TWI634402B

TWI634402B - 無人飛行載具航線規劃系統及其方法

Info

Publication number: TWI634402B
Application number: TW105132453A
Authority: TW
Inventors: 羅正方; 黃承德
Original assignee: 經緯航太科技股份有限公司
Priority date: 2015-10-06
Filing date: 2016-10-06
Publication date: 2018-09-01
Also published as: TW201729025A

Abstract

本發明係揭露一種無人飛行載具航線規劃系統及其方法。無人飛行載具航線規劃系統包含輸入模組及處理模組。輸入模組產生起航點及迄航點。處理模組依據起航點及迄航點產生象限角、航線前後轉換間距及航線左右轉換間距，依據象限角、航線前後轉換間距及航線左右轉換間距產生傾斜角度平移距離增減值，依據起航點、迄航點、象限角、航線前後轉換間距、航線左右轉換間距及傾斜角度平移距離增減值產生各拍攝子航點之子航點座標，依據各子航點座標產生規劃航線。

Description

無人飛行載具航線規劃系統及其方法

本發明是有關於一種無人飛行載具航線規劃系統及其方法，特別是有關於一種藉由經計算所取得的複數個子航點座標產生規劃航線之無人飛行載具航線規劃系統及其方法。

無人飛行載具係指無駕駛員在機內之飛行設備，目前已被廣泛使用在民生需求之應用，例如地形、地貌偵照與監控、氣象與災情監測、海岸巡防搜索、交通監視與管制、核生化汙染與環境監測等，因為無人飛行載具係可勝任人類難以承受之飛行過程，而可避免意外發生時人員傷亡。

然，現有無人飛行載具大多需要由人力遠端操控；由此可知，對於無人飛行載具的實務應用上仍有很大的改善空間。

承上所述，如何對無人飛行載具予以改良，以使其無需人力操控，也能自行依照規劃航線飛行，實乃業界亟需解決的一大課題。

有鑑於上述習知之問題，本發明的目的在於提供一種無人飛行載具航線規劃系統及其方法，用以解決習知技術中所面臨之問題。

基於上述目的，本發明係提供一種無人飛行載具航線規劃系統，其包含輸入模組及處理模組。輸入模組產生起航點及迄航點。處理模組依據起航點及迄航點產生象限角、航線前後轉換間距及航線左右轉換間距，依據象限角、航線前後轉換間距及航線左右轉換間距產生傾斜角度平移距離增減值，依據起航點、迄航點、象限角、航線前後轉換間距、航線左右轉換間距及傾斜角度平移距離增減值產生各拍攝子航點之子航點座標，依據各子航點座標產生規劃航線。

較佳地，無人飛行載具航線規劃系統更可包含顯示模組，顯示模組顯示展示介面，且展示介面中顯示規劃航線。

基於上述目的，本發明再提供一種無人飛行載具航線規劃方法，適用於本發明之無人飛行載具航線規劃系統，無人飛行載具航線規劃方法包含下列步驟：設定起航點及迄航點。依據起航點及迄航點，決定象限角。依據起航點及迄航點，設定航線前後轉換間距及航線左右轉換間距。依據象限角、航線前後轉換間距及航線左右轉換間距，計算傾斜角度平移距離增減值。依據起航點、迄航點、象限角、航線前後轉換間距、航線左右轉換間距及傾斜角度平移距離增減值，計算各拍攝子航點之子航點座標。依據複數個子航點座標產生規劃航線。

較佳地，當依據起航點及迄航點，決定象限角時，更可包含下列步驟：設定飛航角度。計算起航點座標及迄航點座標之間之起迄角度。調整飛航角度至第一象限。計算依據飛航角度所形成之規劃範圍中之第一角度及第二角度。

較佳地，當依據起航點及迄航點，設定航線前後轉換間距及航線左右轉換間距時，更可包含下列步驟：設定航線前後間距及航線左右間距。計算起航點及迄航點間之經緯度之每秒距離。依據經緯度之每秒距離，將航線前後間距轉換為航線前後轉換間距，且將航線左右間距轉換為航線左右轉換間距。

