CN114721417A - 无人飞行器测绘航线规划方法、系统、设备及介质 - Google Patents

无人飞行器测绘航线规划方法、系统、设备及介质 Download PDF

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CN114721417A CN202210424946.5A CN202210424946A CN114721417A CN 114721417 A CN114721417 A CN 114721417A CN 202210424946 A CN202210424946 A CN 202210424946A CN 114721417 A CN114721417 A CN 114721417A
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李力文
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薛松柏
谢瑞强
彭继平
母剑峰
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明提供一种无人飞行器测绘航线规划方法、系统、设备及介质，具体涉及无人机飞行技术领域，该方法获取无人飞行器的目标作业区域；将所述目标作业区域划分成至少一个测绘航段，所述测绘航段包括平行往返航线、交叉往返航线或折线航线；基于所述测绘航段所对应航线构建飞行辅助航段使得所述往返航线或折线航线平滑衔接，所述飞行辅助航段包括测绘航段的延长线、转弯圆弧航点以及直线航点；根据各个所述测绘航段飞行辅助航段的位置信息规划测绘航线，利用飞行辅助航段实现平滑转弯，转弯坡度小，转弯轨迹也不易产生超调，同时，缩短了无人飞行器在目标作业区域内测绘航线所需的时间，也提高了无人飞行器测绘航线的效率。

Description

无人飞行器测绘航线规划方法、系统、设备及介质
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，特别是涉及一种无人飞行器测绘航线规划方法、系统、设备及介质。
背景技术
无人飞行器，简称无人机(Unmanned Aerial Vehicle，简称UAV)，是一种利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。无人机用途广泛，被应用于农业植保、测绘、军事国防、抢险救灾以及视频拍摄等行业。
相关技术中，采用固定翼无人机进行测绘作业时，由于固定翼无人机在航线端点附近需要一定的空间范围进行转弯，因此在作业航线端点附近会偏离作业航线较远，或相对期望作业航迹产生较大超调。为保证有效测绘作业范围，通常会扩大实际测绘作业区域，延长有效作业航段，并在测绘航段两端分别插入若干用于飞行转弯的辅助飞行航点，用于辅助无人机完成转弯飞行。
然而，上述测绘航线方式存在作业效率低的缺点，同时，若按照折线航段进行转弯，不仅无法确保无人飞行器在往返航线或转折(折线)航线平滑转弯，还延长了转弯时长。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种无人飞行器测绘航线规划方法、系统、设备及介质，用于解决现有技术中对无人机测绘航线规划时，无法确保无人飞行器在往返航线或、折航线或折线航线平滑转弯的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种无人飞行器测绘航线规划方法，所述方法包括：
获取无人飞行器的目标作业区域；
将所述目标作业区域划分成至少一个测绘航段，所述测绘航段为平行往返航线、交叉往返航线或折线航线；
基于所述测绘航段所对应航线构建飞行辅助航段使得所述往返航线平滑衔接，所述飞行辅助航段包括测绘航段的延长线、转弯的圆弧航点以及直线航点；
根据各个所述测绘航段飞行辅助航段的位置信息规划测绘航线。
于本发明的一实施例中，所述飞行辅助航段还包括：将相对于所述航线测绘起点与测绘终端的两端进行延伸形成两条延长线，每条所述延长线的端点生成相切于该延长线端点的圆弧航点，依据飞行方向依次连接于上一测绘航段圆弧切出点与下一测绘航段圆弧切入点且分别与两段圆弧相切的直线航点。
于本发明的一实施例中，还包括：根据下一目标航点相对于当前目标航点所在位置确定转弯方向，若所述下一目标航点在当前目标航点的右侧，则确定两个所述圆弧航点为顺时针转弯；若所述下一目标航点在当前目标航点的左侧，则确定两个所述圆弧航点为逆时针转弯。
