CN108919826A - 一种多旋翼多光谱无人机的控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多旋翼多光谱无人机的控制方法及系统，包括如下步骤：对无人机上搭载的多光谱设备进行校准；设置任务参数并获取待巡检的矩形区域；根据任务参数和待巡检的矩形区域自动生成任务航线；启动命令，沿着任务航线自动巡检，并获得巡检数据。相比于现有技术，本发明根据任务参数和待巡检的矩形区域自动生成任务航线，进而可使无人机根据任务航线自动巡检，相比于现有技术中需要人为操控无人机执行任务的方案，大大提高了工作效率，降低了劳动强度，降低了作用风险。

Description

一种多旋翼多光谱无人机的控制方法及系统

技术领域

本发明涉及无人机巡检领域，特别是涉及一种多旋翼多光谱无人机的控制方法及系统。

背景技术

随着无人机的推行，通过无人机对河流、杆塔和植被进行巡检得到了广泛的应用。现有无人机对这些区域进行巡检时，通常需要工作人员到达巡检区域，并操控无人机遥控器，控制无人机到达这些区域进行巡检，这种方式增加了劳动强度，增大了作用风险，降低了作业效率。

发明内容

基于此，本发明的目的在于，提供一种多旋翼多光谱无人机的控制方法，根据任务参数和待巡检的矩形区域自动生成任务航线，进而可使无人机根据任务航线自动巡检，提高了工作效率，降低了劳动强度，降低了作用风险的优点。

一种多旋翼多光谱无人机的控制方法，包括如下步骤：

对无人机上搭载的多光谱设备进行校准；

设置任务参数并获取待巡检的矩形区域；

根据任务参数和待巡检的矩形区域自动生成任务航线；

启动命令，沿着任务航线自动巡检，并获得巡检数据。

相比于现有技术，本发明根据任务参数和待巡检的矩形区域自动生成任务航线，进而可使无人机根据任务航线自动巡检，相比于现有技术中需要人为操控无人机执行任务的方案，大大提高了工作效率，降低了劳动强度，降低了作用风险。

进一步地，所述对无人机上搭载的多光谱设备进行校准，包括如下步骤：

通过移动设备向多光谱设备发送校准指令；

将无人机沿着Z轴旋转，直至多光谱设备指示灯闪烁绿灯信号，并通过移动设备接收到Z轴校准完成指令；所述Z轴为无人机水平放置时的竖直轴；所述X轴为无人机水平放置且面对无人机时前后方向上的水平轴；

将无人机沿着Y轴旋转，直至多光谱设备指示灯闪烁蓝灯信号，并通过移动设备接收到Y轴校准完成指令；所述Y轴为无人机水平放置且面对无人机时左右方向上的水平轴；

将无人机沿着X轴旋转，直至多光谱设备指示灯改变颜色，并通过移动设备接收到X轴校准完成指令；所述X轴为无人机水平放置且面对无人机时前后方向上的水平轴；

将瞄准器水平放置，并将多光谱设备放置于瞄准器上方，使多光谱设备捕捉到整个瞄准器，并通过移动设备获得校准完成指令。

相比于PC端校准的方式，本发明通过移动设备对多光谱设备的校准，方便了校准，提高了工作效率，提升了整个任务操作流程的整体性，从校准到飞行到结束实现了无缝连接，尤其在野外工作时，通过移动设备对多光谱设备校准，可大大减少需要携带的装备，提高了作业的灵活性。

进一步地，通过移动设备设置任务参数，且所述任务参数包括选择多光谱设备的图像传感器、旁向重叠度、航向重叠度、航线高度、起降航高、基准面高度以及多光谱的拍摄方式。

进一步地，所述获取巡检区域的方式为：

以用户选择的点为中心点，根据默认的长度和宽度，生成默认的矩形区域，再拖动或旋转所述默认的矩形区域，调整矩形区域的长度和宽度来改变矩形区域覆盖的区域，以获得待巡检的矩形区域。

进一步地，根据任务参数和待巡检的矩形区域自动生成任务航线，包括如下步骤：

根据任务参数计算飞行速度，并根据飞行速度计算航点数；

根据待巡检的矩形区域的四个顶点位置，获得距离当前无人机的位置最近的顶点；

获得最近的顶点到相邻顶点的两个方向向量，并将所述两个方向向量矢量相加获得起始航点；

根据起始航点依序计算各拐角航点和结束航点；

将起始航点、各拐角航点和结束航点依序连接生成任务航线。

进一步地，所述最近的顶点到相邻顶点的两个方向向量包括平行于待巡检的矩形区域的长边的A向量、以及平行于待检测的矩形区域的短边的B向量；

则所述A向量的起点为最近的顶点，所述A向量的方向为平行于矩形区域的长边且指向第一相邻点的方向，所述A向量的长度为：la＝(width-n*d)/2；其中，width为待检测的矩形区域的长边长度；d为飞行速度；n为width除以d后取整后的整数；其中，最近点到其中一个相邻点的距离为待巡检的矩形区域的长边长度的该相邻点为第一相邻点；