較佳地，當依據象限角、航線前後轉換間距及航線左右轉換間距，計算傾斜角度平移距離增減值時，更可包含下列步驟：計算依據飛航角度所形成之規劃範圍之規劃範圍距離。依據飛航角度之加權值，計算位移距離。計算規劃航線平移增減值。

較佳地，當依據起航點、迄航點、象限角、航線前後轉換間距、航線左右轉換間距及傾斜角度平移距離增減值，計算各拍攝子航點之子航點座標時，更可包含下列步驟：依據象限角之類型增加拍攝子航點。計算規劃航線之複數個拍攝子航點之數量。檢查所增加之拍攝子航點是否為逆方向狀態。形成至少一轉彎頂點。

承上所述，本發明之無人飛行載具航線規劃系統及其方法可依據起航點及迄航點進行分析計算處理，以取得較佳的各子航點座標，並據以產生規劃航線，達到找出最佳飛行航線之目的。

100‧‧‧無人飛行載具航線規劃系統

110‧‧‧輸入模組

120‧‧‧處理模組

130‧‧‧顯示模組

131‧‧‧展示介面

A‧‧‧起航點

B‧‧‧迄航點

C‧‧‧子航點

D‧‧‧轉彎頂點

S101至S106、S1至S18、S201至S214‧‧‧步驟

第1圖係為本發明之無人飛行載具航線規劃系統之方塊圖。

第2圖係為本發明之無人飛行載具航線規劃方法之第一流程圖。

第3圖係為本發明之無人飛行載具航線規劃方法之第二流程圖。

第4圖係為本發明之無人飛行載具航線規劃方法之第一示意圖。

第5圖係為本發明之無人飛行載具航線規劃方法之第二示意圖。

第6圖係為本發明之無人飛行載具航線規劃方法之第三示意圖。

第7圖係為本發明之無人飛行載具航線規劃方法之第四示意圖。

第8圖係為本發明之無人飛行載具航線規劃方法之第三流程圖。

第9圖係為本發明之無人飛行載具航線規劃方法之飛航角度示意圖。

第10圖係為本發明之無人飛行載具航線規劃方法之起迄點於赤道平行的緯線形成夾角之示意圖。

第11圖係為本發明之無人飛行載具航線規劃方法之飛航角度形成的規劃範圍之第一示意圖。

第12圖係為本發明之無人飛行載具航線規劃方法之飛航角度形成的規劃範圍之第二示意圖。

第13圖係為本發明之無人飛行載具航線規劃方法之同一條航線上子航點的平移之示意圖。

第14圖係為本發明之無人飛行載具航線規劃方法之航線與航線之間的平移之示意圖。

第15圖係為本發明之無人飛行載具航線規劃方法之航線新增拍攝子航點前之示意圖。

第16圖係為本發明之無人飛行載具航線規劃方法之航線新增拍攝子航點後之示意圖。

第17圖係為本發明之無人飛行載具航線規劃方法之新增延伸距離的轉彎頂點之示意圖。

為利貴審查員瞭解本發明之特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍。

本發明之優點、特徵以及達到之技術方法將參照例示性實施例及所附圖式進行更詳細地描述而更容易理解，且本發明或可以不同形式來實現，故不應被理解僅限於此處所陳述的實施例，相反地，對所屬技術領域具有通常知識者而言，所提供的實施例將使本揭露更加透徹與全面且完整地傳達本發明的範疇，且本發明將僅為所附加的申請專利範圍所定義。

請參閱第1圖，其係為本發明之無人飛行載具航線規劃系統之方塊圖。如圖所示，本發明之無人飛行載具航線規劃系統100包含了輸入模組110及處理模組120。

續言之，無人飛行載具航線規劃系統100所包含之輸入模組110用以產生起航點及迄航點。舉例來說，使用者可藉由輸入模組110設定起航點及迄航點。

處理模組120連結輸入模組110，以及接收並依據輸入模組110所設定產生的起航點及迄航點產生象限角、航線前後轉換間距及航線左右轉換間距；接著，依據象限角、航線前後轉換間距及航線左右轉換間距產生傾斜角度平移距離增減值；再依據起航點、迄航點、象限角、航線前後轉換間距、航線左右轉換間距及傾斜角度平移距離增減值產生各拍攝子航點之子航點座標；最後，依據各子航點座標產生規劃航線。

