一種基于已工作區(qū)域的農(nóng)具區(qū)段控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種農(nóng)業(yè)機械領(lǐng)域，具體為一種根據(jù)已工作區(qū)域的農(nóng)具區(qū)段控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]農(nóng)業(yè)機具(如播種機，噴霧機，施肥機等)由若干區(qū)段組成。播種機可以少則由二行，三行，多則由三十六行或四十八行以上的播種單體組成，每一行都是一個區(qū)段。噴霧機的噴桿上可以由2 O到2 5 6個噴嘴組成，而每一個噴嘴所應(yīng)用的寬度就是噴霧機的一個區(qū)段。在農(nóng)具作業(yè)時如果某一個或多個區(qū)段在在之前已作業(yè)過的區(qū)域，這些重復(fù)作業(yè)的區(qū)段可以被關(guān)掉去節(jié)省用料降低成本和減少對環(huán)境的影響，而其它區(qū)段的作業(yè)可以繼續(xù)進行，所以區(qū)段控制可以做到對農(nóng)具的精確控制，提高農(nóng)作管理水平。
[0003]常用的記錄已工作區(qū)域的辦法是把一個地塊劃分成一定長度和寬度的小方格，如果一個小方格在某個多邊形之內(nèi)，那么把這個小格設(shè)為1，否則把這個小格設(shè)為O。檢查小格里的內(nèi)容從而得知這個小格是否已經(jīng)作業(yè)過。這種方法受制于小格的分辨率.如果小格的尺寸太大，分辨率就低，控制不精確；如果小格太小，用的內(nèi)存就會很多。無論有多大工作過的區(qū)域，這種方法所用的內(nèi)存需要是固定不變的。
[0004]上面存儲方法實際上為點陣存儲，而向量存儲多邊形是把多邊形的每一個頂點都存到電腦里去。根據(jù)全球定位接受器(GPS)所提供的位置信息，農(nóng)業(yè)機械(比如說播種機，噴霧機，施肥機等)作業(yè)過的地方用一系列的多邊形去記錄下來。當多邊形多時存儲量大，多邊形少時，存儲量小。當農(nóng)機在一塊不規(guī)則的大地塊作業(yè)時，會產(chǎn)生幾萬甚至幾十萬個多邊形。當去判定是否農(nóng)具的某一個區(qū)段是否在已工作區(qū)域時，需要對所有存儲的幾萬甚至幾十萬個多邊形做一個點在多邊形的計算，計算量很大，不易達到實時快速控制。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型是為解決上述提出的問題，提供一種減少存儲空間，提高計算效率，從而提高控制速度和精度的一種農(nóng)具區(qū)段控制的方法及系統(tǒng)。
[0006]本實用新型的目的是以如下方式實現(xiàn)的:用四分樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)去存儲已工作區(qū)域的多邊形及基于此存儲方法之上的農(nóng)具區(qū)段控制，由全球定位系統(tǒng)，田間電腦，以及農(nóng)具上的區(qū)段控制單元等組成，比如說播種機上的每一行的離合器是一個區(qū)段控制單元，噴霧機上的一個噴頭是噴霧機的一個區(qū)段控制單元，施肥機上控制每一行施肥的電機是施肥機的一個區(qū)段控制單元。
[0007]基于已工作區(qū)域的農(nóng)具區(qū)段控制方法，包括以下步驟:
[0008]A.由于每一個農(nóng)具的區(qū)段相對于整個農(nóng)具的位置是確定的，基于G P S位置可以計算出每一個區(qū)段的位置的左邊點和右邊點，此區(qū)段的左右兩點隨著農(nóng)具移動就產(chǎn)生一個多邊形。如果航向角變化小于5度，多邊形一直向前延伸；如果航向角變化大于5度，前一個多邊形結(jié)束，然后開始一個新的多邊形。
[0009]B.本實用新型進而用四分樹去存儲這些多邊形。四分樹將一個正方形區(qū)域規(guī)則地劃分為四個子區(qū)域，每個子區(qū)域再分為4個子區(qū)域，如此逐次劃分，直至子區(qū)域達到I厘米的位置精度。四分樹建好之后，就可以把已經(jīng)完成的多邊形根據(jù)它的位置及尺寸存到四分樹的合適的節(jié)點上。