所述B向量的起点为最近的顶点，所述B向量的方向为平行于矩形区域的短边且指向第二相邻点的方向，所述B向量的长度为：lb＝(height-m*e)/2；height为待检测的矩形区域的短边长度；e＝(1-sideoverlay)*(H-h)*s/f，其中，sideoverlay为旁向重叠度，H为航线高度，h为基准面高度，s为多光谱设备的单位像素高，f为多光谱设备的焦距；m为height除以e后取整的整数；其中，最近点到另一个相邻点的距离为待巡检的矩形区域的短边长度的该相邻点为第二相邻点；

所述起始航点为所述A向量与所述B向量矢量相加获得的向量的终点。

进一步地，所述根据起始航点依序计算各拐角航点和结束航点，包括如下步骤：

以起始航点为起始点、以平行于矩形区域的长边且指向第一相邻点的方向为方向、以n*d为模长度所确定的向量的终点为第一个拐角航点；

以第一个拐角航点为起始点、以平行于矩形区域的短边且指向第二相邻点为方向、以e为模长度所确定的向量的终点为第二个拐角航点；

以第二个拐角航点为起始点、以平行于矩形区域的长边且指向最近的顶点的方向为方向、以n*d为模长度所确定的向量的终点为第三个拐角航点；

以第三个拐角航点为起始点、以平行于矩形区域的短边且指向第二相邻点的方向为方向、以e为模长度所确定的向量的终点为第四个拐角航点；

以此类推操作获得所有拐角航点，且将最后一个拐角点存储为结束航点。

进一步地，在沿着任务航线自动巡检时，还通过移动设备获得无人机回传的本次巡检数据；所述巡检数据包括任务的名称、任务的轨迹、范围、飞行高度、分辨率和飞行时间。

本发明还提供一种计算机可读储存介质，其上储存有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述所述的多旋翼多光谱无人机的控制方法。

本发明还提供一种多旋翼多光谱无人机的控制系统，包括储存器、处理器以及储存在所述储存器中并可被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述所述的多旋翼多光谱无人机的控制方法。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1为本发明实施例中多旋翼多光谱无人机的控制方法的流程图；

图2为本发明实施例中对无人机上搭载的多光谱设备校准进行校准的流程图；

图3为本发明实施例中生成任务航线的流程图；

图4为本发明实施例中生成的任务航线图。

具体实施方式

请参阅图1，其为本发明实施例中多旋翼多光谱无人机的控制方法的流程图。所述多旋翼多光谱无人机的控制方法，包括如下步骤：

步骤S1：对无人机上搭载的多光谱设备进行校准。

在一个实施例中，采用多旋翼无人机进行自动巡检，其中，多旋翼无人机可根据需要调节飞行速度，成本低，螺旋桨小，安全性好，拆卸方便，且易于维护；而且多旋翼无人机飞行速度可控，飞行高度可调且可以低空飞行，同时多旋翼无人机不受起飞降落场地的限制，机动性高，适合复杂的地形环境。

请参阅图2，其为本发明实施例中对无人机上搭载的多光谱设备校准进行校准的流程图。

在一个实施例中，通过移动设备对无人机上搭载的多光谱设备进行校准，具体包括如下步骤：

步骤S11：通过移动设备向多光谱设备发送校准指令；

步骤S12：将无人机沿着Z轴旋转，直至多光谱设备指示灯闪烁绿灯信号，并通过移动设备接收到Z轴校准完成指令；

步骤S13：将无人机沿着Y轴旋转，直至多光谱设备指示灯闪烁蓝灯信号，并通过移动设备接收到Y轴校准完成指令；

步骤S14：将无人机沿着X轴旋转，直至多光谱设备指示灯改变颜色，并通过移动设备接收到X轴校准完成指令；

步骤S15：将瞄准器水平放置，并将多光谱设备放置于瞄准器上方，使多光谱设备捕捉到整个瞄准器，并通过移动设备获得校准完成指令。

在一个实施例中，所述Z轴为无人机水平放置时的竖直轴。所述Y轴为无人机水平放置且面对无人机时左右方向上的水平轴。所述X轴为无人机水平放置且面对无人机时前后方向上的水平轴。所述瞄准器为一白板，通过在多光谱设备的SD卡中的校准图片可判断多光谱设备是否捕捉到整个瞄准器，实现对多光谱设备的辐射校准，且在多光谱设备捕捉到整个瞄准器时，则校准完成。

