CN112985401A - 一种headline全路径规划和跟踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种headline全路径规划和跟踪方法，包括以下步骤：步骤(1)：边界采集及确定转弯模式；步骤(2)：确定转弯区域宽度及确定作业方向；步骤(3)：作业区域路径规划以及地头转弯区域收边路径规划,本发明提出的规划方法，能够规划直线作业路径、转弯路径、收边路径，可提高有效作业面积及土地利用率。

Description

一种headline全路径规划和跟踪方法

技术领域

本发明涉及一种headline全路径规划和跟踪方法，适用于拖拉机、插秧机、收割机等农业车辆的全局路径规划及引导控制领域。

背景技术

粮食问题是关乎国计民生是大问题，为确保粮食安全，精准农业及精细农业势在必行。随着高精度导航定位技术的发展和广泛应用，农业机械的自动导航及驾驶技术成为人们研究的热点。传统农业通常靠驾驶员的感官及经验进行耕作，经常出现作业重叠和遗漏，特别是对大面积农田更是如此。且在农忙季节往往需要进行夜间作业，这时仅依靠驾驶员的感官和经验判断就更难控制农机严格按照预定路线完成农艺操作。而精细农业需要根据不同空间位置上的需求量来相应地控制农机在特定行进速度下来进行自动变量施肥、变量喷洒农药等农艺作业，这样仅靠驾驶员的个人经验是很难保证农艺作业的要求，从而影响农业生产。农机的自动导航为精准作业提供了一种有效手段。

自动导航是实施精准作业的基础，同时路径规划是自动导航***的核心，要使导航拖拉机能够完成在给定地块的作业任务，就必须预先规划一个作业参考路径，而且参考路径品质直接影响作业质量。研究基于GIS/GPS导航拖拉机针对各种地块情况的路径规划方法，可推进农业机械的智能化装备，是实现农业机械智能化的有效途径。为实现国家农业机械化和现代化目标，实行节俭和精细方式作业，同时实现农业机械导航的自动化、智能化等。

现有的路径跟踪方法主要有基于模型和模型无关的控制方法，基于运动学模型的控制方法通常要对模型进行小角度等线性化处理及常速假设，不仅引入线性误差，而且速度变化时鲁棒性较差；动力学模型虽然精度高，但计算复杂度大实时性不高，且有些模型参数很难实时获取。模型无关的方法有PID等方法，但参数确定完全依赖技术员经验，参数个数较多时调试难度大，适应性差，不利于农户使用。要确保路径跟踪精度高、作业效果好，简单易使用、适应性较强的控制方法也是实现精细农业的关键技术。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明主要提供一种headline全路径规划和跟踪方法，提高作业效率及土地利用率，降低人力及燃油成本。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种headline全路径规划和跟踪方法，包括以下步骤：

步骤(1)：边界采集及确定转弯模式；

步骤(2)：确定转弯区域宽度及确定作业方向；

步骤(3)：作业区域路径规划以及地头转弯区域收边路径规划。

优选的，所述步骤(1)包括：利用导航定位设备或其他传感器获取边界信息，并对数据进行处理，通过上位机软件输入车辆参数、农具参数信息，并将边界参数发送至路径规划模块，路径规划模块根据车辆转弯半径及作业幅宽信息确定转弯方式。

优选的，所述步骤(2)包括：根据车辆转弯半径、作业幅宽及转弯方式计算应预留的最小转弯区域宽度d。

优选的，所述步骤(2)包括：以原始边界为基础，利用边界缩放算法或线平移算法得到内边界，缩放距离或平移距离为最小转弯区域宽度d。

优选的，确定作业方向以各边界转弯总次数最小为优化目标，求解最佳作业方向θ。

优选的，所述步骤(3)：由内边界信息、最佳作业方向θ、作业幅宽W，通过直线平移算法得作业区域内一系列直线路径，根据平行直线与内边界的交点，得到作业区域内的关键路径点，实现作业区域直线路径规划；在以同一边界上两相邻平行线直线的两个交点分别作为转弯路径的起点和终点，然后根据几何关系来确定转弯模式的关键特征点，完成转弯路径规划。

