掉头路径的规划方法和装置
技术领域
本发明涉及计算机领域，具体涉及一种掉头路径的规划方法和装置。
背景技术
随着科学技术的进步，自动驾驶技术已经广泛地应用到了农业领域。在作业的过程中，农机设备可以通过自动驾驶技术实现自动驾驶作业，从而提高了劳动生产效率。
在现有的自动驾驶条件下的农机作业过程中，当某一行直线作业完成时，需要将农机设备进行转向操作，以完成下一行作业。现有技术提供的转向方法是：首先，停止自动驾驶；然后，由作业人员进行手动驾驶转向；在转向完成后，再次启动自动驾驶模式继续进行作业。
在实现本发明的过程中，发明人发现，现有技术提供的转向方法需要人为驾驶完成，效率较低，并且，由于受人为驾驶经验以及环境对人的影响，可能出现转向不成功的问题。
发明内容
本发明实施例提出了一种掉头路径的规划方法和装置，以解决手动掉头效率低的问题。
为了解决上述问题，本发明实施例公开了一种掉头路径的规划方法，包括：获取作业地块的边界信息、在所述作业地块上进行初始作业的初始路径信息以及转向方向信息；根据所述边界信息、所述初始路径信息以及所述转向方向信息，获取出射点信息和入射点信息；根据所述出射点信息和入射点信息、所述转向方向信息以及预先设置的转向参考条件，从预先设置的两个以上转向方式中选取目标转向方式；根据所述目标转向方式进行掉头路径规划。
进一步地，所述边界信息为所述作业地块的边界上两个以上边界点的集合，所述获取作业地块的边界信息包括：从所述边界信息中获取连续三个边界点构成的夹角；如果所述夹角小于预先设置的夹角阈值，从所述边界信息中删除所述连续三个边界点的中间一个边界点；以此类推，遍历所述边界信息中所有边界点，生成目标边界信息；则此时，所述根据所述边界信息和所述初始路径信息，获取出射点信息和入射点信息替换为：根据所述目标边界信息和所述初始路径信息，获取出射点信息和入射点信息。
进一步地，所述初始路径信息为初始作业时记录的两个以上初始作业点的集合，所述根据所述边界信息、所述初始路径信息以及所述转向方向信息，获取出射点信息和入射点信息包括：获取所述初始路径信息中最后两个初始作业点构成的第一作业路径段；将所述第一作业路径段进行延伸，获取与所述边界信息构成的边界之间的交点信息为所述出射点信息；根据转向方向信息，获取与所述初始路径信息对应的初始路径平行的第二路径对应的第二路径信息，其中，所述第二路径信息包括所述第二路径上的两个以上作业点的集合；获取所述第二路径信息中最开始两个作业点构成的第二作业路径段；将所述第二作业路径段进行反向延长，获取与所述边界之间的交点信息为所述入射点信息。
进一步地，所述根据转向方向信息，获取与所述初始路径信息对应的初始路径平行的第二路径对应的第二路径信息包括：根据所述转向方向信息，采用梭行法获取与所述初始路径平行的第二路径，并获取第二路径对应的第二路径信息；或者，根据所述转向方向信息，采用套行法获取与所述初始路径平行的第二路径，并获取第二路径对应的第二路径信息。
进一步地，所述根据所述出射点信息和入射点信息、所述转向方向信息以及预先设置的转向参考条件，从预先设置的两个以上转向方式中选取目标转向方式包括：如果所述转向参考条件包括具有高精度设备，根据所述出射点信息和入射点信息、所述转向方向信息，从所述两个以上转向方式中选取回旋转向方式为目标转向方式；或者，如果所述转向参考条件包括不具有高精度设备且所述作业地块的边界为简单边界，根据所述出射点信息和入射点信息、所述转向方向信息，从所述两个以上转向方式中选取常规转向方式为目标转向方式；或者，
如果所述转向参考条件包括不具有高精度设备且所述作业地块的边界为复杂边界，根据所述出射点信息和入射点信息、所述转向方向信息，从所述两个以上转向方式中选取Dubins转向方式为目标转向方式。
进一步地，所述回旋转向方式由回旋弧段和直线段组合，其中，所述回旋弧段包括：三段式回旋和两段式回旋；所述常规转向方式包括：梨形转向方式、U形转向方式、弓形转向方式、半梨形转向方式以及鱼尾形转向方式；所述Dubins转向方式包括：CleftSlineCleft转向方式、CleftSlineCright转向方式、CrightSlineCleft转向方式、CrightSlineCright转向方式、CrightCleftCright转向方式以及CleftCrightCleft转向方式；其中，Cleft为向左转向的圆弧，Cright为向右转向的圆弧，Sline为直线。