于本发明的一实施例中，还包括：
获取往返航线或折线航线中沿飞行方向的第一段测绘航线，在所述第一段测绘航线的测绘终点建立第一延长线，利用该第一延长线的经纬度与高度确定第一直线航点位置信息；
获取往返航线或折线航线中沿飞行方向的第二段测绘航线，在所述第二段测绘航线的测绘起点建立第二延长线，利用该第二延长线的经纬度与高度确定第二圆弧航点切出点位置信息；
获取所述第一直线航点与所述第二圆弧航点切出点之间的连线相对于第一延长线的第一方位角；
获取所述第一段测绘航线测绘起点至测绘终点连线矢量的第二方位角；
获取所述第二段测绘航线测绘终点至测绘起点连线矢量的第三方位角。
于本发明的一实施例中，还包括：
根据所述第一方位角的角度是否小于零确定两个所述圆弧航点的转弯方向；
根据所述第二方位角与转弯方向确定第一圆弧航点圆心位置相对于第一直线航点的第四方位角；
根据所述第四方位角与第一圆弧航点的转弯半径确定第一圆弧航点的位置信息；
根据所述第三方位角与转弯方向确定第二圆弧航点相对于第二圆弧航点切出点的第五方位角；
根据所述第五方位角与第二圆弧航点的转弯半径确定第二圆弧航点的位置信息。
于本发明的一实施例中，还包括：
根据所述第一圆弧航点的位置信息与第二圆弧航点的位置信息确定矢量之间的第六方位角；
根据所述第六方位角与转弯方向确定第一圆弧航点切出点相对于第一圆弧航点的第七方位角，所述第七方位角与第二圆弧航点切入点的方位角相同；
根据第二圆弧航点切入点的方位角、第二圆弧航点的转弯半径与第二圆弧航点的位置信息确定第二直线航点的位置信息；
根据所述第五方位角与π之和确定第二圆弧航点切出点方位角。
于本发明的一实施例中，还包括：所述圆弧航点包括目标点经纬度、目标点高度、切出点参数、盘旋方向、盘旋半径、盘旋时间、盘旋圈数与盘旋类型，所述切出点参数包括切出点方位角或切出点经纬度。
本发明还提供一种无人飞行器测绘航线规划控制设备，包括：
获取模块，用于获取无人飞行器的目标作业区域；
区域划分模块，用于将所述目标作业区域划分成至少一个测绘航段，所述测绘航段包括平行往返航线、交叉往返航线或折线航线；
飞行辅助模块，基于所述测绘航段所对应航线构建飞行辅助航段使得所述往返航线或折线航线平滑衔接，所述飞行辅助航段包括测绘航段的的延长线、转弯的圆弧航点以及直线航点；
测绘规划模块，用于根据各个所述测绘航段飞行辅助航段的位置信息规划测绘航线。
本发明还提供一种无人飞行器测绘航线规划系统，所述系统包括控制设备以及至少一飞行器，所述控制设备包括存储器和处理器，所述处理器和存储器耦合，所述存储器存储有程序指令，当所述存储器存储的程序指令被所述处理器执行时实现上述实施例中任一项所述的方法。
本发明还提供一种无人飞行器测绘航线规划控制设备，所述控制设备包括处理器，所述处理器和存储器耦合，所述存储器存储有程序指令，当所述存储器存储的程序指令被所述处理器执行时实现上述实施例中任一项所述的方法。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，包括程序，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如上述实施例中任一项所述的方法。
如上所述，本发明提供一种无人飞行器测绘航线规划方法、系统、设备及介质，该方法通过将目标作业区域划分成至少一个测绘航段，所述测绘航段包括平行往返航线、交叉往返航线或折线航线，基于所述测绘航段所对应航线构建飞行辅助航段使得所述航线间平滑衔接，所述飞行辅助航段包括航线的延长线、转弯的圆弧航点以及直线航点，根据各个所述测绘航段飞行辅助航段的位置信息规划测绘航线，利用飞行辅助航段实现平滑转弯，转弯坡度小，转弯轨迹也不易产生超调，同时，缩短了无人飞行器在目标作业区域内测绘航线所需的时间，也提高了无人飞行器测绘航线的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明于一实施例中的无人飞行器测绘航线规划方法流程示意图；
图2为本发明于一实施例中的大间距平行往返航线规划效果示意图；
图3为本发明于一实施例中的小间距平行往返航线规划效果示意图；
图4为本发明于一实施例中的大间距交叉航线规划效果示意图；
图5为本发明于一实施例中的小间距交叉航线规划效果示意图；
