CN111473791B - 一种无人机贴地飞行的路线规划方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无人机贴地飞行的路线规划方法，包括：步骤一、确认无人机飞行选用的相机，并同时确定相机类型、相机幅宽、相机幅长；步骤二、在地图上沟绘一个任意闭合的多边形，根据多边形的最大最小的经纬度，获得当前的四至边界；步骤三、根据步骤二给出的四至边界的范围的长宽比，确定无人机的飞行方向；步骤四、通过航线重叠率和旁向重叠率，计算拍照点的间距和航线之间的间距；步骤五、根据拍照点坐标获取区域的DEM数据，地表高程加拍照点高度即为无人机实际飞行高度，从而实现贴地飞行。

Description

一种无人机贴地飞行的路线规划方法
技术领域
本发明涉及无人机领域，具体涉及一种无人机贴地飞行的路线规划方法。
背景技术
目前在地图上，沟绘任意的闭合多边形，同时地图上的坐标通过航线规划算法，可以生成对应的航线；从市面上来说大疆的算法，主要是针对单架次的算法，针对于多架次的暂时没有。
发明内容
本发明公开一种无人机贴地飞行的路线规划方法，具体地航线规划是在地图上任意勾绘一个多边形区域，针对多边形进行四至提取，计算四至的长宽比确定航线南、北距离，进而确定无人机的飞行方向，根据飞行方向，生成四至内的每条飞行航线，包括航点及每条航线内的拍照点，根据计算区域内的高程数据来确定最终飞行高度，实现贴地飞行。
一种无人机贴地飞行的路线规划方法，包括：
步骤一、确认无人机飞行选用的相机，并同时确定相机类型、相机幅宽、相机幅长；
步骤二、在地图上沟绘一个任意闭合的多边形，根据多边形的最大最小的经纬度，获得当前的四至边界；
步骤三、根据步骤二给出的四至边界的范围的长宽比，确定无人机的飞行方向；
步骤四、通过航线重叠率和旁向重叠率，计算拍照点的间距和航线之间的间距；
步骤五、 根据拍照点坐标获取区域的DEM数据，地表高程加拍照点高度即为无人机实际飞行高度，从而实现贴地飞行。
具体地上述无人机实际飞行高度=（起飞点的海拔-拍照点海拔高度）绝对值 + 航线规划算的高度。
(Digital Elevation Model，缩写DEM)是一定范围内规则格网点的平面坐标(X，Y)及其高程(Z)的数据集，它主要是描述区域地貌形态的空间分布，是通过等高线或相似立体模型进行数据采集(包括采样和量测)，然后进行数据内插而形成的。DEM是对地貌形态的虚拟表示，可派生出等高线、坡度图等信息，也可与DOM或其它专题数据叠加，用于与地形相关的分析应用，同时它本身还是制作DOM的基础数据。
在本发明的一个优选实施例中，若四至边界需要外扩，则动态设定外扩的倍数，所述倍数数值为0.01-0.5。
本发明的一个优选实施例中，在四至边界确定的区域中，若东西方向长，南北方向短，则无人机东西方向飞行；反之亦然。
本发明的一个优选实施例中，利用地图上的WGS84或者CGCS2000坐标系沟绘一个任意闭合的多边形。
本发明的一个优选实施例中，无人机的拍照点间距=飞机的离地高度 * 0.8 *（1– 航线重叠率）；航线之间的距离=飞机的离地高度 * 1.2 *（1 – 旁向重叠率）。
该航线航线重叠率由用户设置，若用户不设置默认0.7；同理旁向重叠率由用户设置，若用户不设置默认0.7。
本发明的一个优选实施例中，在四至边界确定的区域中计算总行数，这个区域内实际有多少条航线，行数=航线数，并根据航线确定需要飞多少个行列。
本发明的一个优选实施例中，通过航线规划算法可以生成对应的航线。
综上所述，本发明具有如下优点：
支持地图上任意多边形勾绘，并生成所需要飞行的航线,可以下发至无人机，进行飞行及拍照使用，计算性能效率高，支持多架次的拆分，适合不同面积区域的作业场景。
附图说明
