所有在线农机终端的终端信息，其中，所述终端信息可以但不限于包含对应农机终端的终端唯一标识、马力段位和装配农具类型等，所述装配农具类型可以但不限于包括整地农具、播种农具、打药农具和收获农具等。
在所述步骤S201中，服务器还可以结合卫星遥感数据，判别是否有农业地块因为受到自然灾害，造成失去继续投入农机设备进行农事作业的意义，如果失去意义则不将对应农业地块纳入待作业地块中。
S202.针对同一作业任务类型的农业地块，为农业地块选定装配农机类型与该作业任务类型相匹配的农机终端。
在所述步骤S202中，所述作业任务类型可以但不限于包括整地作业、播种作业、打药作业和收获作业等。举例的，当作业任务类型为整地作业，而装配农机类型为整地农具，即可视为匹配，由此通过前述步骤S202，可以为农业地块选择出适用于当前农事作业的农机设备。
S203.根据所述地块信息和所述终端信息，按照如下规则(a)～(e)的任意组合为各个选定的农机终端分配待作业的农业地块：(a)所分配农业地块的面积大小与农机终端的马力段位呈正比；(b)针对同一马力段位的多个农机终端，所分配农业地块的地块间总行进距离的方差值最小；(c)所分配农业地块的地块间行进距离平均值与农机终端的马力段位呈反比；(d)所分配农业地块的且与作业任务类型对应的历史平均作业时间与农机终端的马力段位呈反比；(e)将地块间行进距离短于一定标准(例如3000米)的两个农业地块视为同一地理范围，仅分配给同一农机终端。
在所述步骤S203中，规则(a)～(e)即为具体的地块分配策略，以便进一步提升后续农机作业路径规划的合理性和高效性，实现以尽可能小的成本快速完成农事作业的目的。
S103.在服务器侧，按照如下方式之一为农机终端规划作业路径：
(A)先针对分配的所有农业地块，根据地块信息中的面积大小进行从大到小的排序，再针对序列中面积大小近似(例如面积相差不足10％)的多个连续农业地块，根据地块信息中的边界形状规则程度进行从规则到不规则的排序调整，再针对序列中边界形状规则程度近似(例如同一情况、同一形状规则等级或者评估值相差不足10％)的多个连续农业地块，根据地块信息中的农业地形类型进行从岗地到洼地或从平地到坡地的排序调整，最后根据农业地块排序结果和地块信息中的位置坐标生成农机作业规划路线，其中，农机作业规划路线的起点为排序首位的农业地块，终点为排序末位的农业地块；
(B)先针对分配的所有农业地块，根据地块信息中的面积大小进行从小到大的排序，再针对序列中面积大小近似(例如面积相差不足10％)的多个连续农业地块，根据地块信息中的边界形状规则程度进行从不规则到规则的排序调整，再针对序列中边界形状规则程度近似(例如同一情况、同一形状规则等级或者评估值相差不足10％)的多个连续农业地块，根据地块信息中的农业地形类型进行从洼地到岗地或从坡地到平地的排序调整，最后根据农业地块排序结果和地块信息中的位置坐标生成农机作业规划路线，其中，农机作业规划路线的起点为排序末位的农业地块，终点为排序首位的农业地块。
在所述步骤S103中，方式(A)或方式(B)为针对某一农机终端及对应分配的多农业地块进行农机作业路径规划的具体方式，可以匹配不同农业地块上的农事农艺标准，例如满足种植面积大的地块要先于种植面积小的地块耕作、边界形状规则的地块要先于边界形状不规则的地块播种、岗地要早于洼地播种和平地要早于坡地收获等的合理性需求。
优化的，为了进一步匹配播种作业的独有农事农艺标准，在所述步骤S103中，若作业任务类型为播种作业且所述地块信息还包含前次整地作业时的平均耕地深度，则：
在方式(A)中，先针对序列中面积大小近似(例如面积相差不足10％)的多个连续农业地块，根据地块信息中的平均耕地深度进行从浅到深的排序调整，然后再针对序列中耕地深浅近似(例如深度相差不足10％)的多个连续农业地块，根据地块信息中的边界形状规则程度进行从规则到不规则的排序调整；
或者，在方式(B)中，先针对序列中面积大小近似(例如面积相差不足10％)的多个连续农业地块，根据地块信息中的平均耕地深度进行从深到浅的排序调整，然后再针对序列中耕地深浅近似(例如深度相差不足10％)的多个连续农业地块，根据地块信息中的边界形状规则程度进行从不规则到规则的排序调整。
