一种多区段农机机具的工作速率控制方法、系统和农机与流程

本发明属于农机控制，特别涉及一种多区段农机机具的工作速率控制方法、系统和农机。

背景技术：

1、农业自动控制技术是指通过传感器、物联网、人工智能、机械自动化等技术手段，对农业生产过程中的环境、作物生长、设备运行等要素进行实时监测、数据处理和自动调控，以实现精准化、高效化、智能化生产的技术体系。农业自动控制技术可应用在农业生产的各个环节中，例如种植、施肥、喷药、灌溉等，通过自动控制可减少人工干预、提升生产效率、优化资源利用(水、肥、药等)、提高作物产量与品质和降低农业生产对环境的负面影响等；其中，农业处方图是农业自动控制技术从“数据感知”到“智能执行”的关键纽带，处方图能够通过空间数据(例如土壤类型、作业生长情况、气候条件等)来为农田管理提供精准农业决策，其目标是根据每个地块的实际情况(例如土壤的肥力、湿度、酸碱度等)来量化不同区域的作物管理需求，从而实现定制化的种植和资源应用，广泛应用于变量施肥、灌溉和种植密度等方面。

2、为了便于农业作业，多区段农机机具应运而生，多区段农机机具是指将传统整体式农机具划分为多个独立可控的作业区段，每个区段可根据农田环境、作物需求或处方图指令实现差异化作业的农业装备，例如多区段施肥机可分为五个独立施肥单元，每个单元对应不同的施肥量控制。然而，现有农机工作速率的控制方法主要针对整体式农机机具，并无专门为多区段农机机具设计的工作速率控制方法，导致多区段农机机具的优势无法充分发挥。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明公开了一种多区段农机机具的工作速率控制方法、系统和农机，以克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明一方面公开了一种多区段农机机具的工作速率控制方法，所述工作速率控制方法包括如下步骤：

4、步骤01，获取待作业区域的处方图数据及用户设置参数；其中，所述处方图数据包括作业边界和处方图；

5、步骤02，根据农机参数和农机实时信息，确定当前时刻农机机具的各区段中心点与所述作业边界和所述处方图的空间位置关系，并根据所述空间位置关系、所述处方图和所述用户设置参数确定农机机具各区段下一时刻的工作速率值；和，

6、步骤03，将所述农机机具各区段下一时刻的工作速率值下发至所述农机机具。

7、进一步地，所述根据农机参数和农机实时信息，确定当前时刻农机机具的各区段中心点与所述作业边界和所述处方图的空间位置关系包括：

8、步骤21，根据所述农机参数，计算出所述农机机具的各区段中心到农机中轴的距离lk；其中，k为农机机具各区段的标号；

9、步骤22，根据所述农机机具的各区段中心到农机中轴的距离lk和所述农机实时信息，计算出所述农机机具的各区段中心点的实时位置pk；

10、步骤23，根据所述农机机具的响应时间t和所述农机机具的实时速度v，将在农机机具各区段的响应时间内产生的位移叠加于所述实时位置pk，得到所述农机机具各区段中心点的校正位置pkt；和，

11、步骤24，将所述校正位置pkt与所述工作边界和所述处方图进行对比，确定当前时刻农机机具的各区段中心点与所述作业边界和所述处方图的空间位置关系。

12、进一步地，所述步骤22的执行包括：

13、当农机机头的航向角与农机机具的航向角相同时，所述农机机具各区段中心的实时位置pk由如下公式计算得到：

14、

15、其中，x和y表示农机天线的坐标；α表示农机机头的航向角；xk和yk表示农机机具标号k区段中心点的坐标位置；l0表示农机天线到农机中轴的距离；l1表示农机天线在农机中轴上的投影与农机机头挂载点的距离；l2表示农机机具的中心到农机机头挂载点的距离；

16、当农机机头的航向角与农机机具的航向角不相同时，所述农机机具各区段中心的实时位置pk由如下公式计算得到：

17、

18、其中，x和y表示农机天线的坐标；α表示农机机头的航向角；β表示机具的航向角；xk和yk表示农机机具标号k区段中心点的坐标位置；l0表示农机天线到农机中轴的距离；l1表示农机天线在农机中轴上的投影与农机机头挂载点的距离；l2表示农机机具的中心到农机机头挂载点的距离。