[0010]C、計算某一個農(nóng)具區(qū)段是已經(jīng)在作業(yè)區(qū)域的流程中，首先計算出此區(qū)段中心位置的坐標，再搜索出此位置從樹的根節(jié)點一直到最末端節(jié)點的路徑上的所有存儲的多邊形，這些多邊形稱為與此點相關(guān)的多邊形；對所有與此點相關(guān)的多邊形，做一個點是否在多邊形的計算。如果此點在某一個多邊形之內(nèi)，那么此區(qū)段在已作業(yè)區(qū)域。否則，此區(qū)段不在已作業(yè)區(qū)域。
[0011]D、計算點在多邊形:假設(shè)在二維平面上有一條有向的閉曲線，把曲線想象為某個物體的運動軌跡，運動方向就是曲線的方向。曲線的卷繞數(shù)就是物體逆時針繞過原點的總次數(shù)，計算繞過原點的總次數(shù)時，逆時針方向的運動算正數(shù)，順時針方向的運動算負數(shù)。用卷繞數(shù)去判定一個點是否在一個多邊形內(nèi)，可以用該多邊形去計算對判定點的卷繞數(shù)，如果卷繞數(shù)是O，那么這個點就在多邊形的外部。如果卷繞數(shù)不為O，則判定點在多邊形的內(nèi)部。
[0012]本實用新型用向量多邊形去記錄農(nóng)具作業(yè)過的區(qū)域，當多邊形多時，用的計算機存儲空間大，當多邊形少時，用的計算機存儲空間小。而且多邊形的空間關(guān)系已經(jīng)隱藏在四分樹的存儲結(jié)構(gòu)中，當去決定某一個農(nóng)具區(qū)段是否在已工作區(qū)域時，只用與這個點相關(guān)的多邊形去計算判定，而不相關(guān)的多邊形可以忽略不計，所以可以提高計算區(qū)段是否在工作區(qū)域的計算速度，從而提高控制的頻率和精度。
【附圖說明】
[0013]為了使本實用新型的內(nèi)容更容易更清楚地理解，下面根據(jù)具體實施例并結(jié)合附圖，對本實用新型作進一步詳細的說明，其中
[0014]圖1是系統(tǒng)組成示意圖；
[0015]圖2是四分樹的二維空間劃分及若干代表已工作區(qū)域多邊形的示意圖；
[0016]圖3是圖2所述的四分樹及多邊形在計算機內(nèi)部的存儲示意圖；
[0017]圖4是計算卷繞數(shù)的流程示意圖。
[0018]【具體實施方式】:
[0019]如圖1所示，一種基于已作業(yè)區(qū)域的農(nóng)具區(qū)段控制系統(tǒng)，主要由全球定位系統(tǒng)，田間電腦，以及農(nóng)具上的區(qū)段控制單元等組成。具體實施由以下步驟組成:
[0020]A、在多邊形產(chǎn)生時，首先基于G P S位置計算出每一個區(qū)段的位置的左邊點和右邊點，區(qū)段的左右兩點隨著農(nóng)具移動，產(chǎn)生一個多邊形.如果航向角變化小于5度，此多邊形一直向前延伸；如果航向角變化大于5度，就把前一個多邊形結(jié)束，然后再開始一個新的多邊形；
[0021]B、根據(jù)多邊形的位置及大小把它存儲到四分樹中合適的節(jié)點上。四分樹將一個正方形區(qū)域規(guī)則地劃分為四個子區(qū)域，每個子區(qū)域再分為4個子區(qū)域，如此逐次劃分，直至子區(qū)域達到I厘米的位置精度，如圖1所示。如一個多邊形(比如說M 3 )超過它的一個子象限，就把它存儲在樹的根節(jié)點，如一個多邊形(比如說M2，M1，M4，M5)小于它的一個子象限，就把它存于它的子象限的樹的節(jié)點上。多邊形M6小于它的子象限的子象限(孫象限)，就把它存在孫象限的節(jié)點上。四分樹及其節(jié)點上存儲的多邊形在計算機內(nèi)部的存儲是一種樹狀結(jié)構(gòu)，如圖2所示。四分樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)把多邊形的空間關(guān)系或位置及大小隱藏于計算機存儲空間中。