另一方面，为了解决上述问题，本发明实施例公开了一种掉头路径的规划装置，包括：
第一获取模块，用于获取作业地块的边界信息、在所述作业地块上进行初始作业的初始路径信息以及转向方向信息；
第二获取模块，用于根据所述第一获取模块获取的所述边界信息、所述初始路径信息以及所述转向方向信息，获取出射点信息和入射点信息；
第三获取模块，用于根据所述第二获取模块获取的所述出射点信息和入射点信息、所述第一获取模块获取的转向方向信息以及预先设置的转向参考条件，从预先设置的两个以上转向方式中选取目标转向方式；
路径规划模块，用于根据所述第三获取模块获取的所述目标转向方式进行掉头路径规划。
进一步地，所述边界信息为所述作业地块的边界上两个以上边界点的集合，所述第一获取模块包括：
第一获取子模块，用于从所述边界信息中获取连续三个边界点构成的夹角；
删除子模块，用于如果所述第一获取子模块获取的所述夹角小于预先设置的夹角阈值，从所述边界信息中删除所述连续三个边界点的中间一个边界点；
生成子模块，用于采用所述删除子模块以此类推，遍历所述边界信息中所有边界点，生成目标边界信息；
则此时，所述第二获取模块还用于根据所述目标边界信息和所述初始路径信息，获取出射点信息和入射点信息。
进一步地，所述初始路径信息为初始作业时记录的两个以上初始作业点的集合，所述第二获取模块包括：
第二获取子模块，用于获取所述初始路径信息中最后两个初始作业点构成的第一作业路径段；
第三获取子模块，用于将所述第二获取子模块获取的所述第一作业路径段进行延伸，获取与所述边界信息构成的边界之间的交点信息为所述出射点信息；
第四获取子模块，用于根据所述转向方向信息，获取与所述初始路径信息对应的初始路径平行的第二路径对应的第二路径信息，其中，所述第二路径信息包括所述第二路径上的两个以上作业点的集合；
第五获取子模块，用于获取所述第二获取子模块获取的所述第二路径信息中最开始两个作业点构成的第二作业路径段；
第六获取子模块，用于将所述第五获取子模块获取的所述第二作业路径段进行反向延长，获取与所述边界之间的交点信息为所述入射点信息。
进一步地，所述第四获取子模块包括：
第一获取单元，用于根据所述转向方向信息，采用梭行法获取与所述初始路径平行的第二路径，并获取第二路径对应的第二路径信息；或者，
第二获取单元，用于根据所述转向方向信息，采用套行法获取与所述初始路径平行的第二路径，并获取第二路径对应的第二路径信息。
进一步地，第三获取模块包括：
第七获取子模块，用于如果所述转向参考条件包括具有高精度设备，根据所述出射点信息和入射点信息、所述转向方向信息，从所述两个以上转向方式中选取回旋转向方式为目标转向方式；或者，
第八获取子模块，用于如果所述转向参考条件包括不具有高精度设备且所述作业地块的边界为简单边界，根据所述出射点信息和入射点信息、所述转向方向信息，从所述两个以上转向方式中选取常规转向方式为目标转向方式；或者，
第九获取子模块，用于如果所述转向参考条件包括不具有高精度设备且所述作业地块的边界为复杂边界，根据所述出射点信息和入射点信息、所述转向方向信息，从所述两个以上转向方式中选取Dubins转向方式为目标转向方式。
与现有技术相比，本发明实施例提供的技术方案，首先，由于可以根据边界信息、初始路径信息以及转向方向信息，获取出射点信息和入射点信息，出射点和入射点之间无关联限制，从而使得本发明实施例提供的技术方案适用性更强，不受作业地块形状等因素的限制；其次，由于可以根据出射点信息和入射点信息、转向方向信息以及预先设置的转向参考条件，从预先设置的两个以上转向方式中选取目标转向方式，使得本发明实施例提供的技术方案可以根据实际的需求自动选择最优的目标转向方式，避免了由于转向方式不合适造成地头转向所需用地过多，或者无法在不规则边界上灵活掉头，或者只能进行直线操作无法进行曲线操作，或者掉头方式对高精度仪器产生巨大耗损等等的问题。本发明实施例提供的技术方案整个流程是自动完成的，是自动驾驶技术应用在作业领域中的重要补充，解决了现有技术中自动驾驶过程中掉头时需要操作人员手动参与，造成自动驾驶终端，掉头效率低等问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的掉头路径的规划方法流程图；
图2为图1所示的本发明实施例提供的掉头路径的规划方法中步骤101的流程图；
