本发明涉及一种收边规划方法，具体涉及一种用于自动驾驶农机作业路径规划的收边规划方法。
背景技术：
我国地域辽阔，农田的存在形式多种多样，既有集中、规则的大田，也有分布零散的小田。农机在田间作业时，根据作业需求，需要在地头进行转弯或掉头，而农机在农具处于下降即农具入土的情况下进行转弯或掉头，将增加转弯半径，增加发动机的负荷，且容易造成农具的损坏。因此，农机在实际作业转弯中，被要求提升起农具，这种情况又会造成地头漏耕。农机转弯时因为转弯半径的存在，地头会有一部分农田“耕不到”。因此，自动驾驶农机在田间作业时，需要根据田块形状以及耕作任务，进行合理的路径规划，在保证田间作业高覆盖率的同时，减少农机空驶行程，从而使能源和土地的利用率最大化。
农机在进行作业路径规划时，若只平行于一条长边设计作业行，会导致位于农田边界附近的地头漏耕，此时需要进行耕地头，即收边作业。收边作业即农机在进入农田进行作业前或者农机将农田中的长边耕完后，把地头、地边连接起来，沿着农田边界转圈翻耕，在转角处抬起农具转弯。现有的自动驾驶设备中大多数不包含收边规划或只包含有限的收边规划，难以保证自动驾驶农机田间作业的完整性，往往会存在地头作业空缺的情况。
技术实现要素：
为解决上述背景技术中提出的问题，本发明提出了一种用于自动驾驶农机作业路径规划的收边规划方法，可用于自动驾驶农机的收边作业，减少了地头、地角不易耕到的地块。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
用于自动驾驶农机作业路径规划的收边规划方法，具体步骤如下：
步骤1、初始化农田模型，获取农田边界数据、农田入口位置、农田出口位置；
步骤2、根据农田模型中的农田边界数据，对农田模型进行分类；
步骤3、根据农田模型中的农田边界数据以及农田类型，确定农机在田间作业的主轴方向，对农田边界进行分割，将农田分割为作业区和待转区；
步骤4、在作业区内进行全覆盖作业路径规划，返回作业区内全覆盖作业路径的开始位置和结束位置；
步骤5、根据步骤3中的分割结果匹配收边模式，在待转区内进行收边路径规划设计。
步骤1中所述的农田模型包括农田边界数据、入口位置、出口位置。农田边界可以用多边形来描述，实际农田中的拐点位置对应于多边形上的点。
步骤1中所述的农田入口位置即农机从农田驶入农田的位置，一般位于农田内部且与机耕道或田间道路相连。
步骤1中所述的农田出口位置即农机完成全部作业任务，离开农田的位置，一般位于农田内部且与机耕道或田间道路相连。
步骤2中所述的农田分类，即根据农田边界的形状，对农田进行评估，采用的评估标准包含农田矩形度，按照此标准，将农田分为标准农田和非标准农田。
步骤2中农田模型中的农田边界轮廓为凸多边形。
步骤3中所述的主轴方向即为农机在作业区行驶的主要方向，根据步骤1输入的农田模型，可以用启发式搜索的方法获取作业区行驶的最优主轴方向，方向的所在的范围为【0，∏】，通过启发式搜索方法，由于搜索的代价函数并不是线性的，所以需要计算全范围内的代价，最终计算结果的分辨率应小于5°，代价函数的计算方法为：
若作业区路径规划的起点为sp（位于农田内），直线lv垂直于待选主轴方向且过sp。lv于农田边界至少存在两个交点，最左的交点为zp，最右的交点为yp,两点距离为fw，cost_t为地头转弯消耗，cost_t<0。从yp出发，每隔一个行距（由用户指定）在lv上插入一个点（xi，yi），每过一个点都生成一条与待选主轴平行的作业行，作业行的长度为lli,cost_w即作业价值，一般为正值。
搜索过程如下：
1、分别计算0°，30°，60°，120°，150°6个方向的成本。
2、选择3个最优的方向放入待选队列，其他的删除。
3、搜索方向角度步长减半。
4、在三个最佳方向的两侧分别添加两个新的搜索方向，并计算新增方向的成本。
5、重复步第2步和第3步，直到分辨率≤5°。
从三个最佳方向中选择一个最佳的方向作为主轴方向。
步骤3中所述的对农田边界进行分割，即根据步骤2的分割结果，将农田边界分割为作业区和待转区。提供a、b两种分割方案，在方案a中，将农田分割为
