CN106020237B - 植保无人机的多机作业航线规划及其喷洒作业方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种植保无人机的多机作业航线规划方法和系统，以及植保无人机的喷洒作业方法和系统；所述规划方法包括：根据农地坐标参数规划无人机在所述农地喷洒作业的蛇形航线；将无人机群按照起飞先后顺序进行排序，依据排序以及每架无人机的喷洒流量、飞行速度计算无人机在蛇形航线中喷洒的截止点；将每架无人机的起点和截止点发送至对应的无人机设置飞行航线，其中，前一架无人机的喷洒截止点作为下一架无人机进入航线内喷洒的起点。本发明规划航线的误差小，无人机飞行效果好，而且可以多机协同作业，喷洒作业的智能化程度高，提升了无人机作业效率。

Description

植保无人机的多机作业航线规划及其喷洒作业方法和系统

技术领域

本发明涉及无人机控制技术领域，特别是涉及一种植保无人机的多机作业航线规划方法和系统及喷洒作业方法和系统。

背景技术

随着农机业机械化程度不断提高，其中植保设备被大面积使用，现今随着植保无人机的出现，植保作业效率也被大幅度提高。

目前，植保无人机一般都内置惯性测量单元和卫星定位模块，以感知无人机飞行姿态以及位置信息。常见的作业方式有三种：

(1)使用遥控器来控制无人机来喷洒农药；

(2)使用地面站上的商业地图选取坐标点规划航线；

(3)预先采集地块高清图片信息，使用高清图片，通过图片分辨率识别地块边界，通过在高清地图上选取作业点来规划航线，必要时仍需要人工通过GPS 测亩仪采集作业边界。

上述的作业方式，存在如下技术缺陷：第一种作业方式对飞手的飞行技术要求较高，且每一架飞机均需要配置一名专职飞手进行飞行作业。在大面积农田作业过程中，飞行距离超过100米已经无法看清飞机的飞行姿态，由于视觉误差也无法判断飞机是否达到农田边界。第二种作业方式由于商业地图和实际田块地图具有差别，多数情况需要结合地图和人眼观察来确定航线点，且多由于地图的未及时更新造成作业误差。第三种作业方式虽然预先采集地块高清图片信息，但是每次作业起飞前必须采集相应图片，增加了额外的作业负担，特别是对于大面积的作业区域，通过高清图片像素采集划分农田区域，也会造成边界区域的划分时大的误差。

由此可见，以上三种作业方式，规划航线的误差大，导致无人机飞行效果较差，而且只能实行单机作业模式，导致喷洒作业的智能化程度低，影响无人机作业效率，无法做到多机作业。

发明内容

基于此，有必要针对上述规划航线的误差大、无法做到多机作业的问题，提供一种植保无人机的多机作业航线规划方法和系统。

一种植保无人机的多机作业航线规划方法，包括：

根据农地坐标参数规划无人机在所述农地喷洒作业的蛇形航线；

将无人机群按照起飞先后顺序进行排序，依据排序以及每架无人机的喷洒流量、飞行速度计算无人机在蛇形航线中喷洒的截止点；

将每架无人机的起点和截止点发送至对应的无人机设置飞行航线，其中，前一架无人机的喷洒截止点作为下一架无人机进入航线内喷洒的起点。

一种植保无人机的多机作业航线规划系统，包括：

航线规划模块，用于根据农地坐标参数规划无人机在所述农地喷洒作业的蛇形航线；

断点计算模块，用于将无人机群按照起飞先后顺序进行排序，依据排序以及每架无人机的喷洒流量、飞行速度计算无人机在蛇形航线中喷洒的截止点；

航线设置模块，用于将每架无人机的起点和截止点发送至对应的无人机设置飞行航线，其中，前一架无人机的喷洒截止点作为下一架无人机进入航线内喷洒的起点。

上述植保无人机的多机作业航线规划方法和系统，根据农地坐标参数规划蛇形航线，将无人机群进行排序，计算无人机喷洒的截止点，以前一架无人机的喷洒截止点作为下一架无人机进入航线内喷洒的起点，规划将每架无人机的飞行航线。该技术方案规划航线的误差小，无人机飞行效果好，而且可以多机协同作业，喷洒作业的智能化程度高，提升了无人机作业效率。

