CN108549409A - 一种植保无人机飞行控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种植保无人机飞行控制方法，包括以下步骤：获取目标地块的多个边界测绘点，基于所述多个边界测绘点生成所述目标地块的边界线；获取预设作业信息，根据目标地块的边界线和预设作业信息，生成作业路径；获取位于目标地块所在区域外的起降点，及位于目标地块边界线上的安全中转点，根据所述起降点与所述安全中转点，生成无人机的安全路径，所述安全路径上不存在障碍物；本发明旨在提供一种植保无人机飞行控制方法，通过在无人机的飞行航线上设置安全中转点，保证无人机在作业过程中的飞行安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种植保无人机飞行控制方法。
背景技术
目前，随着土地流转、农业土地生产逐渐规模化，为提高农业生产效率、降低农业生产成本，使无人机用无人机进行喷洒农药等作业的需求日趋增多。如何安全、可靠的进行无人机的飞行控制是无人机领域的重要课题。现有技术中的无人机飞行控制方法，是基于作业区域中预先标记出来的障碍物，在进行路径规划时进行避障设计，确定无人机的航线，基于确定的航线控制无人机飞行。在这种飞行控制方案中，飞行航线基于作业区域中已经标注的障碍物进行规划；为方便作业，通常无人机的起降点设置在作业区域外，返航过程中，由于返航位置的不确定，直接由返航位置飞行至作业区域外的起降点，若在作业区域外的飞行路径中出现障碍物，将导致飞行控制不可靠。
发明内容
本发明旨在提供一种植保无人机飞行控制方法，通过在无人机的飞行航线上设置安全中转点，保证无人机在作业过程中的飞行安全可靠。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种植保无人机飞行控制方法，包括以下步骤：
获取目标地块的多个边界测绘点，基于所述多个边界测绘点生成所述目标地块的边界线；
获取预设作业信息，根据目标地块的边界线和预设作业信息，生成作业路径；
获取位于目标地块所在区域外的起降点，及位于目标地块边界线上的安全中转点，根据所述起降点与所述安全中转点，生成无人机的安全路径，所述安全路径上不存在障碍物；
获取作业路径的作业起点，根据所述安全中转点与所述作业起点，生成无人机的作业中转路径；
依次执行所述安全路径、作业中转路径和作业路径。
优选的，生成目标地块的边界线，包括以下步骤：
从多个边界测绘点中选取一个边界测绘点作为原点，计算从原点出发经过其他非原点的边界测绘点后，返回原点的最短路径；
将最短路径中边界测绘点的排列顺序作为所述多个边界测绘点的排列顺序；
将多个边界测绘点按照排列顺序连接起来，得到的连接线作为目标地块的边界线。
优选的，所述边界测绘点包括经度信息和纬度信息，计算最短路径的步骤包括：
分别将多个边界测绘点的经度信息和纬度信息转换成二维坐标信息；基于所述二维坐标信息，计算任意两个边界测绘点之间的距离，获得距离矩阵；
确定初始边界测绘点原点，在距离矩阵中查询获得与初始边界测绘点原点距离最小的下一边界测绘点；
将初始边界测绘点原点与下一边界测绘点相连，删除距离矩阵中该下一边界测绘点所在的行和列，生成新的距离矩阵；
将该下一边界测绘点作为新边界测绘点原点，查询新的距离矩阵中，获得与新边界测绘点原点距离最小的新下一边界测绘点，以此循环，直到查询获得最后一个边界测绘点为止；
将最后一个边界测绘点与初始边界测绘点原点相连，获得从初始边界测绘点原点出发，经过其他边界测绘点一次且仅一次，回到初始边界测绘点原点的最短路径。
优选的，获取目标地块的多个边界测绘点，步骤包括：
依次接收手持测绘装置发送的多个边界测绘点。
优选的，生成作业路径，包括以下步骤：
根据目标地块的边界线和预设作业信息，规划预置飞行路径；
获取目标地块边界线内的障碍物信息；
根据预置飞行路径和障碍物信息，生成作业路径。