优选的，转弯模式有半圆形、弓形、梨形、鱼尾形4种模式，具体如下：当转弯半径小于1/2作业幅宽时，确定作业机械在地头转弯区域内的转弯方式为弓形转弯方式；当转弯半径等于1/2作业幅宽时，确定作业机械在地头转弯区域内的转弯方式为半圆形转弯方式；当转弯半径大于1/2作业幅宽时，确定作业机械在地头转弯区域内的转弯方式为梨形转弯方式；当转弯半径小于1/2作业幅宽，且作业机械为倒车模式时，确定作业机械在地头转弯区域内的转弯方式为鱼尾形转弯方式。

优选的，为增加有效作业面积，地头转弯区域内也要进行路径规划，通过外边界内缩1/2作业幅宽可得地头转弯区域内一次路径规划。

优选的，为确保地头转弯区域内作业机械能实现直线导航路径之间的平滑过度，两相交直线需要通过公切圆进行连接，该公切圆半径为作业机械最小转弯半径才能满足最大曲率约束；以两相交直线信息及半径可计算出公切圆圆心、两相交直线与公切圆的切点，至此完成地块的全覆盖最优路径规划；将生成的全覆盖最优规划路径进行存储，并在上位机进行边界及所有规划路径的显示，在实际作业过程中可实时显示作业机械所在位置及当前作业导航线。

优选的，将生成的路径轨迹点、作业机械的实时位置坐标(x,y)、航向、速度信息、车辆参数等发送至路径跟踪模块以实现自动驾驶；根据作业机械实时位置坐标及期望路径信息计算出路径跟踪偏差并发送至上位机进行实时显示。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明提出的规划方法，能够规划直线作业路径、转弯路径、收边路径，可提高有效作业面积及土地利用率；

2、本发明提出的规划方法，以最小转弯数目为优化目标，减少了转弯数目及行驶路径，降低燃油及损耗，节约成本；

3、本发明提出的规划方法，只需输入边界、作业参数、车辆参数等即可完成路径规划，无需进行复杂操作，简单易实现；

4、本发明提出的规划方法，不涉及复杂算术求解运算，运算实时性高，资源消耗低，对硬件性能要求不高，通用性较强；

5、本发明提出的规划方法结合纯追踪路径跟踪方法，可实现全自动无人驾驶，降低人力成本，不受天气及时间限制，可实现无间断全天候连续高精度作业，提高作业效率；

6、本发明提出的规划方法，尤其适应于精准农业无人驾驶控制***。

附图说明

图1为本发明中作业路径规划示意图；

图2为本发明中弓形转弯模式示意图；

图3为本发明中半圆转弯模式示意图；

图4为本发明中梨形转弯模式示意图；

图5为本发明中鱼尾形转弯模式示意图；

图6为本发明中纯追踪算法模型示意图；

图7为本发明中半圆形转弯路径规划示意图；

图8为本发明中梨形转弯路径规划示意图；

图9为本发明中路径规划流程图；

图10为本发明中路径跟踪算法原理图；

图11为本发明中自动驾驶***框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照图1-图11所示，一种headline全路径规划和跟踪方法，包括：

边界采集及确定转弯模式的步骤具体包括：利用导航定位设备或其他传感器获取边界顶点信息，并对数据进行处理；通过上位机软件设置车辆参数、农具参数等信息；根据车辆转弯半径及作业幅宽大小确定转弯模式；

确定转弯区域宽度及确定作业方向的具体包括：根据上述确定的转弯模式以及车辆转弯半径、作业幅宽、携带农具的长度等确定所要预留的最小地头距离，据此可划分出作业区域及地头转弯区域；将原始边界向内平移最小转弯区域宽度d得到内边界，原始边界与内边界之间的部分即为地头转弯区域，内边界以内的部分即为作业区域；