图6为本发明于一实施例中的无人飞行器测绘航线规划控制设备结构框图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一
针对上述技术问题，本发明实施例提供了一种无人飞行器测绘航线规划方法，该方法通过将目标作业区域划分成至少一个测绘航段，所述测绘航段包括平行往返航线、交叉往返航线或折线航线，基于所述测绘航段所对应航线构建飞行辅助航段使得所述航线间平滑衔接，所述飞行辅助航段包括测绘航段的延长线、转弯的圆弧航点以及直线航点，根据各个所述测绘航段飞行辅助航段的位置信息规划测绘航线，利用飞行辅助航段实现平滑转弯，转弯坡度小，转弯轨迹也不易产生超调，同时，缩短了无人飞行器在目标作业区域内测绘航线所需的时间，也提高了无人飞行器测绘航线的效率。
请参阅图1，本发明提供一种无人飞行器测绘航线规划方法流程图，该方法包括：
步骤S101，获取无人飞行器的目标作业区域；
其中，无人飞行器包括但不限于无人机，该无人机包括旋翼型无人机，例如四旋翼无人机、六旋翼无人机、八旋翼无人机，也可以是固定翼无人机，还可以是旋翼型与固定翼无人机的组合，在此不作限定。
需要说明的是，测绘人员在电子地图中选择目标区域时，可包括如下几种可行的实现方式：
一种可行的实现方式是：测绘人员在电子地图上选择目标区域的若干个边界点，例如，边界点1、边界点2、边界点3、边界点4；具体的，测绘人员可以通过PC地面站的输入设备，例如，鼠标、键盘等在电子地图上点选目标区域的边界点1、边界点2、边界点3、边界点4；在其他实施例中，PC地面站的屏幕可以是触摸屏，测绘人员还可以通过在触摸屏上点选的方式在电子地图上选择目标区域的边界点1、边界点2、边界点3、边界点4；PC地面站根据测绘人员选择的边界点1、边界点2、边界点3、边界点4确定出目标区域。
另一种可行的实现方式是：测绘人员先选定电子地图上的一个点，然后，拖动鼠标到点，以框选出目标区域。
此处只是示意性说明，并不限定测绘人员选择目标区域的方式，也不限定用户界面的具体形式和显示的内容。
当测绘人员在电子地图上选择出目标区域后，PC地面站即可确定出目标区域在电子地图上的定位信息，例如，目标区域边界上的各个边界点在电子地图上的定位信息。
进一步地，PC地面站根据目标区域的定位信息，确定测绘航线信息。PC地面站根据边界点1、边界点2、边界点3、边界点4确定出目标区域的边界，例如，边界点1和边界点2之间的边界、边界点2和边界点3之间的边界、边界点3和边界点4之间的边界。
进一步，根据目标区域各边界上的边界点在电子地图上的定位信息，确定出测绘航线，测绘航线包括多个测绘航点(如图2至图5中的航点)，测绘人员还可以通过用户界面设置无人机在每个测绘航点的飞行高度、飞行速度、飞行姿态、所需执行的操作，例如拍照、测绘等，可以理解，测绘航线信息包括各测绘航点的定位信息、无人机在每个测绘航点的飞行高度、飞行速度、飞行姿态、所需执行的操作等信息。
步骤S102，将所述目标作业区域划分成至少一个测绘航段，所述测绘航段为平行往返航线或交叉往返航线或折线航线(即，转折航线)；
其中，需要说明的是，目标作业区域可划分一个或多个测绘航段，例如，多个测绘航段可为多个同类型的平行往返航线，或，多个测绘航段可为多个同类型的交叉往返航线，或，多个测绘航段可为多个同类型的转折航线，或，多个测绘航段可为平行往返航线或交叉往返航线或转折航线。
步骤S103，基于所述测绘航段所对应航线构建飞行辅助航段使得所述往返航线平滑衔接，所述飞行辅助航段包括测绘航段的延长线、转弯的圆弧航点以及直线航点；
其中，需要说明的是，所述飞行辅助航段还包括：将相对于所述测绘航线测绘起点与测绘终端的两端进行延伸形成两条延长线，每条所述延长线的端点生成相切于该延长线端点的圆弧航点，连接于两个所述圆弧航点且相切于一圆弧航点的切出点以及相切于另一所述圆弧航点的切入点的直线航点，即，依据飞行方向依次连接于上一测绘航段圆弧切出点与下一测绘航段圆弧切入点且分别与两段圆弧相切的直线航点。
还需要说明的是，两条延长线分别对应两个转弯的圆弧航点(第一圆弧航点与第二圆弧航点)，两个圆弧航点的转弯方向，例如，根据下一目标航点相对于当前目标航点所在位置确定转弯方向，若所述下一目标航点在当前目标航点的右侧，则确定两个所述圆弧航点为顺时针转弯；若所述下一目标航点在当前目标航点的左侧，则确定两个所述圆弧航点为逆时针转弯，通过设置同向设置的圆弧航点的转弯方向，一方面，可以避免测绘航线的复杂规划，减少无人飞行器的测绘时间；另一方面，通过减少规划测绘航线的工作量，也能提高测绘航线规划效率。
