農(nóng)田導(dǎo)航系統(tǒng)和農(nóng)田導(dǎo)航方法及其軟件和軟件的存儲設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)施工中，提高拖拉機等器械的施工路線效率進行導(dǎo)航的導(dǎo)航系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是以生成顯示拖拉機行進路徑的施工導(dǎo)航線作為特征的導(dǎo)航系統(tǒng)，以及相關(guān)聯(lián)的技術(shù)，具體地說是農(nóng)田導(dǎo)航系統(tǒng)和農(nóng)田導(dǎo)航方法及其軟件和軟件的存儲設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002](I)拖拉機的農(nóng)業(yè)施工(農(nóng)田耕種等工作)。
現(xiàn)有技術(shù)中，拖拉機在農(nóng)田中進行農(nóng)業(yè)施工時，通常是反復(fù)直線行駛，并不能對農(nóng)田全面覆蓋。在這種直線行駛的情況下，一般在行駛的起點和終點分別插上旗幟，以這個旗幟作標記，操作員駕駛拖拉機，從開始點行駛到結(jié)束點為止。這種操作方式，由于拖拉機在行駛的途中沒有特別的記號作為參考，操作員單憑感覺行駛。
另外，在農(nóng)田做標記的時候，主要采用的方法是:在開始的第I條線路使用標桿進行標記，在施工的同時移動標桿，在地面上以施工寬度的距離進行平移，并在地面上進行標記。
這種傳統(tǒng)的方法，雖然樹立了旗幟作為標志，但在農(nóng)田有傾斜和起伏等地勢存在時，使得行駛終點的旗幟看不見而無法行駛。另外，在夜間行駛，不僅僅看不到旗幟，連周圍顯著的建筑物及其它自然物等也看不見，大大加大作業(yè)難度。
拖拉機為了進入接下來的施工線時，拖拉機需要在畦頭部分筆直的進入下一根目標施工線，但是現(xiàn)存的導(dǎo)航系統(tǒng)中沒有生成這種導(dǎo)航線的功能，雖然能夠進入下一根施工線，但是因為在沒有標記的情況下進入下一根施工線，在進入下一根施工線時，會造成拖拉機蛇形駕駛等情況。
(2)導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用
如上所述，在農(nóng)田施工的時候，拖拉機通常是反復(fù)直線行駛。從開始點到結(jié)束點行駛一次之后，把這個線路平行移動在農(nóng)田上構(gòu)成多條路徑，并在地圖上表示這個路徑的導(dǎo)航系統(tǒng)。這種應(yīng)用近年來被廣泛應(yīng)用。
利用這種導(dǎo)航系統(tǒng)，因為可以在畫面上顯示拖拉機的位置是否在上述的路線中偏離了。所以操作員無需設(shè)定特別標記，使得更有效率的進行農(nóng)業(yè)施工。
這樣的導(dǎo)航系統(tǒng)中，上述的路線，一般被稱為施工導(dǎo)航線。例如在矩形的農(nóng)田中，施工導(dǎo)航線的制作方法一般如下所述:
(a )最初的一次，拖拉機沿著農(nóng)田的某一條邊，從這條邊的一個頂點到另一個頂點，進行直線行駛，記錄下這條直線路徑(初始施工線)。參照圖20 (a)。
(b)以記錄下的路徑作為對象，往農(nóng)田內(nèi)部方向，按照設(shè)定的距離進行平行移動，從而生成多條直線路徑(施工線)。參照圖20 (b)o
(c)生成的多條直線路徑(施工線)的集合，定義為“施工導(dǎo)航線”。參照圖20(C)。 根據(jù)上述這樣的流程，即可生成施工導(dǎo)航線。
已有技術(shù)文獻:
專利文獻I特刊平成I O — O 6 6 4 O 3號公報，記述了在農(nóng)田施工車輛的駕駛過程中，在施工車輛上可以監(jiān)視施工的軌跡和施工方向的系統(tǒng)；專利文獻2特刊2 0 0 8 -0 1 7 7 3 5號公報中，記述了農(nóng)業(yè)施工用施工線的顯示設(shè)備。特別是，以等高線為基礎(chǔ)，生成施工線作為特征；特許文獻3特刊2 0 0 8 - 3 0 4 4 1 2號公報，記述了關(guān)于拖拉機路徑計算方法的技術(shù)。特別是，記述了對應(yīng)于拖拉機是否牽引拖車的情況下，計算對應(yīng)于施工線之間的間隔變化的最佳路徑的發(fā)明。
以上現(xiàn)有技術(shù)存在的未解決的問題