步骤4中所述全覆盖作业路径规划采用全局路径规划算法，即采用线扫描的方式在作业区内进行全覆盖路径规划；先收边后执行作业区作业时，收边路径规划的起点为农田入口位置，收边路径规划的终点为作业区规划的开始位置；先进行作业区规划再收边时，收边路径的起点为作业区规划的结束位置，收边路径的终点为农田出口位置。
步骤5中的收边模式包括具有两个待转区的农田配置折返式收边模式，具有一个连续的待转区的配置环绕式收边模式。
步骤5中的折返式收边模式一般工作在右两个待转区的情况下，折返式收边模式可以最大程度的减少公共边即位于作业区且平行于主轴，在实际作业过程中属于重复作业的行驶。在折返式收边模式下，收边规划的方式为分别在两个待转区进行线扫描，线扫描的基线为所在待转区的短边，两个待转区的路径用公共边连接。
步骤5中的环绕式收边模式可应用于非常规农田，在这种农田中，农机可能在每一条边界上转弯，因此，需要农机沿着农田边界绕圈行驶，才能完全覆盖所有的待转区。不同于作业区规划和折返式收边规划的线扫描，这里全覆盖规划采用折线扫描的方式，扫描的基线为沿着边界方向的折线。
在步骤5中，完成环绕式或折返式规划后，需要对路径中的拐点进行平滑，本申请提出了一种拐点平滑策略，对上述步骤中生成的路径节点进行处理，提供了节点之间的行驶方法，使得收边路径具备可执行性。
所述拐点平滑策略的具体步骤如下：
1、将路径点集合中的第1个节点设置为start，第1 1个节点设置为node，第1 2个节点设置为end；
2、计算start与node的航向差；
3.1、若start与node的航向差小于90°，设置test节点，使其等于node，删除node。行驶一段直线路径后用图4所示的方法进行转向并对转向中的弧线进行离散，每隔5°取一个弧线上的点，插入start后，将转向后最后一个节点设置为node。其中初始路径与转向后的路径方向角a小于90°；
3.2、若start与node的航向差大于90°，设置test节点，使其等于node，删除node。行驶一段直线路径后用组合转向方法进行转向对弧线进行离散，每隔5°去一个弧线上的点，插入start后，将转向后最后一个节点设置为node；
3.3、若start与node的航向差等于0°，不执行任何操作,跳转到5；
4、判断node是否在test与end的位置关系。若node在test与end之间，跳转到5；若node在test与end反向延长线上，返回错误；若node在test与end的延长线线，沿着向量（node,end)建立一条长度等于node和end距离加一米的倒车路线，将倒车路线的起始点与终点插入node节点后，将倒车路线的终点设置为node节点，跳转到5；
5、将node设置为start,end设置为node，end前进一位；
6、重复2、3、4、5,直到遍历完所有的节点；
上述步骤3.2中所述的组合转向方法具体步骤为：
1、从start出发，先转到中继end节点，会生成两条圆弧路径,分别为以o为圆心的弧线l1和以o’为圆心的弧线l2,农机沿着这两条路径分别到达end和end1的时候，方向都跟目标路径ab的方向一致，按照最小消耗原则，只保留转角较小的那条路径。每隔5°取弧线上一个点，插入start后，弧线上最后一个点称为中继end，中继end与node、end所在的直线的垂足为foot；
2、判断foot与node和end的位置关系，若foot位于node、end之间，跳转到3;若foot位于node与end的反向延长线上返回错误;若foot为与node与end的延长线上，将中继end设置为node；
3、使中继end逼近node、end所在的直线，分别对以o1为圆心和以o2为圆心的两端弧线进行离散，每隔5°取一个点，依次插入到start点之后将两段弧线上的最后一个点设置为node；
