1.一种无人驾驶拖拉机自动导航转向系统,其特征在于,包括数据采集模块、GPS导航模块、雷达模块、无线通信模块、监测模块、数据处理模块、转向模块、预警管理模块、整机控制模块以及智能终端;
所述数据采集模块用于采集农田地块边界信息,所述GPS导航模块用于采集拖拉机行驶过程中拖拉机的位姿信息;所述数据处理模块用于规划拖拉机的期望行驶路线,所述转向模块用于控制拖拉机的转向;
所述数据采集模块将农田地块边界曲线传输到数据处理模块,所述GPS导航模块将拖拉机的位姿信息传输到数据处理模块,所述智能终端通过无线通信模块将目标位置信息传输到数据处理模块;
所述数据处理模块接收农田地块边界曲线、拖拉机的位姿信息和目标位置信息并进行融合处理得到道路边界信息,通过所述道路边界信息得到道路中线,根据所述道路中线得到拖拉机的期望行驶路线;所述数据处理模块规划拖拉机期望行驶路线的具体步骤为:S21:检测得到的道路中线是否有弯曲趋势,若无弯曲趋势,拖拉机沿当前方向继续行驶,如检测到有弯曲趋势,则开始规划拖拉机的行驶路径;具体包括:S211:所述弯曲趋势包括直角转弯和曲线转弯;其中直角转弯的计算为:分别计算最大转向半径Rmax和最小转向半径Rmin,最佳转向半径:R=(Rmax+Rmin)/2;
S212:曲线转弯的计算为:将所得到的道路中线的曲线拟合成数段直线,分别求得其相邻两段的外接圆弧,所述圆弧为最佳转向路径;
S22:所述转向模块根据拖拉机的期望行驶路线控制拖拉机的转向,即实时获取拖拉机当前航向角与最佳转向路径切线的夹角θ;具体步骤包括:S221:将拖拉机的起点作为坐标原点,建立二维坐标系;
S222:将期望行驶路线上拖拉机当前位置附近的三个点标记为(X0,Y0)、(X1,Y1)和(X2,Y2);求出经过三点的圆弧轨迹;
S223:此轨迹的切线与拖拉机当前航向角的夹角θ即为此时拖拉机的转向角度,拖拉机行驶过程中实时监测角度θ,保持θ为0;
所述数据处理模块将拖拉机的期望行驶路线和拖拉机当前航向角与最佳转向路径切线的夹角θ传输到监测模块,所述监测模块结合拖拉机的期望行驶路线、夹角θ和拖拉机的实时位置对拖拉机的偏离值作出分析;具体步骤如下:S31:获取拖拉机实时位置的坐标(X′i,Y′i);将点(X′i,Y′i)标记为验证点;
S32:获取期望行驶路线中与拖拉机实时位置对应的参考点;参考点的获取准则为,获取期望行驶路线中与点(X′i,Y′i)若干不重合的对应点,计算对应点与参考点的距离,将最近距离的对应点标记为参考点;
S33:将期望行驶路线中的参考点标记为(Ji,Ki);i=1...n;
S34:利用公式 计算得出拖拉机
的偏离值WE;其中,验证点与参考点的距离越近,θ越小,则拖拉机的偏离值WE越小;b1和b2为预设系数;
S34:当WE超过预设阈值时,则监测模块生成预警信号并将预警信号传输到整机控制模块;所述整机控制模块接收预警信号控制报警器发出警报并控制拖拉机停止运行。
2.根据权利要求1所述的一种无人驾驶拖拉机自动导航转向系统,其特征在于,所述数据采集模块采集农田地块边界信息的具体工作步骤为:步骤一:所述数据采集模块发布采集任务并选取对应的采集人员,具体步骤为:S11:将待采集的农田地块边界标记为待采边界;向工作人员的手机终端发送位置获取指令获取工作人员的位置,将工作人员的位置与拖拉机初始位置进行距离差计算得到人员距离QG;
S12:将工作人员的入行时间与系统当前时间进行时间差计算得到工作人员的工作时长并标记为QF;
