基于VMM和DNiGA的直升机多林区植保作业航线规划

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5006.09、4644.97和5295.47 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.