例如，通过第一圆弧航点与第二圆弧航点分别相切于直线航点，该直线航点的一端相切于第一圆弧航点的切出点，直线航点的另一端相切于第二圆弧航点的切入点，进而确定该直线航点的位置信息。
通过上述方式，利用飞行辅助航段实现平滑转弯，转弯坡度小，转弯轨迹也不易产生超调，同时，也确保了无人飞行器转弯的最大性能，也缩短了转弯时间。
步骤S104，根据各个所述测绘航段飞行辅助航段的位置信息规划测绘航线。
具体地，通过各个测绘航段相对位置信息以及各个测绘航段飞行辅助航段的位置信息，依照位置顺序重构目标作业区域的规划测绘航线。
其中，测绘人员通过在PC地面站上放大测绘图像可以看到测绘图像中的作业区域、障碍物、障碍物等，其中，作业区域具体可以是农田，障碍物具体可以是道路，障碍物具体可以是树、电线杆或其他物体。此处只是示意性说明，并不限定测绘图像的具体内容。可以理解，对于PC地面站而言，测绘图像中每个像素点的定位信息是已知的。
PC地面站可以根据测绘图像中作业区域的边界信息，例如，边界点的定位信息，以及障碍物的定位信息，确定无人机的作业航线。
本实施例中，通过地面站设备根据目标区域的定位信息，确定规划的测绘航线，控制无人机根据该测绘航线在目标区域执行测绘任务，通过对该无人机在执行测绘任务过程中采集到的目标区域的图像信息，确定出该目标区域的测绘图像，根据该测绘图像确定无人机的作业航线，相比于现有技术，不需要测绘人员携带定位装置绕着目标区域走一圈，测量出目标区域边界点的定位信息，以及目标区域里或目标区域周围障碍物的定位信息，省时省力，提高了无人机作业航线的规划效率。
在另一些实施例中，所述圆弧航点包括目标点经纬度、目标点高度、切出点参数、盘旋方向、盘旋半径、盘旋时间、盘旋圈数与盘旋类型，所述切出点参数包括切出点方位角或切出点经纬度，即，切出点相对圆心方位角或切出点经纬度坐标。
例如，盘旋方向为顺时针旋转与逆时针旋转，所述盘旋类型包括普通转弯、盘旋高度、盘旋时间、盘旋圈数。
根据当前圆弧航点的转弯半径与转弯方向与下一航点的航点类型确定切出点参数(切出点方位角或切出点经纬度)，基于圆弧航点按照规划的所述圆弧航点进行转弯或盘旋，待完成转弯或盘旋后，基于切出点参数退出转弯或盘旋。
具体地，无人飞行器在圆弧航点执行任务时，可以通过圆弧航点实现转弯动作，也可以通过圆弧航点实现盘旋。
示例性，利用控制设备执行本发明实施例提供的一种测绘航线规划方法，得到测绘航线，并将得到的测绘航线发送给无人飞行器，以使得无人飞行器能够按照规划测绘航线执行任务，无人机执行测绘任务时按规划的测绘航线飞行，用户通过地面站终端显示设备提前观察预期转弯轨迹，提高了用户的体验；地面操作用户规划转弯航点时，发挥了无人机最大转弯性能，缩短转弯时间；同时，利用圆弧航点的圆弧切出点参数，可精确控制飞机切出圆弧位置。
在上述实施例基础上，本实施例中无人飞行器测绘航线规划方法流程如下：
通过地面站终端规划作业地块，根据设定的航线间距参数生成作业航段；
地面站终端对作业航段进行处理，延长作业航段，保证无人机在有效作业航段内完成转弯飞行，用户可通过地面站终端更改或配置航段延长距离；
在两条相邻的有效作业航线两端延长线外分别生成转弯圆弧，生成生成圆弧分别与延长航线相切；
两段转弯圆弧转弯方向设为相同，若下一目标点在当前作业航段右侧，则两个转弯圆弧均为顺时针转弯，若下一目标点在当前作业航段左侧，则两个转弯圆弧均为逆时针转弯；
地面站终端计算得到与两段转弯圆弧均相切的直线航段；
根据切点位置分别计算两段圆弧切出点位置；
重复上述方式，得到两段相邻作业航段平滑衔接的两个直线辅助航点(两条第一直线航点与一条第二直线航点)和两个圆弧辅助航点(第一圆弧航点与第二圆弧航点)；
地面站终端将作业航点和生成的辅助飞行航点进行合并，生成最终任务执行航点；
地面站终端显示界面根据航点参数分别绘制出直线航段和转弯航段飞行轨迹。
通过上述方式，本实施例中的测绘航线规划方式适用于平行往返作业航、交叉往返作业航线或转折作业航线，同时，将规划的测绘航线通过地面站终端进行显示，方便用户提前知悉转弯轨迹，提升了用户体验。
详见图2，为本发明于一实施例中的大间距平行往返航线规划效果示意图，详述如下：
获取往返航线或折线航线中沿飞行方向的第一段测绘航线，在所述第一段测绘航线的测绘终点建立第一延长线，利用该第一延长线的经纬度与高度确定第一直线航点位置信息；