所述移动设备包括手机、iPad等移动装置；所述移动设备通过无线局域网与所述多光谱设备连接与通信，进而在移动设备上可判断多光谱设备各步骤是否校准完成。

步骤S2：设置任务参数并获取待巡检的矩形区域。

在一个实施例中，所述任务参数包括选择多光谱设备的图像传感器、旁向重叠度、航向重叠度、航线高度、起降航高、基准面高度以及多光谱的拍摄方式。其中，多光谱设备总共有五个图像传感器镜头，分别对应近红外、红光、绿光、红边、以及RGB合成，可根据需要自由组合选择这五个图像传感器；旁向重叠度可设置为30％-90％；航向重叠度可设置为50％-90％；航线高度可设置为20m-500m；起降航高可设置为大于航线高度，但是小于500m；基准面高度可设置为0m-110m。多光谱拍摄方式有定时拍照和定距拍照两种方式，其中，定时拍照为由固定时间触发拍照，即到达固定时间如两秒即进行拍照。定距拍照为由定距距离触发拍照，即通过GPS定位获得的无人机航行的距离达到定距距离时即进行拍照，定距距离为d＝(1-eoverlay)*(H-h)*p/f；其中，overlay为航向重叠度，其中H为航线高度，h为基准面高度，p为多光谱设备的单位像素宽，f为多光谱设备的焦距。

在一个实施例中，为提高用户体验，同时也为了便于方便直观地获取待巡检的矩形区域，以用户选择的点为中心点，根据默认的长度和宽度，生成默认的矩形区域，再拖动或旋转所述默认的矩形区域，调整矩形区域的长度和宽度来改变矩形区域覆盖的区域，以获得待巡检的矩形区域。其中，矩形区域覆盖的区域即为待巡检的矩形区域。

在一个实施例中，可在移动设备上设置任务参数，且移动设备通过无线局域网将设置的任务参数传送到多光谱设备，同时移动设备与无人机遥控器还通过数据线连接，通过操作无人机遥控器，进而可经由移动设备将操作指令发送到多光谱设备，从而通过无人机遥控器即可控制多光谱启动拍摄和停止拍摄。。

步骤S3：根据任务参数和待巡检的矩形区域自动生成任务航线。

请同时参阅图3和图4，图3为本发明实施例中生成任务航线的流程图；图4为本发明实施例中生成的任务航线图。

在一个实施例中，所述根据任务参数和待巡检的矩形区域自动生成任务航线，包括如下步骤：

步骤S31：根据任务参数计算飞行速度，并根据飞行速度计算航点数。

所述无人机的飞行速度计算方式为：v＝d/t；其中，d为定距距离，t为固定2秒，且若v<3则取3，若>15则取15。

步骤S32：根据待巡检的矩形区域的四个顶点位置，获得距离当前无人机的位置最近的顶点。

步骤S33：获得最近的顶点到两个相邻顶点的两个方向向量，并将所述两个方向向量矢量相加获得起始航点。

所述最近的顶点到相邻顶点的两个方向向量包括平行于待巡检的矩形区域的长边的A向量、以及平行于待检测的矩形区域的短边的B向量；

所述A向量的起点为最近的顶点，所述A向量的方向为平行于矩形区域的长边且指向第一相邻点的方向，所述A向量的长度为：la＝(width-n*d)/2；其中，width为待检测的矩形区域的长边长度；d＝(1-eoverlay)*(H-h)*p/f；其中，overlay为航向重叠度，其中H为航线高度，h为基准面高度，p为多光谱设备的单位像素宽，f为多光谱设备的焦距；n为width除以d后取整后的整数；最近点到其中一个相邻点的距离为待巡检的矩形区域的长边长度的该相邻点为第一相邻点；

所述B向量的起点为最近的顶点，所述B向量的方向为平行于矩形区域的短边且指向第二相邻点的方向，所述B向量的长度为：lb＝(height-m*e)/2；height为待检测的矩形区域的短边长度；e＝(1-sideoverlay)*(H-h)*s/f，其中，sideoverlay为旁向重叠度，H为航线高度，h为基准面高度，s为多光谱设备的单位像素高，f为多光谱设备的焦距；m为height除以e后取整的整数；其中，最近点到另一个相邻点的距离为待巡检的矩形区域的短边长度的该相邻点为第二相邻点；