优化的，为了进一步匹配打药作业的独有农事农艺标准，在所述步骤S103中，若作业任务类型为打药作业且所述地块信息还包含前次播种作业时的平均播种量，则：
在方式(A)中，先针对序列中面积大小近似(例如面积相差不足10％)的多个连续农业地块，根据地块信息中的平均播种量进行从多到少的排序调整，然后再针对序列中播种量近似(例如播种量相差不足10％)的多个连续农业地块，根据地块信息中的边界形状规则程度进行从规则到不规则的排序调整；
或者，在方式(B)中，先针对序列中面积大小近似(例如面积相差不足10％)的多个连续农业地块，根据地块信息中的平均播种量进行从少到多的排序调整，然后再针对序列中播种量近似(例如播种量相差不足10％)的多个连续农业地块，根据地块信息中的边界形状规则程度进行从不规则到规则的排序调整。
S104.在服务器侧，将作业任务类型和所述农机作业规划路线推送至农机终端，其中，所述作业任务类型可以但不限于为整地作业、播种作业、打药作业或收获作业等。
在所述步骤S104中，由于作业任务类型可为整地作业、播种作业、打药作业或收获作业等，基本上已经包含所有农事作业环节，因此具有极为普遍的应用意义。
S105.在农机终端侧，输出并展示所述作业任务类型和所述农机作业规划路线。
在所述步骤S105中，通过展示所述作业任务类型和所述农机作业规划路线，可以告知农机操作员的当前作业任务和任务路线，进而指导完成对应的农事作业。为了进一步提升指导便利性，优化的，在所述步骤S105中可包括有如下步骤：S500.启动导航***，并根据来自服务器的所述农机作业规划路线进行自动导航。此外，还可以在到达某个农业地块时，根据来自服务器的且对应该农业地块的历史作业轨迹进行循迹导航。
优化的，为了更好地规划未来播种作业前的作业路径，若所述作业任务类型为整地作业，则在所述步骤S105之后还包括如下步骤S511～S512。
S511.在农机终端侧，针对分配的某一农业地块，将在整地作业过程中所采集的整地作业数据上传至服务器。在所述步骤S511中，所述整地作业数据可以但不限于包含耕地深度(其采集精度可为毫米)和整地作业时间(包括起始时间点、结束时间点和作业时长等时间信息，其采集精度可为秒)等。
S512.在服务器侧，根据所述整地作业数据统计获取对应农业地块的本次整地作业的平均耕地深度/和历史整地作业的平均整地时间，然后将该平均耕地深度/和该平均整地时间保存在对应农业地块的地块信息中。在所述步骤S512中，根据所述整地作业数据进行统计的算法为常规算法，其中，所述平均耕地深度可在未来播种时作为前次整地作业时的平均耕地深度，在步骤S103中进一步地合理性优化播种作业的路径，所述平均整地时间可用在所述规则(d)中，进一步合理性优化地块分配策略。
优化的，为了更好地规划未来打药作业前的作业路径，若所述作业任务类型为播种作业，则在所述步骤S105之后还包括如下步骤S521～S522。
S521.在农机终端侧，针对分配的某一农业地块，将在播种作业过程中所采集的播种作业数据上传至服务器。在所述步骤S521中，所述播种作业数据可以但不限于包含播种量(其采集精度可为粒/亩)和播种作业时间(包括起始时间点、结束时间点和作业时长等时间信息，其采集精度可为秒)等。
S522.在服务器侧，根据所述播种作业数据统计获取对应农业地块的本次播种作业的平均播种量/和历史播种作业的平均播种时间，然后将该平均播种量/和该平均播种时间保存在对应农业地块的地块信息中。在所述步骤S522中，根据所述播种作业数据进行统计的算法为常规算法，其中，所述平均播种量可在未来打药时作为前次播种作业时的平均播种量，在步骤S103中进一步地合理性优化打药作业的路径，所述平均播种时间可用在所述规则(d)中，进一步合理性优化地块分配策略。
优化的，为了更好地规划未来农事作业前的作业路径，若所述作业任务类型为打药作业，则在所述步骤S105之后还包括如下步骤S531～S532。
S531.在农机终端侧，针对分配的某一农业地块，将在打药作业过程中所采集的打药作业数据上传至服务器。在所述步骤S531中，所述打药作业数据可以但不限于包含打药量(其采集精度可为升/亩)、打药时的喷施药物压力(其采集精度可谓帕)和打药作业时间(包括起始时间点、结束时间点和作业时长等时间信息，其采集精度可为秒)等。
