基于VMM和DNiGA的直升机多林区植保作业航线规划

作     者：方树平 茹煜 胡晨明 刘洋洋 刘彬 李建平 夏达明 Fang Shuping;Ru Yu;Hu Chenming;Liu Yangyang;Liu Bin;Li Jianping;Xia Daming

作者机构：南京林业大学机械电子工程学院南京210037 安徽科技学院机械工程学院凤阳233100 安徽农业大学工学院合肥230036 

出 版 物：《农业工程学报》 (Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering)

年 卷 期：2022年第38卷第1期

页      面：70-79页

核心收录：

学科分类：0828[工学-农业工程] 08[工学] 0903[农学-农业资源与环境] 0901[农学-作物学] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

基　　金：国家重点研发项目(2018YFD0600202-04) 安徽省重点研发计划项目(202104a06020001) 

主　　题：直升机 算法 植保 航线规划 施药航线 调度航线 

摘      要：直升机在现代林业病虫害防治中扮演重要角色,合理的航线规划对直升机航空施药至关重要。该研究针对直升机小坡度多片作业林区的情况,开发了一种适用于单个林区施药航线规划的向量建模法(VectorModeling Method,VMM)和适用于多林区间调度航线规划的双层嵌套遗传算法(Double Nested improved Genetic Algorithm,DNiGA)。VMM法以减少单林区间掉头次数和多余覆盖率为规划航线目标,DNiGA算法以外层遗传算法求解调度航线,内层遗传算法作为协助求解外层遗传算法适应度的算子,求解考虑各林区进出入点的区域间最优调度路径。在自建多林区环境下进行算法验证。对VMM和Slice算法进行对比,在3种喷幅下,VMM法的掉头次数均明显少于Slice算法,多余覆盖率分别为2.31%、5.28%和6.64%。对DNiGA与分步式IGA-GA算法进行比较,喷幅10、20、30 m时DNiGA算法求得区域间最优调度航线长度分别为5 006.09、4 644.97和5 295.47 m,较IGA-GA分别缩短了11.24%、5.11%和6.59%。R44直升机多林区植保作业试验表明,VMM和DNiGA算法规划的航线比人工经验法的掉头次数减少4次,多余覆盖率降低27.8%,施药航线长度缩短6.15%,区域间调度航线长度缩短16.41%。该算法适用于直升机多林区植保作业航线规划,可减少掉头次数,降低多余覆盖率,缩短区域间调度航线长度,对实现智慧农林植保作业具有一定价值。