Optimal online path planning of machinery in asymmetrical farm using genetic algorithm

(1)

1

متیروگلا زا هدافتسا اب نراقتمان هعرزم رد نیشام نیلا نآ هنیهب ریسم یزیر همانرب ژ

کیتن

بسن یناهیک غورف ،1

نیمشدنگ یرصم محرت نیبشوخ رایرهش ،2

3

*

1 - یلیبدرا ققحم هاگشناد ،یعیبط عبانم و یزرواشک هدکشناد ،یزرواشک نویسازیناکم دشرا یسانشراک

2 - رایشناد یسدنهم هورگ یلیبدرا ققحم هاگشناد ،یعیبط عبانم و یزرواشک هدکشناد ،متسیسویب

3 - یوجشناد ط عبانم و یزرواشک هدکشناد ،یزرواشک نویسازیناکم دشرا یسانشراک

یلیبدرا ققحم هاگشناد ،یعیب

[email protected] Email:

*

هدیکچ هزادنا و لکش لاومعم و هدوب توافتم عرازم ی

"

ازم .دنراد بدحم ریغ یلکش عر نم یوگلا باختنا

رب بسا ماجنا یا

نیشام طسوت یزرواشک فلتخم تایلمع لکش نتشاد لیلد هب عرازم هنوگ نیا رد تلاآ

رایسب راک مظنمان یسدنه یاه

دهاوخ یاج رب یدایز دیفمریغ هدش یط تفاسم ،یتنس یاهوگلا زا هدافتسا تروصرد و تسا یلکشم دنام

. ل تسا اذ هداف زا

بسانم نتفای ،شهوژپ نیا فده .دوب دهاوخ رثوم رایسب کیتنژ متیروگلا ریظن یزاس هنیهب یاه کینکت کرح یوگلا نیرت

ت

مرن رد کیتنژ متیروگلا کمک هب بدحمریغ لکش اب یعرازم رد نیشام رازفا

MATLAB

.تسا نیا رد م زا هدافتسا اب هلاق

شام تکرح یارب هنیهب ییوگلا ،کیتنژ متیروگلا نی

هعرزم رد یزرواشک یاه ان ی

هیبش نراقتم رد و ،دش یزاس

ن نیا تیاه

هیبش جیاتن .دیدرگ هسیاقم )هتسویپ( یتنس یوگلا اب رادومن بلاق رد هنیهب یوگلا گلا هک داد ناشن یزاس

ق هنیهب یو تسا ردا

دودح 41 مریغ تفاسم رد % یط دیف

دش و ه 40

% فلت نامز رد هفرص دیفمریغ هدش

دیامن ییوج .

:یدیلک تاملک کیتنژ متیروگلا ،نراقتمان هعرزم ،هنیهب یوگلا ،ریسم یزیر همانرب

همدقم لاس رد هعسوت و تفرشیپ ریخا یاه متسیس ی

نیشام رد راکدوخ تیاده یاه هاگیاج و شقن ،اه

شوه م یتابساح د

ر

همانرب و یزیر مرن رد تکراشم اهرازفا

تسا هدومن تیوقت ار رظن دروم ی 2]

.[ لا اهوگ یفلتخم یتنس ی صوصخ رد

هوحن

دراد دوجو هعرزم رد نیشام تکرح .دشاب یم هتسویپ یوگلا ،اهنآ نیرتلومعم هک

نیا یتنس یاهوگلا غا

ثعاب بل شیازفا

یط دیفمریغ تفاسم م یدعب ریسم یادتبا هب ریسم کی یاهتنا زا تکرح یارب هعرزمرس رد ندز رود ماگنه هدش

ی .دنوش

نامز زا یدایز شخب یم قافتا هعرزمرس رد ندز رود لوط رد دیفمریغ

هعرزم هدزاب رد ندزرود نامز و دتفا نینچمه و یا

هعرزم ینیشام صخاش دراد یهجوت لباق یفنم ریثات

4] . [ خم تایلمع ماجنا یارب بسانم یوگلا باختنا رد یزرواشک فلت

نیشام هلیسو هب هعرزم قتمان عرازم رد یزرواشک تلاآ

اد لیلد هب نرا لکش نتش

یتخس هب مظنمان و صاخ یسدنه یاه

هدش یط تفاسم و هدش ماجنا رب ار یدایز دیفمریغ ی

اذل ،تشاذگ دهاوخ یاج کینکت زا هدافتسا ترورض

ب یاه هنیه یزاس

هاوخ اشگراک رایسب عرازم هنوگ نیا رد نیشام هنیهب ریسم و وگلا نییعت رد کیتنژ متیروگلا هژیوب .دوب د