19、进一步地，所述用户设置参数包括默认工作速率的值和边界内处方图外的策略；

20、所述边界内处方图外的策略包括采用默认工作速率、保持当前工作速率和工作速率为零。

21、进一步地，所述根据所述空间位置关系、所述处方图和所述用户设置参数确定农机机具各区段下一时刻的工作速率值的执行包括：

22、当所述农机机具的区段中心点的校正位置pkt位于所述工作边界外时，则令农机机具该区段下一时刻的工作速率值为零；

23、当所述农机机具的区段中心点的校正位置pkt位于所述工作边界内时，先根据所述处方图构建空间索引树；其次创建一个以所述校正位置pkt为中心、长度为处方图中栅格大小的0.1倍或长度小于1cm的矩形区域g0；然后通过所述空间索引树查询空间中与所述矩形区域g0相交的所有节点o0，并形成节点列表；最后筛选出所述节点列表中包含所述校正位置pkt的准确节点；若所述节点列表中存在包含所述校正位置pkt的准确节点，则采用所述空间索引树中与该所述准确节点对应的工作速率值作为农机机具该区段下一时刻的工作速率值；如果所述节点列表中不存在包含所述校正位置pkt的准确节点，则按照所述边界内处方图外的策略确定农机机具该区段下一时刻的工作速率值。

24、进一步地，所述根据所述处方图构建空间索引树的执行包括：

25、当所述处方图为多边形处方图(矢量地图)时，根据所述处方图的多边形区域、多边形区域的外接矩形和所述处方图中的工作速率值构建空间索引树；

26、当所述处方图为栅格处方图时，先根据所述处方图中的定点坐标和偏移值，计算出所述处方图中各栅格的位置坐标；然后把工作速率值相同且相邻的栅格合并成多边形区域；最后根据合并形成的多边形区域、多边形区域的外接矩形和所述处方图中的工作速率值构建空间索引树。

27、进一步地，所述步骤03的执行包括：

28、当所述农机机具的工作速率响应方式为分区段响应速率时，则将所述农机机具各区段下一时刻的工作速率值直接下发至对应的农机机具区段；

29、当所述农机机具的工作速率响应方式为整机响应单一速率时，则将所述农机机具各区段下一时刻的工作速率值按照农机机具各区段在所述农机机具中的宽度占比，计算一个总的工作速率值r，并下发至所述农机机具；

30、其中，工作速率值r的满足如下公式：

31、

32、其中，ri表示农机机具各区段的工作速率；wi表示农机机具各区段的宽度；n表示农机机具区段的数量。

33、本发明另一方面公开一种多区段农机机具的工作速率控制系统，所述控制系统应用于上述所述的多区段农机机具的工作速率控制方法，所述工作速率控制系统包括：

34、获取模块，用于获取待作业区域的处方图数据及用户设置参数；其中，所述处方图数据包括作业边界和处方图；

35、控制模块，根据农机参数和农机实时信息，确定当前时刻农机机具的各区段中心点与所述作业边界和所述处方图的空间位置关系，并根据所述空间位置关系、所述处方图和所述用户设置参数确定农机机具各区段下一时刻的工作速率值；

36、下发模块，用于将所述农机机具各区段下一时刻的工作速率值下发至所述农机机具。

37、进一步地，所述工作速率控制系统还包括：

38、显示模块，用于显示作业区域的边界、农机实时位置和用不同颜色描绘出的已作业区域。

39、本发明再一方面公开一种农机，所述农机包括：

40、处理器；以及

41、存储器，用于存储所述处理器的可执行指令；

42、其中，所述处理器执行所述可执行指令使得所述农机实现如上述所述的多区段农机机具的工作速率控制方法。

43、本发明的优点及有益效果是：

44、本发明的工作速率控制方法中，先通过农机参数和农机实时信息，确定当前时刻农机机具的各区段中心点与作业边界和处方图的空间位置关系，然后通过空间位置关系、处方图和用户设置参数确定农机机具各区段下一时刻的工作速率值，使农机机具各区段能够与处方图自动配对，实时识别出不同区段需要进行的操作和精确作业参数，实现多区段农机机具的精准作业，进而提高了农业生产效率，避免了资源浪费，减小农业生产开支。