基于此，有必要针对上述喷洒作业的智能化程度低、无法做到多机作业的问题，提供一种植保无人机的喷洒作业方法和系统。

一种植保无人机的喷洒作业方法，包括：

根据农地的坐标参数以及直线飞行距离和侧移飞行距离规划无人机的蛇形航线；

对无人机群进行排序，并计算无人机对应在蛇形航线上飞行的截止点；

控制每架无人机根据所述排序，根据所述截止点在所述蛇形航线上进行喷洒作业；其中，前一架无人机的喷洒截止点作为下一架无人机进入航线内喷洒的起点。

一种植保无人机的喷洒作业系统，包括：

航线规划模块，用于根据农地的坐标参数以及直线飞行距离和侧移飞行距离规划无人机的蛇形航线；

截止点计算模块，用于对无人机群进行排序，并计算无人机对应在蛇形航线上飞行的截止点；

作业控制模块，用于控制每架无人机根据所述排序，根据所述截止点在所述蛇形航线上进行喷洒作业；其中，前一架无人机的喷洒截止点作为下一架无人机进入航线内喷洒的起点。

上述植保无人机的喷洒作业方法和系统，根据农地的坐标参数规划无人机的蛇形航线；对无人机群进行排序，以前一架无人机的喷洒截止点作为下一架无人机进入航线内喷洒的起点，计算无人机对应在蛇形航线上飞行的截止点；根据截止点控制无人机进行喷洒作业。该技术方案控制无人机进行喷洒作业，无人机飞行效果好，而且可以多机协同作业，喷洒作业的智能化程度高，提升了无人机作业效率。

附图说明

图1为本发明的植保无人机的多机作业航线规划方法流程图；

图2为蛇形航线示意图；

图3为植保无人机的喷洒作业方法流程图；

图4为一个示例的喷洒作业的流程图；

图5为本发明的植保无人机的多机作业航线规划系统结构示意图；

图6为本发明的植保无人机的喷洒作业系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图阐述本发明的植保无人机的多机作业航线规划方法和系统及喷洒作业方法和系统的实施例。

参考图1所示，图1为本发明的植保无人机的多机作业航线规划方法流程图，包括：

S101，根据农地坐标参数规划无人机在所述农地喷洒作业的蛇形航线；

S102，将无人机群按照起飞先后顺序进行排序，依据排序以及每架无人机的喷洒流量、飞行速度计算无人机在蛇形航线中喷洒的截止点；

S103，将每架无人机的起点和截止点发送至对应的无人机设置飞行航线，其中，前一架无人机的喷洒截止点作为下一架无人机进入航线内喷洒的起点。

上述技术方案规划航线的误差小，无人机飞行效果好，而且可以多机协同作业，喷洒作业的智能化程度高，提升了无人机作业效率。

在一个实施例中，所述步骤S101前，还包括如下步骤：

基于差分GPS技术获取农地坐标参数，计算无人机喷洒作业的喷幅，以及获取每架无人机的喷洒流量。

在一个实施例中，所述步骤S101，具体包括如下：

根据农地坐标参数，确定第一架无人机直线飞行的起点A与终点B；根据无人机的喷洒作业的喷幅，计算出无人机由所述终点B开始侧移飞行的终点C；

利用AB长度进行直线距离规划，以及利用BC距离进行侧移方向的距离规划，确定所述农地的蛇形航线。

参考图2所示，图2为蛇形航线示意图。

图中虚线框代表农地范围，四环图形代表无人机，箭头代表无人机飞行方向，实线代表飞行轨迹，飞行轨迹上圆点代表上一架无人机的作业截止点，也是下一架无人机的作业起点。

通过上图可以看出，根据农地的相关坐标参数范围，即可确定第一架无人机直线飞行的起点A与终点B；而根据无人机的喷洒作业的喷幅，可以计算出无人机在两侧的喷洒范围，从而可以确定由终点B开始侧移飞行的终点C。由 AB长度，可以进行直线距离规划，由BC距离，可以进行侧移方向的距离规划；以此类推，根据上述的直线距离规划和侧移方向的距离，可以规划确定整个农地的航线，最终得到一条蛇形航线。

如前面所述，每架无人机的喷洒流量、飞行速度确定的情况下，后一架无人机可以复制前一架飞机的作业航线截止点作为起点，每架无人机即可计算在蛇形航线中喷洒的起点和截止点，通过对无人机群进行排序编号，依次起飞进行喷洒作业，任意一架无人机在起飞时即通过流量、飞行速度、喷幅计算出药液喷洒的截止点，该截止点作为下一架进入航线内的飞机起始作业点，后一架无人机可以复制前一架飞机的作业航线截止点，计算自身的截止点，同时也可以采用多机起飞与其他无人机协同完成任务内的喷洒作业。

