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DE102023202823A1 - Route planning system and method for agricultural work vehicles to generate an optimized processing route - Google Patents

Route planning system and method for agricultural work vehicles to generate an optimized processing route Download PDF

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DE102023202823A1
DE102023202823A1 DE102023202823.9A DE102023202823A DE102023202823A1 DE 102023202823 A1 DE102023202823 A1 DE 102023202823A1 DE 102023202823 A DE102023202823 A DE 102023202823A DE 102023202823 A1 DE102023202823 A1 DE 102023202823A1
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Germany
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points
point
work vehicle
agricultural work
time
Prior art date
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DE102023202823.9A
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German (de)
Inventor
Mladjan Radic
Alexander Roth
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ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
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Publication date
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Priority to PCT/EP2024/055680 priority patent/WO2024199907A1/en
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Routenplanungssystem für landwirtschaftliche Arbeitsfahrzeuge zur Generierung eines optimierten Bearbeitungsfahrwegs auf einem Feld mittels einem Quantenannealing-System.The invention relates to a method and a route planning system for agricultural work vehicles for generating an optimized processing route on a field by means of a quantum annealing system.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Routenplanungssystem für landwirtschaftliche Arbeitsfahrzeuge zur Generierung eines optimierten Bearbeitungsfahrwegs auf einem Feld mittels einem Quantenannealing-System.The invention relates to a method and a route planning system for agricultural work vehicles for generating an optimized processing route on a field by means of a quantum annealing system.

Landwirtschaftliche Arbeitsfahrzeuge sind heutzutage hoch leistungsfähig. Daher gewinnt die Einsatzplanung/Organisation des Arbeitsablaufes für leistungsstarke Arbeitsfahrzeuge wie beispielsweise Mähdrescher, aber auch andere landwirtschaftliche Maschinen wie Düngerstreuer, Sämaschinen, Feldhäcksler, Mähwerke, Wender, Schwader etc., immer mehr an Bedeutung. Bei der Getreideernte steht wetterbedingt nur eine begrenzte Anzahl von Mähdräschstunden zur Verfügung, die allerdings oftmals wegen einer mangelhaften Einsatzplanung nicht optimal ausgenutzt werden.Agricultural work vehicles are now highly efficient. Therefore, the operational planning/organization of the work process for high-performance work vehicles such as combine harvesters, but also other agricultural machines such as fertilizer spreaders, seed drills, forage harvesters, mowers, tedders, swathers, etc., is becoming increasingly important. Due to the weather, only a limited number of combine harvesting hours are available during the grain harvest, which are often not used optimally due to poor operational planning.

Auch für andere landwirtschaftliche Maschinen ist eine präzise Einsatzplanung wichtig, um die theoretische Leistungsfähigkeit der Maschinen auch im praktischen Einsatz zu erreichen.Precise operational planning is also important for other agricultural machines in order to achieve the theoretical performance of the machines in practical use.

Bei einem bestimmten Gebiet, z. B. einem zu bearbeitenden Feld, ist es unklar, welchen Weg das landwirtschaftliche Arbeitsfahrzeug nehmen muss, um scharfe Kurven und mehrfach überfahrene Flächen zu minimieren und dennoch das gesamte Feld abzufahren.For a specific area, e.g. a field to be worked, it is unclear which route the agricultural work vehicle must take in order to minimize sharp curves and multiple crossings and still cover the entire field.

Der Stand der Technik offenbart hierbei einige Routenplanungssysteme, welche insbesondere eine Optimierung hinsichtlich der erfassten Umgebung/des Bodens oder des Erntevorgangs selber aufweisen. Insbesondere stoßen jedoch solche Optimierungen hinsichtlich der Anzahl an Bedingungen als auch bei einem großen oder zerklüfteten Feld oftmals an ihre Grenzen.The state of the art reveals some route planning systems that are particularly optimized with regard to the recorded environment/soil or the harvesting process itself. However, such optimizations often reach their limits, particularly with regard to the number of conditions and in the case of a large or rugged field.

Die EP 1795986 A2 offenbart ein Routenplanungssystem für landwirtschaftliche Arbeitsmaschinen, wobei der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine eine definierte Arbeitsbreite zur Generierung von Fahrtrouten in einem Territorium zugeordnet ist und die landwirtschaftliche Arbeitsmaschine zumindest eine Erntegutspeichereinheit zur Aufnahme von Erntegutmengen umfasst und die Erntegutmenge auf Abtankfahrzeuge überladbar ist, wobei die von einer Erntegutspeichereinheit aufgenommene Erntegutmenge in Abhängigkeit von wenigstens einem charakteristischen Parameter bilanziert wird und die Bilanzierung dynamisch an Änderungen des wenigstens einen charakteristischen Parameters anpassbar ist.The EP 1795986 A2 discloses a route planning system for agricultural work machines, wherein the agricultural work machine is assigned a defined working width for generating travel routes in a territory and the agricultural work machine comprises at least one crop storage unit for receiving crop quantities and the crop quantity can be loaded onto unloading vehicles, wherein the crop quantity received by a crop storage unit is balanced depending on at least one characteristic parameter and the balancing can be dynamically adapted to changes in the at least one characteristic parameter.

Die EP 2267566 A2 offenbart ein Verfahren zur Planung einer Route zur Bearbeitung einer landwirtschaftlichen Fläche durch eine fahrbare Maschine, mit den Schritten: horizontales ortsaufgelöstes Abschätzen einer aus einer früheren Bearbeitung der Fläche durch dieselbe oder eine andere Maschine resultierenden Bodenverdichtung, und Berücksichtigen der ermittelten Bodenverdichtung bei der Festlegung des Verlaufs einer Route für die vorgesehene Bearbeitung der Fläche durch die Maschine.The EP 2267566 A2 discloses a method for planning a route for processing an agricultural area by a mobile machine, comprising the steps of: horizontal, spatially resolved estimation of soil compaction resulting from previous processing of the area by the same or another machine, and taking the determined soil compaction into account when determining the course of a route for the intended processing of the area by the machine.

Die US 7216033B2 offenbart ein Verfahren zur Wegplanung eines Fahrzeugs, das Folgendes umfasst:

  • Definition einer Referenzzeile mit einer Referenzkontur in einem Arbeitsbereich; Erstellen einer Darstellung der definierten Referenzzeile, wobei die Referenzzeile mindestens eine aus einer allgemein gekrümmten Komponente und einer allgemein linearen Komponente umfasst; und
  • Generieren einer oder mehrerer Konturzeilen mit einer Tracking-Kontur, die die Referenzkontur basierend auf einer Fahrzeugbreite und einem Radiusdifferenzparameter, der der gekrümmten Komponente zugeordnet ist, verfolgt oder spiegelt; die Konturzeilen, die durch eine Translationstechnik für die im Allgemeinen lineare Komponente und eine Radiusmodifikationstechnik für die gekrümmte Komponente erzeugt werden; wobei die Generierung die Anwendung eines Suchalgorithmus auf mögliche Kandidatenwerte des Radiusdifferenzparameters umfasst und wobei der Suchraum so begrenzt ist, dass der Radiusdifferenzparameter durch einen möglichen Radiusdifferenzparameter begrenzt wird, der im Allgemeinen gleich oder kleiner als die Fahrzeugbreite ist.
The US 7216033B2 discloses a method for planning the path of a vehicle, comprising:
  • Defining a reference line having a reference contour in a work area; creating a representation of the defined reference line, the reference line comprising at least one of a generally curved component and a generally linear component; and
  • Generating one or more contour lines having a tracking contour that tracks or mirrors the reference contour based on a vehicle width and a radius difference parameter associated with the curved component; the contour lines generated by a translation technique for the generally linear component and a radius modification technique for the curved component; wherein the generation comprises applying a search algorithm to possible candidate values of the radius difference parameter, and wherein the search space is limited such that the radius difference parameter is limited by a possible radius difference parameter that is generally equal to or less than the vehicle width.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und ein Routenplanungssystem für landwirtschaftliche Arbeitsfahrzeuge zur Generierung eines optimierten Bearbeitungsfahrweges auf einem Feld anzugeben, um eine verbesserte Auslastung der landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeuge zu erzielen.It is therefore an object of the invention to provide a method and a route planning system for agricultural work vehicles for generating an optimized processing route on a field in order to achieve improved utilization of the agricultural work vehicles.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Routenplanungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9.The object is achieved by a route planning system having the features of claim 1 and a method having the features of claim 9.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Routenplanungssystem für landwirtschaftliche Arbeitsfahrzeuge zur Generierung eines optimierten Bearbeitungsfahrwegs auf einem Feld mittels einem Quantenannealing-System umfassend