(I)不熟練的人、憑感覺駕駛拖拉機時，有時候不能夠進行直線駕駛。結(jié)果，導(dǎo)致農(nóng)藥散播等農(nóng)作業(yè)效率非常低，作業(yè)時間增大，造成農(nóng)作物質(zhì)量的低下。
以前的導(dǎo)航系統(tǒng)，雖然可以解決這個問題。但是在導(dǎo)航線生成的時候，初始的一條路徑必須由人員駕駛才能生成。這樣導(dǎo)致了如果初始路徑不能夠正確駕駛，施工導(dǎo)航線的整體就不能被正確的生成。結(jié)果可能導(dǎo)致施工的效率低下。
(2)—般來說，在農(nóng)業(yè)施工中，根據(jù)拖拉機的施工寬度作為距離來平行移動路徑(施工導(dǎo)航線)，為了不殘留未施工的部分，駕駛拖拉機。這個寬度隨著施工的變化而變化，隨著牽引拖車的寬度變化來調(diào)整。還有，在農(nóng)藥散布的時候，如果有重復(fù)施工的部分就會造成“散布浪費”，會影響農(nóng)作物的生長。所以必須嚴格設(shè)定每條路徑(施工導(dǎo)航線)的施工寬度和嚴格按照規(guī)定的路徑駕駛拖拉機。
但是矩形以外，比如多邊形的農(nóng)田，為了和矩形農(nóng)田一樣，全部施工，必須沒有縫隙的嚴格的設(shè)定每條路徑。但是，在多邊形的農(nóng)田，為了嚴格設(shè)定每條路徑的間隔，很難判斷拖拉機旋回的區(qū)域和位置，因此造成判斷困難。
(3)特別是，在目前為止的導(dǎo)航系統(tǒng)中由直線路徑(施工線)構(gòu)成的施工導(dǎo)航線就像上述一樣能夠被自動設(shè)定，但是，每一條路徑之間的部分(連接部分)，將沒有導(dǎo)航功能，駕駛員根據(jù)自己的判斷駕駛拖拉機旋回和折返等，然后使拖拉機進入下一條路徑(施工線)。就是說，農(nóng)田內(nèi)部的路徑(施工線)是由系統(tǒng)設(shè)定的，但是在實際駕駛拖拉機的時候，農(nóng)田的外部或外圍部分(畦頭)，由駕駛員按照自己的判斷控制駕駛拖拉機的旋回和折返。當然，這個畦頭部分對于每個農(nóng)田來說有很大的不同，所以要做相同的處理會比較困難。而且，在畦頭部分駕駛拖拉機旋回以后，拖拉機需要最短距離的進入下一條應(yīng)該施工的路徑(施工線)，所以需要直線進入農(nóng)田。這樣的駕駛動作對于不熟練駕駛的駕駛員來說非常困難，很容易偏離施工導(dǎo)航線。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種農(nóng)田導(dǎo)航系統(tǒng)和農(nóng)田導(dǎo)航方法及其軟件和軟件的存儲設(shè)備。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:一種農(nóng)田導(dǎo)航系統(tǒng)和農(nóng)田導(dǎo)航方法及其軟件和軟件的存儲設(shè)備，其特征在于，包括在農(nóng)田中表示包含拖拉機的農(nóng)田施工線的施工導(dǎo)航線和對拖拉機進行導(dǎo)航的農(nóng)田導(dǎo)航系統(tǒng)，所述的對拖拉機進行導(dǎo)航的農(nóng)田導(dǎo)航系統(tǒng)包含農(nóng)田數(shù)據(jù)的農(nóng)田數(shù)據(jù)定義部分和以農(nóng)田數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對于操作員顯示施工導(dǎo)航線的導(dǎo)航部分，所述的農(nóng)田數(shù)據(jù)定義部分包含:操作員根據(jù)農(nóng)田形狀輸入多邊形數(shù)據(jù)的輸入方法和，利用上述的輸入多邊形數(shù)據(jù)生成農(nóng)田形狀的農(nóng)田形狀生成方法和，以上述農(nóng)田數(shù)據(jù)定義作為特征的農(nóng)田導(dǎo)航系統(tǒng)。 所述的農(nóng)田導(dǎo)航系統(tǒng)包含:操作員可以制定任意的方向作為施工行進方向的指定方法和，以該方法在農(nóng)田數(shù)據(jù)中進行定義的農(nóng)田形狀和施工行進方向作為特征的農(nóng)田導(dǎo)航系統(tǒng)。