S532.在服务器侧，根据所述打药作业数据统计获取对应农业地块的本次打药作业的平均打药量/和历史打药作业的平均播种时间，然后将该平均打药量/和该平均打药时间保存在对应农业地块的地块信息中。在所述步骤S532中，根据所述打药作业数据进行统计的算法为常规算法，其中，所述平均打药量可在未来农事作业时作为前次打药作业时的平均打药量，在步骤S103中进一步地合理性优化农事作业的路径，所述平均打药时间可用在所述规则(d)中，进一步合理性优化地块分配策略。
此外，在进行诸如整理、播种、打药和收获等农事作业的过程中，还可以采集作业轨迹数据，并上传至服务器，以便服务器可以根据所述作业轨迹数据获取或校正对应农业地块的面积大小和边界构成(该信息可作为边界形状规则程度的主要依据)等地块信息。
综上，采用本实施例所提供的农机作业路径规划方法，具有如下技术效果：
(1)本实施例提供了一种能够对多个农业地块进行农事作业路径规划的新方法，即先对所有农业地块的地块信息进行采集，然后为农机终端分配待作业的农业地块，再然后根据地块信息和结合农事农艺标准，自动地对多个农业地块进行农机作业路径规划，最后将作业任务类型和农机作业规划路线推送给农机终端的操作人员，由此可以指导农业服务经营者进行作业，提高土地作业的合理性和生产效率，避免出现农机的无序浪费现象；
(2)该方法可为农机操作者在进行农事作业中提供作业顺序策略上的便利，最大程度地提高农机的使用效率和满足土地作物的农事农艺需求，例如根据地块的大小和形状，优先满足地块面积大的土地先进行作业，在耕作深度高的地块适当的晚播种，在耕作深度浅的地块适当提前播种，在岗地适当的早整地和早播种，在洼地适当的晚整地和晚播种，播种量大的地块提前打药，播种量小的地块适当调后打药，等等；
(3)该方法可囊括所有农事作业环节，具有极为普遍的应用意义，便于实际推广和应用。
实施例二
如图2～3所示，本实施例提供了一种实现实施例一所述农机作业路径规划方法的***，包括服务器和农机终端，其中，所述服务器包括信息获取单元、地块分配单元、路径规划单元和无线通信单元；
所述信息获取单元，用于获取农业地块的地块信息，其中，所述地块信息包含对应农业地块的地块唯一标识、位置坐标、面积大小、边界形状规则程度和农业地形类型，所述农业地形类型包括岗地、洼地、平地和坡地；
所述地块分配单元，用于为农机终端分配待作业的农业地块；
所述路径规划单元，用于按照如下方式之一为农机终端规划作业路径：
(A)先针对分配的所有农业地块，根据地块信息中的面积大小进行从大到小的排序，再针对序列中面积大小近似的多个连续农业地块，根据地块信息中的边界形状规则程度进行从规则到不规则的排序调整，再针对序列中边界形状规则程度近似的多个连续农业地块，根据地块信息中的农业地形类型进行从岗地到洼地或从平地到坡地的排序调整，最后根据农业地块排序结果和地块信息中的位置坐标生成农机作业规划路线，其中，农机作业规划路线的起点为排序首位的农业地块，终点为排序末位的农业地块；
(B)先针对分配的所有农业地块，根据地块信息中的面积大小进行从小到大的排序，再针对序列中面积大小近似的多个连续农业地块，根据地块信息中的边界形状规则程度进行从不规则到规则的排序调整，再针对序列中边界形状规则程度近似的多个连续农业地块，根据地块信息中的农业地形类型进行从洼地到岗地或从坡地到平地的排序调整，最后根据农业地块排序结果和地块信息中的位置坐标生成农机作业规划路线，其中，农机作业规划路线的起点为排序末位的农业地块，终点为排序首位的农业地块；
所述无线通信单元，用于将作业任务类型和所述农机作业规划路线推送至农机终端，其中，所述作业任务类型为整地作业、播种作业、打药作业或收获作业；
所述农机终端无线通信连接所述服务器，用于输出并展示所述作业任务类型和所述农机作业规划路线。
前述***的具体技术细节和技术效果，可参照实施例一直接推导得到，于此不再赘述。
优化的，所述农机终端包括行走车1、装配农具2、通信盒3、电液压控制单元4、导航单元5、农具身份识别器6、农具倾角传感器7、播种监测单元8、流量及压力监测单元9和显示单元，其中，所述装配农具2包括连接臂201和作业部202，所述连接臂201的一端连接所述行走车1，另一端连接所述作业部202；所述通信盒3、所述电液压控制单元4、所述导航单元5和所述显示单元分别安装在所述行走车1上，所述农具身份识别器6和所述农具倾角传感器7分别安装在所述连接臂201上，所述播种监测单元8和所述流量及压力监测单元9分别安装在所述作业部202上；所述通信盒3用于无线通信连接所述服务器，并分别通信连接所述电液压控制单元4、所述导航单元5、所述农具身份识别器6、所述农具倾角传感器7、所述播种监测单元8、所述流量及压力监测单元9和所述显示单元。