图3为图1所示的本发明实施例提供的掉头路径的规划方法中步骤102的流程图；
图4为图1所示的本发明实施例提供的掉头路径的规划方法中，初始路径是直线时获取的出射点信息和入射点信息的示意图；
图5为图1所示的本发明实施例提供的掉头路径的规划方法中，初始路径是曲线时获取的出射点信息和入射点信息的示意图；
图6为图1所示的本发明实施例提供的掉头路径的规划方法中，作业模式为梭行法的示意图；
图7为图1所示的本发明实施例提供的掉头路径的规划方法中，作业模式为套行法的示意图；
图8为图1所示的本发明实施例提供的掉头路径的规划方法中，U形转向方式示意图；
图9为图1所示的本发明实施例提供的掉头路径的规划方法中，弓形转向方式示意图；
图10为图1所示的本发明实施例提供的掉头路径的规划方法中，梨形转向方式示意图；
图11为图1所示的本发明实施例提供的掉头路径的规划方法中，半梨形转向方式示意图；
图12为图1所示的本发明实施例提供的掉头路径的规划方法中，鱼尾形转向方式示意图；
图13为图1所示的本发明实施例提供的掉头路径的规划方法中，CleftSlineCleft转向方式示意图；
图14为图1所示的本发明实施例提供的掉头路径的规划方法中，CleftSlineCright转向方式示意图；
图15为图1所示的本发明实施例提供的掉头路径的规划方法中，CrightSlineCleft转向方式示意图；
图16为图1所示的本发明实施例提供的掉头路径的规划方法中，CrightSlineCright转向方式示意图；
图17为图1所示的本发明实施例提供的掉头路径的规划方法中，CrightCleftCright转向方式示意图；
图18为图1所示的本发明实施例提供的掉头路径的规划方法中，CleftCrightCleft转向方式示意图；
图19为图1所示的本发明实施例提供的掉头路径的规划方法中，三段式回转示意图；
图20为图1所示的本发明实施例提供的掉头路径的规划方法中，两段式回转示意图1；
图21为图1所示的本发明实施例提供的掉头路径的规划方法中，两段式回转示意图2；
图22为图1所示的本发明实施例提供的掉头路径的规划方法中，初始路径为直线时，使用Dubins转向方式规划掉头路径的示意图；
图23为图1所示的本发明实施例提供的掉头路径的规划方法中，初始路径为曲线时，使用Dubins转向方式规划掉头路径的示意图；
图24为图1所示的本发明实施例提供的掉头路径的规划方法中，初始路径为直线时，常规转向方式和Dubins转向方式进行掉头路径规划的比较图；
图25为图1所示的本发明实施例提供的掉头路径的规划方法中，初始路径为曲线时，常规转向方式和Dubins转向方式进行掉头路径规划的比较图；
图26为图1所示的本发明实施例提供的掉头路径的规划方法中，最小地头掉头路径示意图；
图27为图1所示的本发明实施例提供的掉头路径的规划方法中，不同出射点角度和入射点角度条件下回旋转向方式生成的掉头路径示意图；
图28为图1所示的本发明实施例提供的掉头路径的规划方法中，不同转向方式下的掉头路径及曲率示意图；
图29为本发明实施例提供的掉头路径的规划装置结构示意图；
图30为图29所示的发明实施例提供的掉头路径的规划装置中第一获取模块2901的结构示意图；
图31为图29所示的发明实施例提供的掉头路径的规划装置中第二获取模块2902的结构示意图；
图32为图31所示的第二获取模块2902中第四获取子模块3103的结构示意图；
图33为图29所示的发明实施例提供的掉头路径的规划装置中第三获取模块2903的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
为了解决手动掉头效率低的问题，本发明实施例提供一种掉头路径的规划方法和装置。
如图1所示，本发明实施例提供的掉头路径的规划方法，包括：
步骤101，获取作业地块的边界信息、在作业地块上进行初始作业的初始路径信息以及转向方向信息。
在本实施例中，作业地块的边界信息可以通过车辆实际沿着作业地块的边界行驶获得，也可以通过作业地块的地图绘制获得，当然，还可以通过其他方式，此处不做赘述；初始路径信息通过作业人员手动驾驶车辆进行初始作业获得。