更進一步地，本發明之無人飛行載具航線規劃系統100更可包含顯示模組130，顯示模組130可與處理模組120連結，並接收處理模組120所產生之規劃航線；而，顯示模組130用以顯示展示介面131，且進一步地於展示介面131中顯示規劃航線。

承上述，本發明之無人飛行載具航線規劃系統100可將完成規劃的規劃航線顯示在系統地上或輸目標空域環境視覺化，並可將完成規劃的航線分布圖顯示在顯示模組所顯示的展示介面中，顯示介面可為地圖介面；此外，規劃航線亦可顯示在其他地圖平台(如Google Earth)上，且可配合執行比對、分析或判讀地形資料等處理作業。然，上述僅為舉例，不應以此為限。

儘管前述在說明本發明之無人飛行載具航線規劃系統的過程中，亦已同時說明本發明之無人飛行載具航線規劃方法的概念，但為求清楚起見，以下另繪示流程圖詳細說明。

請參閱第2圖，其係為本發明之無人飛行載具航線規劃方法之第一流程圖。如圖所示，本發明之無人飛行載具航線規劃方法，適用於本發明之無人飛行載具航線規劃系統，無人飛行載具航線規劃方法包含下列步驟：在步驟S101中：設定起航點及迄航點。

在步驟S102中：依據起航點及迄航點，決定象限角。

在步驟S103中：依據起航點及迄航點，設定航線前後轉換間距及航線左右轉換間距。

在步驟S104中：依據象限角、航線前後轉換間距及航線左右轉換間距，計算傾斜角度平移距離增減值。

在步驟S105中：依據起航點、迄航點、象限角、航線前後轉換間距、航線左右轉換間距及傾斜角度平移距離增減值，計算各拍攝子航點之子航點座標。

在步驟S106中：依據複數個子航點座標產生規劃航線。

請參閱第3圖，其係為本發明之無人飛行載具航線規劃方法之第二流程圖。如圖所示，當執行上述之依據起航點及迄航點，決定象限角的步驟時，更可包含下列步驟：在步驟S201中：設定飛航角度。

在步驟S202中：計算起航點座標及迄航點座標之間之起迄角度。

在步驟S203中：調整飛航角度至第一象限。

在步驟S204中：計算依據飛航角度所形成之規劃範圍中之第一角度及第二角度。

其中，本發明係以起航點A及迄航點B之位置來決定象限角，象限角的判斷方式如下：第一象限：起航點A之經度<迄航點B之經度；起航點A之緯度<迄航點B之緯度。

第二象限：起航點A之經度>迄航點B之經度；起航點A之緯度<迄航點B之緯度。

第三象限：起航點A之經度>迄航點B之經度；起航點A之緯度>迄航點B之緯度。

第四象限：起航點A之經度<迄航點B之經度；起航點A之緯度>迄航點B之緯度。

X軸：起航點A之緯度=迄航點B之緯度。

Y軸：起航點A之經度=迄航點B之經度。

請輔以參閱第4圖，其係為本發明之無人飛行載具航線規劃系統之第一示意圖。如圖所示，決定完象限角後，計算起航點A及迄航點B所形成之飛航角度，並且檢查兩者所形成之夾角是否接近在X軸上；接著再將飛航角度調整到第一象限內，此時起航點A及迄航點B的夾角aWP與飛航角度會在同一個象限內進行判斷，這時候即可計算飛航角度形成的規劃範圍中其餘的兩個夾角aRA、aRB；飛航角度調整判斷如下：飛航角度=θ’+aWP。

當飛行角度為90°或270°時，θ=90°。

當飛行角度<90°時，θ不變。

當飛行角度>90°時，θ取餘數調整到第一象限。

續請參閱第3圖，如圖所示，當執行本上述之依據起航點及迄航點，設定航線前後轉換間距及航線左右轉換間距之步驟時，更可包含下列步驟：在步驟S205中：設定航線前後間距及航線左右間距。