作业区域路径规划以及地头转弯区域收边路径规划具体包括：通过确定优化目标如总行驶路径最短、有效作业面积占比最大、燃油成本最低、各边界转弯数目最小等，确定约束条件并建立关于作业方向角的优化模型，通过求解得到最佳作业方向θ，一般该角度为边界中最长边所对应的方向角；根据内边界、最佳作业方向θ、作业幅宽W等，通过直线平移算法可实现作业区域直线路径规划；根据上述中计算得到的内边界与各直线作业路径的交点，及几何关系来确定转弯模式的关键特征点，完成转弯路径规划；通过外边界内缩1/2作业幅宽可得地头转弯区域直线路径规划，最小转弯区域宽度大于一倍的作业幅宽时，可此基础上再内缩1/2作业幅宽，直至可覆盖地头转弯区域，然后求两相交直线路径公切圆实现轨迹平滑连接；将生成的全覆盖最优规划路径信息进行存储，并在上位机进行显示；以上述规划的路径为目标路径，根据作业机械实时位置坐标(x,y)、航向、速度等信息，通过纯追踪等路径跟踪算法计算出期望前轮转角，将该控制量转换为执行机构控制指令下发给电机，实现驾驶路径跟踪；

在本发明中，根据作业幅宽及最小转弯半径及倒车/前进等信息，主要有半圆形、弓形、梨形、鱼尾形4种模式，具体如下：

(1)当转弯半径小于1/2作业幅宽时，作业机械在地头转弯区域内的转弯方式为弓形转弯方式；

(2)当转弯半径等于1/2作业幅宽时，作业机械在地头转弯区域内的转弯方式为半圆形转弯方式；

(3)当转弯半径大于1/2作业幅宽时，作业机械在地头转弯区域内的转弯方式为梨形转弯方式；

(4)当转弯半径小于1/2作业幅宽，且作业机械为倒车模式时，在地头转弯区域内的转弯方式为鱼尾形转弯方式。

在本发明中，半圆形转弯方式具体为：由半径为作业机械最小转弯半径的1/2圆弧构成，其关键特征点包括起点、终点、圆心，均可通过边界、规划直线路径求得；

在本发明中，弓形转弯方式具体为：由两段半径为作业机械最小转弯半径的圆弧+一段直线构成，形似弓形，其关键特征点包括起点、终点、圆心，直线与圆的交点，均可通过边界、规划直线路径、几何关系等求得；

在本发明中，梨形转弯方式具体为：由三段半径为最小转弯半径的1/2圆弧，形似梨形，其关键特征点包括起点、终点、圆心，圆与圆的交点，均可通过边界、规划直线路径、几何关系等求得；

在本发明中，鱼尾转弯方式具体为：由两段半径为作业机械最小转弯半径的圆弧+一段直线构成，形似鱼尾，该模式主要用于倒车转弯，其关键特征点包括起点、终点、圆心，直线与圆的交点，均可通过边界、规划直线路径、几何关系等求得；

在本发明中，最小转弯区域宽度，可保证作业机械在原始边界内完成调头，并可以最大限度减少转弯区域面积，尽可能保证有效作业面积损失较小，不同转弯模式具有不同的最小转弯区域宽度；

在本发明中，最佳作业方向具体为：通过分析建立以转弯总数目最少、总路径最短、行驶时间最短、燃油成本最低等为优化目标的模型，可求得最佳作业方向；

在本发明中，地头转弯区域路径规划具体为：地头转弯区域路径规划不同于转弯路径规划，转弯路径规划在于规划调头路线，转弯区域路径规划在于规划直线作业路径，提高土地利用率。

请参阅图1-图11所示，本发明提供的一种headline全路径规划和跟踪方法，包括以下步骤：

步骤(1)：边界采集及确定转弯模式，

具体包括：

首先对全局路径进行规划，作业机械的行驶路径轨迹的特点为：除在地头区域的转弯调整外，在作业区域内基本是沿平行直线来往返作业的。因此，对于任意给定的多边形地块，只要确定了作业方向、作业幅宽和转弯模式就可以根据各边界信息来确定地块各边的地头转弯情况和确定地头转弯区域的宽度，从而也可划分出地块的作业区域。因此，一般农田可分为作业区域以及地头转弯区域，如图1所示。对应的路径规划可分为作业区域直线路径规划及地头转弯区域路径规划。