需要说明的是，本实施例所述的边界信息具体为作业地块的边界上两个以上边界点的集合，即边界信息P＝{P1,P2,…,Pk}，其中，Pk为第k个边界点，k＞2；本实施例所述的初始路径信息为两个以上初始作业点的集合，即初始路径信息T＝{T1,T2,…,Tk}，其中，Tk为第k个初始作业点，k≥2；本实施例所述的转向信息包括向左或向右，转向方向可以根据初始路径在作业地块上的位置进行设置获得，例如：当初始路径位于作业地块的左侧时，转向方向信息设置为向右，相反，当初始路径位于作业地块的右侧时，转向方向信息设置为向左，此处不做一一赘述。
进一步地，为了缩小掉头路径规划的计算量，在本实施例中，如图2所示，步骤101获取作业地块的边界信息具体可以包括：
步骤201，从边界信息中获取连续三个边界点构成的夹角。
在本实施例中，边界信息P＝{P1,P2,…,Pk}，其中，Pk为第k个边界点，步骤201从边界信息中获取连续三个边界点，分别为：Pi-1、Pi和Pi+1，并通过如下公式(1)-(3)计算它们之间夹角αi。
PiPi-1＝(x(Pi-1)-x(Pi),y(Pi-1)-y(Pi))(1)
PiPi+1＝(x(Pi+1)-x(Pi),y(Pi+1)-y(Pi))(2)
其中，x(Pi-1)、x(Pi)和x(Pi+1)分别为Pi-1、Pi和Pi+1的横坐标，y(Pi-1)、y(Pi)和y(Pi+1)分别为Pi-1、Pi和Pi+1的纵坐标。
步骤202，如果夹角小于预先设置的夹角阈值，从边界信息中删除连续三个边界点的中间一个边界点。
在本实施例中，可以预先设置夹角阈值为3°，如果步骤201中αi<3°，则删除Pi。
需要说明的是，本实施例仅以夹角阈值为3°进行举例，在实际的使用过程中，夹角阈值可以根据需要设置，此处不做赘述。
步骤203，以此类推，遍历边界信息中所有边界点，生成目标边界信息。
此时，步骤203获得的目标边界信息即为步骤101中所述的边界信息。
通过如图2所示的步骤可以对边界点信息进行稀释处理，在保证边界点信息准确的前提下删除了冗余信息，进而可以简化整个掉头路径规划的计算复杂度，提高计算效率。
步骤102，根据边界信息、初始路径信息以及转向方向信息，获取出射点信息和入射点信息。
具体地，如图3所示，步骤102可以包括：
步骤301，获取初始路径信息中最后两个初始作业点构成的第一作业路径段。
在本实施例中，初始路径信息T＝{T1,T2,…,Tk}，其中，Tk为第k个初始作业点，当初始路径为直线时k＝2，当初始路径为曲线时k>2。
初始路径信息中最后两个初始作业点a和b，第一作业路径段为Line(Pa,Pb)，其中，Pa＝Tk-1,Pb＝Tk。
步骤302，将第一作业路径段进行延伸，获取与边界信息构成的边界之间的交点信息为出射点信息。
在本实施例中，出射点信息可以包括出射点的坐标和角度，步骤302具体可以通过如下公式(4)和(5)获取出射点信息：
Line(Pa,Pb)∩{P1,P2,…,Pk}＝Pstart(4)
其中，Pstart为出射点的坐标，θstart为出射点的角度。
步骤303，根据转向方向信息，获取与初始路径信息对应的初始路径平行的第二路径对应的第二路径信息，其中，第二路径信息包括第二路径上的两个以上作业点的集合。
在本实施例中，步骤303可以通过如下公式(6)和(7)获取第二路径信息：
T'＝T±R*η(6)
其中，R为第二路径与初始路径之间的垂直距离，η为初始路径的法向量，T'为第二路径信息。
步骤304，获取第二路径信息中最开始两个作业点构成的第二作业路径段。
在本实施例中，初始路径信息T'＝{T'1,T'2,…,T'k}，其中，T'k为第k个作业点。
第二路径信息中最开始两个初始作业点为a和b，第二作业路径段为Line(P'a,P'b)，其中，P'a＝T'1,P'b＝T'2。
步骤305，将第二作业路径段进行反向延长，获取与边界之间的交点信息为入射点信息。
在本实施例中，入射点信息可以包括入射点的坐标和角度，步骤305具体可以通过如下公式(8)和(9)获取入射点信息：
Line(P'a,P'b)∩{P1,P2,…,Pk}＝Pend(8)
其中，Pend为入射点的坐标，θend为入射点的角度。
图4为初始路径是直线时，通过如图3所示的步骤获取的出射点信息和入射点信息的示意图，图5为初始路径为曲线时，通过如图3所示的步骤获取的出射点信息和入射点信息的示意图。
通过图4和图5可以看出，本发明是实例提供的技术方案，出射点和入射点之间没有关联限制，从而使得本发明实施例提供技术方案适应性更强，不受作业地块形状等因素的限制。