在步驟S206中：計算起航點及迄航點間之經緯度之每秒距離。

在步驟S207中：依據經緯度之每秒距離，將航線前後間距轉換為航線前後轉換間距，且將航線左右間距轉換為航線左右轉換間距。

在開始規劃之前，先設定航線的前後與左右間隔距離，範圍大約在10cm到1km之間；然後所設定之飛航角度的範圍在0°到360°之間。因為地球既非正圓體，亦非橢圓體，所以每個地區的經線與緯線的每秒距離都有差異，故必須根據目前所在的位置來計算並取得經度及緯度的每秒距離，以下為簡化的計算公式：緯度距離(Latitude Length)=m1+(m2 * cos(2φ))+(m3 * cos(4φ))+(m4 * cos(6φ))；其中，m1=111132.92；m2=-559.82；m3=1.175；m4=-0.0023。

經度距離(Longitude Length)=(n1 * cosφ)+(n2 * cos(3φ))+(n3 * cos(5φ))；其中，n1=111412.84；n2=-93.5；n3=0.118。

如第2圖所示，當執行上述之依據象限角、航線前後轉換間距及航線左右轉換間距，計算傾斜角度平移距離增減值的步驟時，更可包含下列步驟：在步驟S208中：計算依據飛航角度所形成之規劃範圍之規劃範圍距離。

在步驟S209中：依據飛航角度之加權值，計算位移距離。

在步驟S210中：計算規劃航線平移增減值。

請輔以參閱第5圖，其係為本發明之無人飛行載具航線規劃方法之第二示意圖。如圖所示，於規劃航線規劃時，須先決定規劃範圍，而範圍會按照「間隔距離」的定來進行規劃，故在規劃前得先取得目前位置的經度及緯度的每秒距離與間隔轉換後的經度及緯度「秒」；利用直角三角形與正弦定理和先前計算的角度與距離來當作規劃範圍的計算參數。範圍決定後，開始依照間隔前後距離加權值XW與左右距離加權值YW來決定規畫航線與左右之間子點航的座標位置暨形成子航點規劃航線陣列，位移距離係由飛航角度的加權值來決定，計算方式如下：XW=((90°-θ’)/90°)*經度距離+(θ’/90°)*緯度距離。

YW=(θ’/90°)*經度距離+((90°-θ’)/90°)*緯度距離。

續請參閱第2圖，如圖所示，當執行上述之依據起航點、迄航點、象限角、航線前後轉換間距、航線左右轉換間距及傾斜角度平移距離增減值，計算各拍攝子航點之子航點座標的步驟時，更可包含下列步驟：在步驟S211中：依據象限角之類型增加拍攝子航點。

在步驟S212中：計算規劃航線之複數個拍攝子航點之數量。

在步驟S213中：檢查所增加之拍攝子航點是否為逆方向狀態。

在步驟S214中：形成至少一轉彎頂點。

請輔以參閱第6圖，其係為本發明之無人飛行載具航線規劃方法之第三示意圖。如圖所示，在上述計算的過程中，必須將之前因為調整到第一象限為基準判斷的部份轉換回來，故在增加子航點C的過程中，將以象限角類型來對參數進行加乘運算調回。加乘運算主要有三大類：其一是依照起航點及迄航點之座標位置形成的象限角進行增減值互轉；其二是當飛航角度大於起航點與迄航點所形成的角度時，則位移距離進行互轉；其三是當飛航角度大於起航點與迄航點所形成的角度時，間隔前後距離加權值XW及左右距離加權值YW進行互轉。

新增子航點C時，也需要檢查是否位於逆方向狀態；逆方向參考如無人飛行載具會來回飛行，奇數為逆方向狀態。

請輔以參閱第7圖，其係為本發明之無人飛行載具航線規劃方法之第四示意圖。如圖所示，延伸轉彎頂點D的距離是避免到下一條航線時，因為回轉造成該航線前方的拍照位置產生錯誤，故會另外新增轉彎頂點D，以準備在下一條航線時的行進方向。

下列將對本發明之無人飛行載具航線規劃方法詳細說明。請參閱第8圖，其係為本發明之無人飛行載具航線規劃方法之第三流程圖。如圖所示，步驟S1係為設定自動航線規劃的兩點座標，即設定起航點A及迄航點B之經緯度，在此係以下列座標為例：起航點A座標為緯度23.948312、經度121.552949。

