CN109211199B - 无人机套耕航线方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无人机套耕航线方法和系统，包括：S1.获取已设定的飞行参数，根据所述飞行参数计算航线间距，并生成航带及对应的航带编号；S2.将航带根据航带编号分为正向飞行航线或反向飞行航线，且正向飞行航线与反向飞行航线相互交叉分布；S3.根据步骤S1中获得的航带编号使用航线次序计算方法计算得到每条航带的航线次序；S4.根据步骤S1‑S3的执行结果设置航线延长线起点、航线延长线结束点、摄影开始点和摄影结束点；S5.根据步骤S1‑S4的执行结果生成最终航线并上传至无人机控制系统中心。本发明能够提高无人机飞行航时和效率，同时在套耕飞行方式下，完成测绘业务的单镜头倾斜摄影任务。

Description

无人机套耕航线方法和系统
技术领域
本发明属于航空摄影技术领域，尤其是涉及一种实无人机套耕航线方法和系统。
背景技术
在无人机航空摄影领域，特别是测绘和安防领域，无人机需要在既定区域按照给定航线间距执行扫描航线，而当扫描航线的航线间距小于一定距离时，固定翼无人机并不能很好的在两条相邻航带之间进行切换，但是使用套耕方式飞行，无人机能够更好的在两条相邻航带之间切换飞行。
飞行测绘航线设置方法的实现依赖于五个部分：确定测区范围模块、行间距计算模块、套耕航线计算模块、航点属性设置模块、生成航线模块。
现有的飞行航线设置方法通常为蛇形航线飞行和套耕航线飞行。蛇形航线即在既定区域内以扫描航线的形式飞行，在相邻两条航带切换时，通过延长航带两边延长线来让固定翼飞机更好的切换航带；而目前通用的套耕航线通常将既定飞行区域等分成两部分，从第一区域开始进入第一条航带，飞完第一条航带后，转弯进入第二区域的第一条航带，由第二区域的第一条航带返回，再进入第一区域的第二条航带，由此类推飞完两个区域的航线，并在最后增加两条与航带垂直的构架航线，其航线飞行顺序见图 1。
但是上述两个技术方案均存在一些缺陷，蛇形航线在相邻两条航带之间切换时，由于固定翼无人机最小转弯半径的限制，在进入第二条航带时，无法很好的按照既定的航线进行飞行。蛇形航线可以通过增加延长线来减缓转弯半径限制带来的影响，但会带来无人机航程的增加，并且不能完全解决上述问题；
现有技术的套耕航线解决了蛇形航线在航带切换时，无法很好按照既定的航线进行飞行的问题，但仍存在以下2个问题：
(1)其在航带切换时需要较长的垂向转弯航线；
(2)航带的航向并非交叉存在；
上述问题(1)是由于受无人机电池容量的限制，在实际外出作业时，提高无人机飞行效率显得尤为重要，较长的垂向转弯航线会浪费飞机飞行航时；上述问题(2)，在固定翼无人机受到风速影响时，飞机飞行过程中呈一定的俯仰角姿态进行拍照，如果某一区域的航带全部是同一航向，则会导致飞机作为测绘用途时，此种飞行方式影响后期成图精度，并且此种套耕航线由于航带的航向不交叉的问题，在测绘的单镜头倾斜摄影作业中，无法一次完成侧向摄影。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种能够更好地完成摄影、测绘任务的无人机套耕航线方法；
本发明的另一目的是提供一种基于无人机套耕航线方法的无人机系统。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
一种无人机套耕航线方法，包括：
S1.获取已设定的飞行参数，根据所述飞行参数计算航线间距，并生成航带及对应的航带编号；
S2.将航带根据航带编号分为正向飞行航线或反向飞行航线，且正向飞行航线与反向飞行航线相互交叉分布；
S3.根据步骤S1中获得的航带编号使用航线次序计算方法计算得到每条航带的航线次序；