进一步地，在本实施例中，常规的作业模式包括如图6所示的梭行法——从当前作业行行驶至下一行，不跳行；以及，如图7所示的套行法——从首行转向至中间行作业，再回到第二作业行，以此往复完成整个作业。
根据作业模式的不同，步骤303还可以包括：根据转向方向信息，采用梭行法获取与初始路径平行的第二路径，并获取第二路径对应的第二路径信息；或者，根据转向方向信息，采用套行法获取与初始路径平行的第二路径，并获取第二路径对应的第二路径信息。
进一步需要说明的是，如果步骤305获得的入射点为空，即公式(9)无交点，此时可以结束掉头路径规划，作业完成。
步骤103，根据出射点信息和入射点信息、转向方向信息以及预先设置的转向参考条件，从预先设置的两个以上转向方式中选取目标转向方式。
在本实施例中，步骤103可以包括：
1、如果转向参考条件包括不具有高精度设备且作业地块的边界为简单边界，根据出射点信息和入射点信息、转向方向信息，从两个以上转向方式中选取常规转向方式为目标转向方式。
2、如果转向参考条件包括不具有高精度设备且作业地块的边界为复杂边界，根据出射点信息和入射点信息、转向方向信息，从两个以上转向方式中选取Dubins转向方式为目标转向方式。
3、如果转向参考条件包括具有高精度设备，根据出射点信息和入射点信息、转向方向信息，从两个以上转向方式中选取回旋转向方式为目标转向方式。
需要说明的是，本实施例并不对转向参考条件的具体内容进行限定，在实际的使用过程中，转向参考条件还可以包括作业幅宽、转弯半径等信息，转向参考条件的具体内容可以根据实际的作业需求设定，此处不做一一赘述。
为了使本领域技术人员能够更清楚地理解步骤103的以上三种实现方式，下面进行分别说明：
(1)目标转向方式为常规转向方式
在本实施例中，常规转向方式可以包括：如图8所示的U形转向方式、如图9所示的弓形转向方式、如图10所示的梨形转向方式、如图11所示的半梨形转向方式以及如图12所示的鱼尾形转向方式等。
其中，U形转向方式适用于width＝2r的情况；弓形转向方式适用于width>2r的情况；梨形转向方式和半梨形转向方式均适用于width<2r的情况；鱼尾形转向方式适用于width<r的情况。其中width为作业幅宽，r表示转弯半径。
需要说明的是，鱼尾形转向方式适用于辅助驾驶或车辆达到全控制的场景，对于复杂地界且地头转弯的宽度过小的情况，使用鱼尾形转向方式，能够最大限度的节省用地。
综上所述，根据图8-12所示的常规转向方式的特点，步骤103可以根据转向参考条件中包含的作业幅宽、转弯半径等信息进一步从常规转向方式中选取更适合的转向方式。
(2)目标转向方式为Dubins转向方式
在本实施例中，Dubins转向方式可以包括：如图13所示的CleftSlineCleft转向方式、如图14所示的CleftSlineCright转向方式、如图15所示的CrightSlineCleft转向方式、如图16所示的CrightSlineCright转向方式、如图17所示的CrightCleftCright转向方式以及如图18所示的CleftCrightCleft转向方式；其中，Cleft为向左转向的圆弧，Cright为向右转向的圆弧，Sline为直线。
Dubins转向方式适用于复杂地界的出射点和入射点，其灵活性在于对出射点和入射点不作额外的限制，无出入射点必须反向成180°且与地边界位置平行等限制。给定出射点和入射点的位置及角度，可计算不同转向下的路径总长，选择最短的路径作为转向模式，生成的路径满足最小转弯半径的需求。
综上所述，根据图13-18所示的Dubins转向方式的特点，步骤103进一步可以根据出射点信息(具体为位置信息和角度信息)和入射点信息(具体为位置信息和角度信息)、转向方向信息，从Dubins转向方式中选取更路径最短的的转向方式。
(3)目标转向方式为回旋转向方式
在本实施例中，回旋转向方式的路径其曲率与回旋路径长度呈线性关系，其生成方式与Dubins转向方式具有相通性，Dubins转向方式主要是以圆弧加直线段转向，而回旋转向方式主要是利用回旋弧段和直线段方式组合。其中，回旋弧段又包括：如图19所示的三段式回旋；以及如图20和21所示的两段式回旋。