如图2和3所示，在所述农机终端的具体结构，所述行走车1用于作为农机设备的行走载体。所述装配农具2用于实现对应的农事作业任务(主要通过所述作业部202)，例如可为用于整地作业的耕地机构、用于播种作业的播种机构、用于打药作业的喷洒机构或用于收获作业的收获机构，等等。所述通信盒3用于作为农机终端的核心部件(需要在农机设备上安装此通信盒3)，一方面与所述服务器进行远程通信，接收作业任务类型和农机作业规划路线，另一方面向服务器上传整地作业数据、播种作业数据、打药作业数据、收获作业数据和作业轨迹数据等。所述电液压控制单元4用于实现农机作业时的各种机械动作，其可采用现有相关机构实现。所述导航单元5用于提供导航服务，其也可以采用现有相关产品实现。所述农具身份识别器6用于记录对应农具的相关信息(例如装配农具类型等)，以便在服务器采集终端信息时，可以获取农机终端的当前装配农具类型等信息，其可采用现有的IC芯片卡实现。所述农具倾角传感器7用于获取连接臂201的倾斜角数据，以便农机终端或服务器根据该倾斜角数据区分当前装配农具是处于作业工况还是处于非作业工况，进而可助于对农机行走轨迹进行区分，分辨出农机的行进路径(即非作业工况时的行走轨迹)和作业路径(即作业工况时的行走轨迹)，进而可避免农机在未来工作中消耗过多时间在区块间的路程上，其可采用现有的陀螺仪产品实现。所述播种监测单元8用于采集获取播种作业数据，其可以采用现有产品实现。所述流量及压力监测单元9用于采集获取打药作业数据，其可以采用现有产品实现。所述显示单元用于输出并展示所述作业任务类型和所述农机作业规划路线等人机交互信息，其可以采用现有的车载显示屏实现。
由此通过前述农机终端的详细结构描述，可以实现农机作业导航、农机作业及农机作业过程中相关作业数据的采集和上传目的，使本发明所提的技术方案更加地清楚和完整。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
最后应说明的是，本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。
Claims (9)
1.一种农机作业路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：
S101.在服务器侧，获取农业地块的地块信息，其中，所述地块信息包含对应农业地块的地块唯一标识、位置坐标、面积大小、边界形状规则程度和农业地形类型，所述农业地形类型包括岗地、洼地、平地和坡地；
S102.在服务器侧，先统计所有待作业的农业地块和所有在线农机终端的终端信息，然后针对同一作业任务类型的农业地块，为农业地块选定装配农机类型与该作业任务类型相匹配的农机终端，最后根据所述地块信息和所述终端信息，为各个选定的农机终端分配待作业的农业地块，其中，所述终端信息包含对应农机终端的终端唯一标识、马力段位和装配农具类型，所述装配农具类型包括整地农具、播种农具、打药农具和收获农具；
根据所述地块信息和所述终端信息，为各个选定的农机终端分配待作业的农业地块，包括：根据所述地块信息和所述终端信息，按照如下规则(a)～(e)的任意组合为各个选定的农机终端分配待作业的农业地块：
(a)所分配农业地块的面积大小与农机终端的马力段位呈正比；
(b)针对同一马力段位的多个农机终端，所分配农业地块的地块间总行进距离的方差值最小；
(c)所分配农业地块的地块间行进距离平均值与农机终端的马力段位呈反比；
(d)所分配农业地块的且与作业任务类型对应的历史平均作业时间与农机终端的马力段位呈反比；
(e)将地块间行进距离短于一定标准的两个农业地块视为同一地理范围，仅分配给同一农机终端；
S103.在服务器侧，按照如下方式之一为农机终端规划作业路径：