所述的農(nóng)田導(dǎo)航系統(tǒng)包含:操作員輸入多邊形的任意一條邊，都可以被操作員指定作為施工行進方向的指定方法和，以該方法在農(nóng)田數(shù)據(jù)中進行定義的農(nóng)田形狀和施工行進方向作為特征的農(nóng)田導(dǎo)航系統(tǒng)。
所述的農(nóng)田導(dǎo)航系統(tǒng)包含:操作員以輸入地點作為施工開始位置的指定方法和，以該方法在農(nóng)田數(shù)據(jù)中進行定義的農(nóng)田形狀和施工開始位置作為特征的農(nóng)田導(dǎo)航系統(tǒng)。
所述的農(nóng)田形狀生成方法包含:在畫面上顯示地圖信息的表示方法和，操作員取得上述畫面上顯示的地圖信息中輸入多邊形數(shù)據(jù)和，取得構(gòu)成多邊形的各條邊的數(shù)據(jù)的取得方法，以及取得構(gòu)成多邊形的各條邊的數(shù)據(jù)后，連接各條邊生成上述多邊形數(shù)據(jù)的生成方法。
所述的農(nóng)田定義部分包含:操作員為了設(shè)定畦頭部分，輸入該畦頭邊的輸入方法和，上述輸入的邊可以通過設(shè)定的距離進行平移，平移前的邊和平移后的邊的中間部分定義為畦頭的畦頭定義方法和，以該方法在農(nóng)田數(shù)據(jù)中進行定義的農(nóng)田形狀、施工行進方向、包含上述畦頭和施工領(lǐng)域的農(nóng)田數(shù)據(jù)。
所述的農(nóng)田數(shù)據(jù)定義部分包含:上述農(nóng)田形狀中，除去所述的畦頭部分，確定施工領(lǐng)域的確定方法，和以該方法在農(nóng)田數(shù)據(jù)中進行定義的農(nóng)田形狀、施工行進方向、包含上述畦頭和施工領(lǐng)域的農(nóng)田數(shù)據(jù)。
所述的導(dǎo)航部分包含:在所述的施工領(lǐng)域中所述的指定的行進方向與平移后施工線路徑和，利用拖拉機施工寬度進行分隔形成直線路徑群的形成方法和，在所述的畦頭部分，連接所述的直線路徑群生成連接路徑的生成方法和，連接所述的直線路徑群和所述的連接路徑，生成全體的施工導(dǎo)航線的生成方法和，對于所述的操作員顯示所述的施工導(dǎo)航線的顯示方法。
所述的連接路徑的生成方法是，生成使得上述拖拉機進行折返，或方向轉(zhuǎn)換，或旋回的最短路徑的連接路徑，所述的顯示方法是，向上述操作員顯示包括連接路經(jīng)在內(nèi)的施工導(dǎo)航線。
所述的連接路徑的生成方法是，在上述拖拉機的旋回半徑和所述畦頭的寬度的基礎(chǔ)上，判斷可以使拖拉機能夠旋回的模式，然后生成該模式的連接路徑。
所述的連接路徑的生成方法是，上述農(nóng)田形狀是任意的凸多邊形的時候，在所述的畦頭部分，生成從所述的直線路徑能夠進入到所述的施工領(lǐng)域中相鄰的下一條施工線的連接路徑。
所述的導(dǎo)航部分包含:輸出拖拉機當前位置的GNSS接收機和，所述的農(nóng)田數(shù)據(jù)定義部分中定義的農(nóng)田數(shù)據(jù)中，在所述的GNSS接收機輸出的拖拉機當前位置的規(guī)定范圍內(nèi)檢索農(nóng)田的檢索方法和，顯示利用上述的檢索手段檢索出的一個以上的農(nóng)田的顯示方法和，從利用上述顯示方法顯示的農(nóng)田中，操作員選擇施工對象農(nóng)田的輸入方法和，所述的顯示方法向操作員顯示所述的輸入的農(nóng)田的施工開始位置、施工方向和施工線的條數(shù)。
所述的導(dǎo)航部分包含:輸出拖拉機當前位置的GNSS接收機，所述的GNSS接收機，在施工開始的時候，將施工對象農(nóng)田的農(nóng)田數(shù)據(jù)中預(yù)先登錄的位置作為已知點，將該已知點與上述GNSS接收機輸出位置之間的誤差進行置零，施工期間，通過所述的GNSS接收機輸出的變化位置檢測出的顯示在地圖上的坐標和實際坐標之間的誤差一直被消除，從而使檢測出的坐標和實際坐標之間相吻合。
在農(nóng)田施工的時候可以修正GNSS接收機誤差的導(dǎo)航方法包括:所述的農(nóng)田數(shù)據(jù)中，包含已知點和該點的坐標數(shù)據(jù)，施工開始的時候，操作員選定上述農(nóng)田的農(nóng)田數(shù)據(jù)中的上述已知點位置后，移動上述拖拉機至上述已知點，移動完成后，在上述已知點處，所述的GNSS接收機進行誤差修正，然后，在上述拖拉機在農(nóng)田內(nèi)行走的時候，所述的操作員輸入開始點A的坐標和中間點B的坐標，輸入完成后，連接所述的開始點A和中間點B的直線，推算出施工導(dǎo)航線，上述構(gòu)成的施工導(dǎo)航線在顯示屏上顯示，上述操作員利用上述施工導(dǎo)航線的方向識別行進方向。