确定转弯模式：通过传感器获取地块边界信息、设置作业参数，包括作业幅宽、作业机械最小转弯半径、倒车/前进模式等，根据作业幅宽及最小转弯半径，规划转弯路径。根据转弯半径和作业幅宽的大小关系，主要有半圆形、弓形、梨形、鱼尾形4种模式，具体如下：

(1)当转弯半径小于1/2作业幅宽时，确定作业机械在地头转弯区域内的转弯方式为弓形转弯方式；如图2所述的弓形转弯方式示意图。

(2)当转弯半径等于1/2作业幅宽时，确定作业机械在地头转弯区域内的转弯方式为半圆形转弯方式；如图3所述的半圆形转弯方式示意图。

(3)当转弯半径大于1/2作业幅宽时，确定作业机械在地头转弯区域内的转弯方式为梨形转弯方式；如图4所述的梨形转弯方式示意图。

(4)当转弯半径小于1/2作业幅宽，且作业机械为倒车模式时，确定作业机械在地头转弯区域内的转弯方式为鱼尾形转弯方式。如图5所述的鱼尾形转弯方式示意图。

步骤(2)：确定转弯区域宽度及确定作业方向；

具体包括：

如图2-5中所述，R为作业机械最小转弯半径，W为作业幅宽，P1、P2、P3、P4为转弯路径的关键特征点。

确定最小地头转弯区域宽度：为使作业拖拉机完整转弯，从而必须在地块区域的边界处分割出足够的转弯区域用来使作业机械调头转弯。如果预留的转弯区域过大，则使得有效作业面积减少，造成土地资源的浪费。因此，为保证顺利转弯也不浪费资源，必须确定最小地头转弯区域。转弯区域的宽度是由最小转弯半径(即选择转弯形式)、作业宽度、作业方向和携带农具长度等决定的。对于不同的转弯形式，都存在一个转弯极点(指转弯中距作业区域边界距离最远点)，可由此来确定地头转弯区域的最小宽度。对于不同转弯形式，其地头转弯区域的最小宽度d不同。

确定最佳作业方向：对于给定的凸多边形田块区域，其直线路径(作业区域)消耗部分几乎不变，总的消耗主要由转弯路径(地头区域)消耗部分决定。作业机械在地头区域内进行转向的过程中，需要经历减速、转向和再加速这一过程，那么它所占用的成本消耗远远要高于直线部分。在地头转弯区域的消耗成本的主要影响因素为转弯方式和转弯数目，在某一特定转弯方式下，转弯数目的增加也必然使转向消耗成本增加，因此，为了提高作业机械作业效率、降低作业成本消耗，减少转弯数目是唯一可取的方法。通过分析凸多边形田块每一条边界上的转弯数目，让作业方向角θ在[0,180°)范围内寻找一个最优θ值，能够保证整个作业过程中的总转弯数目N达到最小，此时θ角所对应的作业方向即为该凸多边形地块的最佳作业方向。一般最长边界方向为最佳作业方向。

步骤(3)：作业区域路径规划以及地头转弯区域收边路径规划；

具体包括：

作业区域路径规划：作业机械在作业区域内一般沿直线进行作业，最小地头转弯区域宽度d确定之后，对于规则多边形地块，根据传感器获取的边界，将该边界内缩距离d后得到一个新边界，为做区分，新边界称为内边界，传感器获取的原始边界作为外边界。根据最佳作业方向θ及作业幅宽W，可生成一系列平行直线，平行直线与内边界的交点即为所需的作业区域轨迹点。根据同一边界上两相邻平行直线的交点可确定转弯方式的关键特征点，从而完成作业区域内直线路径规划及转弯区域的转弯路径规划。

地头转弯区域收边路径规划：

一般作业过程中地头转弯区域不进行耕作，该区域主要用于不同导航线之间的切换和过度。但如果作业机械转弯半径过大、农具较宽时，预留的地头转弯区域过大会导致土地利用率低，因此，为避免土地浪费，达到全覆盖路径规划的目的，须要对地头转弯区域进行作业路径规划。

转弯区域内的直线作业路径通过外边界向内平移1/2作业幅宽获得。而边界交界处由于曲率过大且不连续，实际作业车辆转向极限无法达到要求，需要进行处理，通过寻找两相交边界直线的公切圆可实现作业路径的平滑连接，该公切圆的转弯半径即为作业机械最小转弯半径。值得注意的是，作业机械在实际作业时应从作业区域内的第二条导航线开始作业，避免与地头转弯区域内直线路径重复，造成重复作业。