上述实施例的技术方案规划的航线，实现了参与作业的无人机群的多机智能化飞行，无需预先采集地块的地理坐标信息，克服了对飞手的依赖性强的缺陷，通过智能作业，还可以实现视距外的飞行和多机协同作业，提高作业效率。

参考图3所示，图3为植保无人机的喷洒作业方法流程图，包括：

S201，根据农地的坐标参数以及直线飞行距离和侧移飞行距离规划无人机的蛇形航线；

S202，对无人机群进行排序，并计算无人机对应在蛇形航线上飞行的截止点；

S203，控制每架无人机根据所述排序，根据所述截止点在所述蛇形航线上进行喷洒作业；其中，前一架无人机的喷洒截止点作为下一架无人机进入航线内喷洒的起点。

上述技术方案控制无人机进行喷洒作业，无人机飞行效果好，而且可以多机协同作业，喷洒作业的智能化程度高，提升了无人机作业效率。

进一步地，为防止无人机在协同喷洒作业过程中产生碰撞，可以控制所有蛇形航线上喷洒作业的无人机的作业高度一致，未进入蛇形航线的无人机飞行高度比蛇形航线内的无人机高出一安全距离。

对于上述实施例的植保无人机的喷洒作业方法，参考图2的蛇形航线进行分析。首先根据农地的坐标参数规划出无人机的蛇形航线；然后对无人机群进行排序，在确定排序后，即可进一步计算每架无人机对应在蛇形航线上飞行的截止点；最后控制每架无人机根据排序，在蛇形航线上对应的起点和截止点上进行协同喷洒作业。喷洒作业过程中，以前一架无人机的喷洒截止点作为下一架无人机进入航线内喷洒的起点。

为了更加清晰本发明的植保无人机的喷洒作业方法，下面进一步阐述详细实施例。

对于所述步骤S201，具体可以包括如下：

控制第一架无人机起飞，记录首次直线飞行的起始点A和终点B，平移方向至C点；

根据喷幅、飞行速度和喷洒流量计算第一架无人机的截止点；

根据无人机的飞行轨迹，利用AB长度进行直线距离规划，以及利用BC距离进行侧移方向的距离规划；

第一架无人机以A、B、C点作为参考点规划蛇形航线，并将A、B、C点的坐标信息共享至无人机群组的其他无人机；

无人机群组的其他各个无人机根据共享的信息规划蛇形航线。

对于所述步骤S202，具体可以包括如下：

控制无人机群按照起飞先后顺序进入排序作业。当前一架无人机完成作业后，将其截止点的坐标参数发送至下一架无人机；

处于待机作业的下一架无人机，当接到作业指令后，以上一架无人机发送的截止点的坐标参数作为起点，继续进行喷洒作业。

上述实施例的植保无人机的喷洒作业方法，具体流程解析如下：

首先第一架无人机起飞后，记录首次直线飞行的起始点A和终点B，平移方向上到达的C点；飞行轨迹依照AB长度，做直线距离规划，BC距离做侧移方向及距离规划，以此类推，飞机以A、B、C点作为参考规划蛇形航线，即 AB-BC-CD……；其中，与可以看作为模相等、方向相反的向量。

然后第一架无人机将A、B、C点的坐标信息共享给参与喷洒作业无人机群的其他无人机。

无人机群其他无人机共享初始的A、B点和偏向C的位置信息后，按照设定的起飞先后顺序进入排序作业。

在无人机的喷幅、飞行速度和喷洒流量确定的情况下，无人机每次起飞并进入蛇形航线后，均复制前一架无人机的飞行截止点，并计算获得自身完成喷洒作业的飞行截止点。当后一架飞机接到任务指令后，进入蛇形航线，并以上一架无人机的计算出的截止点作为起点，继续喷洒作业。

在喷洒作业过程中，当一架无人机完成喷洒作业并降落后，进入待机的无人机机群进行准备工作，处于待机作业的任意一架无人机，当接到作业指令后，从上一架飞机计算的任务截止点继续进行喷洒作业。或者，以多机协同喷洒作业方式，协同喷洒作业的多架无人机，通过复制前一架的无人机的截止点，接到任务指令后，即进入航线执行任务。

参考图4所示，图4为一个示例的喷洒作业的流程图；从无人机群选择1 号无人机，首先依据蛇形航线进行作业，作业过程中将蛇形航线上的A、B、C 特征点发送至无人机群的其他无人机进行共享，其他无人机可以规划好蛇形航线；智能作业过程中，计算作业断点(即截止点)，然后进入到蛇形航线中进行智能作业，并在作业结束后返回无人机群，在1号无人机喷洒作业过程中或者1 号无人机返回无人机群后，从无人机群中的其他无人机随机选择下一架无人机，复制1号无人机计算的作业断点，从该断点位置进入蛇形航线，开始执行喷洒任务，以此类推，直至完成整个喷洒任务。