شهوژپ یاه دعتم همانرب اب هطبار رد ید نیمز رد ریسم یزیر

.تسا هتفرگ ماجنا یسدنه مظنمان لاکشا اب یعارز یاه

نارگشهوژپ ریسم ششوپ متیروگلا

on-line یششوپ یاهریسم زا یتشگرب و تفر یاهریسم یاجب هک دندرک هئارا ار

یم هدافتسا چیپرام میسقت هداس یحاون هب ار یراک طیحم متیروگلا نیا .دنک

یم هنوگ هب دنک هداد ششوپ هعرزم لک هک یا

یم هدناشوپ هداس هیحان کی هک یماگنه .دوش ماجنا یارب یدعب هیحان نییعت تهج سوکعم شیامیپ متیروگلا کی ،دوش

(2)

2

دش دهاوخ هتفرگراکب تایلمع 7]

.[ لئاسم لح یارب کیتنژ متیروگلا هارمه هب یعونصم یبصع هکبش زا ریخا تاقیقحت

انرب هب طوبرم هم

یم هدافتسا ریسم یزیر شهوژپ نیا رد ناققحم .دنک

هلیسو تکرح ریسم فیصوت یارب یبصع هکبش زا اه

نامرف روظنمب هیلقن دندرک هدافتسا هعرزم رد تکرح ریسم نییعت تهج کیتنژ متیروگلا زا و هدرک هدافتسا یریگ

8] . [

یثلثم هعرزم رد ار نیشام نیلا نآ ریسم یزیر همانرب نارگشهوژپ هب هعرزم حطس ادتبا شهوژپ نیا رد .دنداد ماجنا لکش

هکبش تروص لولس زا یا

هزادنا هک اه یم روتکارت داعبا قباطم لولس ره ی

هب هعرزم حطس ششوپ سپس دش میسقت ،دشاب

هلابند تروص لولس زا یا

رس تشپ یاه دش ماجنا مه

1] .[

لصا فده ی

ا زا ی ن شهوژپ متیروگلا رب ینتبم درکیور داجیا یارب کیتنژ

یهب تکرح یگنوگچ نییعت یشام هن

ن یاه

لقادح روظنم هب نراقتمان عرازم رد یزرواشک ندرک

هدش یط دیفمریغ تفاسم یم

نیمک لابندب هک دشاب ه

،لماع نیا یزاس

هعرزم هدزاب .تفای دهاوخ شیازفا یسوسحم روطب یا

شور و داوم اه

هعرزم ،شهوژپ نیا رد ظن رد بدحمریغ لکش اب یا

هتفرگ ر هک دش رد ایلمع نآ یزروکاخ ت افتسا اب

هد ارت زا روتک

399 یورشیپ تعرس ابMF

1

kms-

7 ب ه ع هلیسو ناون هارمه هب هدنشک

یکسید راک ضرع اب 4 m

اجنا یم م دوش .

هبساحم روظنمب ریغ تفاسم نیرتمک ی

شور عاونا ،هعرزم رس رد ندزرود نیح رد دیفم رود یاه

روم ندز ق نومزآ د رار

تفرگ

نیشام تکرح یگنوگچ سپس و طسوت یزرواشک تلاآ

رازفا مرن رد و کیتنژ متیروگلا Matlab 2013

حرط دش یزیر .

لکش 1 - شور ندزرود فلتخم یاه :

هقلح ندزرود )فلا یا

(Ω-turn)

مه زا رود ریسم ود نیب ندزرود )ب (U-turn)

ندزرود )ج

بقع هدند زا هدافتسا اب (T-turn)

لودج – 1

ندزرود لومعم شور هس زا هدمآ تسدب نامز و تفاسم

ندزرود یاه شور ( تفاسم

رتم ( نامز )

هیناث )

ندزرود Ω

32 35

ندزرود 25 T

37

ندزرود 20 U

23

یط تفاسم لقادح ندز رود عون ره یارب هدش

هیلقن ی هلیسو کی طسوت ،

ب تکرح کیتامنیس تلاداعم ساسا ر

هبساحم یم یسم یاهتنا زا تکرح و هاگتسد ندز رود یارب مزلا تفاسم لقادح ، تلاداعم نیا ساسا رب هک دوش ر