(A)先针对分配的所有农业地块，根据地块信息中的面积大小进行从大到小的排序，再针对序列中面积大小近似的多个连续农业地块，根据地块信息中的边界形状规则程度进行从规则到不规则的排序调整，再针对序列中边界形状规则程度近似的多个连续农业地块，根据地块信息中的农业地形类型进行从岗地到洼地或从平地到坡地的排序调整，最后根据农业地块排序结果和地块信息中的位置坐标生成农机作业规划路线，其中，农机作业规划路线的起点为排序首位的农业地块，终点为排序末位的农业地块；
(B)先针对分配的所有农业地块，根据地块信息中的面积大小进行从小到大的排序，再针对序列中面积大小近似的多个连续农业地块，根据地块信息中的边界形状规则程度进行从不规则到规则的排序调整，再针对序列中边界形状规则程度近似的多个连续农业地块，根据地块信息中的农业地形类型进行从洼地到岗地或从坡地到平地的排序调整，最后根据农业地块排序结果和地块信息中的位置坐标生成农机作业规划路线，其中，农机作业规划路线的起点为排序末位的农业地块，终点为排序首位的农业地块；
S104.在服务器侧，将作业任务类型和所述农机作业规划路线推送至农机终端，其中，所述作业任务类型为整地作业、播种作业、打药作业或收获作业；
S105.在农机终端侧，输出并展示所述作业任务类型和所述农机作业规划路线。
2.如权利要求1所述的一种农机作业路径规划方法，其特征在于，若所述作业任务类型为整地作业，则在所述步骤S105之后还包括如下步骤：
S511.在农机终端侧，针对分配的某一农业地块，将在整地作业过程中所采集的整地作业数据上传至服务器；
S512.在服务器侧，根据所述整地作业数据统计获取对应农业地块的本次整地作业的平均耕地深度/和历史整地作业的平均整地时间，然后将该平均耕地深度/和该平均整地时间保存在对应农业地块的地块信息中。
3.如权利要求1所述的一种农机作业路径规划方法，其特征在于，在所述步骤S103中，若作业任务类型为播种作业且所述地块信息还包含前次整地作业时的平均耕地深度，则：
在方式(A)中，先针对序列中面积大小近似的多个连续农业地块，根据地块信息中的平均耕地深度进行从浅到深的排序调整，然后再针对序列中耕地深浅近似的多个连续农业地块，根据地块信息中的边界形状规则程度进行从规则到不规则的排序调整；
或者，在方式(B)中，先针对序列中面积大小近似的多个连续农业地块，根据地块信息中的平均耕地深度进行从深到浅的排序调整，然后再针对序列中耕地深浅近似的多个连续农业地块，根据地块信息中的边界形状规则程度进行从不规则到规则的排序调整。
4.如权利要求1所述的一种农机作业路径规划方法，其特征在于，若所述作业任务类型为播种作业，则在所述步骤S105之后还包括如下步骤：
S521.在农机终端侧，针对分配的某一农业地块，将在播种作业过程中所采集的播种作业数据上传至服务器；
S522.在服务器侧，根据所述播种作业数据统计获取对应农业地块的本次播种作业的平均播种量/和历史播种作业的平均播种时间，然后将该平均播种量/和该平均播种时间保存在对应农业地块的地块信息中。
5.如权利要求1所述的一种农机作业路径规划方法，其特征在于，在所述步骤S103中，若作业任务类型为打药作业且所述地块信息还包含前次播种作业时的平均播种量，则：
在方式(A)中，先针对序列中面积大小近似的多个连续农业地块，根据地块信息中的平均播种量进行从多到少的排序调整，然后再针对序列中播种量近似的多个连续农业地块，根据地块信息中的边界形状规则程度进行从规则到不规则的排序调整；
或者，在方式(B)中，先针对序列中面积大小近似的多个连续农业地块，根据地块信息中的平均播种量进行从少到多的排序调整，然后再针对序列中播种量近似的多个连续农业地块，根据地块信息中的边界形状规则程度进行从不规则到规则的排序调整。
6.如权利要求1所述的一种农机作业路径规划方法，其特征在于，若所述作业任务类型为打药作业，则在所述步骤S105之后还包括如下步骤：
S531.在农机终端侧，针对分配的某一农业地块，将在打药作业过程中所采集的打药作业数据上传至服务器；
S532.在服务器侧，根据所述打药作业数据统计获取对应农业地块的本次打药作业的平均打药量/和历史打药作业的平均播种时间，然后将该平均打药量/和该平均打药时间保存在对应农业地块的地块信息中。
7.如权利要求1所述的一种农机作业路径规划方法，其特征在于，在所述步骤S105中包括有如下步骤：