例如，根据测绘航段的起点1与终点2的位置信息(经纬度与高度)以及用于辅助航点延长的距离参数，确定第一直线航点A的位置信息。
获取往返航线或折线航线中沿飞行方向的第二段测绘航线，在所述第二段测绘航线的测绘起点建立第二延长线，利用该第二延长线的经纬度与高度确定第二圆弧航点切出点位置信息；
例如，根据往返航线测绘终点所在航段的起点3与终点4的位置信息(经纬度与高度)以及用于辅助航点延长的距离参数，确定第二圆弧航点切出点D*的位置信息，其中，第二圆弧航点切出点D*不是飞行航点，仅用于辅助计算。
获取所述第一直线航点与所述第二圆弧航点切出点之间的连线相对于第一延长线的第一方位角；
获取所述第一段测绘航线测绘起点至测绘终点连线矢量的第二方位角；
获取所述第二段测绘航线测绘终点至测绘起点连线矢量的第三方位角。
例如，连线AD*相对于第一延长线(即，航点2与航点A的连线)的第一方位角Ψ，第一方位角可转换为-180°至180°角度进行表示。
根据所述第一方位角的角度是否小于零确定两个所述圆弧航点的转弯方向；
例如，通过第一方位角Ψ计算圆弧航点的转弯方向，当Ψ≥0时，转弯方向为顺时针，dir1＝1；当Ψ＜0时，转弯方向为逆时针，dir1＝-1。
根据所述第二方位角与转弯方向确定第一圆弧航点圆心位置相对于第一直线航点的第四方位角；
例如，采用以下方式确定第一圆弧航点B圆心位置相对于第一直线航点A的第二方位角，ΨAB＝Ψ+dir*π/2，其中，ΨAB为第四方位角，dir为转弯方向，π为角度值，Ψ为第一方位角。
根据所述第四方位角与第一圆弧航点的转弯半径确定第一圆弧航点的位置信息；
例如，利用第二方位角ΨAB与第一圆弧航点的转弯半径R1，确定第一圆弧航点B的位置信息，有助于清楚确定第一圆弧航点的经纬度以及高度，其中，该高度与航点A高度相同。
根据所述第三方位角与转弯方向确定第二圆弧航点相对于第二圆弧航点切出点的第五方位角；
例如，采用以下方式确定第二圆弧航点D相对于第二圆弧航点切出点D*的第三方位角，ΨD*D＝Ψ-dir*π/2，其中，ΨD*D为第三方位角，dir为转弯方向，π为角度值，Ψ为第三方位角。
根据所述第五方位角与第二圆弧航点的转弯半径确定第二圆弧航点的位置信息。
例如，利用第三方位角ΨD*D与第二圆弧航点的转弯半径R2，确定第二圆弧航点D的位置信息，有助于清楚确定第二圆弧航点D的经纬度以及高度，其中，该高度与第二圆弧航点切出点D*高度相同。
根据所述第一圆弧航点的位置信息与第二圆弧航点的位置信息确定矢量的第六方位角；
例如，利用所述第一圆弧航点B的位置信息与第二圆弧航点D的位置信息确定矢量BD的第六方位角ΨBD。
根据所述第四方位角与转弯方向的角度差确定第一圆弧航点切出点相对于第一圆弧航点的第七方位角，所述第七方位角与第二圆弧航点切入点的方位角相同；
例如，利用以下公式确定确定第一圆弧航点切出点D*相对于第一圆弧航点B的第五方位角，Ψout1＝ΨBD-dir*π/2，其中，Ψout1为第五方位角可转换为0至360°角度进行表示，ΨBD为第五方位角，dir为转弯方向，π为角度值，第二圆弧航点切入点的方位角与第七方位角Ψout1相同。
根据第二圆弧航点切入点的方位角、第二圆弧航点的转弯半径与第二圆弧航点的位置信息确定第二直线航点的位置信息；
例如，利用第二圆弧航点切入点的方位角Ψout1、第二圆弧航点的转弯半径R2以及第二圆弧航点D的位置信息，确定第二直线航点C的位置信息，其中，第二直线航点C的位置信息中的高度与第二圆弧航点D的高度相同。
根据所述第五方位角与π之和确定第二圆弧航点切出点方位角。
例如，采用以下方式确定第二圆弧航点切出点方位角，Ψout2＝ΨD*D+π，Ψout2为第二圆弧航点切出点方位角，ΨD*D为第五方位角，π为角度值，第二圆弧航点切出点方位角可转换为0至360°角度进行表示。
通过上述方式，直到确定测绘航段中飞行辅助航段的所有航段为止，一方面，在测绘航线的测绘航段中，通过精确控制进入和退出转弯圆弧的位置，可以精确控制无人机切出圆弧点的角度，提升了用户体验；也实现了无人机以直线航点进行转弯时，存在的转弯轨迹可预知、实现最大转弯性能，缩短了转弯时间。另一方面，使用飞行辅助航段构建简单、平滑的转弯航线衔接两个航段，可确保测绘中各种不规格区域、往返平行航线段、往返交叉航线段、转折航线段的规划。