هبi

ریسم یادتبا نیشام طسوت هعرزم رس هقطنم رد ندز رود لومعم شور هس یاربj

هعرزم یاه تلاداعم رد یا

1 و 2 و 3 هئارا

تسا هدش 5]

.[

(3)

3

( 1 )

( 2 )

( 3 )

نآ رد هک

ح ندز رود عاعش لقاد هلابند هارمه هب روتکارت

،لصتم دنب نیشام راک ضرع w

، و ربارب

یتایلمع ریسم ود هرامش توافت ( مهرس تشپ

نیب یاهریسم دادعت )یلاوتم یتایلمع ریسم ود

طسو . یانهپ خرچ ود بقع

روتکارت یلاح رد خرچ هک تیاده یاه دنراد رارق دوخ نامرف هیواز رثکادح رد هدننک

، ندز رود عاعش لقادح خ

دوب دهاو .

نیب ندزرود یارب 2

ندزرود شور زا ،مه رانکریسم و Ω

یم هدافتساT .دوش

رود تلاح رد ندز وΩ

زا یشانT

نیشام یتکرح تیدودحم یم هدافتسا ینامز و هدوب اه

زا ناوتن هک دنوش اح

U تل رود .درک هدافتسا اح رد ندز

Ω تل T و هب

هلابند تاودا راک ضرع لثم ییاهروتکاف لاصتا عون ،دنب

رد یاضف ،هدننار ییاناوت ، رس هقطنم ضرع ،سرتسد

... و هعرزم

دنراد یگتسب 6]

.[ رارکت رد هک تسانبم تیعمج شور کی و یعونصم شوه رب ینتبم متیروگلا کی ،یکیتنژ متیروگلا یاه

خم لت هب ف

هار جیردت لح

و هداد دوبهب ار اه طسوت

کی رس ی اهرگلمع زا ی

روگلا متی تنژ کی ظن ری

،باختنا رگلمع عطاقت رگلمع

و رگلمع

شهج هار هب یلماکت ریس کی لح

یم اه دهد 3] . [

هیبش یارب بختنم هعرزم لکش هب یزاس

نراقتمان رظن رد هتفرگ هب هک دش شور

یاه نآ رد ییاهریسم فلتخم رت

میس

هدش تسا هیبش و تابساحم . مرن رد یزاس

روگلا ساسارب بلتم رازفا متی

کیتنژ .دش ماجنا زاس هیبش و تابساحم

مرن رد ی رازفا

تروصب و یسیون دک لیذ متیروگلا ساسارب بلتم ریز

:دش ارجا

فلا - هرامش رگنایب نژ ره ی

لولس نژ نتسویپ مه هب زا هک تسا مامت یاه

اهلولس

،رگیدکی هب ورک

یم دوجو هب موزوم .دیآ

ب - موزومورک یم هلئسم یارب باوج کی و تکرح ریسم بیترت کی رگنایب هلئسم نیا رد متیروگلا یاه

.دشاب

ج - ع ضرع اب ربارب ریسم ره ضر .دش هتفرگ رظن رد هاگتسد راک

د - ب دصرد ،رارکت دادعت و تیعمج هزادنا لیبق زا لثمدیلوت هب طوبرم یاهرتماراپ ساسار لوت نادنزرف زا ی

یرط زا یدی ق

هطقن عطاقت .دش دیلوت شهج قیرط زا رگید یدصرد و یا

ثحب و جیاتن ددرت یاهوگلا عاونا لکش( نراقتمان یا هعرزم رضاح شهوژپ رد 2

یشام تکرح ریسم ،هعرزم نیا رد .دش هتفرگ رظن رد ) ن

تلاآ

تروص هب مه یزرواشک تایلمع ماجنا یارب یزرواشک رب ( هنیهب تروص هب مه و )هتسویپ یوگلا ( یتنس

ا ساسا متیروگل

حرط )کیتنژ .دش یزیر

(4)