所述的導(dǎo)航方法中，所述的中間點B點，需要與所述的開始點A點相隔10米以上。
在農(nóng)田施工的時候可以修正所述的GNSS接收機誤差的導(dǎo)航方法包括:所述的農(nóng)田數(shù)據(jù)中，包含已知點和該點的坐標數(shù)據(jù)，施工開始的時候，操作員選定上述農(nóng)田的農(nóng)田數(shù)據(jù)中的上述已知點位置后，移動上述拖拉機至上述已知點，移動完成后，在上述已知點處，對所述的GNSS接收機進行誤差修正，然后，在上述拖拉機在農(nóng)田內(nèi)行走的時候，所述的操作員輸入開始點A的坐標和結(jié)束點C的坐標，輸入完成后，連接所述的開始點A和結(jié)束點C的直線，推算出施工導(dǎo)航線，上述構(gòu)成的施工導(dǎo)航線在顯示屏上顯示，上述操作員利用上述施工導(dǎo)航線的方向識別行進方向，并識別上述開始點到終點的農(nóng)田邊緣。
所述的在農(nóng)田中表示包含拖拉機的農(nóng)田施工線的施工導(dǎo)航線和對拖拉機進行導(dǎo)航的農(nóng)田導(dǎo)航系統(tǒng)包括:定義包含所述的農(nóng)田的數(shù)據(jù)的農(nóng)田數(shù)據(jù)的農(nóng)田數(shù)據(jù)定義部分和，以農(nóng)田數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)向操作員顯示施工導(dǎo)航線的導(dǎo)航部分，所述的導(dǎo)航部分包含利用箭頭顯示所述的拖拉機的行進方向的顯示方法，所述的顯示方法有兩種即:以當前位置為基點的行走方向的箭頭顯示作為第I方法，和考慮駕駛操作延遲而以一定時間以后推算出的位置為基點的行走方向的箭頭顯示作為第2方法，所述的第I方法和第2方法中的任意I種或全部的兩種方法，是顯示所述的拖拉機的行進方向的箭頭的顯示方法。
所述的顯示方法，除了拖拉機行進方向的箭頭顯示以外，還有施工導(dǎo)航線的終點方向的箭頭顯示，所述的終點方向的箭頭顯示在施工導(dǎo)航線是曲線的情況下，特別有效。
所述的顯示方法，除了拖拉機行進方向的箭頭顯示以外，還包括當施工線距離長的時候，為了防止方向盤的突然轉(zhuǎn)向，拖拉機沿著目標施工線行走的車體方向的箭頭顯示。
所述的農(nóng)田數(shù)據(jù)中，至少包含地圖信息和農(nóng)田形狀，所述的地圖信息至少包含:保存農(nóng)田以外道路的道路圖層數(shù)據(jù)和保存農(nóng)田以外的建筑物的建筑物圖層數(shù)據(jù)，所述的導(dǎo)航部分包含操作員選擇需要顯示的圖層的數(shù)據(jù)的輸入方法，所述的顯示方法，將上述選擇的圖層的地圖信息作為背景圖，同上述農(nóng)田數(shù)據(jù)中的上述農(nóng)田形狀共同顯示。
所述的農(nóng)田數(shù)據(jù)中，至少包含地圖信息和農(nóng)田形狀，所述的地圖信息中，至少包含保存?zhèn)葴系膫?cè)溝圖層的數(shù)據(jù)和，保存障礙物的障礙物圖層的數(shù)據(jù)，所述的導(dǎo)航部分包含操作員選擇需要顯示的圖層的數(shù)據(jù)輸入方法，所述的顯示方法是，將上述選擇的圖層的地圖信息作為背景圖，同上述圖層數(shù)據(jù)中的上述農(nóng)田形狀共同顯示，所述的拖拉機，在同上述測溝和障礙物的距離進入警戒值范圍內(nèi)的時候，會發(fā)出警告。
所述的農(nóng)田數(shù)據(jù)中，至少包含地圖信息和農(nóng)田形狀，所述的地圖信息中，至少包含保存?zhèn)葴系膫?cè)溝圖層的數(shù)據(jù)和保存障礙物的障礙物圖層的數(shù)據(jù)，所述的導(dǎo)航部分包含操作員選擇需要顯示的圖層的數(shù)據(jù)輸入方法，所述的顯示方法是，將上述選擇的圖層的地圖信息作為背景圖，同上述農(nóng)田數(shù)據(jù)中的上述農(nóng)田形狀共同顯示，所述的拖拉機，在同上述側(cè)溝和障礙物的之間的距離進入警戒值范圍內(nèi)的時候，會顯示繞開路徑。
所述的農(nóng)田數(shù)據(jù)中，至少包含