对于大面积农田，第一架无人机生成了蛇形航线后，后续无人机均利用该航线，在同一航线内，上一架无人机通过飞行速度、喷幅、喷洒速率计算出的喷洒截至点，成为下一架无人机的作业起始点。

上述实施例的方案，可以最大效率的节省人工成本，可以实现单人操作多机，共同作业的方式。

在一个实施例中，在获取截止点后，获取无人机群中当前处于待机作业的无人机位置；选择一架离所述截止点最近的无人机作为下一架作业无人机。例如，可以通过截止点的位置坐标与待机中无人机的位置坐标，计算距离，选择最近的无人机。

上述实施例的方案，机群排序方式是按照无人机的起飞先后顺序进行排序的，操控者可以任意选择一架离作业航线起始点最近的无人机进行起飞并进入航线进行作业。这样可以最大限度地避免无人机的无效飞行，且这样的排序方式可以让机群作业变的更简单化，而不需要人为挑选哪一架无人机作为下一架该进入航线作业的无人机。

参考图5，图5为本发明的植保无人机的多机作业航线规划系统结构示意图，包括：

航线规划模块，用于根据农地坐标参数规划无人机在所述农地喷洒作业的蛇形航线；

断点计算模块，用于将无人机群按照起飞先后顺序进行排序，依据排序以及每架无人机的喷洒流量、飞行速度计算无人机在蛇形航线中喷洒的截止点；

航线设置模块，用于将每架无人机的起点和截止点发送至对应的无人机设置飞行航线，其中，前一架无人机的喷洒截止点作为下一架无人机进入航线内喷洒的起点。

本发明的植保无人机的多机作业航线规划系统与本发明的植保无人机的多机作业航线规划方法一一对应，在上述植保无人机的多机作业航线规划方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于植保无人机的多机作业航线规划系统的实施例中，特此声明。

参考图6，图6为本发明的植保无人机的喷洒作业系统结构示意图，包括：

航线规划模块，用于根据农地的坐标参数以及直线飞行距离和侧移飞行距离规划无人机的蛇形航线；

截止点计算模块，用于对无人机群进行排序，并计算无人机对应在蛇形航线上飞行的截止点；

作业控制模块，用于控制每架无人机根据所述排序，根据所述截止点在所述蛇形航线上进行喷洒作业；其中，前一架无人机的喷洒截止点作为下一架无人机进入航线内喷洒的起点。

本发明的植保无人机的喷洒作业系统与本发明的植保无人机的喷洒作业方法一一对应，在上述植保无人机的喷洒作业方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于植保无人机的喷洒作业系统的实施例中，特此声明。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种植保无人机的多机作业航线规划方法，其特征在于，包括：

根据农地坐标参数规划无人机在所述农地喷洒作业的蛇形航线；

将无人机群按照起飞先后顺序进行排序，依据排序以及每架无人机的喷洒流量、飞行速度计算无人机在蛇形航线中喷洒的截止点；

将每架无人机的起点和截止点发送至对应的无人机，以设置所述对应的无人机的飞行航线，其中，前一架无人机的喷洒截止点作为下一架无人机进入航线内喷洒的起点；其中，在获取截止点后，选择一架离所述截止点最近的无人机作为下一架作业无人机；

还包括：

第一架无人机起飞后，记录第一架无人机的直线距离规划的信息以及侧移方向及距离规划的信息；向所述无人机群中的其他各个无人机共享所述直线距离规划的信息以及侧移方向及距离规划的信息，以触发所述其他各个无人机根据共享的信息规划各自的蛇形航线。

2.根据权利要求1所述的植保无人机的多机作业航线规划方法，其特征在于，所述根据农地坐标参数规划无人机在所述农地喷洒作业的蛇形航线的步骤包括：

根据农地坐标参数，确定第一架无人机直线飞行的起点A与终点B；

根据无人机的喷洒作业的喷幅，计算出无人机由所述终点B开始侧移飞行的终点C；

利用AB长度进行直线距离规划，以及利用BC距离进行侧移方向的距离规划，确定所述农地的蛇形航线。

3.根据权利要求1所述的植保无人机的多机作业航线规划方法，其特征在于，还包括：

基于差分GPS技术获取农地坐标参数，计算无人机喷洒作业的喷幅，以及获取每架无人机的喷洒流量。

4.一种植保无人机的喷洒作业方法，其特征在于，包括：

根据农地的坐标参数以及直线飞行距离和侧移飞行距离规划无人机的蛇形航线；

对无人机群进行排序，并计算无人机对应在蛇形航线上飞行的截止点；

控制每架无人机根据所述排序，根据所述截止点在所述蛇形航线上进行喷洒作业；其中，前一架无人机的喷洒截止点作为下一架无人机进入航线内喷洒的起点；其中，在获取截止点后，选择一架离所述截止点最近的无人机作为下一架作业无人机；