详见图3，为本发明于一实施例中的小间距平行往返航线规划效果示意图；上述实施例的区别点在于；平行往返航线的间距较小，而飞行辅助航段所有航段的计算方式参照上述描述，在此不再赘述。
详见图4，为本发明于一实施例中的大间距交叉航线规划效果示意图；详见图5，为本发明于一实施例中的小间距交叉航线规划效果示意图，与图2的区别之处，本实施例中两段往返航线为交叉航线，计算飞行辅助航段的方式如下，为方便描述，在本实施例中，使用航点1、航点2、航点3、航点4表示任意两个连续作业航段的航点编号，其中，航点1、航点2、航点3、航点4通过地面站软件规划的作业航点，例如，航段12与航段34都是实际作业航段，而航段23为飞行转弯段，航段12与航段34需尽量保证无人飞行器按规划轨迹飞行，航段23对飞行轨迹无要求，详述如下：
(1)通过地面站终端(设备)在目标作业区域内选定测绘作业区域，生成作业航点；
(2)根据航点1和航点2的位置信息(经纬度和高度)，以及辅助航点延长距离参数，计算辅助飞行航点A经纬度和高度，航点A为直线航点；
(3)根据航点3和航点4位置信息(经纬度和高度)，以及辅助航点延长距离参数，计算第一段转弯圆弧(第二圆弧航点)切出点位置信息(经纬度和高度)，将该位置记为D*，该位置不是不是飞行航点，仅用于过程计算；
(4)计算航点A与第二段转弯圆弧切出点D*连线AD*相对直线航段2A(航点2与航点A的连线)的方位角ΨAD*；
(5)将ΨAD*转换至-180°～180°范围；
(6)确定圆弧航点的转弯方向，当ΨAD*≥0时，转弯方向为顺时针，dir＝1；当ΨAD*＜0时，转弯方向为逆时针，dir＝-1；
(7)计算直线航段2A(航点2与航点A连线)方位角Ψ2A；
(8)计算圆弧航点B圆心位置相对于直线航点A的方位角：ψAB＝ψ2A+dir*π/2；
(9)根据ΨAB与第一圆弧航点的转弯半径R1计算第一圆弧航点B的经纬度，第一圆弧航点B的高度与航点A高度相同；
(10)计算直线航段3D*(航点3与D*连线)方位角Ψ3D*；
(11)计算圆弧航点D圆心位置相对于D*点方位角：ψD*D＝ψ3D*-dir*π/2；
(12)根据ΨD*D与转弯半径R计算第二圆弧航点D经纬度，第二圆弧航点D的高度与第二圆弧航点切出点D*高度相同；
(13)根据第一圆弧航点航点B与第二圆弧航点D经纬度计算矢量BD方位角ΨBD；
(14)计算第一段转弯圆弧(第一圆弧航点)切出点相对圆弧航点B的方位角Ψout1，表达式如下：
ψout1＝ψBD-dir*π/2
(15)将Ψout1转换为0～360°范围角度值；
(16)第二段转弯圆弧(第二圆弧航点)切入点方位角Ψin2＝Ψout1；
(17)根据Ψin2、第二圆弧航点的转弯半径R和第二圆弧航点D经纬度计算航点C的经纬度，航点C为直线航点，直线航点C高度与第二圆弧航点D的高度相同；
(18)第二段转弯圆弧(第二圆弧航点)切出点方位角Ψout2，表达式如下：
ψout2＝ψD*D+π
(19)将Ψout2转换为0～360°范围角度值；
(20)按步骤(2)至步骤(19)遍历处理飞行辅助航段内的所有作业航段；
(21)将处理后的航点用于地面站显示并上传至无人机；
本实施例中，通过将目标作业区域划分成至少一个测绘航段，所述测绘航段包括平行往返航线、交叉往返航线或折线航线，基于所述测绘航段所对应航线构建飞行辅助航段使得所述航线间平滑衔接，所述飞行辅助航段包括测绘航段的延长线、转弯的圆弧航点以及直线航点，根据各个所述测绘航段飞行辅助航段的位置信息规划测绘航线，利用飞行辅助航段实现平滑转弯，转弯坡度小，转弯轨迹也不易产生超调，同时，缩短了无人飞行器在目标作业区域内测绘航线所需的时间，也提高了无人飞行器测绘航线的效率。
实施例二
参见图6，本发明还提供了一种无人飞行器测绘航线规划控制设备600结构框图，包括：
获取模块601，用于获取无人飞行器的目标作业区域；
区域划分模块602，用于将所述目标作业区域划分成至少一个测绘航段，所述测绘航段为平行往返航线、交叉往返航线或折线航线；
飞行辅助模块603，基于所述测绘航段所对应航线构建飞行辅助航段使得所述往返航线或折线航线平滑衔接，所述飞行辅助航段包括测绘航段的延长线、转弯的圆弧航点以及直线航点；
其中，所述飞行辅助航段还包括：将相对于所述往返航线测绘起点与测绘终端的两端进行延伸形成两条延长线，每条所述延长线的端点生成相切于该延长线端点的圆弧航点，连接于两个所述圆弧航点且相切于一圆弧航点的切出点以及相切于另一所述圆弧航点的切入点的直线航点。