S13:设定工作人员的年龄为QN,设定工作人员的采集次数为QC;将人员距离、工作时长、采集次数和年龄进行去量化处理并取其数值;
S25:利用公式 得到工作人
员的采集值QZ;其中,QT为工作人员的低效值;a1、a2、a3、a4和a5均为预设系数因子;
S26:选取采集值QZ最大的工作人员为待采边界的采集人员;
步骤二:将拖拉机初始位置和拖拉机目标位置发送至该采集人员的手机终端上;同时该采集人员的采集次数增加一次;
步骤三:采集人员到达拖拉机初始位置后,采集人员首次操控拖拉机顺时针绕行待采边界一周,绕行过程中打开GPS;拖拉机绕行过程中,拖拉机左车轮紧贴待采边界,且绕行车速保持较低匀速;得到农田地块边界曲线;
步骤四:将采集结束时刻与采集开始时刻进行时间差计算获取得到采集人员的采集时长,将其标记为R1;设定用户输入的评分值为A;将采集时长与输入的评分值进行去量化处理并取其值,利用公式 获取得到采集人员的单次值,将采集人员的所有单次值进行求和并取平均值得到采集人员的低效值QT;b1和b2均为预设比例系数。
3.根据权利要求1所述的一种无人驾驶拖拉机自动导航转向系统,其特征在于,所述整机控制模块还用于将预警信号和拖拉机的位置信息传输到预警管理模块;所述预警管理模块接收到预警信号和拖拉机的位置信息并分配至对应的管理人员进行处理;具体步骤为:S41:获取当前时间上班的管理人员并将其标记为初选人员,用符号Hj表示,j=1,
2,……,m;
S42:设定初选人员当天的管理总时长为T1Hj;将初选人员的入职时间与系统当前时间进行时间差计算得到初选人员的入职时长并标记为T2Hj;设定初选人员的年龄为NHj;
S43:利用公式
计算得到初选人员的管理值DF;其中T3Hj为初选人员的辅助时长;r1、r2、r3和r4均为预设因子;
S44:选取管理值最大的初选人员为选中人员;预警管理模块向选中人员的手机终端发送预警信号和拖拉机的位置信息;
S45:选中人员通过手机终端接收到预警信号和拖拉机的位置信息后,选中人员到达拖拉机的位置处并通过手机终端拍摄拖拉机的图片并将拖拉机的图片和管理开始指令发送至预警管理模块;
S46:预警管理模块接收到管理开始指令和拖拉机的图片后将该拖拉机标记为预警机,当预警机的偏离值小于等于预设阈值时,则预警管理模块生成管理完成指令并发送至选中人员的手机终端上;
S47:预警管理模块将接收到管理开始指令的时刻标记为该选中人员的管理开始时刻,将生成管理完成指令的时刻为该选中人员的管理完成时刻,将管理完成时刻与管理开始时刻进行时间差计算获取得到单次管理时长;
将选中人员的当天单次管理时长进行求和得到选中人员当天的的管理总时长T1Hj;
同时获取选中人员在系统当前时间三十天内所有的单次管理时长进行求和并取均值得到选中人员的辅助时长T3Hj。
4.根据权利要求1所述的一种无人驾驶拖拉机自动导航转向系统,其特征在于,所述雷达模块由安装于拖拉机前部的毫米波雷达构成,所述雷达模块用于检测障碍物的存在与否,并在检测到障碍物的存在时,向数据处理模块发送障碍物的位置信息,所述数据处理模块根据障碍物的位置信息生成避让指示和路径导航信息,并将该避让指示和路径导航信息传送给整机控制模块,所述整机控制模块根据所述避让指示和路径导航信息对拖拉机进行控制。
5.根据权利要求1所述的一种无人驾驶拖拉机自动导航转向系统,其特征在于,所述位姿信息包括位置信息、加速度、速度以及航向角;所述农田地块边界信息包括农田地块边界曲线;所述道路边界信息包括道路边缘线位置信息,根据所述道路边缘线位置信息得到道路中线。