S4.根据步骤S1-S3的执行结果设置航线延长线起点、航线延长线结束点、摄影开始点和摄影结束点；
S5.根据步骤S1-S4的执行结果生成最终航线并上传至无人机控制系统中心。
在上述的无人机套耕航线方法中，在步骤S1中，所述飞行参数包括无人机飞行区域、覆盖率和航高。
在上述的无人机套耕航线方法中，步骤S1具体包括：
S1-1.根据地面站获取已设定的飞行参数，并获得待测区域范围；
S1-2.通过覆盖率和航高计算所述航线间距；
S1-3.根据所述航线间距得到在待测区内规则分布的多条航带，并对多条航带按先后顺序进行编号。
在上述的无人机套耕航线方法中，在步骤S2中，所述航线次序计算方法包括：
将编号1航带的航线次序确定为2，其余编号航带的航线次序通过公式①得到：
x+(-1)x×2 ①
其中，X为相应航带的编号。
在上述的无人机套耕航线方法中，在步骤S1-3中，所述编号顺序从1开始至n结束，n等于航带数量；
在步骤S2中，相邻编号航带的飞行航线方向相反，但编号1 航带与编号2航带的飞行航线方向一致；编号n航带与编号n-1 航带的飞行航线方向一致。
在上述的无人机套耕航线方法中，步骤S3还包括：
S31.根据套耕方法生成首条航线进入方向；
且所述套耕方法包括扫描航线套耕方法和单镜头倾斜摄影航线套耕方法。
在上述的无人机套耕航线方法中，在步骤S3 1中，当所述套耕方法为单镜头倾斜摄影航线套耕方法时，若生成的航带数量为奇数，则再补一条航带使航带数量变为偶数，并将航带向首条航线进入方向平移0.5个航线间距。
在上述的无人机套耕航线方法中，在步骤S3中，当最末航带编号n为奇数时，编号n-1航带的航线次序为结束航线N；
当最末航带n为偶数时，使编号n航带的航线次序为N-1，编号n-2航带的航线次序为结束航线N。
在上述的无人机套耕航线方法中，在步骤S 31中，当所述套耕方法为扫描航线套耕方法时，无人机首条航线进入方向为任意方向；
当所述套耕方法为单镜头倾斜摄影航线套耕方法时，先获取相机镜头在无人机上的倾斜方向，当倾斜方向为左时，无人机首条航线进入方向为左方，编号1航带为反向航带；当倾斜方向向右时，无人机首条航线进入方向为右方，编号1航带为正向航带。
一种基于上述无人机套耕航线方法的无人机系统。
本发明首先根据已设定的飞行参数，得到待测区域范围和多条航带，并且使得套耕航线正反交叉分布；与现有的蛇形航线和冗余套耕航线相比，本发明提供的方法具有以下优点：①能够节省较长的垂向转弯航线，较大限度上提高无人机飞行航时和效率；②除边缘航带外，航带的飞行航线方向交叉排列，能够保证固定翼无人机在飞行过程中呈一定的俯仰角姿态进行拍照时，依然不会影响测绘成图精度，并在测绘的单镜头倾斜摄影作业中，由于交叉航带的存在，能够在套耕飞行方式下，完成测绘业务的单镜头倾斜摄影任务。
说明书附图
图1是现有技术中套耕航线飞行顺序图；
图2是本发明实施例一的方法流程图；
图3是本发明实施例一中航线数量为奇数时的套耕航线生成示意图；
图4是本发明实施例一中航线数量为偶数时套耕航线生成示意图；
图5是本发明实施例二和实施例三中航带数量为奇数且无人机倾斜方向向右时的航线生成示意图；
图6是本发明实施例二和实施例三中航带数量为偶数且无人机倾斜方向为左时航线生成示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
实施例一
如图2所示，本实施例公开了一种无人机套耕航线方法，包括：
S1.获取已设定的飞行参数，根据飞行参数计算航线间距，并生成航带及对应的航带编号；
S2.将航带根据航带编号分为正向飞行航线或反向飞行航线，且正向飞行航线与反向飞行航线相互交叉排列分布；
