[發(fā)明專利]一種基于集群小車的農(nóng)田環(huán)境管理方法及系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210902297.5
• 申請(qǐng)日: 2022-07-29
• 公開（公告）號(hào): CN115128984A
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王曦楊;陳煒峰;胡凱;尚光濤;李振熊;周鋮君
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京信息工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B19/042
• 分類號(hào): G05B19/042
• 代理公司: 南京縱橫知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

1.一種基于集群小車的農(nóng)田環(huán)境管理系統(tǒng)，其特征在于，包括：

控制移動(dòng)機(jī)器人按照預(yù)先訓(xùn)練確定的最優(yōu)路徑行進(jìn)；

確定最優(yōu)路徑的訓(xùn)練方法包括：

使用柵格法對(duì)工作環(huán)境進(jìn)行建模，為移動(dòng)機(jī)器人設(shè)定好運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)S和目標(biāo)點(diǎn)T；

初始化蟻群算法和螢火蟲算法中的參數(shù)，根據(jù)螢火蟲朝著亮度更高區(qū)域聚集的原則，對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的空間位置及適應(yīng)度函數(shù)進(jìn)行迭代；

將螢火蟲算法中迭代后的移動(dòng)機(jī)器人的空間位置作為螞蟻算法的信息素重要程度因子α，啟發(fā)函數(shù)重要程度因子β和信息素?fù)]發(fā)系數(shù)ρ代入蟻群算法中，獲得移動(dòng)機(jī)器人的空間位置對(duì)應(yīng)的適應(yīng)度函數(shù)；利用適應(yīng)度函數(shù)更新螢火蟲亮度信息；

移動(dòng)機(jī)器人行進(jìn)過程中通過輪盤選擇算法選出下一步將要到達(dá)的柵格,獲得起始點(diǎn)S至目標(biāo)點(diǎn)T的優(yōu)先路徑；且使用狼群分配原則算法對(duì)路徑上的信息素濃度進(jìn)行更新；

添加沿所述優(yōu)先路徑由目標(biāo)點(diǎn)T向起始點(diǎn)S行進(jìn)的螞蟻，降低優(yōu)先路徑途中的信息素濃度從而跳出局部循環(huán)；重新對(duì)移動(dòng)機(jī)器人由起始點(diǎn)S至目標(biāo)點(diǎn)T的路徑進(jìn)行迭代獲得最優(yōu)路徑。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于集群小車的農(nóng)田環(huán)境管理方法，其特征在于，根據(jù)螢火蟲朝著亮度更高區(qū)域聚集的原則，對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的空間位置及適應(yīng)度函數(shù)進(jìn)行迭代的方法包括：

設(shè)定X_i＝(X_i1,X_i2,...X_id...,X_iD)是群體第i只螢火蟲，其中i＝1，2，3，...,K；K和D分別為螢火蟲群體的大小和問題維數(shù)；

螢火蟲朝著亮度更高區(qū)域聚集的移動(dòng)表達(dá)公式為

X_id(t+1)＝X_id(t)+β(r_ij)*(X_id(t)-X_jd(t))+δε

公式中，t和t+1表示為迭代次數(shù)；r_ij表示為第i只螢火蟲與第j只螢火蟲之間的距離；β(r_ij)表示為第i只螢火蟲與第j只螢火蟲之間的吸引力；β_o表示為相互距離為零的兩只螢火蟲之間的吸引力；γ表為光吸收系數(shù)；δ表示為步長因子，δ∈[0，1]；ε表示為隨機(jī)數(shù)，ε∈[-0.5，0.5]。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于集群小車的農(nóng)田環(huán)境管理方法，其特征在于，移動(dòng)機(jī)器人行進(jìn)過程中通過輪盤選擇算法選出下一步將要到達(dá)的柵格的方法包括：

計(jì)算移動(dòng)機(jī)器人從第a個(gè)柵格轉(zhuǎn)移到第b個(gè)柵格的概率P_ab(t)，表達(dá)公式為：

公式中，alloweda為螞蟻待訪問的柵格集合；η_ab(t)表示t時(shí)刻從第a個(gè)柵格轉(zhuǎn)移到第b個(gè)柵格中待訪問柵格的啟發(fā)函數(shù)；τ_ab(t)表示t時(shí)刻從第a個(gè)柵格轉(zhuǎn)移到第b個(gè)柵格的路徑上殘留的信息素濃度；s表示為從第a個(gè)柵格轉(zhuǎn)移到第b個(gè)柵格路徑上的待訪問柵格；μ為啟發(fā)系數(shù)，N為環(huán)境中柵格的列數(shù)。

根據(jù)概率P_ij(t)選出移動(dòng)機(jī)器人下一步將要到達(dá)的柵格。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于集群小車的農(nóng)田環(huán)境管理方法，其特征在于，使用狼群分配原則算法對(duì)路徑上的信息素濃度進(jìn)行更新的方法：

公式中，表示為局部最優(yōu)路徑長度；表示為局部最差路徑長度；m表示為環(huán)境中柵格的行數(shù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于集群小車的農(nóng)田環(huán)境管理方法，其特征在于，添加沿所述優(yōu)先路徑由目標(biāo)點(diǎn)T向起始點(diǎn)S行進(jìn)的螞蟻，降低優(yōu)先路徑途中的信息素濃度從而跳出局部循環(huán)；重新對(duì)移動(dòng)機(jī)器人由起始點(diǎn)S至目標(biāo)點(diǎn)T的路徑進(jìn)行迭代的表達(dá)公式為：

σ＝τ_ab(max)-τ_ab(min)

公式中，表示為移動(dòng)機(jī)器人從第a個(gè)柵格轉(zhuǎn)移到第b個(gè)柵格過程中當(dāng)前位置的信息素濃度；τ_ab(max)表示記錄的最大信息濃度。