所述起始航点为所述A向量与所述B向量矢量相加获得的向量的终点。

步骤S34：根据起始航点依序计算各拐角航点和结束航点。

以起始航点为起始点、以平行于矩形区域的长边且指向第一相邻点的方向为方向、以n*d为模长度所确定的向量的终点为第一个拐角航点；

以第一个拐角航点为起始点、以平行于矩形区域的短边且指向第二相邻点为方向、以e为模长度所确定的向量的终点为第二个拐角航点；

以第二个拐角航点为起始点、以平行于矩形区域的长边且指向最近的顶点的方向为方向、以n*d为模长度所确定的向量的终点为第三个拐角航点；

以第三个拐角航点为起始点、以平行于矩形区域的短边且指向第二相邻点的方向为方向、以e为模长度所确定的向量的终点为第四个拐角航点；

以此类推获得所有拐角航点的位置，且将最后一个拐角点存储为结束航点。

请参阅图4，若LT为距离当前无人机所在位置的最近顶点，则A向量的起始点为LT，方向为平行于矩形区域的长边即LT-RT且由LT指向RT的方向，模长度为la＝(width-n*d)/2；B向量的起始点为LT，方向为平行于矩形区域的短边即LT-LB且由LT指向LB的方向，模长度为lb＝(height-m*e)/2；则A向量和B向量的矢量相加获得的向量的终点即为点P1，即点P1即为起始航点。以起始航点P1为起始点、以平行于矩形区域的长边即LT-RT且由LT指向RT的方向为方向、以n*d为模长度所确定的向量的终点为第一个拐角航点P2；

以第一个拐角航点P2为起始点、以平行于矩形区域的短边即LT-LB且由LT指向LB的方向为方向、以e为模长度所确定的向量的终点为第二个拐角航点P3；

以此类推，获得所有航点的坐标，其中，航点数量为height除以e后取整的整数，即Pn中的n为height除以e后取整的整数。

步骤S35：将起始航点、各拐角航点和结束航点依序连接生成任务航线。

步骤S4：启动命令，沿着任务航线自动巡检，并获得巡检数据。

在一个实施例中，通过移动设备和无人机遥控器发送启动命令，多光谱设备接收到移动设备的启动命令后，自动设置参数且自动启动拍摄；无人机接收到无人机遥控器的启动命令后，起飞并执行航线任务。任务结束后无人机自动返航，且多光谱设备自动停止拍摄。同时，无人机在执行航线任务时，移动设备还通过无人机遥控器记录并保存无人机回传的本次巡检数据，所述巡检数据包括任务的名称、任务的轨迹、范围、飞行高度、分辨率和飞行时间；在任务结束后，还可以通过移动设备回放飞行轨迹。

在一个实施例中，通过多光谱设备的SD卡，即可获得存储的近红外、红光、绿光、红边以及RGB图像数据。

相比于现有技术，本发明根据任务参数和待巡检的矩形区域自动生成任务航线，进而可使无人机根据任务航线自动巡检，相比于现有技术中需要人为操控无人机执行任务的方案，大大提高了工作效率，降低了劳动强度，降低了作用风险。进一步地，通过移动设备对多光谱设备的校准，大大方便了校准，而且通过移动设备就可以设置任务参数，简化了操作；通过移动设备获得执行的任务信息，方便了任务信息的查看和存储。

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。

Claims (10)

1.一种多旋翼多光谱无人机的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

对无人机上搭载的多光谱设备进行校准；

设置任务参数并获取待巡检的矩形区域；

根据任务参数和待巡检的矩形区域自动生成任务航线；

启动命令，沿着任务航线自动巡检，并获得巡检数据。

2.根据权利要求1所述的多旋翼多光谱无人机的控制方法，其特征在于，所述对无人机上搭载的多光谱设备进行校准，包括如下步骤：

通过移动设备向多光谱设备发送校准指令；

将无人机沿着Z轴旋转，直至多光谱设备指示灯闪烁绿灯信号，并通过移动设备接收到Z轴校准完成指令；所述Z轴为无人机水平放置时的竖直轴；所述X轴为无人机水平放置且面对无人机时前后方向上的水平轴；

