基于VMM和DNiGA的直升机多林区植保作业航线规划

来源：农业工程学报杂志2022年第1期北京时间：

作者：方树平,茹煜,胡晨明,刘洋洋,刘彬,李建平,夏达明,

摘要：直升机在现代林业病虫害防治中扮演重要角色，合理的航线规划对直升机航空施药至关重要。该研究针对直升机小坡度多片作业林区的情况，开发了一种适用于单个林区施药航线规划的向量建模法（Vector Modeling Method，VMM）和适用于多林区间调度航线规划的双层嵌套遗传算法（Double Nested improved Genetic Algorithm，DNiGA）。VMM法以减少单林区间掉头次数和多余覆盖率为规划航线目标，DNiGA算法以外层遗传算法求解调度航线，内层遗传算法作为协助求解外层遗传算法适应度的算子，求解考虑各林区进出入点的区域间最优调度路径。在自建多林区环境下进行算法验证。对VMM和Slice算法进行对比，在3种喷幅下，VMM法的掉头次数均明显少于Slice算法，多余覆盖率分别为2.31%、5.28%和6.64%。对DNiGA与分步式IGA-GA算法进行比较，喷幅10、20、30 m时DNiGA算法求得区域间最优调度航线长度分别为5 006.09、4 644.97和5 295.47 m，较IGA-GA分别缩短了11.24%、5.11%和6.59%。R44直升机多林区植保作业试验表明，VMM和DNiGA算法规划的航线比人工经验法的掉头次数减少4次，多余覆盖率降低27.8%，施药航线长度缩短6.15%，区域间调度航线长度缩短16.41%。该算法适用于直升机多林区植保作业航线规划，可减少掉头次数，降低多余覆盖率，缩短区域间调度航线长度，对实现智慧农林植保作业具有一定价值。

关键词：直升机, 算法, 植保, 航线规划, 施药航线, 调度航线