  • einer Speichereinheit für ein oder mehrere feldspezifische Daten, wobei die feldspezifischen Daten zumindest die Koordinaten für die Feldumrandung als auch die Koordinaten von einer Anzahl von abzufahrenden Punkten aufweisen, wobei die abzufahrenden Punkte das gesamte Feld hinreichend genau abdecken und wobei die abzufahrenden Punkte zumindest einen Startpunkt und einen Endpunkt umfassen,
  • und ein oder mehrere arbeitsfahrzeugspezifische Daten, welche zumindest die optimale Geschwindigkeit des landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugs in Abhängigkeit von einem Verbrauch umfassen,
  • wobei das Routenplanungssystem dazu ausgebildet ist, Verbindungskanten anhand erkannter nachbarschaftlicher Beziehungen zwischen allen Punkten als auch dem zumindest einen Endpunkt und dem zumindest einen Startpunkt zu generieren, und wobei das Routenplanungssystem dazu ausgestaltet ist, verschiedene Bearbeitungsfahrwege anhand verschiedener Matrizen auszubilden, welche die jeweiligen abzufahrenden Punkte als Qubits unter Berücksichtigung der Zeit angeben, und wobei das Routenplanungssystem dazu ausgebildet ist, eine mithilfe der Qubits als Kostenfunktion gebildete Energiefunktion, anhand einer Energie für eine Beschleunigung des landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugs als auch der Abweichung von der vorgegebenen optimalen Geschwindigkeit als auch von diskretisierten Zeitpunkten als Zeit zu generieren und wobei und wobei ein Quantenannealing-System vorgesehen ist, welches mit einer der Energiefunktion entsprechenden Energielandschaft assoziiert ist, und wobei ein Grundzustand des Quantenannealing-Systems eine Minimierung der Energiefunktion unter folgenden Bedingungen kodiert
    • - das landwirtschaftliche Arbeitsfahrzeug fährt alle Punkte zumindest einmal ab,
    • - das landwirtschaftliche Arbeitsfahrzeug fährt den zumindest einen Startpunkt an einem ersten Zeitpunkt und den zumindest einen Endpunkt an einem letzten Zeitpunkt korrekt an,
    • - das landwirtschaftliche Arbeitsfahrzeug befindet sich zu einem diskretisierten Zeitpunkt zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem letzten Zeitpunkt an genau einem der abzufahrenden Punkte,
    • - das landwirtschaftliche Arbeitsfahrzeug kreuzt keine Feldumrandung,
  • und wobei das Quantenannealing-System zur Annäherung an den Grundzustand ausgebildet ist und wobei das Routenplanungssystem zum Auslesen des Grundzustandes als minimale Energiefunktion und Umsetzen des Grundzustandes in einen optimalen Bearbeitungsfahrweg ausgebildet ist.
The task is solved by a route planning system for agricultural work vehicles to generate an optimized processing route on a field using a quantum annealing system comprising
  • a storage unit for one or more field-specific data, wherein the field-specific data contains at least the coordinates for the field border as well as the coordinates of a number of points to be traveled, wherein the points to be traveled cover the entire field sufficiently accurately and wherein the points to be traveled comprise at least one start point and one end point,
  • and one or more work vehicle-specific data, which include at least the optimal speed of the agricultural work vehicle depending on consumption,
  • wherein the route planning system is designed to generate connecting edges based on recognized neighborhood relationships between all points as well as the at least one end point and the at least one starting point, and wherein the route planning system is designed to form different processing routes based on different matrices which specify the respective points to be traveled as qubits taking time into account, and wherein the route planning system is designed to generate an energy function formed using the qubits as a cost function, based on an energy for an acceleration of the agricultural work vehicle as well as the deviation from the predetermined optimal speed as well as from discretized points in time as time, and wherein and wherein a quantum annealing system is provided which is associated with an energy landscape corresponding to the energy function, and wherein a ground state of the quantum annealing system encodes a minimization of the energy function under the following conditions
    • - the agricultural work vehicle passes all points at least once,
    • - the agricultural work vehicle correctly drives to at least one starting point at a first point in time and to at least one end point at a last point in time,
    • - the agricultural work vehicle is located at exactly one of the points to be travelled at a discretised point in time between the first point in time and the last point in time,
    • - the agricultural work vehicle does not cross the field boundary,
  • and wherein the quantum annealing system is designed to approach the ground state and wherein the route planning system is designed to read out the ground state as a minimum energy function and convert the ground state into an optimal processing path.

Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Generierung eines optimierten Bearbeitungsfahrwegs für landwirtschaftliche Arbeitsfahrzeuge auf einem Feld mittels einem Quantenannealing-System umfassend der Schritte:

  • - Bereitstellen von ein oder mehreren feldspezifischen Daten, wobei die feldspezifischen Daten zumindest die Koordinaten für die Feldumrandung als auch die Koordinaten von einer Anzahl von abzufahrenden Punkten aufweisen, wobei die abzufahrenden Punkte das gesamte Feld hinreichend genau abdecken und wobei die abzufahrenden Punkte zumindest einen Startpunkt und einen Endpunkt umfassen,
  • - Bereitstellen von ein oder mehreren arbeitsfahrzeugspezifischen Daten, welche zumindest die optimale Geschwindigkeit des landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugs in Abhängigkeit von einem Verbrauch umfassen,
  • - Generieren von Verbindungskanten anhand erkannter nachbarschaftlicher Beziehungen zwischen allen Punkten als auch dem zumindest einen Endpunkt und dem zumindest einen Startpunkt,
  • - Bereitstellen der verschiedenen Bearbeitungsfahrwege anhand verschiedener Matrizen, welche die jeweiligen abzufahrenden Punkte (N) als Qubits unter Berücksichtigung der Zeit angeben
  • - Ausbilden mithilfe der Qubits einer als Kostenfunktion gebildeten Energiefunktion, anhand einer Energie für eine Beschleunigung des landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugs als auch der Abweichung von der vorgegebenen optimalen Geschwindigkeit als auch von diskretisierten Zeitpunkten als Zeit
  • - Assoziieren eines Quantenannealing-Systems mit einer der Energiefunktion entsprechenden Energielandschaft, wobei ein Grundzustand des Quantenannealing-Systems eine Minimierung der Energiefunktion unter folgenden Bedingungen kodiert:
    • - das landwirtschaftliche Arbeitsfahrzeug fährt alle Punkte zumindest einmal ab,
    • - das landwirtschaftliche Arbeitsfahrzeug fährt den zumindest einen Startpunkt an einem ersten Zeitpunkt und den zumindest einen Endpunkt an einem letzten Zeitpunkt korrekt an,
    • - das landwirtschaftliche Arbeitsfahrzeug befindet sich zu einem diskretisierten Zeitpunkt zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem letzten Zeitpunkt an genau einem der abzufahrenden Punkte,
    • - das landwirtschaftliche Arbeitsfahrzeug kreuzt keine Feldumrandung,
  • - Annähern an den Grundzustand des Quantenannealing-Systems und Auslesen des Grundzustandes als minimale Energiefunktion und Umsetzen des Grundzustandes in einen optimalen Bearbeitungsfahrweg.
Furthermore, the object is achieved by a method for generating an optimized processing path for agricultural work vehicles on a field by means of a quantum annealing system comprising the steps:
  • - Providing one or more field-specific data, wherein the field-specific data comprises at least the coordinates for the field boundary as well as the coordinates of a number of points to be traveled, wherein the points to be traveled cover the entire field sufficiently accurately and wherein the points to be traveled comprise at least one start point and one end point,
  • - Providing one or more work vehicle-specific data, which include at least the optimal speed of the agricultural work vehicle depending on consumption,
  • - generating connecting edges based on recognized neighborhood relationships between all points as well as at least one end point and at least one start point,
  • - Providing the various processing paths using different matrices, which specify the respective points (N) to be traveled as qubits taking time into account
  • - Forming an energy function formed as a cost function using the qubits, based on an energy for an acceleration of the agricultural work vehicle as well as the deviation from the specified optimal speed as well as discretized points in time as time
  • - Associating a quantum annealing system with an energy landscape corresponding to the energy function, where a ground state of the quantum annealing system encodes a minimization of the energy function under the following conditions:
    • - the agricultural work vehicle passes all points at least once,
    • - the agricultural work vehicle correctly drives to at least one starting point at a first point in time and to at least one end point at a last point in time,
    • - the agricultural work vehicle is located at exactly one of the points to be travelled at a discretised point in time between the first point in time and the last point in time,
    • - the agricultural work vehicle does not cross the field boundary,
  • - Approaching the ground state of the quantum annealing system and reading out the ground state as a minimum energy function and converting the ground state into an optimal processing path.

Dabei können die abzufahrenden Punkte beispielsweise mittels einem klassischen Rechensystem und beispielsweise einer von einer Drohne aufgenommenen aktuellen Felddraufsicht generiert werden.The points to be traveled can be generated, for example, using a classic computer system and, for example, a current field view taken by a drone.

Somit kann beispielsweise auch die Bodenbeschaffenheit als weitere Bedingung oder bei der optimalen Geschwindigkeit berücksichtigt werden.This means that, for example, the nature of the ground can also be taken into account as an additional condition or when determining the optimal speed.

Bisherige Routenplanungssysteme für landwirtschaftliche Arbeitsfahrzeuge können lediglich für wenige abzufahrende Punkte, d.h. kleinere Felder oder keine Felder mit vielen Einschnitten/zerklüftete Felder generiert werden. Zudem hält sich die Generierung unter den verschiedenen Bedingungen als auch hinsichtlich der Optimierungsvariablen in Grenzen, da sonst konventionelle Rechner schnell an ihre Rechenkapazitäten gelangen.Previous route planning systems for agricultural work vehicles can only generate routes for a few points to be travelled, i.e. smaller fields or no fields with many cuts/craggy fields. In addition, the generation is limited under the various conditions and with regard to the optimization variables, as otherwise conventional computers quickly reach their computing capacity.

Aufgrund von Rechenkapazitäten war es bisher nicht möglich, solche Bearbeitungsfahrwege mittels Computer zu optimieren. Insbesondere bei größeren Feldern oder Feldern mit vielen Einschnitten erweist sich eine herkömmliche Optimierung als sehr ineffizient bzw. nicht lösbar. An die Optimierung mittels Quantencomputer sind jedoch entsprechende Forderungen /Bedingungen zu stellen, welche eine Optimierung überhaupt erst ermöglichen.Due to computing capacity, it has not been possible to optimize such processing paths using computers. Conventional optimization proves to be very inefficient or unsolvable, particularly for larger fields or fields with many cuts. However, optimization using quantum computers must meet certain requirements/conditions that make optimization possible in the first place.

Im Rahmen der Erfindung liegt ein Computerprogramm vor, zum Optimieren einer Anordnung eines Getriebes mittels Quantencomputing. Das Computerprogramm umfasst Befehle, die bewirken, dass ein Quantencomputing-Hardwaremodul, ein von Quantencomputing inspiriertes klassisches Hardwaremodul oder ein von Quantencomputing inspiriertes Hardwaremodul mit besonderer Zweckbestimmung die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. des Routenplanungssystems ausführt, wenn das Computerprogramm auf einem dieser Hardwaremodule läuft.The invention provides a computer program for optimizing an arrangement of a transmission using quantum computing. The computer program comprises instructions that cause a quantum computing hardware module, a classical hardware module inspired by quantum computing, or a special-purpose hardware module inspired by quantum computing to carry out the steps of the method according to the invention or the route planning system when the computer program runs on one of these hardware modules.

