一种用于粮面平整设备的工作路径规划方法及系统与流程

本发明涉及粮食仓储中控制方法领域。更具体地，涉及一种用于粮面平整设备的工作路径规划方法及系统。

背景技术：

1、粮食安全是国家安全的重要内容和基础，既是关系国计民生、社会和经济发展的重要战略物资，也是人民群众最基本的生活资料。我国粮食储备在保障粮食安全中起着关键作用。储为国计，备为民生，我国幅员辽阔、人口众多，是全球第二大经济体，粮食等初级产品供给保障是重大的战略性问题，是经济社会发展的重要物质基础。我国目前有7亿吨完备粮食储备仓容可以用于粮食储备和轮换。粮食收储环节的提质增效和节约减损是粮食储备工作的核心任务。

2、由于粮食通过输送设备入仓后，自然散落堆积为大小不一谷堆，通常需要采用机械设备或人工将仓内大小不一的谷堆平整，便于储备期间数量和质量管理、粮情监测设施布设、仓储技术和工艺应用。因此粮食收货入仓后的最后一道工序为粮堆和粮面平整。传统平粮方法包括人工进仓平粮和人为操作机器进行平整粮堆和粮面，由于我国粮食储备仓平均仓容5000吨，两种粮堆和粮面平整方法都需要耗费大量人力和时间，存在平粮不及时的问题，且有粮堆埋人等安全隐患。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于粮面平整设备的工作路径规划方法及系统，以解决现有技术存在的问题中的至少一个。

2、为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

3、本发明第一方面提供了一种用于粮面平整设备的工作路径规划方法，该方法包括

4、根据粮仓内的粮堆与粮坑的位置信息构建地图，并根据预设的防碰撞距离设置参数；

5、根据所述地图并利用遗传算法改进的粒子群算法对粮面平整设备进行全局路径规划；

6、根据所述全局路径规划的结果并利用表上作业法对粮面平整设备进行粮堆向粮坑平粮的局部路径规划；

7、根据所述局部路径规划的结果并利用设置所述参数的人工势场法改进的快速扩展随机树算法对粮面平整设备进行避障优化。

8、可选地，所述根据粮仓内的粮堆与粮坑的位置信息构建地图包括

9、根据每个粮堆的形貌特征信息确定每个粮堆中主谷峰的位置坐标和子谷峰到子谷底的距离，并计算所有谷峰的凸出粮堆体积和所述子谷底的凹陷粮堆体积；

10、根据所述每个粮堆中主谷峰的位置坐标构建地图。

11、可选地，所述根据预设的防碰撞距离设置参数包括

12、根据所述预设的防碰撞距离设置所述人工势场算法中的目标偏置概率、斥力增益系数、引力增益系数、斥力的范围参数和允许的误差参数。

13、可选地，所述根据所述地图并利用遗传算法改进的粒子群算法对粮面平整设备进行全局路径规划包括

14、对粒子群算法中的种群参数进行初始化；

15、利用粒子群算法对初始化的每个粒子进行适应度函数计算；

16、更新每个粒子的速度及位置，并计算更新后的每个粒子的适应度函数值，及根据所述更新后的每个粒子的适应度函数值更新每个粒子的局部第一预测值和粒子群的全局第一预测值；

