[发明专利]一种水产养殖投饵施药船池塘全覆盖作业轨迹规划与高效自主返航续航方法

说明书

本发明公开了一种水产养殖投饵施药船池塘全覆盖作业轨迹规划与高效自主返航续航方法。本发明以船宽、船长的较大值作为基本栅格大小、以作业幅宽作为作业栅格大小，使用优化覆盖范围折返方式遍历栅格地图，遇到死区则采用改进的A*算法脱离死区，完成池塘全覆盖遍历作业路线规划。采用改进的A*算法在返航点和码头之间规划出一条转弯数量少、转弯角度大的最短返航轨迹，在补给后续航时，作业船不直接返回上一返航点，而是根据能量消耗最优策略计算选择最优返航点，生成续航作业轨迹，让作业船续航作业，依次循环，直至全池塘作业完成。本发明能够提高投饵施药船作业效率，减少作业船能量消耗。

技术领域

本发明涉及智能农机技术领域，具体涉及一种水产养殖投饵施药船池塘全覆盖作业轨迹规划与高效自主返航续航方法。

背景技术

水产养殖投饵施药船是具备自主巡航投饵施药的自动化装备，相比于传统人工投饵施药作业方式，作业船能够显著提高作业效率，降低人工劳动强度，提高水产养殖效益。因此越来越多的人开始研究水产养殖作业船，由于池塘常含有障碍物，现阶段常规全覆盖路径规划算法大多以船身大小或作业幅宽作为栅格地图的最小分辨率，栅格太小会导致路径规划计算量大、很难找到全覆盖作业路线；栅格太大会导致障碍物占据较大栅格、投饵施药作业覆盖率低等问题，由于池塘不同区域所需投饵(施药)密度有差异，需要进行全覆盖变量投饵(施药)作业轨迹规划，而传统池塘作业路径规划算法实现较为困难，其规划的遍历路径很难达到预期效果。

同时，随着水产养殖的集约化程度越来越高，规模化养殖的水域面积也较大，作业船一次装载的饵料(药液)不能满足整个养殖池塘水域的需求，因此需要作业船多次返回码头，补充饵料(药液)或充电后续航完成作业，现有作业船全覆盖路径规划方法没有充分考虑到这一点。在每航次作业结束后，系统是否能规划出一条最短可行的返航路径，在补充饵料(药液)或充电后续航轨迹是否高效节能直接决定了作业船工作效能。

发明内容

为解决现有技术的上述问题，本发明设计了一种水产养殖投饵施药船池塘全覆盖作业轨迹规划与高效自主返航续航方法。

本发明的技术方案为：一种水产养殖投饵施药船池塘全覆盖作业轨迹规划与高效自主返航续航方法，所述方法包括如下步骤：

A、采集池塘顶点和障碍物经纬度坐标，将经纬度坐标转换为平面坐标；

B、将遍历覆盖范围和碰撞检测分开，以船体尺寸、安全距离、作业幅宽确定基本栅格大小，以作业幅宽确定作业栅格大小，建立池塘栅格地图，根据各区域所需投饵施药密度，使用优化遍历范围的全覆盖折返遍历方法，生成投饵施药船全覆盖变量作业轨迹；

C、投饵施药船按设定轨迹作业过程中，实时检测水产养殖投饵施药船饵料(药液)、电池电量剩余量，先判断是否已完成全部作业任务，若已完成则需要自动规划最优返航路线，自主返回池塘码头，作业结束；若未完成全部作业，再判断剩余饵料(药液)和电池电量是否不足而需要返回池塘码头进行补给，若充足则正常作业；若不足则需要记录返航点，自动规划最优返航路线，自主返回码头，进行相应补给；

D、作业船补给完成后自动规划最优续航路线及作业轨迹，继续进行投饵施药作业，跳转到步骤C。

进一步，所述步骤B中，以船体尺寸、安全距离、作业幅宽确定基本栅格大小，以作业幅宽确定作业栅格大小，其方法包括以下步骤：

步骤S21：先以船长、船宽的较大值d₁作为基本栅格边长；

步骤S22：计算作业幅宽w和d₁比值，并取向下取整后的值为a，判断如果a为奇数，作业栅格和基本栅格边长比值b＝a；如果a为偶数，作业栅格和基本栅格边长比值b＝a-1；接着结合安全距离调整基本栅格边长为d＝w/b。

进一步，所述步骤B中，使用优化遍历范围的全覆盖折返遍历方法，其方法包括以下步骤：