S3.根据步骤S1中获得的航带编号使用航线次序计算方法计算得到每条航带的航线次序；
S4.根据步骤S1-S3的执行结果设置航线延长线起点、航线延长线结束点、摄影开始点和摄影结束点；
S5.根据步骤S1-S4的执行结果生成最终航线并上传至无人机控制系统中心。
需要说明的是，本实施例与现有技术一样，每个待测区域的最终航线由四个点构成，分别为：航线延长线起点、航线延长线结束点、摄影开始点和摄影结束点，由此自动生成最终航线，无人机根据生成的最终航线即可完成待测区内作业。
其中，在步骤S1中，飞行参数包括无人机飞行区域、覆盖率和航高，这些参数由用户在无人机地面站点选完成。
进一步地，步骤S1具体包括：
S1-1.根据地面站获取已设定的飞行参数，并获得待测区域范围；
S1-2.通过覆盖率和航高计算所述航线间距；
S1-3.根据所述航线间距得到在待测区内规则分布的多条航带，并对多条航带按先后顺序进行编号。并且这里的编号顺序从 1开始至n结束，n等于航带数量，所以这里航带编号依次为1， 2,3,4…n，且对于大多数航带来说相邻编号航带的飞行航线方向相反，但编号1航带与编号2航带的飞行航线方向一致；编号n 航带与编号n-1航带的飞行航线方向一致。
具体地，本实施例在步骤S2中，根据编号的奇偶性分为正向飞行航线或反向飞行航线以使相邻编号的航带飞行方向相反，且这里将编号为奇数的航带确定为正向飞行航线，编号为偶数的航带确定为反向飞行航线，但是编号1航带与编号n-1航带例外，编号1航带与编号2航带一致，编号n航带与编号n-1航带的飞行航线方向一致也就是说，这里的编号1航带也为反向飞行方向。当然，在具体实施过程中，也可以将编号为奇数的航带确定为反向飞行航线，编号为偶数的航带确定为正向飞行航线。
进一步地，在步骤S2中，航线次序计算方法包括：
将编号1航带的航线次序确定为2，其余编号航带的航线次序通过公式①得到：
x+(-1)x×2①
其中，X为相应航带的编号。例如，编号2航带的航线次序为2+(-1)2*2＝4；编号3航带的航线次序为3+(-1)3*2＝1；……，并且，因为这里将编号为奇数的航带确定为正向飞行航线，编号为偶数的航带确定为反向飞行航线，而编号3(奇数)被设为次序为1的航线，即无人机进入待测区域的首条航线，所以这里的无人机进入首条航线进入方向为正向飞行航线。
具体地，如图3所示，在步骤S3中，进一步对航线次序进行整理，当最末航带编号n为奇数时，编号n-1航带的航线次序为结束航线N，其中N也等于航带数量；
如图4所示，当最末航带n为偶数时，编号n航带的航线次序为N-1，编号n-2航带的航线次序为结束航线N。这样，无论是奇数条航带还是偶数条航带，都能够对每条航带进行扫描。
进一步地，本实施例的方法主要针对扫描航线套耕方法，并且，虽然前面提到本实施例的无人机首条航线进入方向为正向航线方向，但是实际在投入使用时，无人机首条航线进入方向为任意方向，若无人机首条航线进入方向为反向航线方向，那么此时编号为奇数的航带确定为反向飞行航线，编号为偶数的航带确定为正向飞行航线。
进一步地，本实施例还提出了一种基于上述无人机套耕航线方法的无人机系统。
实施例二
本实施例与实施例一类似，不同之处在于，本实施例的步骤 S3还包括：
S31.根据套耕方法生成首条航线进入方向；
且套耕方法包括扫描航线套耕方法和单镜头倾斜摄影航线套耕方法。
此外，在步骤S3 1中，当套耕方法为扫描航线套耕方法时，实施实施例一；如图5和图6所示，当套耕方法为单镜头倾斜摄影航线套耕方法时，若生成的航带数量为奇数，则再补一条航带使航带数量变为偶数，并将航带向首条航线进入方向平移0.5个航线间距，图6为正常航带，图5为平移后航带。
实施例三