经过上述步骤，即可完成路点序列中的拐点平滑。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1.本发明的输出结果可以为自动驾驶农机提供全程自动化行驶路径，其结果中包含每一个直线行驶的路段的开始位置、结束位置，转弯的路段的开始位置、结束位置，转弯角度，倒车的路段的开始位置、结束位置，有效的提高了农机在田间作业时的精准化程度。
2.本发明实现了农田数据的数字化，在实施过程中可采用高精度的dgps获取农田边界上每一个位置的高精度坐标信息。
3.本发明对农田模型进行分析，并提供判断标准对农田进行分类，对农田边界进行分割，将农田分割为作业区和待转区，作业区和待转区进行全覆盖的路径规划，提高了自动驾驶农机在田间作业时的覆盖面积。
附图说明
图1是本发明所述的规划方法的流程图；
图2是本发明所述的规划方法的作业区划分示意图；
图3是本发明所述的规划方法的收边模式示意图；
图4是本发明所述的规划方法的一种转弯方法示意图；
图5是本发明所述的规划方法的第二种转弯方法示意图；
图6是本发明所述的规划方法的第三种转弯方法示意图。
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。
根据图1-6，本发明提供一种技术方案：
用于自动驾驶农机作业路径规划的收边规划方法，具体步骤如下：
步骤1、初始化农田模型，获取农田边界数据、农田入口位置、农田出口位置；所述的农田模型包括农田边界数据，入口位置、出口位置。其中农田边界数据可以兼容多种获取方式，可以从符合要求的数据中提取出农田边界数据中的拐点坐标，将农田抽象成2d平面上的多边形。例如，可以采用高精度的低空无人机遥感影像获取农田边界数据，并在上边标注出农田的入口位置和出口位置。入口位置为路径规划的起点，出口位置为路径规划的终点。由于农田这种有边界限制的半封闭区性质，从机耕道/田间道路行驶到农田中往往只有一个通道，若将路径规划的起点或终点设置在离入口较远的地方，将会导致农机空驶行程加长，油耗增加，出入口位置则对路径规划的起始点、终止点位置进行约束，若该项属性为空，则按照默认值进行规划。农田入口位置即农机从农田驶入农田的位置，一般位于农田内部且与机耕道或田间道路相连。农田出口位置即农机完成全部作业任务，离开农田的位置，一般位于农田内部且与机耕道或田间道路相连。
步骤2、根据农田模型中的农田边界数据，对农田模型进行分类；农田模型中的农田边界轮廓为凸多边形。根据我国地形特点，将农田分为两类，一类是接近于矩形的标准农田，一类是边界呈不规则形状的非标准农田。判别标准农田和非标准农田的标准为农田轮廓的矩形度。矩形度的计算如下：
其中sreal为农田轮廓实际面积，smbr为最小边界矩形的面积。mbr为r树数据标准索引，可采用旋转卡尺的方法获取。矩形度：rectangularity的值域为[0,1]。矩形度大于临界值的为标准农田，矩形度小于临界值的为非标准农田。临界值根据实际实验结果确定。
步骤3、根据农田模型中的农田边界数据以及农田类型，确定作业区内作业的主轴方向，对农田边界进行分割，将农田分割为作业区和待转区。在工作区进行全覆盖作业路径规划，此时农机转弯主要在待转区进行，由此也造成待转区漏耕。完成作业区的规划后，再在待转区进行收边路径规划，可以提高田间作业的整体覆盖面积。采用启发式搜索方法搜索一条最优的主轴，使得作业区内的全覆盖路径规划得到的路径拥有最大覆盖面积和最小消耗。由于农具宽幅一定，覆盖面积与作业行的总长度成正比；农机在转弯时，往往需要提升农具，农机处于空驶状态，转弯次数越多，消耗越大。因此，需要选择一最优主轴，以满足上述要求。
主轴方向的范围为[0,1]，通过启发式搜索方法，由于搜索的代价函数并不是线性的，所以需要计算全范围内的代价，最终计算结果的分辨率应小于5°，代价函数的计算方法为：
若作业区路径规划的起点为sp（位于农田内），lv垂直于待选主轴方向，且过sp,lv于农田边界至少存在两个交点，最左的交点为zp，最右的交点为yp,两点距离为fw，cost_t为地头转弯消耗，cost_t<0。从yp出发，每隔一个行距（行距由用户指定）在lv上插入一个点，每过一个点都生成一条与待选主轴平行的作业行，作业行的长度为lli,cost_w即作业价值，一般为正值。