4

لکش 2 - هعرزم بدحمریغ لکش اب یا

هب هعرزم حطس ادتبا یتنس یوگلا رد ریز

هعرزم اه کولب(

)ییاه میسقت و دش نیشام تکرح ریسم یزرواشک تلاآ

رد

عرزم ریز ره هب ه

هناگادج تروص هب و

( یتنس تروص نییعت )هتسویپ یوگلا

دیدرگ تیاهن رد و کولب نیا

مه اب اه ا دندش ماغد

.دندمآرد دحاو لکش کی هب و

A

B

C

لکش –3 کولب و تکرح تهج هعرزم یدنب

هتسویپ یوگلا ریسم زا تکرح شور نیا 1

پس و هدش عورش هعرزم یادتبا رد هب س

ریسم ات بیترت 12

یم همادا ار هعرزم لک ات دبای

ششوپ نیا رد .دهد

اهتنا رد نیشام نوچ شور یم دراو رواجم ریسم هب ریسم کی ی

اذل دوش

( یوقلح ندزرود شور زا هعرزم رس رد ندزرود یارب Ω

هدافتسا )لکش

یم .دنک نیشام تکرح هوحن و ریسم بیترت

هعرزم رد تلاآ ز تروص هب قوف ی

یم ری .دشاب

(5)

5

1 2

3 4

5 6

7 8

9 10

11 12

لکش 4 - بیترت یتنس شور رد هعرزم رد نیشام تکرح ریسم

هنیهب یوگلا کدوخ تیاده یاهروتکارت رد هک شور نیا رد هب را

یم هتفرگ راک ،دوش

هشقن ادتبا ز نیمز زا یا

ب یعار ه ط هظحل رو یا

تخم یاه متیروگلا زا هدافتسا اب و هدش هیهت ریظن یفل

Rectangle Tiling

،تسا یضایر کینکت کی هک هشقن

یهت یاه ه

هکبش تروص هب نیمز زا هدش لولس زا یا

هزادنا هک اه یم روتکارت داعبا قباطم لولس ره ی

قت ،دشاب میس یم وش ششوپ و د

هعرزم حطس هب

هلابند تروص لولس زا یا

رس تشپ یاه ماجنا مه

یم میپ هوحن و ریسم بیترت .دوش ت شیا

روتکار لس رد لو هب اه

یم ریز بیترت :دشاب

هنیهب بیترت=

1 2 3

4 5

6 7

8 9 19 20

21 22

23 24

25 26

27 28

29 30

31 32

33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43

44 45

46 47

48 49

50 51

52 53

54

55 56 57 58 59 60 61 62 63 64

65 66

67 68

69 70

71 72 73 74 75 76

77 78

79 80

81

82 83 84 85

86 87

88 89

لکش 5 - هنیهب شور رد هعرزم رد نیشام تکرح ریسم بیترت

(6)

6

تفاسم یط و هدش فلت نامز ا یارب مه و یتنس ددرت یوگلا یارب مه هعرزم رس هقطنم رد دیفمریغ هدش

ددرت یوگل ب

یه رد هن

لکش یاه 6 و 7 مسر هدش .تسا

352

208

0 50 100 150 200 250 300 350 400

لکش 6 - ریغ تفاسم هنیهب و یتنس شور رد هدش یط دیفم

385

232

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

لکش 7 - نامز دیفمریغ فلت هنیهب و یتنس شور رد هدش

هجیتن یریگ یلمع ماجنا یارب هک یفلتخم تکرح یاهریسم هب هجوت اب اشک تا

هئارا قوف ی هعرزم رد یزرو لصاح جیاتن و دش

زا

یم هظحلام ،تکرح یاهریسم نیا ماجنا نیح رد نیشام طسوت هدش هدومیپ دیفمریغ تفاسم لک ،یتنس شور رد هک دوش

شک تایلمع اب ربارب یزروا

352 یم رتم هب هنیهب شور رد ددع نیا یلو دشاب 208

هتفای شهاک رتم تسا

شهاک کی و 41

%

شن ار یم نا .دهد فلت نامز دروم رد یتنس یوگلا رد رادقم نیا زین هدش

385 یم هیناث هب هنیهب یوگلا رد هک دشاب 232

هیناث

شهاک شهاک کی و هتفای 40

یم ناشن ار % .دهد

ندزرود شور زا هدافتسا رما نیا لیلد هعرزم رس رد لکشU

یم دشاب

( لودج هب هجوت اب اریز 1

م رد ندزرود شور نیا ) شور ریاس اب هسیاق

و دیفمریغ تفاسم نیرتمک اه هدش فلت نامز نیرتمک

یم داجیا ار نینچمه .دنک

رد تمسق ندز رود هعرزم زا ییاه ش ماجنا هعرزم لخاد رد اه

رود نیح رد نوچ و هد تایلمع ندز

(7)