需要说明的是，根据下一目标航点相对于当前目标航点所在位置确定转弯方向，若所述下一目标航点在当前目标航点的右侧，则确定两个所述圆弧航点为顺时针转弯；若所述下一目标航点在当前目标航点的左侧，则确定两个所述圆弧航点为逆时针转弯。
还需要说明的是，所述圆弧航点包括目标点经纬度、目标点高度、切出点参数、盘旋方向、盘旋半径、盘旋时间、盘旋圈数与盘旋类型，所述切出点参数包括切出点方位角或切出点经纬度。
测绘规划模块604，用于根据各个所述测绘航段飞行辅助航段的位置信息规划测绘航线。
可选的，还包括：
获取往返航线或折线航线中沿飞行方向的第一段测绘航线，在所述第一段测绘航线的测绘终点建立第一延长线，利用该第一延长线的经纬度与高度确定第一直线航点位置信息；
获取往返航线或折线航线中沿飞行方向的第二段测绘航线，在所述第二段测绘航线的测绘起点建立第二延长线，利用该第二延长线的经纬度与高度确定第二圆弧航点切出点位置信息；
获取所述第一直线航点与所述第二圆弧航点切出点之间的连线相对于第一延长线的第一方位角；
获取所述第一段测绘航线测绘起点至测绘终点连线矢量的第二方位角；
获取所述第二段测绘航线测绘终点至测绘起点连线矢量的第三方位角。
可选的，还包括：
根据所述第一方位角的角度是否小于零确定两个所述圆弧航点的转弯方向；
根据所述第二方位角与转弯方向和确定第一圆弧航点圆心位置相对于第一直线航点的第四方位角；
根据所述第四方位角与第一圆弧航点的转弯半径确定第一圆弧航点的位置信息；
根据所述第三方位角与转弯方向的角度差确定第二圆弧航点相对于第二圆弧航点切出点的第五方位角；
根据所述第五方位角与第二圆弧航点的转弯半径确定第二圆弧航点的位置信息。
可选的，还包括：
根据所述第一圆弧航点的位置信息与第二圆弧航点的位置信息确定矢量之间的第六方位角；
根据所述第六方位角与转弯方向的角度差确定第一圆弧航点切出点相对于第一圆弧航点的第七方位角，所述第七方位角与第二圆弧航点切入点的方位角相同；
根据第二圆弧航点切入点的方位角、第二圆弧航点的转弯半径与第二圆弧航点的位置信息确定第二直线航点的位置信息；
根据所述第五方位角与π之和确定第二圆弧航点切出点方位角。
在本实施例中，该控制设备执行上述任一实施例所述的方法，具体功能和技术效果参照上述实施例即可，此处不再赘述。
本发明实施例提供了一种无人飞行器测绘航线规划控制设备，该控制设备通过将目标作业区域划分成至少一个测绘航段，所述测绘航段包括平行往返航线、交叉往返航线或折线航线，基于所述测绘航段所对应航线构建飞行辅助航段使得所述航线间平滑衔接，所述飞行辅助航段包括测绘航段的延长线、转弯的圆弧航点以及直线航点，根据各个所述测绘航段飞行辅助航段的位置信息规划测绘航线，利用飞行辅助航段实现平滑转弯，转弯坡度小，转弯轨迹也不易产生超调，同时，缩短了无人飞行器在目标作业区域内测绘航线所需的时间，也提高了无人飞行器测绘航线的效率。
本申请实施例还提供了一种无人飞行器测绘航线规划系统，包括控制设备以及至少一飞行器，所述控制设备包括存储器和处理器，所述处理器和存储器耦合，所述存储器存储有程序指令，当所述存储器存储的程序指令被所述处理器执行时实现如上述任一实施例所述的方法。
本申请实施例还提供了一种非易失性可读存储介质，该存储介质中存储有一个或多个模块(programs)，该一个或多个模块被应用在设备时，可以使得该设备执行本申请实施例的实施例一所包含步骤的指令(instructions)。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，包括程序，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如上述任一项实施例所述的方法。
综上所述，本发明通过将目标作业区域划分成至少一个测绘航段，所述测绘航段为平行往返航线、交叉往返航线或折线航线，基于所述测绘航段所对应航线构建飞行辅助航段使得所述航线间平滑衔接，所述飞行辅助航段包括测绘航线的延长线、转弯的圆弧航点以及直线航点，根据各个所述测绘航段飞行辅助航段的位置信息规划测绘航线，利用飞行辅助航段实现平滑转弯，转弯坡度小，转弯轨迹也不易产生超调，同时，缩短了无人飞行器在目标作业区域内测绘航线所需的时间，也提高了无人飞行器测绘航线的效率。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种无人飞行器测绘航线规划方法，其特征在于，所述方法包括：