[0022]C、根據(jù)GPS的位置找出每一個區(qū)段的中間的點，然后再找出這個點所在位置的從最高級的到最低級的四分樹節(jié)點上存儲的所有多邊形，這些多邊形稱與此點相關(guān)的多邊形。然后做一個計算去判定是否這一點在某一個相關(guān)的多邊形內(nèi)，如在的話，關(guān)掉農(nóng)具在這一個的區(qū)段。在圖2中，P點是某一個區(qū)段的中心點，與P點相關(guān)的從最高級到最低級樹的四分樹的節(jié)點在圖3中是樹的最左邊的一路徑，此路徑節(jié)點上存儲的多邊形由M 3，M5，和M 6組成，所以M 3，M 5和M 6是與P點相關(guān)的多邊形。多邊形M I，M 2，M4不在相關(guān)路徑上，所以在做點是否在多邊形計算時可以忽略不計。需要特別指出的是:雖然在示意圖上，與此點相關(guān)的多邊形有三個，而不相關(guān)的的多邊形也只有三個，但在實際生產(chǎn)時在一個大的地形復(fù)雜的地塊，與此點相關(guān)的多邊形有幾到幾十個，而不相關(guān)的多邊形有幾萬個甚至幾十萬個。所以已工作區(qū)域的多邊形用四分樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行存儲和索引可以大大地提高判定點是否在已工作區(qū)域的計算速度。
[0023]D、假設(shè)在二維平面上有一條有向的閉曲線。我們可以把曲線想象為某個物體的運動軌跡，運動方向就是曲線的方向。曲線的卷繞數(shù)就是物體逆時針繞過原點的總次數(shù)。計算繞過原點的總次數(shù)時，逆時針方向的運動算正數(shù)，順時針方向的運動算負數(shù)。用卷繞數(shù)去判定點是否在一個多邊形內(nèi)，可以用該多邊形去計算對判定點的卷繞數(shù)，如果卷繞數(shù)是O，那么這個點就在多邊形的外部。如果卷繞數(shù)不為Q，則判定點在多邊形的內(nèi)部；計算卷繞數(shù)的具體流程如圖4所示。
[0024]以上所述的具體實施例，對本實用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于已作業(yè)區(qū)域的農(nóng)具區(qū)段控制系統(tǒng)，由全球定位系統(tǒng)，田間電腦，以及農(nóng)具上的區(qū)段控制單元等組成。
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于已作業(yè)區(qū)域的農(nóng)具區(qū)段控制系統(tǒng)，由全球定位系統(tǒng)，田間電腦，以及農(nóng)具上的區(qū)段控制單元等組成。本實用新型用向量多邊形去記錄農(nóng)具作業(yè)過的區(qū)域，并用四分樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)去存儲和索引這些多邊形。當農(nóng)具的某個區(qū)段經(jīng)過已工作區(qū)域的時候，此區(qū)段就被關(guān)掉以節(jié)省生產(chǎn)資料例如種子，化肥，農(nóng)藥等和減少對環(huán)境的影響。當決定某一個區(qū)段是否在已工作區(qū)域時，用這個區(qū)段的中心點去計算是否此點在已工作區(qū)域的某一個多邊形內(nèi)。因為多邊形的空間關(guān)系已經(jīng)存儲在四分樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，只需要判定與區(qū)段中點相關(guān)的多邊形即可而其它多邊形可忽略不計,從而可以提高計算速度,提高區(qū)段控制的頻率和精度。
【IPC分類】G05B19/418
【公開號】CN204731609
【申請?zhí)枴緾N201520153255
【發(fā)明人】魏劍濤
【申請人】常州懷玉電子有限公司
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2015年3月18日