Somit kann das Routenplanungssystem / das Verfahren auf einer hybriden quantenklassischen Informationsverarbeitung basieren, das auf einem hybriden quantenklassischen Informationsverarbeitungssystem durchgeführt wird, das einen oder mehrere klassische Digitalrechner und das Quantenannealing-System umfasst.Thus, the route planning system/method may be based on hybrid quantum-classical information processing, which is performed on a hybrid quantum-classical information processing system comprising one or more classical digital computers and the quantum annealing system.

Ein Quantenannealing-System kann alle potentiellen Lösungen gleichzeitig untersuchen bei einem quadratisch binären Optimierungsproblem (QUBO) durch Quantum Annealing.A quantum annealing system can simultaneously explore all potential solutions to a quadratic binary optimization problem (QUBO) using quantum annealing.

Erfindungsgemäß erkennt das Verfahren/ Routenplanungssystem die Nachbarschaftsbeziehungen der verschiedenen abzufahrenden Punkte, anhand dessen erlaubte Bearbeitungsfahrwege mittels binärer Variablen definiert werden können.According to the invention, the method/route planning system recognizes the neighborhood relationships of the various points to be traveled to, on the basis of which permitted processing routes can be defined by means of binary variables.

Ferner bildet das Verfahren/ Routenplanungssystem insbesondere auf einem Digitalrechner als Energiefunktion eine Kostenfunktion aus und assoziiert das Quantenannealing-System mit einer der Energiefunktion entsprechenden Energielandschaft. Furthermore, the method/route planning system forms a cost function as an energy function, particularly on a digital computer, and associates the quantum annealing system with an energy landscape corresponding to the energy function.

Insbesondere entspricht es auch einer technischen Aufgabe, das landwirtschaftliche zu lösende Problem derart zu adaptieren, dass es mittels einem Quanten- Annealing Prozess energetisch lösbar ist.In particular, it is also a technical task to adapt the agricultural problem to be solved in such a way that it can be solved energetically by means of a quantum annealing process.

Weiterhin sind die Nebenbedingungen erfindungsgemäß derart formuliert, dass ein optimaler Bearbeitungsfahrweg bestimmt wird, beispielsweise zum Bearbeiten eines Feldes für eine Landmaschine, welche hinsichtlich der benötigten Zeit, der Energie, dem Verbrauch der Maschine anhand einer negativen oder positiven Beschleunigung minimiert ist.Furthermore, the constraints are formulated according to the invention in such a way that an optimal processing path is determined, for example for processing a field for an agricultural machine, which is minimized with regard to the time required, the energy, the consumption of the machine on the basis of a negative or positive acceleration.

Die Nebenbedingungen können mit einem Lagrange-Multiplikator der Energiefunktion dazu addiert werden; und müssen zu dem Erreichen des Grundzustandes berücksichtigt werden.The constraints can be added to the energy function using a Lagrange multiplier and must be taken into account to reach the ground state.

Beim adiabatischen Quantum Computing wird die Problemstellung in die energetische Struktur eines Quantensystems übersetzt. Durch allmähliche Änderung des Systems wird als ein Zielzustand der Grundzustand erreicht, aus dem die Lösung ablesbar ist und durch das Routenplanungssystem / das Verfahren anhand der ausgelesenen Qubits in einen optimalen Bearbeitungsfahrweg umgesetzt wird.In adiabatic quantum computing, the problem is translated into the energetic structure of a quantum system. By gradually changing the system, the ground state is reached as a target state, from which the solution can be read and is converted into an optimal processing path by the route planning system/procedure based on the read qubits.

Durch Erreichen des Grundzustandes kann ein optimaler Bearbeitungsfahrweg unter Berücksichtigung der genannten Nebenbedingungen auch bei sehr großen Feldern mit vielen abzufahrenden Punkten generiert werden. Anhand der minimal ermittelten Energiefunktion kann nun der optimale Bearbeitungsfahrweg durch das Routenplanungssystem/das Verfahren ermittelt werden.By reaching the basic state, an optimal processing path can be generated taking into account the above-mentioned constraints, even for very large fields with many points to be traveled. The optimal processing path can now be determined by the route planning system/procedure based on the minimum energy function determined.

Ferner kann das Routenplanungssystem zur Generierung der Energiefunktion einen Digitalrechner aufweisen, mit welchem das Quantenannealing-System interagiert.Furthermore, the route planning system for generating the energy function can have a digital computer with which the quantum annealing system interacts.

Durch ein solches erfindungsgemäßes Routenplanungssystem/Verfahren ist es nun möglich, einen optimierten Bearbeitungsfahrweg unter den vorgegebenen Bedingungen zu bestimmen, insbesondere auch bei großen Feldern oder verwinkelten Feldern, welche durch eine hohe Anzahl an abzufahrenden Punkten gekennzeichnet ist. By means of such a route planning system/method according to the invention, it is now possible to determine an optimized processing route under the given conditions, in particular in the case of large fields or winding fields, which are characterized by a high number of points to be traveled.

Ferner können nun beispielsweise auch häufiges Abbremsen/Anfahren als auch die Zeit sowie der Energieverbrauch beim Generieren des optimalen Bearbeitungsfahrwegs berücksichtigt werden.Furthermore, frequent braking/starting as well as time and energy consumption can now be taken into account when generating the optimal machining path.

Insbesondere können durch Setzen eines Startpunktes und eines Endpunktes und ein Minimieren hinsichtlich des Startpunktes und des Endpunktes auch Übergabestellen auf dem Feld generiert werden, zur Übergabe der Feldfrüchte an beispielsweise eine andere Maschine.In particular, by setting a start point and an end point and minimizing the start point and the end point, transfer points can also be generated in the field to transfer the crops to another machine, for example.

In weiterer Ausbildung ist eine Anzeigeneinheit , beispielsweise ein Display, insbesondere auf dem integrierten Digitalrechner vorgesehen, welche dazu ausgebildet ist, den optimierten Bearbeitungsfahrweg anzuzeigen. Dieser kann beispielsweise anschließend dem Fahrer im landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeug übermittelt werden, zum Bearbeiten des Feldes.In a further embodiment, a display unit, for example a display, is provided, in particular on the integrated digital computer, which is designed to display the optimized processing route. This can then be transmitted, for example, to the driver in the agricultural work vehicle for processing the field.

In weiterer Ausbildung ist das Routenplanungssystem dazu ausgebildet, anhand des optimierten Bearbeitungsfahrwegs Einstellparameter für einen autonomen Betrieb des landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugs zu generieren. Insbesondere können diese durch den Digitalrechner generiert werden. Dazu ist eine Beschreibung der Fahrzeugdynamik/Stellglieder des landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugs notwendig, welche in der Speichereinheit des Digitalrechners hinterlegt werden können.In a further development, the route planning system is designed to generate setting parameters for autonomous operation of the agricultural work vehicle based on the optimized processing route. In particular, these can be generated by the digital computer. This requires a description of the vehicle dynamics/actuators of the agricultural work vehicle, which can be stored in the memory unit of the digital computer.

In weiterer Ausbildung ist eine manuelle Eingabeeinheit vorgesehen, zur Gewichtung der einzelnen Faktoren der Energiefunktion. Diese kann beispielsweise ebenfalls in dem Digitalrechner vorgesehen sein.In a further development, a manual input unit is provided for weighting the individual factors of the energy function. This can also be provided in the digital computer, for example.

Ferner können die arbeitsfahrzeugspezifischen Daten zusätzlich die Arbeitsbreite des landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugs umfassen. Dadurch können beispielsweise die generierten abzufahrenden Punkte durch das Routenplanungssystem diesbezüglich angepasst werden, so dass eine möglichst geringe Überschneidung beim Abfahren des Bearbeitungsfahrwegs entsteht.Furthermore, the work vehicle-specific data can also include the working width of the agricultural work vehicle. This means that, for example, the points generated to be traveled can be adjusted accordingly by the route planning system so that there is as little overlap as possible when traveling the processing route.

Auch können die feldspezifischen Daten zusätzlich von einer Sensorik des landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugs aufgenommenen Umfelddaten des Umfelds /der Umgebung des landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugs umfassen.The field-specific data may also include additional environmental data from the surroundings/environment of the agricultural work vehicle recorded by a sensor system of the agricultural work vehicle.

Diese Daten können in entsprechender Abwandlung in die Bedingungen mit aufgenommen werden, beispielsweise die Energiefunktion/ die optimale Geschwindigkeit dahingehend angepasst werden.This data can be incorporated into the conditions with appropriate modifications, for example the energy function/optimal speed can be adjusted accordingly.

