بخشی از مقاله
چکیده
شکل و اندازهی مزارع متفاوت بوده و معمولا" مزارع شکلی غیر محدب دارند. انتخاب الگوی مناسب برای انجام عملیات مختلف کشاورزی توسط ماشینآلات در این گونه مزارع به دلیل داشتن شکلهای هندسی نامنظم کار بسیار مشکلی است و درصورت استفاده از الگوهای سنتی، مسافت طی شده غیرمفید زیادی بر جای خواهد ماند. لذا استفاده از تکنیک های بهینه سازی نظیر الگوریتم ژنتیک بسیار موثر خواهد بود.
هدف این پژوهش، یافتن مناسبترین الگوی حرکت ماشین در مزارعی با شکل غیرمحدب به کمک الگوریتم ژنتیک در نرمافزار MATLAB است. بدین منظور الگوریتم پژوهش به دو صورت برنامهریزی شد به گونهای که در حالت اول مسیر حرکت صورت عمود بر ضلع بزرگتر و در حالت دوم مسیر حرکت بصورت افقی و عمود بر ضلع کوتاهتر طرحریزی شد. نتایج تحقیق نشان داد که که در حالت اول مسافت غیرمفید پیموده شده توسط ماشین در کل مزرعه برابر 660 m و در حالت دوم مسافت غیرمفید در کل مزرعه برابر 424 m بود که یک کاهش مسافت غیر مفید %36 را نشان داد.
مقدمه
در سالهای اخیر پیشرفت و توسعهی سیستمهای هدایت خودکار در ماشینها، نقش و جایگاه هوش محاسباتی در برنامهریزی و مشارکت در نرمافزارهای مورد نظر را تقویت نموده است . - Keicher and Seufert, 2000 - انجام عملیات کشاورزی در مزرعه بدون حرکت ماشین امکانپذیر نیست و ماشینهای زراعی به منظور جاروب کردن کل مزرعه مجبور به تبعیت از یکی از الگوهای حرکتی موجود میباشند. الگوهای سنتی مختلفی در خصوص نحوه حرکت ماشین در مزرعه وجود دارد. شکل مزرعه، اندازه و نوع ماشین مورداستفاده، خودرو یا دنبالهبند بودن به لحاظ قابلیت مانور ماشین از جمله مهم ترین عوامل تاثیرگذار در تعیین الگوی مناسب حرکت در مزرعه است
این الگوهای سنتی اغلب باعث افزایش مسافت غیرمفید طی شده هنگام دور زدن در سرمزرعه برای حرکت از انتهای یک مسیر به ابتدای مسیر بعدی میشوند. بخش زیادی از زمان غیرمفید در طول دور زدن در سرمزرعه اتفاق میافتد و زمان دورزدن در بازده مزرعهای و همچنین شاخص ماشینی مزرعه تاثیر منفی قابل توجهی دارد
انتخاب الگوی مناسب برای انجام عملیات مختلف کشاورزی در مزرعه به وسیله ماشینهای کشاورزی در مزارع نامتقارن به دلیل داشتن شکلهای هندسی خاص و نامنظم به سختی انجام شده و مسافت طی شدهی غیرمفید زیادی را بر جای خواهد گذاشت، لذا ضرورت استفاده از تکنیکهای بهینهسازی بویژه الگوریتم ژنتیک در تعیین الگو و مسیر بهینه ماشین در این گونه مزارع بسیار کارگشا خواهد بود.
پژوهشهای متعددی در رابطه با برنامهریزی مسیر در زمینهای زراعی با اشکال نامنظم هندسی انجام گرفته است که اغلب این پژوهشها بر تفکیک مزرعه به قطعات فرعی و انجام عملیات جداگانه در هر یک از قطعات تاکید دارند. در برخی منابع گزارش شده است که بهرهگیری از الگوریتم تفکیک ذوزنقهای، تکنیک قابلقبولی برای تقسیم مزرعه به قطعات فرعی است.