获取无人飞行器的目标作业区域；
将所述目标作业区域划分成至少一个测绘航段，所述测绘航段包括平行往返航线、交叉往返航线或折线航线；
基于所述测绘航段所对应航线构建飞行辅助航段使得所述往返航线或折线航线平滑衔接，所述飞行辅助航段包括测绘航段的延长线、转弯的圆弧航点以及直线航点；
根据各个所述测绘航段飞行辅助航段的位置信息规划测绘航线。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述飞行辅助航段还包括：将相对于所述往返航线或折线航线测绘起点与测绘终端的两端进行延伸形成两条延长线，每条所述延长线的端点生成相切于该延长线端点的圆弧航点，依据飞行方向依次连接上一测绘航段圆弧切出点与下一测绘航段圆弧切入点且分别与两段圆弧相切的直线航点。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：根据下一目标航点相对于当前目标航点所在位置确定转弯方向，若所述下一目标航点在当前目标航点的右侧，则确定两个所述圆弧航点为顺时针转弯；若所述下一目标航点在当前目标航点的左侧，则确定两个所述圆弧航点为逆时针转弯。
4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，还包括：
获取往返航线或折线航线中沿飞行方向的第一段测绘航线，在所述第一段测绘航线的测绘终点建立第一延长线，利用该第一延长线的经纬度与高度确定第一直线航点位置信息；
获取往返航线或折线航线中沿飞行方向的第二段测绘航线，在所述第二段测绘航线的测绘起点建立第二延长线，利用该第二延长线的经纬度与高度确定第二圆弧航点切出点位置信息；
获取所述第一直线航点与所述第二圆弧航点切出点之间的连线相对于第一延长线的第一方位角；
获取所述第一段测绘航线测绘起点至测绘终点连线矢量的第二方位角；
获取所述第二段测绘航线测绘终点至测绘起点连线矢量的第三方位角。
5.如权利要求4述的方法，其特征在于，还包括：
根据所述第一方位角的角度是否小于零确定两个所述圆弧航点的转弯方向；
根据所述第二方位角与转弯方向确定第一圆弧航点圆心位置相对于第一直线航点的第四方位角；
根据所述第四方位角与第一圆弧航点的转弯半径确定第一圆弧航点的位置信息；
根据所述第三方位角与转弯方向确定第二圆弧航点相对于第二圆弧航点切出点的第五方位角；
根据所述第五方位角与第二圆弧航点的转弯半径确定第二圆弧航点的位置信息。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：
根据所述第一圆弧航点的位置信息与第二圆弧航点的位置信息所确定矢量的第六方位角；
根据所述第六方位角与转弯方向确定第一圆弧航点切出点相对于第一圆弧航点的第七方位角，所述第七方位角与第二圆弧航点切入点的方位角相同；
根据第二圆弧航点切入点的方位角、第二圆弧航点的转弯半径与第二圆弧航点的位置信息确定第二直线航点的位置信息；
根据所述第五方位角与π之和确定第二圆弧航点切出点方位角。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：所述圆弧航点包括目标点经纬度、目标点高度、切出点参数、盘旋方向、盘旋半径、盘旋时间、盘旋圈数与盘旋类型，所述切出点参数包括切出点方位角或切出点经纬度。
8.一种无人飞行器测绘航线规划控制设备，其特征在于，所述控制设备包括处理器，所述处理器和存储器耦合，所述存储器存储有程序指令，当所述存储器存储的程序指令被所述处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法。
9.一种无人飞行器测绘航线规划系统，其特征在于，包括控制设备以及至少一无人飞行器，所述控制设备包括存储器和处理器，所述处理器和存储器耦合，所述存储器存储有程序指令，当所述存储器存储的程序指令被所述处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括程序，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1至7中任一项所述的方法。
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