7

ماجنا یم یط تفاسم ،دوش فلت نامز و هدش

نآ زا یشان هدش وزج ،

بوسحم دیفمریغ نامز و تفاسم یمن

رادقم یفرط زا .دوش

شور نیا زا یشان یگتسخ رود یاه

یم شهاک زین هعرزم رس رد نآ زا یشان ینامز تافلت و ندز دبای

.

عبانم

1 .ح. غ ،یلقهاش ،.ت ،نیمشدنگ یرصم ،.ف ،بسن یناهیک . 1395

. بش هی یزاس همانرب ر یزی سم ری هب هنی نآ لا نی عرازم رد طتسم یلی هدافتسا اب لکش

گلا زا رو متی تنژ .کی دلج ،ناریا متسیسویب یسدنهم هلجم 48

هرامش ، 2 ، 232 - 225 .

. عت نیی وگلا ی هب ددرت هنی شام نی یاه زرواشک ی عرازم رد طتسم یلی اب لکش

روگلا زا هدافتسا متی

تنژ کیناکم یلم هرگنک نیمهد .کی یسدنهم

و متسیسویب .ناریا ،دهشم ، نویسازیناکم

. بش هی یزاس همانرب ر یزی سم ری هب هنی نآ لا نی عرازم رد طتسم یلی هدافتسا اب لکش

روگلا زا متی تنژ ر اب تسیز طیحم و یعیبط عبانم ،یزرواشک یاهشخب رد لماعریغ دنفادپ یلم شیامه نیمود .کی سوت درکیو

اپ هع نارهت .رادی .ناریا ،

4 .ت ،نیمشدنگ یرصم . 1394

یژتارتسا ( یزرواشک عیانص نویسازیناکم . تاراشتنا :لیبدرا .لوا پاچ .)اهدربهار و اه

د ققحم هاگشنا ا

.یلیبدر

5. Bochtis, D.D., Vougioukas, S.G .2008. Minimising the non-working distance travelled by machines operating in a headland field pattern. Biosystem Engineering, 101(1): 1–12.

6. Bochtis, D.D., Vougioukas, S.G., Griepentrog, H.W. 2009. A mission planner for an autonomous tractor, Transactions of ASABE, 52(5): 1429-1440.

7. González, E., Álvarez, O., Díaz, Y., Parra, C., Bustacarra, C. 2005. BSA: A complete coverage algorithm. In:

Proceedings of the 2005 IEEE International Conference on Robotics and Automation, April. , Barcelona, Spain, pp.

2040-2044.

9. Noguchi, N., & Terao, H. 1997. Path planning of an agricultural mobile robot by neural network and genetic Algorithm. .Journal of Computers and Electronics in agriculture, 18: 187-204.

(8)

8

Optimal online path planning of machinery in asymmetrical farm using genetic algorithm

Forough Keyhani, Nasab ¹, Tarahom Mesri Gundoshmian ², Shahriyar Khoshbin ^{3 *}

1- M.Sc. of Agricultural Mechanization, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardebili

2- Associate Professor, Department of Biosystem Engineering, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardebili

3- M.Sc. Student of Agricultural Mechanization, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardebili

*Email:[email protected]

Abstract

The shape and size of farms is different and farms usually have non-convex shape. Choose a suitable model for doing various agricultural operations in these fields by machinery would be very difficult due to irregular geometric shapes and providing using traditional patterns, a lot of non- working traveled distance will remain. So the use of optimization techniques such as genetic algorithms will be most effective. The purpose of this study is finding the most appropriate travelling pattern of machine in the fields with convex shape by using genetic algorithm in MATLAB software. In this paper, using genetic algorithms and Matlab 2013 software, an optimal model for moving unmanned farm machinery in asymmetrical farm simulated and finally this optimal pattern was compared with traditional patterns in the form of diagram. The simulation results showed that the optimal model is able to reduce approximately 41% in non-working distance and 40% in wasted time compared to the traditional traffic patterns.

Keywords: Path Planning, Optimal Pattern, Asymmetric Farm, Genetic Algorithm.