In weiterer Ausbildung ist die Energiefunktion H gegeben durch : H = i = 1 f ( γ ¨ ( t i ) + ( γ ˙ ( t i ) v o p t ) j = 1 N x i , j )

Figure DE102023202823A1_0001
wobei n i
Figure DE102023202823A1_0002
i = 1.., N gleich die Anzahl von abzufahrenden Punkten ist, und f eine Anzahl von Punktetupeln, so dass n i , n j
Figure DE102023202823A1_0003
jeweils benachbarte Punkte sind, γ jeweils einen abzufahrenden Bearbeitungsfahrweg darstellt, welcher aus einer Anzahl von Punktetupeln besteht, so dass ( n i , n i + 1 ) E
Figure DE102023202823A1_0004
jeweils benachbarte Punkte und als Verbindungskante
Figure DE102023202823A1_0005
verbunden sind und γ(ti) der zeitlich diskretisierte Bearbeitungsfahrweg ist und (||γ̇(ti)|| - vopt) die Abweichung von der optimalen Fahrgeschwindigkeit ist, und γ̈(ti) die Kosten für die positive und negative Beschleunigung sind, und wobei j = 1 N x i , j
Figure DE102023202823A1_0006
sicherstellt, dass jeder Punkt auf dem Feld abgefahren wird, anhand von negativen Kosten.In further development, the energy function H is given by : H = i = 1 f ( γ ¨ ( t i ) + ( γ ˙ ( t i ) v O p t ) j = 1 N x i , j )
Figure DE102023202823A1_0001
where n i
Figure DE102023202823A1_0002
i = 1.., N is the number of points to be traveled, and f is a number of point tuples such that n i , n j
Figure DE102023202823A1_0003
are adjacent points, γ represents a processing path to be traveled, which consists of a number of point tuples, so that ( n i , n i + 1 ) E
Figure DE102023202823A1_0004
adjacent points and as a connecting edge
Figure DE102023202823A1_0005
are connected and γ(t i ) is the time-discretized processing path and (||γ̇(t i )|| - v opt ) is the deviation from the optimal travel speed, and γ̈(t i ) are the costs for the positive and negative acceleration, and where j = 1 N x i , j
Figure DE102023202823A1_0006
ensures that every point on the field is visited, based on negative costs.

Dabei entspricht die Energiefunktion einer quadratisch binären Energiefunktion H mit binären Variablen.The energy function corresponds to a quadratic binary energy function H with binary variables.

Alternativ ist die Energiefunktion H gegeben durch : H = i = 1 f ( c 0 γ ¨ ( t i ) + c 1 ( γ ˙ ( t i ) v o p t ) c 2 j = 1 N x i , j )

Figure DE102023202823A1_0007
wobei n i ,
Figure DE102023202823A1_0008
i = 1.., N gleich die Anzahl von abzufahrenden Punkten, und f eine Anzahl von Punktetupeln ist, so dass n i , n j
Figure DE102023202823A1_0009
jeweils benachbarte Punkte sind, γ jeweils einen abzufahrenden Bearbeitungsfahrweg darstellt, welcher aus einer Anzahl von Punktetupeln besteht, so dass ( n i , n i + 1 ) E
Figure DE102023202823A1_0010
jeweils benachbarte Punkte und als Verbindungskante
Figure DE102023202823A1_0011
verbunden sind und γ(ti) der zeitlich diskretisierte Bearbeitungsfahrweg ist, und wobei (||γ̇(ti)|| - vopt) die Abweichung von der optimalen Fahrgeschwindigkeit ist, und γ̈(ti) die Kosten für die positive und negative Beschleunigung sind, und j = 1 N x i , j
Figure DE102023202823A1_0012
sicherstellt, dass jeder Punkt auf dem Feld abgefahren wird anhand von negativen Kosten und wobei c0, c1, c2 Gewichtungsfaktoren sind.Alternatively, the energy function H is given by : H = i = 1 f ( c 0 γ ¨ ( t i ) + c 1 ( γ ˙ ( t i ) v O p t ) c 2 j = 1 N x i , j )
Figure DE102023202823A1_0007
where n i ,
Figure DE102023202823A1_0008
i = 1.., N is the number of points to be traversed, and f is a number of point tuples such that n i , n j
Figure DE102023202823A1_0009
are adjacent points, γ represents a processing path to be traveled, which consists of a number of point tuples, so that ( n i , n i + 1 ) E
Figure DE102023202823A1_0010
adjacent points and as a connecting edge
Figure DE102023202823A1_0011
and γ(t i ) is the time-discretized processing path, and where (||γ̇(t i )|| - v opt ) is the deviation from the optimal travel speed, and γ̈(t i ) are the costs for the positive and negative acceleration, and j = 1 N x i , j
Figure DE102023202823A1_0012
ensures that each point on the field is visited using negative costs and where c 0 , c 1 , c 2 are weighting factors.

Dadurch können die Abnutzung als Funktion der Beschleunigung minimiert werden oder der Energieverbrauch als minimale Abweichung von einer optimalen Fahrgeschwindigkeit. Ferner kann anhand der Gewichtungen der optimale Bearbeitungsfahrweg beeinflusst werden.This allows wear to be minimized as a function of acceleration or energy consumption as a minimal deviation from an optimal travel speed. Furthermore, the optimal processing path can be influenced based on the weighting.

Ferner kann insbesondere eine Anzeigeneinheit vorgesehen sein, zum Anzeigen des Bearbeitungsfahrwegs und zum manuellen Eingeben der Gewichtungsfaktoren.Furthermore, in particular a display unit can be provided for displaying the processing path and for manually entering the weighting factors.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren. Darin zeigen schematisch:

  • 1: ein Routenplanungssystem gemäß der Erfindung,
  • 2: einen ersten Bearbeitungsfahrweg,
  • 3: ein zweiter Bearbeitungsfahrweg.
Further features and advantages of the present invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying figures, which schematically show:
  • 1 : a route planning system according to the invention,
  • 2 : a first processing path,
  • 3 : a second processing path.

Das Routenplanungssystem 1 weist eine Speichereinheit 2 auf, in welcher mehrere feldspezifische Daten gespeichert sind. Die Speichereinheit 2 kann auf einem integrierten Digitalrechner 5 angeordnet sein.The route planning system 1 has a storage unit 2 in which several field-specific data are stored. The storage unit 2 can be arranged on an integrated digital computer 5.

Diese feldspezifischen Daten umfassen zumindest die Koordinaten einer Anzahl ℕ von abzufahrenden Punkten { n i , i = 1, , N }

Figure DE102023202823A1_0013
des Arbeitsfahrzeugs, wobei die Punkte { n i , i = 1, , N }
Figure DE102023202823A1_0014
das gesamte Feld hinreichend genau abdecken.These field-specific data include at least the coordinates of a number ℕ of points to be traveled { n i , i = 1, , N }
Figure DE102023202823A1_0013
of the work vehicle, whereby the points { n i , i = 1, , N }
Figure DE102023202823A1_0014
cover the entire field with sufficient accuracy.

Somit gilt = { n 1 , , n N }

Figure DE102023202823A1_0015
Therefore = { n 1 , , n N }
Figure DE102023202823A1_0015

Ferner weist die Speichereinheit 2 die Koordinaten für die Feldumrandung FU auf.Furthermore, the storage unit 2 has the coordinates for the field boundary FU.

Zudem weist die Speichereinheit 2 zumindest einen oder eine Menge von Startpunkten

Figure DE102023202823A1_0016
auf: S { 1, , N }
Figure DE102023202823A1_0017
und zumindest einen oder eine Menge von Endpunkten IF, welche durch: F { 1, , N }
Figure DE102023202823A1_0018
gegeben ist.In addition, the storage unit 2 has at least one or a set of starting points
Figure DE102023202823A1_0016
on: S { 1, , N }
Figure DE102023202823A1_0017
and at least one or a set of endpoints IF, which are defined by: F { 1, , N }
Figure DE102023202823A1_0018
is given.

2 als auch 3 zeigt ein Feld mit einem Startpunkt

Figure DE102023202823A1_0019
einem Endpunkt
Figure DE102023202823A1_0020
als auch den abzufahrenden Punkten { n i , i = 1, , N }
Figure DE102023202823A1_0021
als auch die Feldumrandung FU. 2 as well as 3 shows a field with a starting point
Figure DE102023202823A1_0019
an endpoint
Figure DE102023202823A1_0020
as well as the points to be traveled { n i , i = 1, , N }
Figure DE102023202823A1_0021
as well as the field border FU.

Anhand der abzufahrenden Punkten { n i , i = 1, , N }

Figure DE102023202823A1_0022
werden Verbindungskanten
Figure DE102023202823A1_0023
anhand erkannter nachbarschaftlicher Beziehungen zwischen allen Punkten { n i , i = 1, , N }
Figure DE102023202823A1_0024
als auch dem zumindest einen Endpunkt
Figure DE102023202823A1_0025
und dem zumindest einen Startpunkt
Figure DE102023202823A1_0026
generiert. Dies bedeutet, dass zunächst die jeweiligen Nachbarspunkte eines Punktes erkannt werden, und anhand dessen Verbindungskanten
Figure DE102023202823A1_0027
generiert werden.Based on the points to be traveled { n i , i = 1, , N }
Figure DE102023202823A1_0022
connecting edges
Figure DE102023202823A1_0023
based on recognized neighborly relationships between all points { n i , i = 1, , N }
Figure DE102023202823A1_0024
as well as at least one endpoint
Figure DE102023202823A1_0025
and at least one starting point
Figure DE102023202823A1_0026
This means that first the respective neighboring points of a point are recognized and based on this connecting edges
Figure DE102023202823A1_0027
generated.

Die Verbindungskanten

Figure DE102023202823A1_0028
stellen somit die fahrbaren Verbindungen zwischen den nächsten Nachbarspunkten { n i , n j , i , j = 1, , N }
Figure DE102023202823A1_0029
von ℕ dar, wobei die Verbindungskanten
Figure DE102023202823A1_0030
gegeben sind durch: E = { ( n i , n j ) , , }
Figure DE102023202823A1_0031
The connecting edges
Figure DE102023202823A1_0028
thus provide the mobile connections between the nearest neighboring points { n i , n j , i , j = 1, , N }
Figure DE102023202823A1_0029
of ℕ, where the connecting edges
Figure DE102023202823A1_0030
are given by: E = { ( n i , n j ) , , }
Figure DE102023202823A1_0031

Dabei kann eine Verbindung erlaubt sein, oder nicht.A connection may or may not be allowed.