本实施例与实施例一类似，不同之处在于，本实施例主要针对单镜头倾斜摄影航线套耕方法，且本实施例的方法与实施例一类似，不同之处在于，实施例一中的无人机进入首条航线进入方向可以为任意方向，而本实施例需要根据具体情况确定进入首条航线进入方向，具体方法包括：
先获取相机镜头在无人机上的倾斜方向；如图5所示，以机头方向为前，当倾斜方向向右时，无人机首条航线进入方向为右方，也就是反向飞行航线方向，此时编号1航带为正向航带；如图6所示，当倾斜方向为左时，无人机首条航线进入方向为左方，也就是正向飞行航线方向，此时，编号1航带为反向航带。需要说明的是，图5和图6中无人机下方箭头为相机画面所指方向，通过前述方式调整无人机进入航带方向来保证单镜头倾斜摄影时边缘航带的拍摄画面能够朝向内侧航带方向。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了无人机、航带、航线间距、航带编号、航线次序等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (5)

1.一种无人机套耕航线方法，其特征在于，包括：
S1.获取已设定的飞行参数，根据所述飞行参数计算航线间距，并生成航带及对应的航带编号；
S2.将航带根据航带编号分为正向飞行航线或反向飞行航线，且正向飞行航线与反向飞行航线相互交叉分布；
S3.根据步骤S1中获得的航带编号使用航线次序计算方法计算得到每条航带的航线次序；
S4.根据步骤S1-S3的执行结果设置航线延长线起点、航线延长线结束点、摄影开始点和摄影结束点；
S5.根据步骤S1-S4的执行结果生成最终航线并上传至无人机控制系统中心；
在步骤S1中，所述飞行参数包括无人机飞行区域、覆盖率和航高，且步骤S1具体包括：
S1-1.根据地面站获取已设定的飞行参数，并获得待测区域范围；
S1-2.通过覆盖率和航高计算所述航线间距；
S1-3.根据所述航线间距得到在待测区内规则分布的多条航带，并对多条航带按先后顺序进行编号；
在步骤S1-3中，编号顺序从1开始至n结束，n等于航带数量；
在步骤S3中，所述航线次序计算方法包括：
将编号1航带的航线次序确定为2，其余编号航带的航线次序通过公式①得到：
x+(-1)x×2 ①
其中，X为相应航带的编号；
在步骤S2中，相邻编号航带的飞行航线方向相反，但编号1航带与编号2航带的飞行航线方向一致；编号n航带与编号n-1航带的飞行航线方向一致；
在步骤S3中，当最末航带编号n为奇数时，编号n-1航带的航线次序为结束航线N；
当最末航带n为偶数时，使编号n航带的航线次序为N-1，编号n-2航带的航线次序为结束航线N。
2.根据权利要求1所述的无人机套耕航线方法，其特征在于，步骤S3还包括：
S31.根据套耕方法生成首条航线进入方向；
且所述套耕方法为扫描航线套耕方法或单镜头倾斜摄影航线套耕方法。
3.根据权利要求2所述的无人机套耕航线方法，其特征在于，在步骤S31中，当所述套耕方法为单镜头倾斜摄影航线套耕方法时，若生成的航带数量为奇数，则再补一条航带使航带数量变为偶数，并将航带向首条航线进入方向平移0.5个航线间距。
4.根据权利要求3所述的无人机套耕航线方法，其特征在于，在步骤S31中，当所述套耕方法为扫描航线套耕方法时，无人机首条航线进入方向为任意方向；
当所述套耕方法为单镜头倾斜摄影航线套耕方法时，先获取相机镜头在无人机上的倾斜方向，当倾斜方向为左时，无人机首条航线进入方向为左方，编号1航带为向左的反向航带；当倾斜方向向右时，无人机首条航线进入方向为右方，编号1航带为向右的正向航带。
5.一种基于权利要求1-4任意一项所述无人机套耕航线方法的无人机系统。
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