迄航點B座標為緯度23.956117、經度121.569686。

請輔以參照第9圖，其係為本發明之無人飛行載具航線規劃方法之飛航角度示意圖。如圖所示，步驟S2係為設定自動規劃的飛航角度(angle)，無人飛行載具將依據飛航角度往返飛行，飛航角度係為以正北方為0度(與經線之平行線為0度)，順時針展開之角度，及飛行器在任務區來回飛行的主要角度；第9圖中飛航角度係以30度為例。

步驟S3係為依照自動規劃的兩點座標來決定象限角，而象限角判斷條件式如下：第一象限：A Longitude(起航點經度)<B Longitude(迄航點經度)、A Latitude(起航點緯度)<B Latitude(迄航點緯度)。

第二象限：A Longitude>B Longitude、A Latitude<B Latitude。

第三象限：A Longitude>B Longitude、A Latitude>B Latitude。

第四象限：A LongitudeB Latitude。

X軸：A Latitude=B Latitude。

Y軸：A Longitude=B Longitude。

以條件式判斷上述舉例的起航點A及迄航點B之座標，起航點A及迄航點B為第一象限。

請輔以參照第10圖，其係為本發明之無人飛行載具航線規劃方法之起迄點於赤道平行的緯線形成夾角之示意圖。如圖所示，步驟S4係為計算起迄點形成的角度，即計算起航點與迄航點於赤道平行的緯度線形成夾角的角度θ，其條件式如下：Difference X=B Longitude-A Longitude

Difference Y=B Latitude-A Latitude

θ=atan2(Difference Y-Difference X)*(45/atan(1))

依據起航點A及迄航點B舉例之座標代入計算；Difference X=121.569686-121.552949=0.016737

Difference Y=23.956117-23.948312=0.007805

θ=atan2(0.007805-0.016737)*(45/atan(1))=25°(度)

進而可知舉例之起迄兩點於赤道平行的緯度線形成夾角的角度為25度，由步驟S3及步驟S4可知本案是先取得象限角後在計算角度大小，但並不以此為限。

步驟S5係為調整飛航角度到第一象限內。第一象限不需要調整(angle≦90°)。其餘象限皆以飛航角度angle/90°後，所取得之餘數的值即為調整至第一象限之飛航角度，舉例來說，若飛航角度為235°，則235°/90°而得55的餘數，是以調整至第一象限之飛航角度為55°。然，當飛航角度為270°時，則直接更正為90°。

步驟S6係為計算飛航角度形成的規劃範圍中，其餘的兩個角度aRB、aRA。請輔以參照第11圖，其係為本發明之無人飛行載具航線規劃方法之飛航角度形成的規劃範圍之第一示意圖，如圖所示，在飛航角度的延伸線段上，新增B點垂直投影於延伸線段上所得到的C點，其中A、B、C三點將構成一個直角三角形，其除了一個內角為直角之外，鄰近A點的內角係為aRA，鄰近B點的內角為aRB。而aRA、aRB之角度可由下列條件式計算取得：angle=飛航角度

aRA=90°-Angle-θ

aRB=90°-aRA

由上述舉例之angle=30°及θ=25°代入條件式：aRA=90°-30°-25°=35°

aRB=90°-35°=55°

步驟S7係為設定同一條航線上子航點的間隔距離，即同一航線線段上兩個最接近之子航點之間的距離(前後間隔距離)，亦指同一航線上各子航點的間隔距離，其於實際操作時係由介面將該數值輸入。前號間隔距離(Spacing FB)：10cm到1km，在此係以120m為例。

步驟S8係為設定航線與航線之間的間隔距離，亦指設定相鄰之兩平行航線線段中兩個最接近之子航點之間的距離(左右間隔距離)，即各航線間之間隔距離，其同樣於實際操作時可經由介面將該數值輸入。左右距離(Spacing LR)：10cm到1km，在此係以180m為例。其中，相鄰之兩航線線段之間係具有一連接線段，該連接線段之長度等於兩平行航線線段兩個最接近子航點之距離。

步驟S9係為計算目前位置的經緯度每秒距離，其計算公式如下：Latitude Circumference(緯度周長)=m1+(m2 * cos(2φ))+(m3 * cos(4φ))+(m4 * cos(6φ))m