如图7、图8所示，分别为半圆形转弯路径规划示意图及梨形转弯路径规划示意图，如图中B所示为地块边界，C为作业区域内规划的直线作业路径，D为转弯区域内的作业路径，也可称为收边路径。

在本发明中，路径跟踪方法具体包括：纯跟踪算法在智能车辆路径跟踪控制中的应用已有大量的研究，该算法以车后轴为切点,车辆纵向车身为切线,通过控制前轮转角，使车辆可以沿着一条经过目标路点(goal point)的圆弧行驶，如图6所示，

由公式1可得期望前轮转角δ：

式中，L为前轮轴距，l_d表示车辆当前位置(即后轴位置)到目标路点的距离，即前视距离，α表示目前车身姿态和目标路点的夹角。

每执行一个指令周期后，更新后轴坐标以及前视距离，就可以得到实时的前轮转向角控制量，并转换成指令发送给转向***，由转向***完成转向动作，从而实现路径跟踪。本发明提出的规划方法结合纯追踪路径跟踪方法，可实现全自动无人驾驶，降低人力成本，不受天气及时间限制，可实现无间断全天候连续高精度作业，提高作业效率。

本发明提出的规划方法，能够规划直线作业路径、转弯路径、收边路径，可提高有效作业面积及土地利用率；以最小转弯数目为优化目标，减少了转弯数目及行驶路径，降低燃油及损耗，节约成本；只需输入边界、作业参数、车辆参数等即可完成路径规划，无需进行复杂操作，简单易实现；不涉及复杂算术求解运算，运算实时性高，资源消耗低，对硬件性能要求不高，通用性较强。

以下提供本发明的一具体的实施方式

参照图1-图11所示，一种headline全路径规划和跟踪方法，具体包括：

利用导航定位设备或其他传感器获取边界信息，并对数据进行处理；

通过上位机软件输入车辆参数、农具参数等信息，并将边界等参数发送至路径规划模块；

路径规划模块根据车辆转弯半径及作业幅宽信息确定转弯方式；

根据车辆转弯半径、作业幅宽及转弯方式计算应预留的最小转弯区域宽度d；

以原始边界为基础，利用边界缩放算法或线平移算法得到内边界，缩放距离或平移距离为最小转弯区域宽度d；

以各边界转弯总次数最小为优化目标，求解最佳作业方向θ；

由内边界信息、最佳作业方向θ、作业幅宽W等，通过直线平移算法可得作业区域内一系列直线路径，根据平行直线与内边界的交点，可得到作业区域内的关键路径点，实现作业区域直线路径规划；

在以同一边界上两相邻平行线直线的两个交点分别作为转弯路径的起点和终点，然后根据几何关系来确定转弯模式的关键特征点，完成转弯路径规划；

为增加有效作业面积，地头转弯区域内也要进行路径规划，通过外边界内缩1/2作业幅宽可得地头转弯区域内一次路径规划；

为确保地头转弯区域内作业机械能实现直线导航路径之间的平滑过度，两相交直线需要通过公切圆进行连接，该公切圆半径为作业机械最小转弯半径才能满足最大曲率约束；

为确保地头转弯区域内作业机械能实现直线导航路径之间的平滑过度，两相交直线需要通过公切圆进行连接，该公切圆半径为作业机械最小转弯半径才能满足最大曲率约束，以两相交直线信息及半径可计算出公切圆圆心、两相交直线与公切圆的切点，至此完成地块的全覆盖最优路径规划；

将生成的全覆盖最优规划路径进行存储，并在上位机进行边界及所有规划路径的显示，在实际作业过程中可实时显示作业机械所在位置及当前作业导航线；

将生成的路径轨迹点、作业机械的实时位置坐标(x,y)、航向、速度等信息、车辆参数等发送至路径跟踪模块以实现自动驾驶；

根据作业机械实时位置坐标及期望路径信息计算出路径跟踪偏差并发送至上位机进行实时显示；

利用纯追踪算法计算公式1计算出期望前轮角度，并将该控制量转换为执行机构控制指令下发给电机，实现规划路径的跟踪；

当作业机械行驶到地头时应给出提示信息，并进行自动减速、农具自动提升、自动调头等一系列操作，正常作业完成后提醒收边，完成地头转弯区域作业。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种headline全路径规划和跟踪方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤(1)：边界采集及确定转弯模式；