优选的，所述作业路径包括作业顺序和作业对象标识，所述作业对象标识包括作业对象的作业位置、喷洒时长及喷洒半径。
优选的，获取安全中转点的步骤，包括：
将目标地块边界线上任意一点与起降点进行规划路径，得到路径信息群；
获取起降点与目标地块边界线之间的障碍物信息，在路径信息群中筛选不包含障碍物信息的多条路径信息；
获取不包含障碍物信息的多条路径信息中，路径最短的路径信息；根据路径最短的路径信息，得到位于目标地块边界线上的安全中转点。
优选的，还包括以下步骤：当满足返航条件时，
获取当前位置信息和返航高度，根据当前位置信息、返航高度和安全中转点，生成返航路径；
依次执行返航路径和安全路径，以使无人机返航至起降点。
优选的，所述返航条件包括接收到返航指令、对作业路径中的作业对象作业完毕、检测到无人机携带的喷洒物料重量低于预设重量阈值和检测到无人机电池的电量低于预设电量阈值中的一种或多种。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明旨在提供一种植保无人机飞行控制方法，通过在无人机的飞行航线上设置安全中转点，保证无人机在作业过程中的飞行安全可靠。当满足返航条件时，依次执行返航路径和安全路径，以使无人机返航至起降点，保证安全中转点与起降点之间不包含障碍物，可以保障无人机的飞行安全。
附图说明
图1是本发明方法流程图；
图2是目标地块边界线生成方法流程图；
图3是计算最短路径方法流程图；
图4是作业路径生成方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。
如图1所示，作为本发明的优选实施例，一种植保无人机飞行控制方法，包括以下步骤：获取目标地块的多个边界测绘点，基于多个边界测绘点生成目标地块的边界线；目标地块可以是无人机即将进行作业的地块，无人机在作业之前，测绘人员可以根据测绘需求对要作业的目标地块进行精确的实地测绘，获得目标地块的多个边界测绘点。其中，多个边界测绘点为散点数据。
获取预设作业信息，根据目标地块的边界线和预设作业信息，生成作业路径；获取位于目标地块所在区域外的起降点，及位于目标地块边界线上的安全中转点，根据起降点与安全中转点，生成无人机的安全路径，安全路径上不存在障碍物；获取作业路径的作业起点，根据安全中转点与作业起点，生成无人机的作业中转路径；依次执行安全路径、作业中转路径和作业路径。无人机在起飞作业过程中，首先通过安全路径从作业区域外的起降点飞行至作业区域边界线上的安全中转点，再通过作业中转路径飞行至作业路径的作业起点，最终完成作业任务，保证无人机在作业过程中的飞行安全。
需要说明的是，如图2所示，生成目标地块的边界线，包括以下步骤：从多个边界测绘点中选取一个边界测绘点作为原点，计算从原点出发经过其他非原点的边界测绘点后，返回原点的最短路径；将最短路径中边界测绘点的排列顺序作为多个边界测绘点的排列顺序；将多个边界测绘点按照排列顺序连接起来，得到的连接线作为目标地块的边界线。
具体的，假设采集到的多个边界测绘点是标识目标地块的边界线的必要条件，即测绘人员在实际测绘纪录中，必须要经过每一个边界测绘点，并且最后还要返回到出发点，从而形成一个闭合的目标地块，则确定多个边界测绘点的排列顺序的问题可以视为TSP(旅行商问题)，该TSP问题的目的是在寻求单一旅行者由起点出发，通过所有给定的需求点之后，最后再回到起点的最小路径成本。
采用TSP模型求解上述TSP问题，在具体实现中，TSP模型可以通过多种算法求解上述问题，本领域技术人员采用任一一种现有的TSP模型求解方法求解上述TSP问题均是可以的，本发明实施例对此不作限制。