17、利用遗传算法对适应度函数值超过预设值的粒子进行交叉操作和变异操作。

18、可选地，所述利用粒子群算法对初始化的每个粒子进行适应度函数计算包括

19、获取粮堆的数量和粒子群中粒子的数量；

20、以所述粮堆的数量为空间维度计算每个粒子的位置数据的适应度函数值。

21、可选地，所述利用遗传算法对适应度函数值超过预设值的粒子进行交叉操作和变异操作包括

22、选择适应度函数值超过预设值的粒子为交叉操作的父体，并对所述父体进行多点交叉操作；

23、根据预设变异概率判断是否需要对粒子进行变异操作，若需要则随机选择粒子中的多个节点进行交换，并选择适应度函数值低于预设值的粒子保存至下一代；

24、迭代至预设次数时，输出适应度函数值低于预设值的粒子。

25、可选地，所述根据所述全局路径规划的结果并利用表上作业法对粮面平整设备进行粮堆向粮坑平粮的局部路径规划包括

26、建立包括多个子谷峰与多个子谷底的距离以及多个子谷峰的凸出粮堆体积与多个子谷底的凹陷粮堆体积的第一矩阵，并建立多个子谷峰向多个子谷底平粮次数与路线的数学模型；

27、定义所述第一矩阵中的元素为输入变量，并利用西北角法对初始基求解得到初始基矩阵；

28、利用位势法对所述初始基矩阵求检验数得到检验数矩阵，并根据所述检验数矩阵判断所述初始基是否为第一解；

29、若所述初始基不是第一解，则利用闭回路法对初始基矩阵进行调整得到调整后的初始基矩阵，并根据调整后的初始基矩阵计算调整后的检验数矩阵，及根据所述调整后的检验数矩阵判断调整后的初始基是否为第一解；

30、重复进行调整直到调整后的初始基为第一解。

31、可选地，所述根据所述局部路径规划的结果并利用设置所述参数的人工势场法改进的快速扩展随机树算法对粮面平整设备进行避障优化包括

32、对所述局部路径规划所在的空间进行初始化，并定义初始点、目标点、随机树节点数、随机树节点之间的步长；

33、在所述空间中随机产生一个点得到随机点，并在已知随机树的点集合中找到与所述随机点距离最近的点为最近点，及在从所述最近点到所述随机点的直线方向上以所述步长截取已知点得到截取点；

34、对每个所述随机树节点引入目标引力函数，并以所述目标点的位置为启发信息，及根据所述目标点的位置引导所述随机树朝向所述目标点生长；

35、在所述随机点的邻域中选择第一父节点，并判断所述最近点和所述截取点之间是否存在障碍物，若存在则舍弃所述随机点，及将所述截取点添加到所述随机树中。

36、可选地，所述在所述随机点的邻域中选择第一父节点包括

37、连接所述随机点与所述最近点；

38、以所述随机点为圆心，n倍的所述步长为半径，在所述随机树上搜索得到潜在的父节点集合，n为正整数；

39、计算所述初始点经所述最近点至所述随机点的原始路径的代价；

40、计算当前潜在的父节点与所述随机点之间的当前路径的代价，并判断所述当前路径的代价是否小于原始路径的代价，若小于则进行碰撞检测，若不小于则计算下一个潜在的父节点与所述随机点之间的下一个路径的代价；

41、判断所述碰撞检测是否成功，若失败则所述当前潜在的父节点不是第一父节点，并计算下一个潜在的父节点与所述随机点之间的下一个路径的代价；若成功则所述当前潜在的父节点为第一父节点，并删除所述随机点与所述最近点的路径，及增加所述第一父节点至所述随机点的路径。

42、本发明第二方面提供了一种用于粮面平整设备的工作路径规划系统，该体总包括

43、地图构建模块，用于根据粮仓内的粮堆与粮坑的位置信息构建地图，并根据预设的防碰撞距离设置参数；

44、全局路径规划模块，用于根据所述地图并利用遗传算法改进的粒子群算法对粮面平整设备进行全局路径规划；

45、局部路径规划模块，用于根据所述全局路径规划的结果并利用表上作业法对粮面平整设备进行局部路径规划；

46、避障优化模块，用于根据所述局部路径规划的结果并利用设置所述参数的人工势场法改进的快速扩展随机树算法对粮面平整设备进行避障优化。

47、本发明的有益效果如下：

48、本发明提供了一种用于粮面平整设备的工作路径规划方法，能够使平粮作业智能高效，降低了人力成本，提高了工作效率。