Die Menge der erlaubten Verbindungskanten

Figure DE102023202823A1_0032
kann als Matrix dargestellt werden: A n i , n j = { 1   w e n n ( n i , n j ) E 0   s o n s t
Figure DE102023202823A1_0033
The set of allowed connecting edges
Figure DE102023202823A1_0032
can be represented as a matrix: A n i , n j = { 1 w e n n ( n i , n j ) E 0 s O n s t
Figure DE102023202823A1_0033

Dabei ist eine Verbindungskante

Figure DE102023202823A1_0034
erlaubt, wenn es sich um benachbarte, befahrbare Punkte handelt. Eine Verbindungskante ist beispielsweise nicht erlaubt, wenn es sich um zwei Punkte zwischen denen die Feldumrandung FU liegt handelt, d.h. eine Verbindungskante
Figure DE102023202823A1_0035
darf die Feldumrandung FU nicht kreuzen.A connecting edge
Figure DE102023202823A1_0034
allowed if they are adjacent, drivable points. For example, a connecting edge is not allowed if it is two points between which the field boundary FU lies, ie a connecting edge
Figure DE102023202823A1_0035
must not cross the field boundary FU.

Ferner ist eine diskrete Menge von Zeitschritten T vorhanden: T f = { t 1 , , t f }

Figure DE102023202823A1_0036
welche die Diskretisierung der Zeit darstellt.Furthermore, there is a discrete set of time steps T: T f = { t 1 , , t f }
Figure DE102023202823A1_0036
which represents the discretization of time.

Anschließend kann ein Bearbeitungsfahrweg y durch Punktetupel n i l N

Figure DE102023202823A1_0037
definiert werden, wobei ( n i , l , n i , l + 1 ) E
Figure DE102023202823A1_0038
jeweils benachbarte Punkte und als Verbindungskante
Figure DE102023202823A1_0039
verbunden sind: γ = ( n i 1 , n i 2 , n i l )
Figure DE102023202823A1_0040
welcher durch eine zeitliche Diskretisierung als Bearbeitungsfahrweg γ(ti) unterteilt werden kann.Then a processing path y can be defined by point tuples n i l N
Figure DE102023202823A1_0037
be defined, where ( n i , l , n i , l + 1 ) E
Figure DE102023202823A1_0038
adjacent points and as a connecting edge
Figure DE102023202823A1_0039
are connected: γ = ( n i 1 , n i 2 , n i l )
Figure DE102023202823A1_0040
which can be divided into the processing path γ(t i ) by a temporal discretization.

Der Bearbeitungsfahrweg γ(ti) kann als binäre Variablen anhand einer Matrix M dargestellt werden: M : = ( x t ( 1 ) , n ( 1 ) x t ( 1 ) n ( N ) x t ( f ) , n ( 1 ) x t ( 1 ) , n ( 1 ) )

Figure DE102023202823A1_0041
The machining path γ(t i ) can be represented as binary variables using a matrix M: M : = ( x t ( 1 ) , n ( 1 ) x t ( 1 ) n ( N ) x t ( f ) , n ( 1 ) x t ( 1 ) , n ( 1 ) )
Figure DE102023202823A1_0041

Dabei gibt x den Standort des Fahrzeugs zur Zeit ti, i = 1,.. f an einem abzufahrenden Punkt N = { n 1 , , n N }

Figure DE102023202823A1_0042
an.Here x is the location of the vehicle at time t i , i = 1,.. f at a point to be traveled N = { n 1 , , n N }
Figure DE102023202823A1_0042
to.

Ferner kann ein Geschwindigkeitsvektor ̇γ̇(ti) des diskretisierten Bearbeitungsfahrwegs γ(ti) definiert werden als: γ ˙ ( t i ) : = { γ ( t i ) γ ( t i 1 ) t i t i 1 , w e n n   i > 1 ( 0,0,0 ) T , s o n s t

Figure DE102023202823A1_0043
Furthermore, a velocity vector ̇γ̇(t i ) of the discretized machining path γ(t i ) can be defined as: γ ˙ ( t i ) : = { γ ( t i ) γ ( t i 1 ) t i t i 1 , w e n n i > 1 ( 0,0,0 ) T , s O n s t
Figure DE102023202823A1_0043

Ferner kann ein Beschleunigungsvektor γ̈(ti) des diskretisierten Bearbeitungsfahrwegs γ(ti) definiert werden als: γ ¨ ( t i ) : = { γ ˙ ( t i ) γ ˙ ( t i 1 ) t i t i 1 , w e n n   i > 2 ( 0,0,0 ) T , s o n s t

Figure DE102023202823A1_0044
Furthermore, an acceleration vector γ̈(t i ) of the discretized machining path γ(t i ) can be defined as: γ ¨ ( t i ) : = { γ ˙ ( t i ) γ ˙ ( t i 1 ) t i t i 1 , w e n n i > 2 ( 0,0,0 ) T , s O n s t
Figure DE102023202823A1_0044

Anschließend kann die Energiefunktion H wie folgt generiert werden: H = i = 1 f ( c 0 γ ¨ ( t i ) + c 1 ( γ ˙ ( t i ) v o p t ) c 2 j = 1 N x i , j )

Figure DE102023202823A1_0045
wobei

  • (||γ̇(ti)|| - vopt) die Abweichung von der optimalen Fahrgeschwindigkeit vopt darstellt,
  • γ̈(ti) die Energiekosten für die positive und negative Beschleunigung sind, beispielsweise die Energiekosten für scharfe Kurven, d.h. die Beschleunigung oder die Krümmung des Weges,
  • j = 1 N x i , j
    Figure DE102023202823A1_0046
    sicherstellt, dass jeder Punkt auf dem Feld abgefahren wird anhand von negativen Energiekosten.
  • und wobei c0, c1, c2 Gewichtungsfaktoren sind.
The energy function H can then be generated as follows: H = i = 1 f ( c 0 γ ¨ ( t i ) + c 1 ( γ ˙ ( t i ) v O p t ) c 2 j = 1 N x i , j )
Figure DE102023202823A1_0045
where
  • (||γ̇(t i )|| - v opt ) represents the deviation from the optimal driving speed v opt ,
  • γ̈(t i ) are the energy costs for the positive and negative acceleration, for example the energy costs for sharp curves, i.e. the acceleration or the curvature of the path,
  • j = 1 N x i , j
    Figure DE102023202823A1_0046
    ensures that every point on the field is visited using negative energy costs.
  • and where c 0 , c 1 , c 2 are weighting factors.

Dabei kann das Routenplanungssystem 1, insbesondere der Digitalrechner 5 eine Anzeigeneinheit 3 aufweisen zum manuellen Eingeben der Gewichtungsfaktoren c0, c1, c2.The route planning system 1, in particular the digital computer 5, can have a display unit 3 for manually entering the weighting factors c 0 , c 1 , c 2 .

Erfindungsgemäß wird nun die Energiefunktion als quadratische binäre Energiefunktion H mit binären Variablen formuliert.According to the invention, the energy function is now formulated as a quadratic binary energy function H with binary variables.

Die Energiefunktion H ist somit als quadratisch binäres Optimierungsproblem (QUBO) mit den entsprechenden Nebenbedingungen formuliert.The energy function H is thus formulated as a quadratic binary optimization problem (QUBO) with the corresponding constraints.

Dabei gilt die Nebenbedingung, dass sich das landwirtschaftliche Arbeitsfahrzeug zu einem diskretisierten Zeitpunkt ti, i = 1,.. f zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem letzten Zeitpunkt an genau einem der abzufahrenden Punkte = { n 1 , , n N }

Figure DE102023202823A1_0047
befindet.The constraint is that the agricultural work vehicle is at a discretized time t i , i = 1,.. f between the first time and the last time at exactly one of the points to be travelled = { n 1 , , n N }
Figure DE102023202823A1_0047
is located.

Dies kann ausgedrückt werden durch: i = 1 N x t ( i ) , n ( j ) = 1 i ϵ { 1, f }

Figure DE102023202823A1_0048
This can be expressed by: i = 1 N x t ( i ) , n ( j ) = 1 i ϵ { 1, f }
Figure DE102023202823A1_0048

Die Nebenbedingung kann mit einem Lagrange-Operator λ zu der Energiefunktion H hinzu addiert werden; und muss bei dem Erreichen des Grundzustandes berücksichtigt werden: H + λ i = 1 N x t ( i ) , n ( j ) λ 1

Figure DE102023202823A1_0049
The constraint can be added to the energy function H using a Lagrange operator λ; and must be taken into account when reaching the ground state: H + λ i = 1 N x t ( i ) , n ( j ) λ 1
Figure DE102023202823A1_0049

Ebenso gilt die Bedingung, dass das landwirtschaftliche Arbeitsfahrzeug alle Punkte zumindest einmal abfährt.The condition also applies that the agricultural work vehicle visits all points at least once.

Dies kann ausgedrückt werden durch: i = 1 f x t ( i ) , n ( j ) 1 j ϵ { 1, N }

Figure DE102023202823A1_0050
This can be expressed by: i = 1 f x t ( i ) , n ( j ) 1 j ϵ { 1, N }
Figure DE102023202823A1_0050

Die Nebenbedingung kann mit einem Lagrange-Operator zu der Energiefunktion H hinzu addiert werden; und muss somit bei dem Erreichen des Grundzustandes berücksichtigt werden.The constraint can be added to the energy function H using a Lagrange operator and must therefore be taken into account when reaching the ground state.