在一种实施方式中，如图3所示，可以采用动态线性规划的方法求解上述TSP问题，计算最短路径的步骤包括：分别将多个边界测绘点的经度信息和纬度信息转换成二维坐标信息；在实际中，同一个地块，两个边界测绘点之间的经纬度通常差距比较小，其差距一般在经纬度有效数字的后两位，为了扩大两个边界测绘点之间的数据差异，从而提高测绘精度，采用TSP模型确定多个边界测绘点的排列顺序以前，可以首先对各个边界测绘点的测绘数据进行预处理。在一种实施方式中，其中一种预处理方式可以为：将各个边界测绘点的经度信息以及纬度信息转换成二维坐标信息。
基于二维坐标信息，计算任意两个边界测绘点之间的距离，获得距离矩阵；确定初始边界测绘点原点，在距离矩阵中查询获得与初始边界测绘点原点距离最小的下一边界测绘点；将初始边界测绘点原点与下一边界测绘点相连，删除距离矩阵中该下一边界测绘点所在的行和列，生成新的距离矩阵；将该下一边界测绘点作为新边界测绘点原点，查询新的距离矩阵中，获得与新边界测绘点原点距离最小的新下一边界测绘点，以此循环，直到查询获得最后一个边界测绘点为止；将最后一个边界测绘点与初始边界测绘点原点相连，获得从初始边界测绘点原点出发，经过其他边界测绘点一次且仅一次，回到初始边界测绘点原点的最短路径。
易于理解的是，获取目标地块的多个边界测绘点，步骤包括：依次接收手持测绘装置发送的多个边界测绘点。在具体实现中，测绘人员可以通过手持测绘装置采集目标地块中包含多个边界测绘点的测绘数据。作为一种示例，手持测绘装置可为GPS(全球定位系统)测量设备。
为了提高测量精度，手持测绘装置可以为RTK(载波相位差分)测量设备。RTK定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。RTK测量具备如下优势：1、精度高，作业方便。RTK作业不受通视条件限制，无需做控制，基准站设置好，进行点检核后，即可开测，如用虚拟基站则更简便。2、速度快，效率高，节约人力。RTK作业每组一般1～2人，每站测图采点仅需3s左右，1天可采集500个点数据，工作效率大大提高。3、在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时给出厘米级定位结果，历时不足一秒钟。
在一个优选的实施例中，如图4所示，生成作业路径，包括以下步骤：根据目标地块的边界线和预设作业信息，规划预置飞行路径；获取目标地块边界线内的障碍物信息；根据预置飞行路径和障碍物信息，生成作业路径。基于作业区域中预先标记出来的障碍物，在进行路径规划时进行避障设计，确定无人机的航线，基于确定的航线控制无人机飞行。
作业路径包括作业顺序和作业对象标识，作业对象标识包括作业对象的作业位置、喷洒时长及喷洒半径。按照作业顺序依次对作业路径中的作业对象进行喷洒作业，在作业时，针对每个作业对象标识，当飞行至对应的作业位置时，根据对应的喷洒半径以及喷洒时长对作业对象进行喷洒作业。
获取安全中转点的步骤，包括：将目标地块边界线上任意一点与起降点进行规划路径，得到路径信息群；获取起降点与目标地块边界线之间的障碍物信息，在路径信息群中筛选不包含障碍物信息的多条路径信息；获取不包含障碍物信息的多条路径信息中，路径最短的路径信息；根据路径最短的路径信息，得到位于目标地块边界线上的安全中转点。通过上述方法，能够得到路径最短且路径中不包含障碍物的安全中转点。
当满足返航条件时，获取当前位置信息和返航高度，根据当前位置信息、返航高度和安全中转点，生成返航路径；依次执行返航路径和安全路径，以使无人机返航至起降点。无人机的起降点设置在作业区域外，返航过程中，由于返航位置的不确定，直接由返航位置飞行至作业区域外的起降点，若在作业区域外的飞行路径中出现障碍物，将导致飞行控制不可靠；因此，在作业区域的边界线上设置安全中转点，保证安全中转点与起降点之间不包含障碍物，可以保障无人机的飞行安全。
需要说明的是，返航条件包括接收到返航指令、对作业路径中的作业对象作业完毕、检测到无人机携带的喷洒物料重量低于预设重量阈值和检测到无人机电池的电量低于预设电量阈值中的一种或多种。
