基于改进蚁群算法的农业机器人多田块路径规划方法与试验

摘要

[目的]针对丘陵地区因田块碎片化和障碍物影响农业机器人作业的情况，提出一种基于改进蚁群算法和A~*算法相结合的多田块路径规划方法。[方法]通过无人机构建农田遥感影像，利用栅格法对农田进行环境建模，再进行子区的划分与合并，在蚁群算法中引入区域启发函数，对不同区域内的移动代价作区分，通过人工增加最优路径中的信息素浓度并建立自适应信息素挥发系数，对信息素更新方法进行改进，以此求解作业子区间的最优遍历顺序，利用具有启发式搜索功能的A~*算法进行子区连接路径规划，最终实现多田块路径规划。[结果]MATLAB仿真试验结果表明，在子区数量为40时，采用改进蚁群算法进行规划的平均路径长度比传统的蚁群算法减少了3.19%,平均迭代收敛次数减少了79.5%;在路径遍历仿真试验中，农业机器人遍历路径覆盖率能达到100%,路径重复率为6.48%。利用农田无人机遥感影像和田间作业参数进行自然环境的仿真试验，进一步验证了该方法的有效性。[结论]本研究提出的方法能有效解决丘陵地区农业机器人多田块路径规划问题，可为丘陵地区农业机器人大面积作业提供路径参考与技术支持。

关键词

多田块 / 路径规划 / 改进蚁群算法 / 最优遍历顺序 / 农业机器人

基金资助

云南省重大科技专项(202202AE090021)