图1为本发明的工作原理框图；
图2为本发明的参数设置图一；
图3为本发明的参数设置图二；
图4为本发明的多架次航线规划示意图；
图5为本发明的单架次航线规划示意图。
具体实施方式
使用多架次算法，针对于细长的图形也会被拆分为多架次，算法支持二维航线规划、三维航线规划、三维多架次航线规划拆分。要是使用多架次算法的时候，针对于细长的图形也会被拆分为多架次，支持针对于较大区域的拆分。
一种无人机贴地飞行的路线规划方法，包括：
步骤一、确认无人机飞行选用的相机，并同时确定相机类型、相机幅宽、相机幅长；
步骤二、在地图上沟绘一个任意闭合的多边形，根据多边形的最大最小的经纬度，获得当前的四至边界；
步骤三、根据步骤二给出的四至边界的范围的长宽比，确定无人机的飞行方向；
步骤四、通过航线重叠率和旁向重叠率，计算拍照点的间距和航线之间的间距；
步骤五、 根据拍照点坐标获取区域的DEM数据，地表高程加拍照点高度即为无人机实际飞行高度，从而实现贴地飞行。
具体地上述无人机实际飞行高度=（起飞点的海拔-拍照点海拔高度）绝对值 + 航线规划算的高度。
(Digital Elevation Model，缩写DEM)是一定范围内规则格网点的平面坐标(X，Y)及其高程(Z)的数据集，它主要是描述区域地貌形态的空间分布，是通过等高线或相似立体模型进行数据采集(包括采样和量测)，然后进行数据内插而形成的。DEM是对地貌形态的虚拟表示，可派生出等高线、坡度图等信息，也可与DOM或其它专题数据叠加，用于与地形相关的分析应用，同时它本身还是制作DOM的基础数据。
本文中航线规划算法是基于地图勾绘进行计算的，目前支持wgs84和cgcs2000坐标系。
在调用该算法进行计算的时候，需要传递：区域范围坐标点集合地理坐标，旁向重叠率、航向重叠率、相机类型（或者幅宽、幅长）、离地飞行高度、外扩边距,是否叠加高程。
若四至边界需要外扩，则动态设定外扩的倍数，所述倍数数值为0.01-0.5。
具体地上述四至边界确定的区域中，若东西方向长，南北方向短，则无人机东西方向飞行；反之亦然。
其中无人机的拍照点间距=飞机的离地高度 * 0.8 *（1 – 航线重叠率）；航线之间的距离=飞机的离地高度 * 1.2 *（1 – 旁向重叠率）。该航线航线重叠率由用户设置，若用户不设置默认0.7；同理旁向重叠率由用户设置，若用户不设置默认0.7。
在四至边界确定的区域中计算总行数，这个区域内实际有多少条航线，行数=航线数，并根据航线确定需要飞多少个行列。
实施例1：
参照图1-图5所示，一种无人机贴地飞行的路线规划方法，具体实现步骤如下：
步骤一、用户通过相机出厂说明,确定相机类型确定、相机幅宽、相机幅长。
步骤二、根据集合范围和是否外扩生成多边形的外包围四至范围（根据多边形的最大最小的经纬度,获得当前的四至边界,这个算法叫做几何的外包围或者几何图形的四至），用户看当前外包围是否需要外扩，根据外扩倍数的设定,来动态设定。
用户可以选择是否外扩边界，比如已经拿到了四至范围，但是这个飞行范围，用户觉得，有点小，可以针对这个四至的范围，外扩例如0.2倍，理论是可以无限大的，一般我们限制为 0.01-0.5之间比较合理；
动态设定，就是这个算法的应用场景，如一些飞行的应用，通过调用我们的算法，作为参数传入即可。应用自身可以有和用户交互的界面。
步骤三、根据四至范围的长宽比，确定飞机的飞行方向，为南北或东西方向。(飞行方向和四至的关系主要是看四至的长和宽，那边长，例如东西方向长，南北方向短，就是飞机东西方向飞行，主要是为了飞机在一条直线上飞的长点，不用来回的掉转机身和方向。)
步骤四、根据航向重叠率和旁向重叠率计算区域内行列总数。算法作为入参，用户界面可以设置；主要是通过航线重叠率和旁向重叠率,计算拍照点的间距和航线之间的间距。根据单架次最大飞行距离来计算一个架次可以飞多少行列矩形区域。（例如:大疆系列单架次满电情况下最远飞行10km）。