Ferner muss der Startpunkt

Figure DE102023202823A1_0051
gesetzt werden durch: j S x t ( 1 ) , n ( j ) = 1
Figure DE102023202823A1_0052
Furthermore, the starting point
Figure DE102023202823A1_0051
be set by: j S x t ( 1 ) , n ( j ) = 1
Figure DE102023202823A1_0052

Die Nebenbedingung kann mit einem Lagrange-Operator β zu der Energiefunktion H hinzu addiert werden; und muss ebenfalls bei dem Erreichen des Grundzustandes berücksichtigt werden: H + β j S x t ( 1 ) , n ( j ) β 1

Figure DE102023202823A1_0053
The constraint can be added to the energy function H using a Lagrange operator β; and must also be taken into account when reaching the ground state: H + β j S x t ( 1 ) , n ( j ) β 1
Figure DE102023202823A1_0053

Ebenso muss der Endpunkt

Figure DE102023202823A1_0054
gesetzt werden durch: j F x t ( f ) , n ( j ) = 1
Figure DE102023202823A1_0055
Likewise, the endpoint
Figure DE102023202823A1_0054
be set by: j F x t ( f ) , n ( j ) = 1
Figure DE102023202823A1_0055

Die Nebenbedingung kann ebenfalls mit einem Lagrange-Operator θ zu der Energiefunktion H hinzu addiert werden; und muss bei dem Erreichen des Grundzustandes berücksichtigt werden. H + θ j F x t ( f ) , n ( j ) θ 1

Figure DE102023202823A1_0056
The constraint can also be expressed with a Lagrange operator θ to the energy function H must be added; and must be taken into account when reaching the ground state. H + θ j F x t ( f ) , n ( j ) θ 1
Figure DE102023202823A1_0056

Durch diese Bedingungen fährt das landwirtschaftliche Arbeitsfahrzeug den zumindest einen Startpunkt

Figure DE102023202823A1_0057
an einem ersten Zeitpunkt t(1) und den zumindest einen Endpunkt
Figure DE102023202823A1_0058
an einem letzten Zeitpunkt t(f) korrekt an.Under these conditions, the agricultural work vehicle drives to at least one starting point
Figure DE102023202823A1_0057
at a first time t(1) and the at least one end point
Figure DE102023202823A1_0058
at a final time t(f) correctly.

Ferner gilt die Bedingung, dass der Bearbeitungsfahrweg γ(ti) zu keinem Zeitpunkt eine Feldumrandung FU kreuzen darf.Furthermore, the condition applies that the processing path γ(t i ) must not cross a field boundary FU at any time.

Dies kann ausgedrückt werden durch: j , j ' N x t ( i ) , n ( j ) x t ( i + 1 ) , n ( j ' ) A j , j ' = 1 i = { 1, , f }

Figure DE102023202823A1_0059
This can be expressed by: j , j ' N x t ( i ) , n ( j ) x t ( i + 1 ) , n ( j ' ) A j , j ' = 1 i = { 1, , f }
Figure DE102023202823A1_0059

Die Nebenbedingung kann ebenfalls mit einem Lagrange-Operator zu der Energiefunktion H hinzu addiert werden; und muss bei dem Erreichen des Grundzustandes berücksichtigt werden.The constraint can also be added to the energy function H using a Lagrange operator; and must be taken into account when reaching the ground state.

Anschließend wird die Energiefunktion H mit dem Quantenannealing-System 4 minimiert.The energy function H is then minimized using the quantum annealing system 4.

Zu Beginn der Berechnung werden die Qubits in dem Quantenannealing-System 4 mit einer der Energiefunktion H entsprechenden Energielandschaft assoziiert. Dies kann mittels des Digitalrechners 5 vorgenommen werden. Anschließend wird die Energiefunktion H gleichförmig in Richtung Grundzustand geändert. Der unbekannte Grundzustand der Energiefunktion H kodiert die Minimierung durch Messen der abgeschlossenen Entwicklung der Quantenbits.At the beginning of the calculation, the qubits in the quantum annealing system 4 are associated with an energy landscape corresponding to the energy function H. This can be done using the digital computer 5. The energy function H is then uniformly changed towards the ground state. The unknown ground state of the energy function H encodes the minimization by measuring the completed evolution of the quantum bits.

Das Quantenannealing-System 4 untersucht alle potentiellen Lösungen gleichzeitig bei dem quadratisch binären Optimierungsproblem (QUBO) durch Quantum Annealing zum Finden des minimales Energiezustands.The quantum annealing system 4 explores all potential solutions simultaneously in the quadratic binary optimization problem (QUBO) by quantum annealing to find the minimum energy state.

Digital Annealing bildet Effekte des Quanten-Computings, z.B. Tunneleffekte oder Superposition, in Spezial-Hardware ab. Dadurch ergeben sich gegenüber klassischen IT-Architekturen signifikante Geschwindigkeitsvorteile; zudem ist die verfügbare Computing-Kapazitäten bei obigen Problem nicht allgemein lösbar.Digital annealing maps the effects of quantum computing, such as tunneling effects or superposition, in special hardware. This results in significant speed advantages over classic IT architectures; in addition, the available computing capacity does not generally allow the above problem to be solved.

Ferner kann das Routenplanungssystem 1 den so generierten Grundzustand als minimale Energiefunktion auslesen und den ausgelesenen Grundzustand in einen optimalen Bearbeitungsfahrweg umsetzen.Furthermore, the route planning system 1 can read out the basic state generated in this way as a minimum energy function and convert the read out basic state into an optimal processing path.

Anschließend kann der optimale Bearbeitungsfahrweg dem Fahrer in dem landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeug angezeigt werden.The optimal processing route can then be displayed to the driver in the agricultural work vehicle.

Handelt es sich um ein autonom betriebenes landwirtschaftliches Arbeitsfahrzeug, kann das Routenplanungssystem 1/ das Verfahren Einstellparameter generieren und diese an das autonom betriebene landwirtschaftliche Arbeitsfahrzeug übermitteln. If it is an autonomously operated agricultural work vehicle, the route planning system 1/ the procedure can generate setting parameters and transmit them to the autonomously operated agricultural work vehicle.

2 und 3 zeigen zwei verschiedene Bearbeitungsfahrwege. Der Bearbeitungsfahrweg in 2 weist viele Kurven und viele Punkte auf, die zweimal überfahren werden, was ineffizient und kostspielig ist. 2 and 3 show two different machining paths. The machining path in 2 has many curves and many points that are crossed twice, which is inefficient and costly.

Der Bearbeitungsfahrweg in 3 hingegen weist weniger Kurven und weniger Punkte auf, die doppelt angefahren werden.The processing path in 3 on the other hand, has fewer curves and fewer points that are approached twice.

Durch das Routenplanungssystem 1 /das Verfahren wird ein Bearbeitungsfahrweg gefunden, welcher auch bei großen Feldern mit einer hohen Anzahl von abzufahrenden Punkten optimiert ist.The route planning system 1/the method finds a processing route which is optimized even for large fields with a high number of points to be traveled.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
Routenplanungssystemroute planning system
22
Speichereinheitstorage unit
33
Anzeigeneinheitdisplay unit
44
Quantenannealing-Systemquantum annealing system
55
Digitalrechnerdigital computer
ti, i = 1,.. fti, i = 1,.. f
diskretisierte Zeitpunktediscretized points in time
FUFU
Feldumrandungfield border
γ(ti)γ(ti)
Diskretisierter BearbeitungsfahrwegDiscretized machining path
γ̈(ti)γ̈(ti)
Geschwindigkeitsvektorvelocity vector
γ̈(ti)γ̈(ti)
Beschleunigungsvektoracceleration vector
Startpunktstarting point
Endpunktendpoint
ti, i = 1,..fti, i = 1,..f
diskretisierte Zeitpunktediscretized points in time
Verbindungskanteconnecting edge
c0, c1, c2c0, c1, c2
Gewichtungsfaktorenweighting factors
HH
Energiefunktionenergy function
abzufahrenden Punktepoints to be traveled

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 1795986 A2 [0006]EP 1795986 A2 [0006]
  • EP 2267566 A2 [0007]EP 2267566 A2 [0007]
  • US 7216033 B2 [0008]US 7216033 B2 [0008]

Claims (12)