大多数情况下常规转向方式和Dubins转向方式能够满足作业需求，然而对于高精密设备，或者是部分机件随车转向及部分作业要求控制精度严格，那么曲率连续的转向能够较好的应对此类问题。常规转向模式和Dubins转向都能满足转向曲率的约束，然而其曲率值却不连续。在曲率不连续的情况下，其控制上会存在一定的精度偏差，且对于携外挂设备转向时，容易对设备造成磨损挤压，增加设备损坏率。而回旋转向方式生成的掉头路径具体曲率连续的特点，能够满足高精度设备的需求。
综上所述，根据图19-21所示的回旋转向方式的特点，步骤103进一步可以根据出射点信息(具体为位置信息和角度信息)和入射点信息(具体为位置信息和角度信息)、转向方向信息从回旋转向方式中选取更适合的转向方式。
步骤104，根据目标转向方式进行掉头路径规划。
(1)目标转向方式为常规转向方式
本实施例以常规转向方式为如图10所示的梨形转向方式为例进行说明：
在本实施例中，梨形转向方式的算子模型如下公式(10)所示：
在公式(10)中α为初始作业集与边界构成的夹角。根据公式(10)可以计算得到转弯的轨迹点，整个转向包括以Poa，Pob，Poc为圆心的圆弧转向。起止圆弧的关键点可以通过简单的几何关系计算得到，进而通过反正切求得各转向弧度角生成掉头路径。
在本实施例中，梨形转向方式适用于幅宽小于两倍转弯半径，且转向的出射点和入射点与地界交于同一条边的情况。其他转向方式与梨形转向方式类似，均可分解成转向圆弧和直线，此处不再赘述。
(2)目标转向方式为Dubins转向方式
本实施例以Dubins转向方式为如图18所示的CleftCrightCleft转向方式为例进行说明：
CleftCrightCleft转向方式的算子模型如下公式(11)所示：
其中，Lens-e为转向出射点和入射点的欧式距离值，θstart,θend分别为出射角的角度以及入射角的角度，mod(θx,2π)为对θx除2π取余。根据公式(11)的计算方式，将所有满足最小转弯半径的轨迹推算都归一化到单位转向圆(即转向圆半径为1)的情景进行处理，进而各分段的长度的计算可以通过mod(θx,2π)进行求解，在得到单位转向圆转向路径后，进行反归一化从而生成掉头路径。其它几种转向形式与此类似，仅生成的转向存在细微区别，此处不做赘述。
为了使本领域技术人员能够更加清楚地理解本发明实施例采用Dubins转向方式进行掉头路径规划带来的有益效果，如图22所示，在初始路径为直线时，从start点到end1使用Dubins转向方式的CrightCleftCright转向方式，其效果等同于常规转向的梨形转向；从start点到end2使用Dubins转向方式的CleftSlineCright转向方式，其效果等同于常规转向的半梨形转向；从start点到end3使用Dubins转向方式的CleftSlineCright转向方式，末尾的右转向距离十分短，主要由左转向和直线段构成，相比较于常规转向，其行驶的路径要更短，所占的转向空间也更小。如图23所示，在初始路径为曲线时，从start点到end1-3出射点的角度和入射点的角度分别是{38.5890,-31.4110}、{98.589,-21.4110}、{-21.4110,28.5890}，在这种条件下，常规转向方式无法得到较好的转向路径，而采用Dubins转向方式即可获得如图23所示的掉头路径，从而达到更灵活地规划掉头路径的目的。
进一步地，图24为初始路径为直线时，常规转向方式和Dubins转向方式进行掉头路径规划的比较图，对于初始路径为直线的情况，常规转向方式规划的掉头路径总长是Dubins转向方式规划的掉头路径总长的99.38％，距start-end点构成的直线距离值常规转向方式是Dubins转向方式的99.02％；图25为初始路径为曲线时，常规转向方式和Dubins转向方式进行掉头路径规划的比较图，对于初始路径为曲线的情况，常规转向方式规划的掉头路径总长是Dubins转向方式规划的掉头路径总长的102.21％，距start-end点构成的直线距离值常规转向方式是Dubins转向方式的96.31％。通过图24和25可以看出，对于初始路径为直线的情况，常规转向方式规划的掉头路径和Dubins转向方式规划的掉头路径的区别不大，对于初始路径为曲线的情况，Dubins转向方式规划的掉头路径更加平滑。
(3)目标转向方式为回旋转向方式
本实施例以回旋转向方式采用回旋弧段是如图19所示的三段式回旋为例进行说明：
如图19所示，每个回旋弧段包括三个旋转部分，以Po为圆心，内圈圆的半径为最小转向半径，故保证了旋转曲线的转向曲率不超过约束的转向曲率。