S500.启动导航***，并根据来自服务器的所述农机作业规划路线进行自动导航。
8.一种实现如权利要求1～7任意一项所述农机作业路径规划方法的***，其特征在于，包括服务器和农机终端，其中，所述服务器包括信息获取单元、地块分配单元、路径规划单元和无线通信单元；
所述信息获取单元，用于获取农业地块的地块信息，其中，所述地块信息包含对应农业地块的地块唯一标识、位置坐标、面积大小、边界形状规则程度和农业地形类型，所述农业地形类型包括岗地、洼地、平地和坡地；
所述地块分配单元，用于先统计所有待作业的农业地块和所有在线农机终端的终端信息，然后针对同一作业任务类型的农业地块，为农业地块选定装配农机类型与该作业任务类型相匹配的农机终端，最后根据所述地块信息和所述终端信息，为各个选定的农机终端分配待作业的农业地块，其中，所述终端信息包含对应农机终端的终端唯一标识、马力段位和装配农具类型，所述装配农具类型包括整地农具、播种农具、打药农具和收获农具；
根据所述地块信息和所述终端信息，为各个选定的农机终端分配待作业的农业地块，包括：根据所述地块信息和所述终端信息，按照如下规则(a)～(e)的任意组合为各个选定的农机终端分配待作业的农业地块：
(a)所分配农业地块的面积大小与农机终端的马力段位呈正比；
(b)针对同一马力段位的多个农机终端，所分配农业地块的地块间总行进距离的方差值最小；
(c)所分配农业地块的地块间行进距离平均值与农机终端的马力段位呈反比；
(d)所分配农业地块的且与作业任务类型对应的历史平均作业时间与农机终端的马力段位呈反比；
(e)将地块间行进距离短于一定标准的两个农业地块视为同一地理范围，仅分配给同一农机终端；
所述路径规划单元，用于按照如下方式之一为农机终端规划作业路径：
(A)先针对分配的所有农业地块，根据地块信息中的面积大小进行从大到小的排序，再针对序列中面积大小近似的多个连续农业地块，根据地块信息中的边界形状规则程度进行从规则到不规则的排序调整，再针对序列中边界形状规则程度近似的多个连续农业地块，根据地块信息中的农业地形类型进行从岗地到洼地或从平地到坡地的排序调整，最后根据农业地块排序结果和地块信息中的位置坐标生成农机作业规划路线，其中，农机作业规划路线的起点为排序首位的农业地块，终点为排序末位的农业地块；
(B)先针对分配的所有农业地块，根据地块信息中的面积大小进行从小到大的排序，再针对序列中面积大小近似的多个连续农业地块，根据地块信息中的边界形状规则程度进行从不规则到规则的排序调整，再针对序列中边界形状规则程度近似的多个连续农业地块，根据地块信息中的农业地形类型进行从洼地到岗地或从坡地到平地的排序调整，最后根据农业地块排序结果和地块信息中的位置坐标生成农机作业规划路线，其中，农机作业规划路线的起点为排序末位的农业地块，终点为排序首位的农业地块；
所述无线通信单元，用于将作业任务类型和所述农机作业规划路线推送至农机终端，其中，所述作业任务类型为整地作业、播种作业、打药作业或收获作业；
所述农机终端无线通信连接所述服务器，用于输出并展示所述作业任务类型和所述农机作业规划路线。
9.如权利要求8所述的一种实现农机作业路径规划方法的***，其特征在于，所述农机终端包括行走车(1)、装配农具(2)、通信盒(3)、电液压控制单元(4)、导航单元(5)、农具身份识别器(6)、农具倾角传感器(7)、播种监测单元(8)、流量及压力监测单元(9)和显示单元，其中，所述装配农具(2)包括连接臂(201)和作业部(202)，所述连接臂(201)的一端连接所述行走车(1)，另一端连接所述作业部(202)；
所述通信盒(3)、所述电液压控制单元(4)、所述导航单元(5)和所述显示单元分别安装在所述行走车(1)上，所述农具身份识别器(6)和所述农具倾角传感器(7)分别安装在所述连接臂(201)上，所述播种监测单元(8)和所述流量及压力监测单元(9)分别安装在所述作业部(202)上；
所述通信盒(3)用于无线通信连接所述服务器，并分别通信连接所述电液压控制单元(4)、所述导航单元(5)、所述农具身份识别器(6)、所述农具倾角传感器(7)、所述播种监测单元(8)、所述流量及压力监测单元(9)和所述显示单元。
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