[发明专利]一种基于人工蚁群的穴盘苗自动化移栽路径优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种穴盘苗移栽路径优化方法，尤其是涉及一种基于人工蚁群的穴盘苗自动化移栽路径优化方法。

背景技术

工厂化穴盘育苗的成苗率一般在80%-95%之间，穴盘内除了未发芽和漏播的孔穴外，还有劣质不健康钵苗，不利于后续机械化作业和出厂销售。因此穴盘苗出厂前需要进行不健康苗的剔除和补苗作业。设施农业自动化钵苗移栽机通过机器视觉检测钵苗的健康状况和位置信息，并通过移栽系统实现补苗和稀植作业，代替传统的手工移栽，从而降低劳动强度，提高生产效率，并且具有较好的移栽一致性。

穴盘苗进入自动化钵苗移栽机的补苗移栽系统，经视觉检测确定各苗钵的健康状况和位置信息后,待补穴盘中的不健康钵苗将被剔除形成空穴，移栽手爪再将移栽穴盘中的健康苗钵取出补种到待补穴盘的空穴中去。一个周期内，移栽手爪的运动轨迹称为移栽路径。移栽路径具有一定的方向性，移栽手爪必须从起点出发，往返于移栽穴盘和待补穴盘之间，并进行重复取苗、持苗和钵苗释放动作，直到完成所有空穴的填补后回到起点。空穴随机分布于待补穴盘内，移栽穴盘内的可移栽苗钵也具有多种选择。可移栽钵苗选择的不同和空穴补种顺序的不同都会产生不同的移栽路径，并且这些路径的长度相差很大。移栽过程中移栽手爪花费大量时间往返于移栽穴盘和待补穴盘之间，那么找到一条相对较短的移栽路径便可以大大提高补苗作业的效率。已有的研究中，贪心优化方法的优化效果不是很明显，遗传优化方法在处理少量空穴时效果较好，但当空穴数量较大时效果不理想，并且不能处理只有一个空穴时的情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于人工蚁群的穴盘苗自动化移栽路径优化方法，能够有效缩短补苗过程中移栽手爪的运动路径，减少工序时长及能耗，提高作业效率。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是包括以下步骤：

1）通过机器视觉方法确定待补苗盘和移栽苗盘的钵苗健康状况以及位置信息，生成苗盘矩阵，并进行正负节点编号，初始化信息素浓度；

2）人工蚂蚁采用轮盘赌的方法选择下一个访问节点，将访问过的节点加入禁忌表，确保节点不会被重复访问，并且记录人工蚂蚁所访问的路径，得到最短路径长度以及该路径的各个节点编号顺序；

3）全局更新信息素，完成后清空禁忌表；

4）重复上述步骤2）～3），记录各轮人工蚂蚁路径访问中的最短路径，输出得到所有路径访问中的最短路径。

所述的通过机器视觉方法确定待补苗盘和移栽苗盘的钵苗健康状况以及位置信息，生成苗盘矩阵，并进行正负节点编号，初始化信息素浓度，其具体方法如下：

1.1）经过机器视觉检测及不健康钵苗剔除之后，将一个m×n规格的穴盘对应为一个m×n的矩阵，穴盘内的空穴对应矩阵中的0值，穴盘内的健康钵苗对应矩阵中的1值；

1.2）将待补穴盘中的空穴作为空穴节点i用负数依次从-1开始进行整数编号，即为-1,-2,-3,…,-p，将移栽穴盘中的健康钵苗作为钵苗节点j用正数依次从1开始进行整数编号，即为1,2,3,…,q，移栽手爪初始位置作为初始节点用0进行编号；

1.3）任意的空穴节点i和钵苗节点j之间的有效子路径长度d_ij计算如下公式1：

dij=(xi+xj)2+(yi-yj)2---(1)]]>