一种基于已工作区域的农具区段控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种农业机械领域，具体为一种根据已工作区域的农具区段控制系统。
【背景技术】
[0002]农业机具(如播种机，喷雾机，施肥机等)由若干区段组成。播种机可以少则由二行，三行，多则由三十六行或四十八行以上的播种单体组成，每一行都是一个区段。喷雾机的喷杆上可以由2 O到2 5 6个喷嘴组成，而每一个喷嘴所应用的宽度就是喷雾机的一个区段。在农具作业时如果某一个或多个区段在在之前已作业过的区域，这些重复作业的区段可以被关掉去节省用料降低成本和减少对环境的影响，而其它区段的作业可以继续进行，所以区段控制可以做到对农具的精确控制，提高农作管理水平。
[0003]常用的记录已工作区域的办法是把一个地块划分成一定长度和宽度的小方格，如果一个小方格在某个多边形之内，那么把这个小格设为1，否则把这个小格设为O。检查小格里的内容从而得知这个小格是否已经作业过。这种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，控制不精确；如果小格太小，用的内存就会很多。无论有多大工作过的区域，这种方法所用的内存需要是固定不变的。
[0004]上面存储方法实际上为点阵存储，而向量存储多边形是把多边形的每一个顶点都存到电脑里去。根据全球定位接受器(GPS)所提供的位置信息，农业机械(比如说播种机，喷雾机，施肥机等)作业过的地方用一系列的多边形去记录下来。当多边形多时存储量大，多边形少时，存储量小。当农机在一块不规则的大地块作业时，会产生几万甚至几十万个多边形。当去判定是否农具的某一个区段是否在已工作区域时，需要对所有存储的几万甚至几十万个多边形做一个点在多边形的计算，计算量很大，不易达到实时快速控制。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型是为解决上述提出的问题，提供一种减少存储空间，提高计算效率，从而提高控制速度和精度的一种农具区段控制的方法及系统。
[0006]本实用新型的目的是以如下方式实现的:用四分树数据结构去存储已工作区域的多边形及基于此存储方法之上的农具区段控制，由全球定位系统，田间电脑，以及农具上的区段控制单元等组成，比如说播种机上的每一行的离合器是一个区段控制单元，喷雾机上的一个喷头是喷雾机的一个区段控制单元，施肥机上控制每一行施肥的电机是施肥机的一个区段控制单元。
[0007]基于已工作区域的农具区段控制方法，包括以下步骤:
[0008]A.由于每一个农具的区段相对于整个农具的位置是确定的，基于G P S位置可以计算出每一个区段的位置的左边点和右边点，此区段的左右两点随着农具移动就产生一个多边形。如果航向角变化小于5度，多边形一直向前延伸；如果航向角变化大于5度，前一个多边形结束，然后开始一个新的多边形。
[0009]B.本实用新型进而用四分树去存储这些多边形。四分树将一个正方形区域规则地划分为四个子区域，每个子区域再分为4个子区域，如此逐次划分，直至子区域达到I厘米的位置精度。四分树建好之后，就可以把已经完成的多边形根据它的位置及尺寸存到四分树的合适的节点上。
[0010]C、计算某一个农具区段是已经在作业区域的流程中，首先计算出此区段中心位置的坐标，再搜索出此位置从树的根节点一直到最末端节点的路径上的所有存储的多边形，这些多边形称为与此点相关的多边形；对所有与此点相关的多边形，做一个点是否在多边形的计算。如果此点在某一个多边形之内，那么此区段在已作业区域。否则，此区段不在已作业区域。
[0011]D、计算点在多边形:假设在二维平面上有一条有向的闭曲线，把曲线想象为某个物体的运动轨迹，运动方向就是曲线的方向。曲线的卷绕数就是物体逆时针绕过原点的总次数，计算绕过原点的总次数时，逆时针方向的运动算正数，顺时针方向的运动算负数。用卷绕数去判定一个点是否在一个多边形内，可以用该多边形去计算对判定点的卷绕数，如果卷绕数是O，那么这个点就在多边形的外部。如果卷绕数不为O，则判定点在多边形的内部。
[0012]本实用新型用向量多边形去记录农具作业过的区域，当多边形多时，用的计算机存储空间大，当多边形少时，用的计算机存储空间小。而且多边形的空间关系已经隐藏在四分树的存储结构中，当去决定某一个农具区段是否在已工作区域时，只用与这个点相关的多边形去计算判定，而不相关的多边形可以忽略不计，所以可以提高计算区段是否在工作区域的计算速度，从而提高控制的频率和精度。