启发式搜索方法搜索过程如下：
①、分别计算0°，30°，60°，120°，150°6个方向的成本；
②、选择3个最优的方向放入待选队列，其他的删除；
③、搜索方向角度步长减半；
④、在三个最佳方向的两侧分别添加两个新的搜索方向，并计算新增方向的成本；
⑤、重复步第2步和第3步，直到分辨率≤5°；
⑥、从三个最佳方向中选择一个最佳的方向作为主轴方向。
步骤3中所述的分割方法，如图1中的方案a所示，按照标准农田的主轴选择法则可以选择所在直线的方向作为主轴方向。
如图2所示的实施例中，提供了a、b两种分割方案，在方案a中，将农田分割为
步骤4、在作业区内设计全覆盖作业路径，返回作业区内全覆盖作业路径的开始位置和结束位置；作业区的全覆盖作业路径规划，在实施的过程中，可选用线扫描的方式进行全覆盖作业规划。当农机在执行耕整地作业、播种作业时，需要先进行作业区的作业再进行待转区的作业。所以，收边规划的开始位置为作业区作业的终点，收边规划的结束位置为农田的出口位置；当农机在执行收割作业时，收边规划的起点位置为农田的入口位置，收边规划的终点位置为农田的出口位置。
步骤5、根据步骤3中的分割结果匹配收边模式，进行收边路径规划设计,步骤5中的收边模式包括具有两个待转区的农田配置折返式收边模式，具有一个连续的待转区的配置环绕式收边模式。折返式收边模式一般工作在右两个待转区的情况下，折返式收边模式可以最大程度的减少公共边即位于作业区且平行于主轴，在实际作业过程中属于重复作业的行驶。在折返式收边模式下，收边规划的方式为分别在两个待转区进行线扫描，线扫描的基线为所在待转区的短边，两个待转区的路径用公共边连接。环绕式收边模式可应用于非常规农田，在这种农田中，农机可能在每一条边界上转弯，因此，需要农机沿着农田边界绕圈行驶，才能完全覆盖所有的待转区。不同于作业区规划和折返式收边规划的线扫描，这里全覆盖规划采用折线扫描的方式，扫描的基线为沿着边界方向的折线。完成环绕式或折返式规划后，需要对路径中的拐点进行平滑，本申请提出了一种拐点平滑策略，对上述步骤中生成的路径节点进行处理，提供了节点之间的行驶方法，使得收边路径具备可执行性。
以折返式为例，实施本发明所述的用于自动驾驶农机作业路径规划的收边规划策略，具体实现方法如下：
如图3方案a中所示，折返式收边规划策略需要分别用线扫描的方式对两个待转区进行全覆盖规划。然后用一条过度线连接两个待转区，如图3中的方案a所示，过渡线dl为p0p1。实际工作时，需要将p0p1向指向农田中心的方向平移二分一个行宽，行宽由用户指定。
若先执行作业区作业再收边。将作业区作业结束位置附近的待转区作为t1，另一个待转区为t2。对t１区和ｔ2区的直线自内向外编码，依次设置为路段一、路段二、路段三……，并依次放入路段队列中。
若先执行作业区作业再收边。将农田入口位置附件的待转区作为t1，另一个待转区作为t2。对t1区和t2区的直线自外向内编码，依次设置为路段一、路段二、路段三……，并依次放入路段队列中。
dl的起点为t1区全覆盖规划的终点在dl上的垂足，dl的终点为t2区全覆盖规划的起点在dl上的垂足。
折返式收边算法处理过程：
第一步、创建路径点集合e；
第二步、将收边规划开始位置设置为road节点，并放入e中；
第三步、沿着当前road节点的方向出发于t1区的直线一相交于p点，将p点设置为road节点，将road节点放入e中；
第四步、将路段一上距离p点较远的端点设置为road节点，将road节点放入e中；
第五步、以当前road节点于当前路段两个端点的距离远近为评估标准，根据先近后远原则，先后将下一条路点中的端点设置为road节点，并放入e中；
第六步、重复第五步，直到到达最后一条路段，将距离当前road节点较近的端点设置为road节点，放入e中；
第七步，将过度线的起点和终点依次设置为road节点，放入e中，转向t2区准备进行t2区的遍历；