通过如下公式(12)-(15)获得三段式回旋方式下的掉头路径：
通过公式(12)计算，从Pstart开始沿回旋曲线行进
上述的三段式回旋弧段转向需满足相关约束条件，即转向起止点的转向角δ>θlim。当0<δ<θlim时，其三段式回旋曲线并不能形成可行驶路径，此时，可以用如图20所示的两段式回旋曲线进行掉头路径规划。
具体地，如图20所示，当0<δ<θlim时，存在一个逆向路径，不能够有效的行驶，故定义新的车辆转向度ε为：
在公式(16)计算得到的新的转向度ε下，生成掉头路径，其曲率值满足相关约束。
进一步地，在回旋转向方式中还存在一种最小地头掉头路径，如图26所示，转向由三个回旋弧段和一条直线段构成，该类转向方式在同边界转向时，其所需要的地头宽度最小，即旋转路径距转向边的垂直距离相比较于其他方式最短。
如图27所示，为不同出射点角度和入射点角度条件下回旋转向方式生成的掉头路径，相比较于常规转向方式生成的掉头路径，其与Dubins转向方式生成的掉头路径具有相同的灵活性。
通过以上所述的技术方案，步骤104可以根据目标转向方式进行合理的掉头路径规划。
进一步地，一般一条作业行与边界交点为头尾两个，当完成一次掉头后，在进行下一次掉头时，出射点变为前一入射点所在行的不同交点(即前一入射点为头交点，则下一次转向出射点为尾交点)。在通过公式(6)和(7)计算得到T＝{T1,T2,…,Tk}的法矢量η，沿法矢量的方向偏移r后得到下一条平行线集T'，通过计算T'与边界的交点，并通过距离远近计算得到下一次转向的入射点。若无交点则说明完成整个转向。
为了使本领域技术人员对本发明实施例提供的掉头路径的规划方法的效果更加清楚，本实施例以如图6所示的梭形法为例对不同转向方式的情况进行说明。
如图28所示，为不同转向方式下的掉头路径及曲率示意图，在初始参数为Pstart＝[0,0,π/2],Pend＝[5,0,-π/2],minR＝8,width＝5，其中minR为最小转弯半径，width为作业幅宽。计算得到不同转向路径及其转向曲率变化情况。并统计不同转向路径参数得到下表1：
表1不同转向模式路径参数表
根据表1可知，在梭行法的作业模式下，最小地头转向路径总长最大，为常规转向路径的2.05倍，所需地头宽度为常规转向路径0.89倍。而回旋转向路径总长为常规转向路径的1.32倍，地头宽为1.43倍，Dubins转向路径占比为1.01倍及1倍。在不失灵活性的前提下，Dubins转向路径更能满足一般化的作业需求。
同时为了尽可能的实现土地利用的最大化，对于作业模式还可以选择如图7所示的套行法。其转向方式主要为弓形转向。
与现有技术相比，本发明实施例提供的技术方案，首先，由于可以根据边界信息、初始路径信息以及转向方向信息，获取出射点信息和入射点信息，出射点和入射点之间无关联限制，从而使得本发明实施例提供的技术方案适用性更强，不受作业地块形状等因素的限制；其次，由于可以根据出射点信息和入射点信息、转向方向信息以及预先设置的转向参考条件，从预先设置的两个以上转向方式中选取目标转向方式，使得本发明实施例提供的技术方案可以根据实际的需求自动选择最优的目标转向方式，避免了由于转向方式不合适造成地头转向所需用地过多，或者无法在不规则边界上灵活掉头，或者只能进行直线操作无法进行曲线操作，或者掉头方式对高精度仪器产生巨大耗损等等的问题。本发明实施例提供的技术方案整个流程是自动完成的，是自动驾驶技术应用在作业领域中的重要补充，解决了现有技术中自动驾驶过程中掉头时需要操作人员手动参与，造成自动驾驶终端，掉头效率低等问题。
如图29所示，本发明实施例还提供一种掉头路径的规划装置，包括：
第一获取模块2901，用于获取作业地块的边界信息、在所述作业地块上进行初始作业的初始路径信息以及转向方向信息；
第二获取模块2902，用于根据所述第一获取模块2901获取的所述边界信息、所述初始路径信息以及所述转向方向信息，获取出射点信息和入射点信息；
第三获取模块2903，用于根据所述第二获取模块2902获取的所述出射点信息和入射点信息、所述第一获取模块2901获取的转向方向信息以及预先设置的转向参考条件，从预先设置的两个以上转向方式中选取目标转向方式；
路径规划模块2904，用于根据所述第三获取模块2903获取的所述目标转向方式进行掉头路径规划。