当然，本发明还可有其它多种实施方式，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种植保无人机飞行控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取目标地块的多个边界测绘点，基于所述多个边界测绘点生成所述目标地块的边界线；
获取预设作业信息，根据目标地块的边界线和预设作业信息，生成作业路径；
获取位于目标地块所在区域外的起降点，及位于目标地块边界线上的安全中转点，根据所述起降点与所述安全中转点，生成无人机的安全路径，所述安全路径上不存在障碍物；
获取作业路径的作业起点，根据所述安全中转点与所述作业起点，生成无人机的作业中转路径；
依次执行所述安全路径、作业中转路径和作业路径。
2.根据权利要求1所述的一种植保无人机飞行控制方法，其特征在于，生成目标地块的边界线，包括以下步骤：
从多个边界测绘点中选取一个边界测绘点作为原点，计算从原点出发经过其他非原点的边界测绘点后，返回原点的最短路径；
将最短路径中边界测绘点的排列顺序作为所述多个边界测绘点的排列顺序；
将多个边界测绘点按照排列顺序连接起来，得到的连接线作为目标地块的边界线。
3.根据权利要求2所述的一种植保无人机飞行控制方法，其特征在于，所述边界测绘点包括经度信息和纬度信息，计算最短路径的步骤包括：
分别将多个边界测绘点的经度信息和纬度信息转换成二维坐标信息；基于所述二维坐标信息，计算任意两个边界测绘点之间的距离，获得距离矩阵；
确定初始边界测绘点原点，在距离矩阵中查询获得与初始边界测绘点原点距离最小的下一边界测绘点；
将初始边界测绘点原点与下一边界测绘点相连，删除距离矩阵中该下一边界测绘点所在的行和列，生成新的距离矩阵；
将该下一边界测绘点作为新边界测绘点原点，查询新的距离矩阵中，获得与新边界测绘点原点距离最小的新下一边界测绘点，以此循环，直到查询获得最后一个边界测绘点为止；
将最后一个边界测绘点与初始边界测绘点原点相连，获得从初始边界测绘点原点出发，经过其他边界测绘点一次且仅一次，回到初始边界测绘点原点的最短路径。
4.根据权利要求1所述的一种植保无人机飞行控制方法，其特征在于，获取目标地块的多个边界测绘点，步骤包括：
依次接收手持测绘装置发送的多个边界测绘点。
5.根据权利要求1所述的一种植保无人机飞行控制方法，其特征在于，生成作业路径，包括以下步骤：
根据目标地块的边界线和预设作业信息，规划预置飞行路径；
获取目标地块边界线内的障碍物信息；
根据预置飞行路径和障碍物信息，生成作业路径。
6.根据权利要求4所述的一种植保无人机飞行控制方法，其特征在于：所述作业路径包括作业顺序和作业对象标识，所述作业对象标识包括作业对象的作业位置、喷洒时长及喷洒半径。
7.根据权利要求1所述的一种植保无人机飞行控制方法，其特征在于，获取安全中转点的步骤，包括：
将目标地块边界线上任意一点与起降点进行规划路径，得到路径信息群；
获取起降点与目标地块边界线之间的障碍物信息，在路径信息群中筛选不包含障碍物信息的多条路径信息；
获取不包含障碍物信息的多条路径信息中，路径最短的路径信息；根据路径最短的路径信息，得到位于目标地块边界线上的安全中转点。
8.根据权利要求1所述的一种植保无人机飞行控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：当满足返航条件时，
获取当前位置信息和返航高度，根据当前位置信息、返航高度和安全中转点，生成返航路径；
依次执行返航路径和安全路径，以使无人机返航至起降点。
9.根据权利要求8所述的一种植保无人机飞行控制方法，其特征在于：所述返航条件包括接收到返航指令、对作业路径中的作业对象作业完毕、检测到无人机携带的喷洒物料重量低于预设重量阈值和检测到无人机电池的电量低于预设电量阈值中的一种或多种。
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