[發明專利]一種基于遺傳算法的穴盤苗自動移缽路徑優化方法

有效

• 申請號: 201210353124.9
• 申請日: 2012-09-21
• 公開（公告）號: CN102870534A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 蔣煥煜;周鳴川;童俊華;周偉;劉巖
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: A01C11/02
• 分類號: A01C11/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本發明涉及智能農業設施技術，尤其是涉及一種基于遺傳算法的穴盤苗自動移缽路徑優化方法。

背景技術

工廠化穴盤育苗中成苗率在80-95%之間，穴盤內除未發芽和漏播的孔穴，還有劣質缽苗，導致后續機械化批量移栽出現栽空、漏栽等現象，因此穴盤苗出廠前需要有不健康苗剔除和補苗環節。設施農業缽苗移栽機器人通過視覺檢測缽苗健康狀況和移缽系統實現各種功能的移栽，代替傳統手工移栽，降低勞動強度，提高生產效率，且使秧苗移栽一致性好。

穴盤苗進入缽苗移栽機器人的補苗移栽系統，在各苗缽健康狀況和位置信息均已知情況下,末端執行器從移栽穴盤將健康苗缽逐一取出補種到目的穴盤中被視覺檢測不健康缽苗剔除后的空穴中去。目的穴盤內各空穴位置的隨機性和移栽穴盤內可移栽苗缽的多選擇性,致使移缽路徑距離會隨補種苗缽的先后順序不同而變化。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于遺傳算法的穴盤苗自動移缽路徑優化方法，能夠提高設施農業自動化作業中自動移缽機械手機械手臂工作效率，減少補苗工序時長。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

本發明使用機器視覺技術生成目的苗盤苗位信息矩陣與移栽苗盤苗位信息矩陣；通過兩個苗位信息矩陣進行正負實數插序編碼并生成染色體；對生成初始種群建立的染色體進行適應度計算并由賭輪盤方法來篩選保留作為子代個體；對子代個體進行交叉操作；對子代個體進行單點變異；重插入操作保證初始種群規模；重復篩選、交叉、變異、重插入過程直至滿足迭代條件后輸出優化路徑結果。

所述的通過兩個苗位信息矩陣進行正負實數插序編碼并生成染色體，具體過程為負實數位于染色體編碼奇數位，正實數位于染色體編碼偶數位，重復此過程直至滿足初始規模NIMD條染色體的生成。

所述的對生成初始種群建立的染色體進行適應度計算并由賭輪盤方法來選擇保留作為子代個體，適應度函數為???????????????????????????????????????????????，將每條染色體適應度值線性化到[0,1]區間，其中表示為當前染色體路徑值，表示所有染色體中最小路徑值，表示所有染色體中的路徑最大值。

所述的對子代個體進行交叉操作，假設對于目的穴盤有4個空穴和移栽穴盤有41個有苗穴的補苗路徑問題，具體交叉算法過程描述如下：

a)?產生兩個介于1至8之間的隨機數i和j，其中i作為交配位，j作為交配步長；假設i＝4，j＝3，而父代個體A＝（0,20,-3,16,-1,18,-2,36,-4,0）；父代個體B＝（0,18,-1,14,-3,7,-4,16,-2,0）；

b)?首先將兩個父代個體除原點0后的第i?位到i+j位互換，若i+j≥8，則視其均等于8；得到子代個體A1＝（0,20,-3,16,-1,7,-4,16,-4,0）；子代個體B1＝（0,18,-1,14,-3,18,-2,36,-2,0）；

c)?對每個子代個體前后的原點0位去除后，從前開始搜索，發現相同的基因用1000代替；于是更新子代個體A1＝（0,20,-3,16,-1,7,-4,1000,1000,0）；B1＝（0,18,-1,14,-3,1000,-2,36,1000,0）；

d)?再對每個個體從除原點0后的第i＋1?位開始遍歷，所有1000都依次被有效基因替換；具體方法是：若1000處于偶數位，即帶負的標記，則將目的穴盤內的所有標記號與染色體除原點0后的每個偶數位對比，如果是沒有出現過的，則以此來代替1000；若1000處于奇數位，即帶正的標記，則將移栽穴盤內的所有標記號與染色體除原點0后的每個奇數位對比，將沒有出現過標記的歸為一組，隨機產生一個來代替1000；于是得到更新子代個體A1＝（0,20,-3,16,-1,7?-4,25,-2,0）；B1＝（0,18,-1,14,-3,8,-2,36,-4,0）；

這種交叉算法在考慮繼承父代信息同時，盡可能擴大隨機化搜索的范圍，并保證移缽路徑染色體特有基因個體排序的有效性。

所述的對子代個體進行單點變異，其變異過程為：

a)產生一個介于1至8之間的隨機數k代表變異位，將子代變異個體除原點0后的第k個標記值取出，判斷該標記的正負特性；