Routenplanungssystem (1) für landwirtschaftliche Arbeitsfahrzeuge zur Generierung eines optimierten Bearbeitungsfahrwegs auf einem Feld mittels einem Quantenannealing-System (4) umfassend einer Speichereinheit (2) für ein oder mehrere feldspezifische Daten, wobei die feldspezifischen Daten zumindest die Koordinaten für die Feldumrandung (FU) als auch die Koordinaten von einer Anzahl von abzufahrenden Punkten (ℕ) aufweisen, wobei die abzufahrenden Punkte (ℕ) das gesamte Feld hinreichend genau abdecken und wobei die abzufahrenden Punkte (ℕ) zumindest einen Startpunkt ( S )
Figure DE102023202823A1_0064
und einen Endpunkt ( F )
Figure DE102023202823A1_0065
umfassen, und ein oder mehrere arbeitsfahrzeugspezifische Daten, welche zumindest die optimale Geschwindigkeit des landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugs in Abhängigkeit von einem Verbrauch umfassen, wobei das Routenplanungssystem (1) dazu ausgebildet ist, Verbindungskanten ( E )
Figure DE102023202823A1_0066
anhand erkannter nachbarschaftlicher Beziehungen zwischen allen Punkten (ℕ) als auch dem zumindest einen Endpunkt ( F )
Figure DE102023202823A1_0067
und dem zumindest einen Startpunkt ( S )
Figure DE102023202823A1_0068
zu generieren, und wobei das Routenplanungssystem (1) dazu ausgestaltet ist, verschiedene Bearbeitungsfahrwege anhand verschiedener Matrizen auszubilden, welche die jeweiligen abzufahrenden Punkte (ℕ) als Qubits unter Berücksichtigung der Zeit angeben und wobei das Routenplanungssystem (1) dazu ausgebildet ist, eine mithilfe der Qubits als Kostenfunktion gebildete Energiefunktion (H), anhand einer Energie für eine Beschleunigung des landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugs als auch der Abweichung von der vorgegebenen optimalen Geschwindigkeit als auch von diskretisierten Zeitpunkten (ti) als Zeit zu generieren und wobei ein Quantenannealing-System(4) vorgesehen ist, welches mit einer der Energiefunktion (H) entsprechenden Energielandschaft assoziiert ist, und wobei ein Grundzustand des Quantenannealing-Systems (4) eine Minimierung der Energiefunktion (H) unter folgenden Bedingungen kodiert - das landwirtschaftliche Arbeitsfahrzeug fährt alle Punkte (ℕ) zumindest einmal ab, - das landwirtschaftliche Arbeitsfahrzeug fährt den zumindest einen Startpunkt ( S )
Figure DE102023202823A1_0069
an einem ersten Zeitpunkt und den zumindest einen Endpunkt ( F )
Figure DE102023202823A1_0070
an einem letzten Zeitpunkt korrekt an, - das landwirtschaftliche Arbeitsfahrzeug befindet sich zu einem diskretisierten Zeitpunkt zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem letzten Zeitpunkt an genau einem der abzufahrenden Punkte (ℕ), - das landwirtschaftliche Arbeitsfahrzeug kreuzt keine Feldumrandung (FU), wobei das Quantenannealing-System (4) zur Annäherung an den Grundzustand ausgebildet ist und wobei das Routenplanungssystem (1) zum Auslesen des Grundzustandes als minimale Energiefunktion (H) und Umsetzen des Grundzustandes in einen optimalen Bearbeitungsfahrweg ausgebildet ist.
Route planning system (1) for agricultural work vehicles for generating an optimized processing route on a field by means of a quantum annealing system (4) comprising a storage unit (2) for one or more field-specific data, wherein the field-specific data have at least the coordinates for the field border (FU) as well as the coordinates of a number of points (ℕ) to be traveled, wherein the points (ℕ) to be traveled cover the entire field sufficiently accurately and wherein the points (ℕ) to be traveled have at least one starting point ( S )
Figure DE102023202823A1_0064
and an endpoint ( F )
Figure DE102023202823A1_0065
and one or more work vehicle-specific data, which include at least the optimal speed of the agricultural work vehicle depending on consumption, wherein the route planning system (1) is designed to connect edges ( E )
Figure DE102023202823A1_0066
based on recognized neighborhood relationships between all points (ℕ) as well as at least one endpoint ( F )
Figure DE102023202823A1_0067
and at least one starting point ( S )
Figure DE102023202823A1_0068
to generate, and wherein the route planning system (1) is designed to form different processing routes based on different matrices which specify the respective points (ℕ) to be traveled to as qubits taking time into account, and wherein the route planning system (1) is designed to generate an energy function (H) formed using the qubits as a cost function, based on an energy for an acceleration of the agricultural work vehicle as well as the deviation from the predetermined optimal speed as well as from discretized points in time (t i ) as time, and wherein a quantum annealing system (4) is provided which is associated with an energy landscape corresponding to the energy function (H), and wherein a basic state of the quantum annealing system (4) encodes a minimization of the energy function (H) under the following conditions - the agricultural work vehicle travels to all points (ℕ) at least once, - the agricultural work vehicle travels to the at least one starting point ( S )
Figure DE102023202823A1_0069
at a first point in time and at least one end point ( F )
Figure DE102023202823A1_0070
correctly at a last point in time, - the agricultural work vehicle is at exactly one of the points to be traveled (ℕ) at a discretized point in time between the first point in time and the last point in time, - the agricultural work vehicle does not cross any field boundary (FU), wherein the quantum annealing system (4) is designed to approximate the ground state and wherein the route planning system (1) is designed to read out the ground state as a minimum energy function (H) and to convert the ground state into an optimal processing route.
Routenplanungssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Routenplanungssystem (1) einen Digitalrechner (5) mit einer Anzeigeneinheit (3) und einer Kopplung mit dem Quantenannealing-System (4) umfasst, wobei die Anzeigeneinheit (3) ausgebildet ist, den optimierten Bearbeitungsfahrweg anzuzeigen.Route planning system (1) to Claim 1 , characterized in that the route planning system (1) comprises a digital computer (5) with a display unit (3) and a coupling to the quantum annealing system (4), wherein the display unit (3) is designed to display the optimized processing route. Routenplanungssystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Routenplanungssystem (1) dazu ausgebildet ist, anhand des optimierten Bearbeitungsfahrwegs Einstellparameter für einen autonomen Betrieb des landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugs zu generieren.Route planning system (1) to Claim 1 or 2 , characterized in that the route planning system (1) is designed to generate setting parameters for an autonomous operation of the agricultural work vehicle on the basis of the optimized processing route. Routenplanungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine manuelle Eingabeeinheit vorgesehen ist, zur Gewichtung der einzelnen Faktoren der Energiefunktion (H).Route planning system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a manual input unit is provided for weighting the individual factors of the energy function (H). Routenplanungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das landwirtschaftliche Arbeitsfahrzeug eine definierte Arbeitsbreite aufweist und die arbeitsfahrzeugspezifischen Daten zusätzlich die Arbeitsbreite des landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugs umfassen.Route planning system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the agricultural work vehicle has a defined working width and the work vehicle-specific data additionally include the working width of the agricultural work vehicle. Routenplanungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die feldspezifischen Daten zusätzlich von einer Sensorik des landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugs aufgenommene Umfelddaten des Umfelds des landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugs umfasst.Route planning system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the field-specific data additionally comprise environmental data of the surroundings of the agricultural work vehicle recorded by a sensor system of the agricultural work vehicle. Routenplanungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiefunktion (H) gegeben ist durch : H = i = 1 f ( γ ¨ ( t i ) + ( γ ˙ ( t i ) v o p t ) j = 1 N x i , j )
Figure DE102023202823A1_0071
wobei n i ,
Figure DE102023202823A1_0072
i = 1.., N gleich die Anzahl von abzufahrenden Punkten, und f eine Anzahl von Punktetupeln ist, so dass n i , n j
Figure DE102023202823A1_0073
jeweils benachbarte Punkte (ℕ) sind, y jeweils einen abzufahrenden Bearbeitungsfahrweg darstellt, welcher aus einer Anzahl von Punktetupeln besteht, so dass ( n i , n i + 1 ) E
Figure DE102023202823A1_0074
jeweils benachbarte Punkte (ℕ) und als Verbindungskante ( E )
Figure DE102023202823A1_0075
verbunden sind und γ(ti) der zeitlich diskretisierte Bearbeitungsfahrweg ist und wobei: (||γ̇(ti)|| - vopt) die Abweichung von der optimalen Fahrgeschwindigkeit ist, und γ̈(ti) die Kosten für die positive und negative Beschleunigung sind, und j = 1 N x i , j
Figure DE102023202823A1_0076
sicherstellt, dass jeder Punkt auf dem Feld abgefahren wird anhand von negativen Kosten.
Route planning system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the energy function (H) is given by: H = i = 1 f ( γ ¨ ( t i ) + ( γ ˙ ( t i ) v O p t ) j = 1 N x i , j )
Figure DE102023202823A1_0071
where n i ,
Figure DE102023202823A1_0072
i = 1.., N is the number of points to be traversed, and f is a number of point tuples such that n i , n j
Figure DE102023202823A1_0073
are adjacent points (ℕ), y represents a processing path to be traveled, which consists of a number of point tuples, so that ( n i , n i + 1 ) E
Figure DE102023202823A1_0074
neighboring ones points (ℕ) and as connecting edge ( E )
Figure DE102023202823A1_0075
and γ(t i ) is the time-discretized processing path and where: (||γ̇(t i )|| - v opt ) is the deviation from the optimal travel speed, and γ̈(t i ) are the costs for the positive and negative acceleration, and j = 1 N x i , j
Figure DE102023202823A1_0076
ensures that every point on the field is visited using negative costs.
Routenplanungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiefunktion (H) gegeben ist durch : H = i = 1 f ( c 0 γ ¨ ( t i ) + c 1 ( γ ˙ ( t i ) v o p t ) c 2 j = 1 N x i , j )
Figure DE102023202823A1_0077
wobei n i ,
Figure DE102023202823A1_0078
i = 1.., N gleich die Anzahl von abzufahrenden Punkten (ℕ), und f eine Anzahl von Punktetupeln ist, so dass n i , n j
Figure DE102023202823A1_0079
jeweils benachbarte Punkte (ℕ) sind, y jeweils einen abzufahrenden Bearbeitungsfahrweg darstellt, welcher aus einer Anzahl von Punktetupeln besteht, so dass ( n i , n i + 1 ) E
Figure DE102023202823A1_0080
jeweils benachbarte Punkte (ℕ) und als Verbindungskante
Figure DE102023202823A1_0081