将无人机沿着Y轴旋转，直至多光谱设备指示灯闪烁蓝灯信号，并通过移动设备接收到Y轴校准完成指令；所述Y轴为无人机水平放置且面对无人机时左右方向上的水平轴；

将无人机沿着X轴旋转，直至多光谱设备指示灯改变颜色，并通过移动设备接收到X轴校准完成指令；所述X轴为无人机水平放置且面对无人机时前后方向上的水平轴；

将瞄准器水平放置，并将多光谱设备放置于瞄准器上方，使多光谱设备捕捉到整个瞄准器，并通过移动设备获得校准完成指令。

3.根据权利要求1所述的多旋翼多光谱无人机的控制方法，其特征在于，通过移动设备设置任务参数，且所述任务参数包括选择多光谱设备的图像传感器、旁向重叠度、航向重叠度、航线高度、起降航高、基准面高度以及多光谱的拍摄方式。

4.根据权利要求1所述的多旋翼多光谱无人机的控制方法，其特征在于，所述获取巡检区域的方式为：

以用户选择的点为中心点，根据默认的长度和宽度，生成默认的矩形区域，再拖动或旋转所述默认的矩形区域，调整矩形区域的长度和宽度来改变矩形区域覆盖的区域，以获得待巡检的矩形区域。

5.根据权利要求1所述的多旋翼多光谱无人机的控制方法，其特征在于，所述根据任务参数和待巡检的矩形区域自动生成任务航线，包括如下步骤：

根据任务参数计算飞行速度，并根据飞行速度计算航点数；

根据待巡检的矩形区域的四个顶点位置，获得距离当前无人机的位置最近的顶点；

获得最近的顶点到相邻顶点的两个方向向量，并将所述两个方向向量矢量相加获得起始航点；

根据起始航点依序计算各拐角航点和结束航点；

将起始航点、各拐角航点和结束航点依序连接生成任务航线。

6.根据权利要求5所述的多旋翼多光谱无人机的控制方法，其特征在于，所述最近的顶点到两个相邻顶点的两个方向向量包括平行于待巡检的矩形区域的长边的A向量、以及平行于待检测的矩形区域的短边的B向量；

所述A向量的起点为最近的顶点，所述A向量的方向为平行于矩形区域的长边且指向第一相邻点的方向，所述A向量的长度为：la＝(width-n*d)/2；其中，width为待检测的矩形区域的长边长度；d＝(1-eoverlay)*(H-h)*p/f；其中，overlay为航向重叠度，其中H为航线高度，h为基准面高度，p为多光谱设备的单位像素宽，f为多光谱设备的焦距；n为width除以d后取整后的整数；其中，最近点到其中一个相邻点的距离为待巡检的矩形区域的长边长度的该相邻点为第一相邻点；

所述B向量的起点为最近的顶点，所述B向量的方向为平行于矩形区域的短边且指向第二相邻点的方向，所述B向量的长度为：lb＝(height-m*e)/2；height为待检测的矩形区域的短边长度；e＝(1-sideoverlay)*(H-h)*s/f，其中，sideoverlay为旁向重叠度，H为航线高度，h为基准面高度，s为多光谱设备的单位像素高，f为多光谱设备的焦距；m为height除以e后取整的整数；其中，最近点到另一个相邻点的距离为待巡检的矩形区域的短边长度的该相邻点为第二相邻点；

所述起始航点为所述A向量与所述B向量矢量相加获得的向量的终点。

7.根据权利要求6所述的多旋翼多光谱无人机的控制方法，其特征在于，所述根据起始航点依序计算各拐角航点和结束航点，包括如下步骤：

以起始航点为起始点、以平行于矩形区域的长边且指向第一相邻点的方向为方向、以n*d为模长度所确定的向量的终点为第一个拐角航点；

以第一个拐角航点为起始点、以平行于矩形区域的短边且指向第二相邻点为方向、以e为模长度所确定的向量的终点为第二个拐角航点；

以第二个拐角航点为起始点、以平行于矩形区域的长边且指向最近的顶点的方向为方向、以n*d为模长度所确定的向量的终点为第三个拐角航点；

以第三个拐角航点为起始点、以平行于矩形区域的短边且指向第二相邻点的方向为方向、以e为模长度所确定的向量的终点为第四个拐角航点；

以此类推获得所有拐角航点，且将最后一个拐角点存储为结束航点。

8.根据权利要求1所述的多旋翼多光谱无人机的控制方法，其特征在于，在沿着任务航线自动巡检时，还通过移动设备获得无人机回传的本次巡检数据；所述巡检数据包括任务的名称、任务的轨迹、范围、飞行高度、分辨率和飞行时间。

9.一种计算机可读储存介质，其上储存有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8中任意一项所述的多旋翼多光谱无人机的控制方法。

10.一种多旋翼多光谱无人机的控制系统，包括储存器、处理器以及储存在所述储存器中并可被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至8中任意一项所述的多旋翼多光谱无人机的控制方法。