فرآیند تفکیک با ترسیم خطوطی میان رئوس پلیگون آغاز میشود که قطعاتی که از ترسیم این خطوط شکل میگیرند تحت عنوان ذوزنقه منظور خواهند شد. بعد از این تقسیمبندی جاروب مساحت هر قطعه از طریق حرکات رفت و برگشتی ساده کنار هم حاصل خواهد شد. بطور متداول مسیرهای رفت و برگشت بصورت موازی و کنار هم رسم شدهاند و الگوی بهینه نیز بر حرکت حدالامکان مسیر از نزدیکترین مسیر مجاور تاکید دارد. آنها همچنین شکل اصلاح شدهای از تفکیک سلولی را تحتعنوان تفکیک" Boustrophedon " ارائه دادند که در این رویکرد سلولها به گونهای با هم ترکیب میشوند که تعداد حرکات اضافی و تکراری کاهش یابد
الگوریتم پوشش مسیر on-line را ارائه کردند که بجای مسیرهای رفت و برگشتی از مسیرهای پوششی مارپیچ استفاده میکند. این الگوریتم محیط کاری را به نواحی ساده تقسیم میکند به گونهای که کل مزرعه پوشش داده شود. هنگامی که یک ناحیه ساده پوشانده میشود، یک الگوریتم پیمایش معکوس جهت تعیین ناحیه بعدی برای انجام عملیات بکارگرفته خواهد شد.
همچنین محققان الگوریتمی را ایجاد کردند که امکان تفکیک بهینه مزرعه و انتخاب مسیر کاری بهینه را برای مزارع فرعی فراهم میکرد. الگوریتم، مزرعه را در چندین ناحیه تفکیک میکند و سپس هر ناحیه را بطور جداگانه از لحاظ بهترین مسیر کاری مورد ارزیابی قرار میدهد
تحقیقات اخیر از شبکه عصبی مصنوعی به همراه الگوریتم ژنتیک برای حل مسائل مربوط به برنامهریزی مسیر استفاده میکند. محققان در این پژوهشها از شبکه عصبی برای توصیف مسیر حرکت وسیله نقلیه بمنظور فرمانگیری استفاده کرده و از الگوریتم ژنتیک جهت تعیین مسیر حرکت در مزرعه استفاده کردند
هدف اصلی از این پژوهش ایجاد رویکرد مبتنی بر الگوریتم ژنتیک برای تعیین چگونگی حرکت بهینه ماشینهای کشاورزی در مزارع نامتقارن به منظور حداقلکردن مسافت غیرمفید طی شده میباشد که بدنبال کمینهسازی این عامل، بازده مزرعهای بطور محسوسی افزایش خواهد یافت.
مواد و روش ها
در این پژوهش، مزرعهای با شکل غیرمحدب در نظر گرفتهشد که در آن عملیات خاکورزی با استفاده از تراکتور MF399 با سرعت پیشروی 7 kms-1 بعنوان وسیله کشنده به همراه دیسکی با عرض کار 4 m انجام میشود. بمنظور محاسبهی کمترین مسافت غیرمفید در حین دورزدن در سر مزرعه، انواع روشهای دورزدن مورد آزمون قرارگرفت و سپس چگونگی حرکت ماشینآلات کشاورزی توسط الگوریتم ژنتیک و در نرم افزار Matlab 2013 به دو صورت طرح ریزی شد. در حالت اول مسیر حرکت به صورت عمودی و در حالت دوم مسیر حرکت بصورت افقی اتخاذ گردید.
شکل -1 روشهای مختلف دورزدن:
الف - دورزدن حلقهای - -TURN -
ب - دورزدن بین دو مسیر دور از هم - U-TURN -
ج - دورزدن با استفاده از دنده عقب - T-TURN -
حداقل مسافت طیشده برای هر نوع دور زدن توسط یک وسیله ی نقلیه، بر اساس معادلات سینماتیک حرکت محاسبه میشود که بر اساس این معادلات ، حداقل مسافت لازم برای دور زدن دستگاه و حرکت از انتهای مسیر i به ابتدای مسیر j برای سه روش معمول دور زدن در منطقه سر مزرعه توسط ماشینهای مزرعهای در معادلات 1و 2 و 3 ارائه شده است