【附图说明】
[0013]为了使本实用新型的内容更容易更清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中
[0014]图1是系统组成示意图；
[0015]图2是四分树的二维空间划分及若干代表已工作区域多边形的示意图；
[0016]图3是图2所述的四分树及多边形在计算机内部的存储示意图；
[0017]图4是计算卷绕数的流程示意图。
[0018]【具体实施方式】:
[0019]如图1所示，一种基于已作业区域的农具区段控制系统，主要由全球定位系统，田间电脑，以及农具上的区段控制单元等组成。具体实施由以下步骤组成:
[0020]A、在多边形产生时，首先基于G P S位置计算出每一个区段的位置的左边点和右边点，区段的左右两点随着农具移动，产生一个多边形.如果航向角变化小于5度，此多边形一直向前延伸；如果航向角变化大于5度，就把前一个多边形结束，然后再开始一个新的多边形；
[0021]B、根据多边形的位置及大小把它存储到四分树中合适的节点上。四分树将一个正方形区域规则地划分为四个子区域，每个子区域再分为4个子区域，如此逐次划分，直至子区域达到I厘米的位置精度，如图1所示。如一个多边形(比如说M 3 )超过它的一个子象限，就把它存储在树的根节点，如一个多边形(比如说M2，M1，M4，M5)小于它的一个子象限，就把它存于它的子象限的树的节点上。多边形M6小于它的子象限的子象限(孙象限)，就把它存在孙象限的节点上。四分树及其节点上存储的多边形在计算机内部的存储是一种树状结构，如图2所示。四分树数据结构把多边形的空间关系或位置及大小隐藏于计算机存储空间中。
[0022]C、根据GPS的位置找出每一个区段的中间的点，然后再找出这个点所在位置的从最高级的到最低级的四分树节点上存储的所有多边形，这些多边形称与此点相关的多边形。然后做一个计算去判定是否这一点在某一个相关的多边形内，如在的话，关掉农具在这一个的区段。在图2中，P点是某一个区段的中心点，与P点相关的从最高级到最低级树的四分树的节点在图3中是树的最左边的一路径，此路径节点上存储的多边形由M 3，M5，和M 6组成，所以M 3，M 5和M 6是与P点相关的多边形。多边形M I，M 2，M4不在相关路径上，所以在做点是否在多边形计算时可以忽略不计。需要特别指出的是:虽然在示意图上，与此点相关的多边形有三个，而不相关的的多边形也只有三个，但在实际生产时在一个大的地形复杂的地块，与此点相关的多边形有几到几十个，而不相关的多边形有几万个甚至几十万个。所以已工作区域的多边形用四分树数据结构进行存储和索引可以大大地提高判定点是否在已工作区域的计算速度。
[0023]D、假设在二维平面上有一条有向的闭曲线。我们可以把曲线想象为某个物体的运动轨迹，运动方向就是曲线的方向。曲线的卷绕数就是物体逆时针绕过原点的总次数。计算绕过原点的总次数时，逆时针方向的运动算正数，顺时针方向的运动算负数。用卷绕数去判定点是否在一个多边形内，可以用该多边形去计算对判定点的卷绕数，如果卷绕数是O，那么这个点就在多边形的外部。如果卷绕数不为Q，则判定点在多边形的内部；计算卷绕数的具体流程如图4所示。
[0024]以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于已作业区域的农具区段控制系统，由全球定位系统，田间电脑，以及农具上的区段控制单元等组成。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于已作业区域的农具区段控制系统，由全球定位系统，田间电脑，以及农具上的区段控制单元等组成。本实用新型用向量多边形去记录农具作业过的区域，并用四分树数据结构去存储和索引这些多边形。当农具的某个区段经过已工作区域的时候，此区段就被关掉以节省生产资料例如种子，化肥，农药等和减少对环境的影响。当决定某一个区段是否在已工作区域时，用这个区段的中心点去计算是否此点在已工作区域的某一个多边形内。因为多边形的空间关系已经存储在四分树数据结构中，只需要判定与区段中点相关的多边形即可而其它多边形可忽略不计,从而可以提高计算速度,提高区段控制的频率和精度。
【IPC分类】G05B19/418
【公开号】CN204731609
【申请号】CN201520153255
【发明人】魏剑涛
【申请人】常州怀玉电子有限公司
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2015年3月18日