第八步，重复步骤5，直到完成t2区所有路段的遍历。
第九步、结束遍历，e中的road节点集合，即收边路径的节点集合。
步骤5中，以环绕式为例，实施本发明所述的用于自动规驾驶农机作业路径规划的收边规划策略，具体实现方法如下：
如图3方案b中所示，农田内存在一个待转区。若先执行作业区作业再收边，从作业区边界开始沿着该边界的平行的方向建立环线（与主轴平行的边上，多条环线共用一条路经）环线依次以p1’p2’、p2’p3’、p3’p4’、p4’p0’、p0’p1、为基线，且分别于每一条基线平行，朝着远离作业区的方向扩展，其中p0’p1’为公共边，实际工作时向指向农田中心的方向平移二分之一个行宽。相邻的两条环线之间的距离为一个行宽，行宽由用户输入。当环线距离农田边界的距离小于一个行宽时，扩展停止。最靠近作业区域的环线被称为一环，向外依次被称为二环、三环……。
若先收边再执行作业区作业，则从农田边界开始沿着该边界的平行的方向建立环线（与主轴平行的边上，多条环线共用一条路径）环线依次以p1p2,p2p3,p3p4,p4p0,p0p1为基线，朝着靠近作业区的方向扩展，其中p0p1为公共边，实际工作时向指向农田中心的方向平移二分之一个行宽。相邻的两条环线之间的距离为一个行宽，行宽由用户输入。当环线距离作业区边界的距离小于一个行宽时，扩展停止。最靠近农田边界的环线设置为一环，向内依次被设置为二环，三环……。
收边路径中的路径点被称为road节点。
先收边再执行作业区作业时，最外侧环线的终点为收边规划结束位置与该条环线的垂足。
先执行作业区作业再收边时，最外侧环线的终点为农田出口位置于该条环线的垂足。
环绕式收边算法处理过程：
第一步、创建收边路径路点集合e；
第二步，将收边规划的开始位置设为road节点，并放入e中；
第三步，沿着当前road节点的方向出发，与一环相交于p点，将p点坐标设置为road节点，放入e中；
第四步、计算出口位置与每一条环线的垂足，称为当前环线的终点；
第五步、计算从road节点沿着环线到达当前环线终点的距离，将绕行距离较长的路线的方向设为绕行方向；
第六步，沿环线绕行，将沿途环线上的折点按先后到达的顺序依次设为road节点，放入e中。将当前环线终点设为road节点，放入e中；
第七步，进入下一条环线，沿着与上一条绕行路线相同的方向绕行，重复第六步操作；
第八步、重复第七步操作，直至完成所有环线的遍历；
第九步，结束遍历，e中的road节点集合，即收边路径的节点集合。
步骤5中的拐点平滑策略，其目的为平滑路径中出现的转角。农机为前转向后驱动的阿克曼转向结构，无法实现原地转弯，再农机转弯过程中，存在着转弯半径。上述方案中实现的全局路径，实际上是一系列路点集合e，拐点平滑策略，就是为了用前进直线、倒车直线于弧线相结合的综合路径，使得散点的微分特性连续。基于二次、三次样条线的拟合与插值，容易出现龙格效应。本申请提出的模型匹配的方式，用与直线端点相切的圆弧来衔接各个路点，更加安全可靠。
路点航向：以路点i为向量v开始位置，路点i 1为向量v结束位置，向量v在空间中的方位角
航向差：从一个路点开始，沿着一个航向（顺时针/逆时针）旋转到另一个航向所经过的角度。
拐点平滑策略的具体实施方式如下：
1、将路径点集合中的第1个节点设置为start，第1 1个节点设置为node，第1 2个节点设置为end；
2、计算start与node的航向差；
3.1、若start与node的航向差小于90°，设置test节点，使其等于node，删除node。行驶一段直线路径后用图4所示的方法进行转向并对转向中的弧线进行离散，每隔5°取一个弧线上的点，插入start后，将转向后最后一个节点设置为node。其中初始路径与转向后的路径方向角a小于90°；
3.2、若start与node的航向差大于90°，设置test节点，使其等于node，删除node。行驶一段直线路径后用组合转向方法进行转向对弧线进行离散，每隔5°去一个弧线上的点，插入start后，将转向后最后一个节点设置为node；