步骤(2)：确定转弯区域宽度及确定作业方向；

步骤(3)：作业区域路径规划以及地头转弯区域收边路径规划。

2.根据权利要求1所述的一种headline全路径规划和跟踪方法，其特征在于，所述步骤(1)包括：利用导航定位设备或其他传感器获取边界信息，并对数据进行处理，通过上位机软件输入车辆参数、农具参数信息，并将边界参数发送至路径规划模块，路径规划模块根据车辆转弯半径及作业幅宽信息确定转弯方式。

3.根据权利要求2所述的一种headline全路径规划和跟踪方法，其特征在于，所述步骤(2)包括：根据车辆转弯半径、作业幅宽及转弯方式计算应预留的最小转弯区域宽度d。

4.根据权利要求2所述的一种headline全路径规划和跟踪方法，其特征在于，所述步骤(2)包括：以原始边界为基础，利用边界缩放算法或线平移算法得到内边界，缩放距离或平移距离为最小转弯区域宽度d。

5.根据权利要求3或4所述的一种headline全路径规划和跟踪方法，其特征在于，确定作业方向以各边界转弯总次数最小为优化目标，求解最佳作业方向θ。

6.根据权利要求5所述的一种headline全路径规划和跟踪方法，其特征在于，所述步骤(3)：由内边界信息、最佳作业方向θ、作业幅宽W，通过直线平移算法得作业区域内一系列直线路径，根据平行直线与内边界的交点，得到作业区域内的关键路径点，实现作业区域直线路径规划；在以同一边界上两相邻平行线直线的两个交点分别作为转弯路径的起点和终点，然后根据几何关系来确定转弯模式的关键特征点，完成转弯路径规划。

7.根据权利要求6所述的一种headline全路径规划和跟踪方法，其特征在于，转弯模式有半圆形、弓形、梨形、鱼尾形4种模式，具体如下：当转弯半径小于1/2作业幅宽时，确定作业机械在地头转弯区域内的转弯方式为弓形转弯方式；当转弯半径等于1/2作业幅宽时，确定作业机械在地头转弯区域内的转弯方式为半圆形转弯方式；当转弯半径大于1/2作业幅宽时，确定作业机械在地头转弯区域内的转弯方式为梨形转弯方式；当转弯半径小于1/2作业幅宽，且作业机械为倒车模式时，确定作业机械在地头转弯区域内的转弯方式为鱼尾形转弯方式。

8.根据权利要求7所述的一种headline全路径规划和跟踪方法，其特征在于，为增加有效作业面积，地头转弯区域内也要进行路径规划，通过外边界内缩1/2作业幅宽可得地头转弯区域内一次路径规划。

9.根据权利要求8所述的一种headline全路径规划和跟踪方法，其特征在于，为确保地头转弯区域内作业机械能实现直线导航路径之间的平滑过度，两相交直线需要通过公切圆进行连接，该公切圆半径为作业机械最小转弯半径才能满足最大曲率约束，以两相交直线信息及半径可计算出公切圆圆心、两相交直线与公切圆的切点，至此完成地块的全覆盖最优路径规划；将生成的全覆盖最优规划路径进行存储，并在上位机进行边界及所有规划路径的显示，在实际作业过程中可实时显示作业机械所在位置及当前作业导航线。

10.根据权利要求8所述的一种headline全路径规划和跟踪方法，其特征在于，跟踪方法以车后轴为切点,车辆纵向车身为切线,通过控制前轮转角，使车辆可以沿着一条经过目标路点(goalpoint)的圆弧行驶，由公式1可得期望前轮转角δ：

式中，L为前轮轴距，l_d表示车辆当前位置到目标路点的距离，即前视距离，α表示目前车身姿态和目标路点的夹角。

Images