verbunden sind, und γ(ti) der zeitlich diskretisierte Bearbeitungsfahrweg ist, und wobei (||γ̇(ti)|| - vopt) die Abweichung von der optimalen Fahrgeschwindigkeit ist, und γ̈(ti) die Kosten für die positive und negative Beschleunigung sind, und j = 1 N x i , j
Figure DE102023202823A1_0082
sicherstellt, dass jeder Punkt auf dem Feld abgefahren wird anhand von negativen Kosten, und wobei c0, c1, c2 Gewichtungsfaktoren sind.
Route planning system (1) according to one of the preceding Claims 1 until 6 , characterized in that the energy function (H) is given by: H = i = 1 f ( c 0 γ ¨ ( t i ) + c 1 ( γ ˙ ( t i ) v O p t ) c 2 j = 1 N x i , j )
Figure DE102023202823A1_0077
where n i ,
Figure DE102023202823A1_0078
i = 1.., N is the number of points to be traversed (ℕ), and f is a number of point tuples such that n i , n j
Figure DE102023202823A1_0079
are adjacent points (ℕ), y represents a processing path to be traveled, which consists of a number of point tuples, so that ( n i , n i + 1 ) E
Figure DE102023202823A1_0080
adjacent points (ℕ) and as a connecting edge
Figure DE102023202823A1_0081
are connected, and γ(t i ) is the time-discretized processing path, and where (||γ̇(t i )|| - v opt ) is the deviation from the optimal travel speed, and γ̈(t i ) are the costs for the positive and negative acceleration, and j = 1 N x i , j
Figure DE102023202823A1_0082
ensures that each point on the field is visited using negative costs, and where c 0 , c 1 , c 2 are weighting factors.
Verfahren zur Generierung eines optimierten Bearbeitungsfahrwegs für landwirtschaftliche Arbeitsfahrzeuge auf einem Feld mittels einem Quantenannealing-System (4) umfassend der Schritte: - Bereitstellen von ein oder mehreren feldspezifischen Daten, wobei die feldspezifischen Daten zumindest die Koordinaten für die Feldumrandung (FU) als auch die Koordinaten von einer Anzahl von abzufahrenden Punkten (ℕ) aufweisen, - wobei die abzufahrenden Punkte (ℕ) das gesamte Feld hinreichend genau abdecken und wobei die abzufahrenden Punkte (ℕ) zumindest einen Startpunkt ( S )
Figure DE102023202823A1_0083
und einen Endpunkt ( F )
Figure DE102023202823A1_0084
umfassen, - Bereitstellen von ein oder mehreren arbeitsfahrzeugspezifischen Daten, welche zumindest die optimale Geschwindigkeit des landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugs in Abhängigkeit von einem Verbrauch umfassen, - Generieren von Verbindungskanten ( E )
Figure DE102023202823A1_0085
anhand erkannter nachbarschaftlicher Beziehungen zwischen allen Punkten (ℕ) als auch dem zumindest einen Endpunkt ( F )
Figure DE102023202823A1_0086
und dem zumindest einen Startpunkt ( S ) ,
Figure DE102023202823A1_0087
- Bereitstellen der verschiedenen Bearbeitungsfahrwege anhand verschiedener Matrizen, welche die jeweiligen abzufahrenden Punkte (ℕ) als Qubits unter Berücksichtigung der Zeit angeben - Ausbilden mithilfe der Qubits einer als Kostenfunktion gebildeten Energiefunktion (H), anhand einer Energie für eine Beschleunigung des landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugs als auch der Abweichung von der vorgegebenen optimalen Geschwindigkeit als auch von diskretisierten Zeitpunkten (ti) als Zeit - Assoziieren eines Quantenannealing-Systems (4) mit einer der Energiefunktion (H) entsprechenden Energielandschaft, wobei ein Grundzustand des Quantenannealing-Systems (4) eine Minimierung der Energiefunktion (H) unter folgenden Bedingungen kodiert: - das landwirtschaftliche Arbeitsfahrzeug fährt alle Punkte (ℕ) zumindest einmal ab, - das landwirtschaftliche Arbeitsfahrzeug fährt den zumindest einen Startpunkt ( S )
Figure DE102023202823A1_0088
an einem ersten Zeitpunkt und den zumindest einen Endpunkt an einem letzten Zeitpunkt korrekt an, - das landwirtschaftliche Arbeitsfahrzeug befindet sich zu einem diskretisierten Zeitpunkt zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem letzten Zeitpunkt an genau einem der abzufahrenden Punkte (ℕ), - das landwirtschaftliche Arbeitsfahrzeug kreuzt keine Feldumrandung (FU), - Annähern an den Grundzustand des Quantenannealing-Systems (4) und Auslesen des Grundzustandes als minimale Energiefunktion (H) und Umsetzen des Grundzustandes in einen optimalen Bearbeitungsfahrweg.
Method for generating an optimized processing route for agricultural work vehicles on a field by means of a quantum annealing system (4), comprising the steps of: - providing one or more field-specific data, wherein the field-specific data have at least the coordinates for the field boundary (FU) as well as the coordinates of a number of points (ℕ) to be traveled, - wherein the points (ℕ) to be traveled cover the entire field with sufficient accuracy and wherein the points (ℕ) to be traveled have at least one starting point ( S )
Figure DE102023202823A1_0083
and an endpoint ( F )
Figure DE102023202823A1_0084
- providing one or more work vehicle-specific data, which include at least the optimal speed of the agricultural work vehicle depending on consumption, - generating connecting edges ( E )
Figure DE102023202823A1_0085
based on recognized neighborhood relationships between all points (ℕ) as well as at least one endpoint ( F )
Figure DE102023202823A1_0086
and at least one starting point ( S ) ,
Figure DE102023202823A1_0087
- Providing the various processing routes using different matrices which specify the respective points (ℕ) to be travelled to as qubits taking time into account - Using the qubits to form an energy function (H) formed as a cost function, based on an energy for an acceleration of the agricultural work vehicle as well as the deviation from the specified optimal speed as well as discretised points in time (t i ) as time - Associating a quantum annealing system (4) with an energy landscape corresponding to the energy function (H), wherein a ground state of the quantum annealing system (4) encodes a minimisation of the energy function (H) under the following conditions: - the agricultural work vehicle travels to all points (ℕ) at least once, - the agricultural work vehicle travels to at least one starting point ( S )
Figure DE102023202823A1_0088
at a first point in time and at least one end point at a last point in time, - the agricultural work vehicle is at exactly one of the points to be traveled (ℕ) at a discretized point in time between the first point in time and the last point in time, - the agricultural work vehicle does not cross any field boundary (FU), - approaching the ground state of the quantum annealing system (4) and reading out the ground state as a minimum energy function (H) and converting the ground state into an optimal processing path.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gewichtung der einzelnen Bedingungen bewerkstelligt wird.procedure according to claim 9 , characterized in that a weighting of the individual conditions is achieved. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiefunktion (H) gegeben wird durch: H = i = 1 f ( γ ¨ ( t i ) + ( γ ˙ ( t i ) v o p t ) j = 1 N x i , j )
Figure DE102023202823A1_0089
Wobei n i ,
Figure DE102023202823A1_0090
i = 1.., N gleich die Anzahl von abzufahrenden Punkten, und f eine Anzahl von Punktetupeln ist, so dass n i , n j
Figure DE102023202823A1_0091
jeweils benachbarte Punkte (ℕ) sind, γ jeweils einen abzufahrenden Bearbeitungsfahrweg darstellt, welcher aus einer Anzahl von Punktetupeln besteht, so dass ( n i , n i + 1 ) E
Figure DE102023202823A1_0092
jeweils benachbarte Punkte (ℕ) und als Verbindungskante
Figure DE102023202823A1_0093
verbunden sind und γ(ti) der zeitlich diskretisierte Bearbeitungsfahrweg ist und wobei (||γ̇(ti)|| - vopt) die Abweichung von der optimalen Fahrgeschwindigkeit ist, und γ̈(ti) die Kosten für die positive und negative Beschleunigung sind, und j = 1 N x i , j
Figure DE102023202823A1_0094
sicherstellt, dass jeder Punkt auf dem Feld abgefahren wird anhand von negativen Kosten.
procedure according to claim 9 or 10 , characterized in that the energy function (H) is given by: H = i = 1 f ( γ ¨ ( t i ) + ( γ ˙ ( t i ) v O p t ) j = 1 N x i , j )
Figure DE102023202823A1_0089
Where n i ,
Figure DE102023202823A1_0090
i = 1.., N is the number of points to be traversed, and f is a number of point tuples such that n i , n j
Figure DE102023202823A1_0091
are adjacent points (ℕ), γ represents a processing path to be traveled, which consists of a number of point tuples, so that ( n i , n i + 1 ) E
Figure DE102023202823A1_0092
adjacent points (ℕ) and as a connecting edge
Figure DE102023202823A1_0093
tied together and γ(t i ) is the time-discretized processing path and where (||γ̇(t i )|| - v opt ) is the deviation from the optimal travel speed, and γ̈(t i ) are the costs for the positive and negative acceleration, and j = 1 N x i , j
Figure DE102023202823A1_0094
ensures that every point on the field is visited using negative costs.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiefunktion (H) gegeben wird durch : H = i = 1 f ( c 0 γ ¨ ( t i ) + c 1 ( γ ˙ ( t i ) v o p t ) c 2 j = 1 N x i , j )
Figure DE102023202823A1_0095
wobei n i ,
Figure DE102023202823A1_0096
i = 1.., N gleich die Anzahl von abzufahrenden Punkten, und f eine Anzahl von Punktetupeln ist, so dass n i , n j
Figure DE102023202823A1_0097
jeweils benachbarte Punkte sind, y jeweils einen abzufahrenden Bearbeitungsfahrweg darstellt, welcher aus einer Anzahl von Punktetupeln besteht, so dass ( n i , n i + 1 ) E
Figure DE102023202823A1_0098
jeweils benachbarte Punkte und als Verbindungskante
Figure DE102023202823A1_0099
verbunden sind, und γ(ti) der zeitlich diskretisierte Bearbeitungsfahrweg ist, und wobei (||γ̇(ti)|| - vopt) die Abweichung von der optimalen Fahrgeschwindigkeit ist, und γ̈(ti) die Kosten für die positive und negative Beschleunigung sind, und j = 1 N x i , j
Figure DE102023202823A1_0100
sicherstellt, dass jeder Punkt auf dem Feld abgefahren wird anhand von negativen Kosten, und wobei c0, c1, c2 Gewichtungsfaktoren sind.
Method according to one of the preceding Claims 9 or 10 , characterized in that the energy function (H) is given by: H = i = 1 f ( c 0 γ ¨ ( t i ) + c 1 ( γ ˙ ( t i ) v O p t ) c 2 j = 1 N x i , j )
Figure DE102023202823A1_0095
where n i ,
Figure DE102023202823A1_0096
i = 1.., N is the number of points to be traversed, and f is a number of point tuples such that n i , n j
Figure DE102023202823A1_0097
are adjacent points, y represents a processing path to be traveled, which consists of a number of point tuples, so that ( n i , n i + 1 ) E
Figure DE102023202823A1_0098
adjacent points and as a connecting edge
Figure DE102023202823A1_0099
are connected, and γ(t i ) is the time-discretized processing path, and where (||γ̇(t i )|| - v opt ) is the deviation from the optimal travel speed, and γ̈(t i ) are the costs for the positive and negative acceleration, and j = 1 N x i , j
Figure DE102023202823A1_0100
ensures that each point on the field is visited using negative costs, and where c 0 , c 1 , c 2 are weighting factors.
DE102023202823.9A 2023-03-28 2023-03-28 Route planning system and method for agricultural work vehicles to generate an optimized processing route Pending DE102023202823A1 (en)

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