3.3、若start与node的航向差等于0°，不执行任何操作,跳转到5；
4、判断node是否在test与end的位置关系。若node在test与end之间，跳转到5；若node在test与end反向延长线上，返回错误；若node在test与end的延长线线，沿着向量（node,end)建立一条长度等于node和end距离加一米的倒车路线，将倒车路线的起始点与终点插入node节点后，将倒车路线的终点设置为node节点，跳转到5；
5、将node设置为start,end设置为node，end前进一位；
6、重复2、3、4、5,直到遍历完所有的节点；
上述步骤3.2中所述的组合转向具体实施方式为：
第一步、从start出发，先按照图5所示的方法转到中继end节点，按照这种方式，会生成两条圆弧路径,分别为以o为圆心的弧线l1和以o’为圆心的弧线l2,农机沿着这两条路径分别到达end和end1的时候。方向都跟目标路径ab的方向一致，按照最小消耗原则，只保留转角较小的那条路径。每隔5°取弧线上一个点，插入start后，弧线上最后一个点称为中继end，中继end与node、end所在的直线的垂足为foot；
第二步、判断foot与node和end的位置关系，若foot位于node、end之间，跳转到3;若foot位于node与end的反向延长线上返回错误;若foot为与node与end的延长线上，将中继end设置为node；
第三步、利用图片6所示的方法，使中继end逼近node、end所在的直线，分别对以o1为圆心和以o2为圆心的两端弧线进行离散，每隔5°取一个点，依次插入到start点之后将两段弧线上的最后一个点设置为node。
经过上述步骤，即可完成路点序列中的拐点平滑。
本申请提供了一种用于自动驾驶农机作业路径规划的收边规划方法，该方法的输出结果可以为自动驾驶农机提供全程自动化行驶路径，其结果中包含每一个直线行驶的路段的开始位置、结束位置，转弯的路段的开始位置、结束位置，转弯角度，倒车的路段的开始位置、结束位置。相对于有人驾驶时的经验预估，该方法可以有效的提高农机在田间作业时的精准化程度。
本申请的步骤1中，实现了农田数据的数字化，在实施过程中可采用高精度的dgps获取农田边界上每一个位置的高精度坐标信息。
本申请的步骤2中，对农田模型进行分析，并提供判断标准对农田进行分类，步骤3中则根据步骤2的结束对农田边界进行分割，将农田分割为作业区和待转区，步骤4和步骤5分别在作业区和待转区进行全覆盖的路径规划，可提高自动驾驶农机在田间作业时的覆盖面积。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
1.用于自动驾驶农机作业路径规划的收边规划方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤1、初始化农田模型，获取农田边界数据、农田入口位置、农田出口位置；
步骤2、根据农田模型中的农田边界数据，对农田模型进行分类；
步骤3、根据农田模型中的农田边界数据以及农田类型，确定农机在田间作业的主轴方向，对农田边界进行分割，将农田分割为作业区和待转区；
步骤4、在作业区内进行全覆盖作业路径规划，返回作业区内全覆盖作业路径的开始位置和结束位置；
步骤5、根据步骤3中的分割结果匹配收边模式，在待转区内进行收边路径规划设计。
2.根据权利要求1所述的用于自动驾驶农机作业路径规划的收边规划方法，其特征在于：步骤1中所述的农田模型包括农田边界数据、入口位置、出口位置；农田边界可以用多边形来描述，实际农田中的拐点位置对应于多边形上的点。
3.根据权利要求1所述的用于自动驾驶农机作业路径规划的收边规划方法，其特征在于：步骤2中所述农田分类，即根据农田边界的形状，对农田进行评估，采用的评估标准包含农田矩形度，按照此标准，将农田分为标准农田和非标准农田。
4.根据权利要求1所述的用于自动驾驶农机作业路径规划的收边规划方法，其特征在于：步骤2中农田模型中的农田边界轮廓为凸多边形。