还包括：

第一架无人机起飞后，记录第一架无人机的直线距离规划的信息以及侧移方向及距离规划的信息；向所述无人机群中的其他各个无人机共享所述直线距离规划的信息以及侧移方向及距离规划的信息，以触发所述其他各个无人机根据共享的信息规划各自的蛇形航线。

5.根据权利要求4所述的植保无人机的喷洒作业方法，其特征在于，所述根据农地的坐标参数以及直线飞行距离和侧移飞行距离规划无人机的蛇形航线的步骤包括：

控制第一架无人机起飞，记录首次直线飞行的起始点A和终点B，平移方向至C点；

根据喷幅、飞行速度和喷洒流量计算第一架无人机的截止点；

根据无人机的飞行轨迹，利用AB长度进行直线距离规划，以及利用BC距离进行侧移方向的距离规划；

第一架无人机以A、B、C点作为参考点规划蛇形航线，并将A、B、C点的坐标信息共享至无人机群组的其他无人机；

无人机群组的其他各个无人机根据共享的信息规划蛇形航线。

6.根据权利要求5所述的植保无人机的喷洒作业方法，其特征在于，所述控制每架无人机根据所述排序，根据所述截止点在所述蛇形航线上进行喷洒作业的步骤包括：

控制无人机群按照起飞先后顺序进入排序作业，当前一架无人机完成作业后，将其截止点的坐标参数发送至下一架无人机；

处于待机作业的下一架无人机，当接到作业指令后，以上一架无人机发送的截止点的坐标参数作为起点，继续进行喷洒作业。

7.根据权利要求6所述的植保无人机的喷洒作业方法，其特征在于，在获取截止点后，获取无人机群中当前处于待机作业的无人机位置；选择一架离所述截止点最近的无人机作为下一架作业无人机。

8.根据权利要求5所述的植保无人机的喷洒作业方法，其特征在于，所有蛇形航线上喷洒作业的无人机的作业高度一致，未进入蛇形航线的无人机飞行高度比蛇形航线内的无人机高出一安全距离。

9.一种植保无人机的多机作业航线规划系统，其特征在于，包括：

航线规划模块，用于根据农地坐标参数规划无人机在所述农地喷洒作业的蛇形航线；

断点计算模块，用于将无人机群按照起飞先后顺序进行排序，依据排序以及每架无人机的喷洒流量、飞行速度计算无人机在蛇形航线中喷洒的截止点；

航线设置模块，用于将每架无人机的起点和截止点发送至对应的无人机，以设置所述对应的无人机飞行航线，其中，前一架无人机的喷洒截止点作为下一架无人机进入航线内喷洒的起点；其中，在获取截止点后，选择一架离所述截止点最近的无人机作为下一架作业无人机；

还包括，用于在第一架无人机起飞后，记录第一架无人机的直线距离规划的信息以及侧移方向及距离规划的信息；向所述无人机群中的其他各个无人机共享所述直线距离规划的信息以及侧移方向及距离规划的信息，以触发所述其他各个无人机根据共享的信息规划各自的蛇形航线的模块。

10.一种植保无人机的喷洒作业系统，其特征在于，包括：

航线规划模块，用于根据农地的坐标参数以及直线飞行距离和侧移飞行距离规划无人机的蛇形航线；

截止点计算模块，用于对无人机群进行排序，并计算无人机对应在蛇形航线上飞行的截止点；

作业控制模块，用于控制每架无人机根据所述排序，根据所述截止点在所述蛇形航线上进行喷洒作业；其中，前一架无人机的喷洒截止点作为下一架无人机进入航线内喷洒的起点；其中，在获取截止点后，选择一架离所述截止点最近的无人机作为下一架作业无人机；

还包括，用于在第一架无人机起飞后，记录第一架无人机的直线距离规划的信息以及侧移方向及距离规划的信息；向所述无人机群中的其他各个无人机共享所述直线距离规划的信息以及侧移方向及距离规划的信息，以触发所述其他各个无人机根据共享的信息规划各自的蛇形航线的模块。