其中距离与区域有关联，举个例子一条航线的距离是确定的，一个区域飞几条航线，2条航线之间有拐点，所以区域和距离也有联系的；距离= (航线的距离+拐点的距离)*航线数量，多少航线和区域有关系。
步骤五、根据总的行列数量可以计算需要飞行多少个架次。根据每个架次，生成每个架次的航线及航点，不足一个架次飞行大小，按一个架次生成航线及航点。通过总行数，每一航就代表一条航线.航线上的点，就是我们说的拍照点，就是这条航线上每隔多少距离进行拍照一次。
步骤六、根据拍照点坐标获取区域的DEM数据，地表高程加拍照点高度即为无人机实际飞行高度，从而实现贴地飞行。
如图2为本发明的参数设置图一，图3为本发明的参数设置图二，图4为本发明的多架次航线规划示意图，图5为本发明的单架次航线规划示意图。
实施例2：
具体实施如下：
1、假设一个架次最远飞行距离10km；
2、确定拍照点间距、航线间间距；
3、通过东西距离和南北距离，确定飞行方向说明:通过多边形四至范围，最大纬度-最小纬度获得纬度差，转为南北距离（米）；最大经度-最小经度获得经度差，转为东西距离（米）；南北距离长则南北飞，否则东西飞
4、以东西飞行举例，其中每一个参数如下：
总航点列数= (东西距离 / 东西拍照点间距) +1；
总航点行数= (南北距离 / 南北航点间间距)；
总航点数 = 总航点列数 * 总航点行数；
一个架次最大航点数 = 最远距离 / 拍照点间距；
预估最小架次数量 = 总航点数 / 一个架次的航点数；
以矩形来飞行，这条边的点数 = 最大航点数开根，取整数；
总航点列数 < 矩形边的点数 并且 总航点行数 < 矩形边的点数，则一个架次可以飞完；否则，东西南北方向均要拆分。

Claims (7)

1.一种无人机贴地飞行的路线规划方法，其特征在于，包括：
步骤一、确认无人机飞行选用的相机，并同时确定相机类型、相机幅宽、相机幅长；
步骤二、在地图上沟绘一个任意闭合的多边形，根据多边形的最大最小的经纬度，获得当前的四至边界；
步骤三、根据步骤二给出的四至边界的范围的长宽比，确定无人机的飞行方向；
步骤四、通过航线重叠率和旁向重叠率，计算拍照点的间距和航线之间的间距，并计算区域内行列总数；
步骤五、根据总的行列数量计算需要飞行的架次，进行多架次的拆分；
步骤六、根据拍照点坐标获取区域的DEM数据，地表高程加拍照点高度即为无人机实际飞行高度，从而实现贴地飞行。
2.根据权利要求1所述的一种无人机贴地飞行的路线规划方法，其特征在于，若四至边界需要外扩，则动态设定外扩的倍数，所述倍数数值为0.01-0.5。
3.根据权利要求2所述的一种无人机贴地飞行的路线规划方法，其特征在于，在四至边界确定的区域中，若东西方向长，南北方向短，则无人机东西方向飞行；反之亦然。
4.根据权利要求2所述的一种无人机贴地飞行的路线规划方法，其特征在于，利用地图上的WGS84或者CGCS2000坐标系沟绘一个任意闭合的多边形。
5.根据权利要求2所述的一种无人机贴地飞行的路线规划方法，其特征在于，无人机的拍照点间距＝飞机的离地高度*0.8*(1-航线重叠率)；航线之间的距离＝飞机的离地高度*1.2*(1-旁向重叠率)。
6.根据权利要求2所述的一种无人机贴地飞行的路线规划方法，其特征在于，在四至边界确定的区域中计算总行数，这个区域内实际有多少条航线，行数＝航线数，并根据航线确定需要飞多少个行列。
7.根据权利要求1所述的一种无人机贴地飞行的路线规划方法，其特征在于，通过航线规划算法可以生成对应的航线。
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