5.根据权利要求1所述的用于自动驾驶农机作业路径规划的收边规划方法，其特征在于：步骤3中所述的主轴方向即为农机在作业区行驶的主要方向，根据步骤1输入的农田模型，可用启发式搜索的方法获取作业区行驶的最优主轴方向，方向的所在的范围为[0,∏]，通过启发式搜索方法，计算全范围内的代价，最终计算结果的分辨率应小于5°，代价函数的计算方法为：
若作业区路径规划的起点为sp，直线lv垂直于待选主轴方向且过sp,lv于农田边界至少存在两个交点，最左的交点为zp，最右的交点为yp,两点距离为fw，cost_t为地头转弯消耗，cost_t<0,从yp出发，每隔一个行距,此行距由用户指定，在lv上插入一个点
启发式搜索方法搜索过程如下：
（一）、分别计算0°，30°，60°，120°，150°6个方向的成本；
（二）、选择3个最优的方向放入待选队列，其他的删除；
（三）、搜索方向角度步长减半；
（四）、在三个最佳方向的两侧分别添加两个新的搜索方向，并计算新增方向的成本；
（五）、重复步第2步和第3步，直到分辨率≤5°；
（六）、从三个最佳方向中选择一个最佳的方向作为主轴方向。
6.根据权利要求1所述的用于自动驾驶农机作业路径规划的收边规划方法，其特征在于：步骤3中所述的对农田边界进行分割，即根据步骤2的分割结果，将农田边界分割为作业区和待转区，包括a、b两种分割方案，在方案a中，将农田分割为
7.根据权利要求1所述的用于自动驾驶农机作业路径规划的收边规划方法，其特征在于：步骤4中所述全覆盖作业路径规划采用全局路径规划算法，即采用线扫描的方式在作业区内进行全覆盖路径规划；先收边后执行作业区作业时，收边路径规划的起点为农田入口位置，收边路径规划的终点为作业区规划的开始位置；先进行作业区规划再收边时，收边路径的起点为作业区规划的结束位置，收边路径的终点为农田出口位置。
8.根据权利要求1所述的用于自动驾驶农机作业路径规划的收边规划方法，其特征在于：步骤5中的收边模式包括具有两个待转区的农田配置折返式收边模式，和具有一个连续的待转区的配置环绕式收边模式。
9.根据权利要求1所述的用于自动驾驶农机作业路径规划的收边规划方法，其特征在于：在步骤5中，完成收边路径规划设计后，需要对路径中的拐点进行平滑，采用拐点平滑策略，对上述步骤中生成的路径节点进行处理。
10.根据权利要求9所述的用于自动驾驶农机作业路径规划的收边规划方法，其特征在于：所述拐点平滑策略的具体步骤如下：
一、将路径点集合中的第1个节点设置为start，第1 1个节点设置为node，第1 2个节点设置为end；
二、计算start与node的航向差；
三①、若start与node的航向差小于90°，设置test节点，使其等于node，删除node，行驶一段直线路径后用图4所示的方法进行转向并对转向中的弧线进行离散，每隔5°取一个弧线上的点，插入start后，将转向后最后一个节点设置为node，其中初始路径与转向后的路径方向角a小于90°；
三②、若start与node的航向差大于90°，设置test节点，使其等于node，删除node，行驶一段直线路径后用组合转向方法进行转向对弧线进行离散，每隔5°去一个弧线上的点，插入start后，将转向后最后一个节点设置为node；
三③、若start与node的航向差等于0°，不执行任何操作,跳转到5；
四、判断node是否在test与end的位置关系，若node在test与end之间，跳转到5；若node在test与end反向延长线上，返回错误；若node在test与end的延长线线，沿着向量（node,end)建立一条长度等于node和end距离加一米的倒车路线，将倒车路线的起始点与终点插入node节点后，将倒车路线的终点设置为node节点，跳转到5；
五、将node设置为start,end设置为node，end前进一位；
六、重复上述步骤二、三、四、五,直到遍历完所有的节点；
上述步骤三②中所述的组合转向方法具体步骤为：
经过上述步骤，即可完成路点序列中的拐点平滑。
技术总结