Využití genetických algoritmů k optimalizaci činnosti zemědělských strojů v systémech precizního zemědělství

Mgr. Ing. Roman BUMBÁLEK

Doctoral thesis

Application of genetic algorithms for optimisation of agricultural machinery operation in precision farming systems

Abstract:

Metaheuristické metody, inspirované fyzikálními, biologickými, chemickými, séman-tickými i sociálními jevy, jsou aplikovány pro optimalizaci úloh s rozsáhlou množinou možných řešení v širokém spektru oborů včetně zemědělství, přičemž významnou část tvoří evoluční výpočty, z nichž jsou pro potřeby precizního zemědělství využívány především genetické algoritmy. Tato práce se zabývá jejich implementací v rámci pro-blematiky plánování tras pojezdu zemědělské techniky s cílem snížení délky trajekto-rie pohybu na souvratích i ve vnitřní části pozemku. Vytvořený algoritmus se skládá z několika částí, kdy nejprve dochází k výpočtu souřadnic dílčích tras a následně apli-kací genetických algoritmů k optimalizaci otáčení souprav na souvratích vhodnou kombinací jejich průjezdů s ohledem na vstupní parametry zahrnující poloměr otáčení a záběr nástroje. Kvalitu získaných výsledků ovlivňuje mnoho parametrů použitého genetického algoritmu, jako je velikost populace, počet generací či zvolený typ se-lekce, kdy se zvyšujícím se množstvím chromozomů v populaci i generací dochází k vygenerování lepších řešení, umožňujících zkrácení vzdálenosti pojezdu při otáčení na souvratích o více než 37 %, což může přímo vést k úsporám pracovního času, po-honných hmot a nižšímu zhutnění půdy.

Abstract:

Metaheuristic methods, inspired by physical, biological, chemical, semantic and social phenomena, are used to optimise problems with a large number of possible solutions in a wide range of fields, including agriculture, with a significant part of evolutionary computation, of which genetic algorithms are mainly used for precision agriculture. This paper deals with their implementation in the context of the problem of planning the routes of agricultural machines with the aim of reducing the length of the trajectory of movement both on the headlands and in the inner part of the plot. The developed algorithm consists of several parts, where first the coordinates of the partial routes are calculated and then genetic algorithms are applied to optimise the rotation of the im-plements on the headlands through a suitable combination of their passes with respect to the input parameters, including the turning radius and the tool sweep. The quality of the results obtained is influenced by many factors, such as the size of the population, the number of generations or the type of selection chosen, with better solutions being generated as the number of chromosomes in the population and generations increases, allowing a reduction of more than 37 % in the distance travelled when turning on he-adlands, which can directly translate into savings in working time, fuel and reduced soil compaction.

Keywords

genetické algoritmy, metaheuristické metody, plánování pojezdových tras, optimalizace trajektorie pohybu, otáčení zemědělských strojů na souvratích

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 8. 2. 2024

Thesis defence

• Supervisor: doc. RNDr. Petr Bartoš, Ph.D., doc. Ing. Jan Moudrý, Ph.D.

UNIVERSITY OF SOUTH BOHEMIA IN ČESKÉ BUDĚJOVICE

Faculty of Agriculture and Technology

Doctoral programme / field:
Fytotechnics / General plant production