进一步地，所述边界信息为所述作业地块的边界上两个以上边界点的集合，如图30所示，所述第一获取模块2901包括：
第一获取子模块3001，用于从所述边界信息中获取连续三个边界点构成的夹角；
删除子模块3002，用于如果所述第一获取子模块3001获取的所述夹角小于预先设置的夹角阈值，从所述边界信息中删除所述连续三个边界点的中间一个边界点；
生成子模块3003，用于采用所述删除子模块3002以此类推，遍历所述边界信息中所有边界点，生成目标边界信息；
则此时，所述第二获取模块2902还用于根据所述目标边界信息和所述初始路径信息，获取出射点信息和入射点信息。
进一步地，所述初始路径信息为初始作业时记录的两个以上初始作业点的集合，如图31所示，所述第二获取模块2902包括：
第二获取子模块3101，用于获取所述初始路径信息中最后两个初始作业点构成的第一作业路径段；
第三获取子模块3102，用于将所述第二获取子模块3101获取的所述第一作业路径段进行延伸，获取与所述边界信息构成的边界之间的交点信息为所述出射点信息；
第四获取子模块3103，用于根据所述转向方向信息，获取与所述初始路径信息对应的初始路径平行的第二路径对应的第二路径信息，其中，所述第二路径信息包括所述第二路径上的两个以上作业点的集合；
第五获取子模块3104，用于获取所述第四获取子模块3103获取的所述第二路径信息中最开始两个作业点构成的第二作业路径段；
第六获取子模块3105，用于将所述第五获取子模块3104获取的所述第二作业路径段进行反向延长，获取与所述边界之间的交点信息为所述入射点信息。
进一步地，如图32所示，所述第四获取子模块3103包括：
第一获取单元3201，用于根据所述转向方向信息，采用梭行法获取与所述初始路径平行的第二路径，并获取第二路径对应的第二路径信息；或者，
第二获取单元3202，用于根据所述转向方向信息，采用套行法获取与所述初始路径平行的第二路径，并获取第二路径对应的第二路径信息。
进一步地，如图33所示，第三获取模块2903包括：
第七获取子模块3301，用于如果所述转向参考条件包括具有高精度设备，根据所述出射点信息和入射点信息、所述转向方向信息，从所述两个以上转向方式中选取回旋转向方式为目标转向方式；或者，
第八获取子模块3302，用于如果所述转向参考条件包括不具有高精度设备且所述作业地块的边界为简单边界，根据所述出射点信息和入射点信息、所述转向方向信息，从所述两个以上转向方式中选取常规转向方式为目标转向方式；或者，
第九获取子模块3303，用于如果所述转向参考条件包括不具有高精度设备且所述作业地块的边界为复杂边界，根据所述出射点信息和入射点信息、所述转向方向信息，从所述两个以上转向方式中选取Dubins转向方式为目标转向方式。
本发明实施例提供的掉头路径的规划装置的具体实现方案可以参见本发明实施例提供的掉头路径的规划方法所述，此处不再赘述。
与现有技术相比，本发明实施例提供的技术方案，首先，由于可以根据边界信息、初始路径信息以及转向方向信息，获取出射点信息和入射点信息，出射点和入射点之间无关联限制，从而使得本发明实施例提供的技术方案适用性更强，不受作业地块形状等因素的限制；其次，由于可以根据出射点信息和入射点信息、转向方向信息以及预先设置的转向参考条件，从预先设置的两个以上转向方式中选取目标转向方式，使得本发明实施例提供的技术方案可以根据实际的需求自动选择最优的目标转向方式，避免了由于转向方式不合适造成地头转向所需用地过多，或者无法在不规则边界上灵活掉头，或者只能进行直线操作无法进行曲线操作，或者掉头方式对高精度仪器产生巨大耗损等等的问题。本发明实施例提供的技术方案整个流程是自动完成的，是自动驾驶技术应用在作业领域中的重要补充，解决了现有技术中自动驾驶过程中掉头时需要操作人员手动参与，造成自动驾驶终端，掉头效率低等问题。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
本发明实施例可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本发明，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种图片调用方法及装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