Longitude Circumference(經度周長)=(n1 * cosφ)+(n2 * cos(3φ))+(n3 * cos(5φ))m

Latitude Length(緯度每秒長度)=Latitude Length Degree/3600m

Longitude Length(經度每秒長度)=Longitude Length Degree/3600m

其中，m1=111132.92；m2=-559.82；m3=1.175；m4=-0.0023；n1=111412.84；n2=-93.5；n3=0.118；而，φ係為弧度=起航點緯度A Latitude *(atan(1)/45)。

補充一提的是，其較佳地可分別將起航點緯度及迄航點緯度代入Latitude *(atan(1)/45)計算，再將兩者之計算結果之平均值作為φ。

代入A Latitude=23.948312：φ=23.948312 *(atan(1)/45)=0.41797689

Latitude Circumference(緯度周長)=111132.92+(-559.82 * cos(2φ))+(1.175 * cos(4φ))+(-0.0023 * cos(6φ))=110757.46054609m、Longitude Circumference(經度周長)=(111412.84 * cosφ)+(-93.5 * cos(3φ))+(0.118 * cos(5φ))=101792.34074817m、Latitude Length(緯度每秒長度)=110757.46054609/3600=30.76596126m、Longitude Length(經度每秒長度)=101792.34074817/3600=28.27565020m。

步驟S10係為將飛航間距轉換為經緯度表示，此轉換不包含加權值計算，係以簡易公式進行轉換，公式如下： Second FB=Spacing FB/Latitude Length/3600(度)

Second LR=Spacing LR/Longitude Length/3600(度)

代入Spacing FB=120；Spacing LR=180：Second FB=(120/30.76596126)秒/3600=0.00108345(度)

Second LR=(180/28.27565020)秒/3600=0.00176831(度)

其中，Second FB係為轉換同一條航線上子航點的間隔距離之經緯度；Second LR係為轉換航線與航線之間的間隔距離之經緯度。

請輔以參照第12圖，其係為本發明之無人飛行載具航線規劃方法之飛航角度形成的規劃範圍之第二示意圖。如圖所示，步驟S11係為計算飛航角度形成規劃範圍(矩形)的距離，其係利用直角三角形與正弦定理計算飛航角度所形成規劃範圍之各線段距離，其公式如下：Length Range AB=Distance(A,B)

Length Range BC=Length Range AB * sin(aRA *(atan(1)/45))

Length Range AC=Length Range AB * sin(aRB *(atan(1)/45))

代入A、B兩點座標；aRA=35；aRB=55：Length Range AB=Distance(A,B)=0.01846741

Length Range BC=0.01846741 * sin(35 *(atan(1)/45))=0.01059247

Length Range AC=0.01846741 * sin(55 *(atan(1)/45))=0.0151276

其中，Length Range AB係為A、B兩點線段之長度，單位係為經緯度(弧度)；Length Range BC係為B、C兩點線段之長度，單位係為經緯度(弧度)；Length Range AC係為A、C兩點線段之長度，單位係為經緯度(弧度)；進而可據以劃出由A、B、C、D四點所構成之矩形(A、D兩點之長度=Length Range BC；B、D兩點之長度=Length Range AC)，而該矩形係為規劃航線之規劃範圍。

步驟S12係為依照飛航角度的加權距離來計算位移距離，以矯正步驟S9所算之值，其係依據飛航角度分別佔經度與緯度的夾角比例，來計算經緯度每秒距離的加權值(加權距離)，公式如下：XW(緯度加權距離)=((90°-angle)/90°)* Longitude Length+(angle/90°)* Latitude Length

YW(經度加權距離)=(angle/90°)* Longitude Length+((90°-angle)/90)* Latitude Length

代入angle=30；Longitude Length=28.27565020；Latitude Length=30.76596126：XW=((90-30)/90)* 28.27565020+(30/90)* 30.76596126=29.10575389(m)

YW=(30/90)* 28.27565020+((90-30)/90)* 30.76596126=29.93585757(m)

請輔以參照第13圖，其係為本發明之無人飛行載具航線規劃方法之同一條航線上子航點的平移之示意圖。如圖所示，步驟S13係為計算同一條航線上拍攝子航點的平移值，其係利用直角三角形與正弦定理求出平移值，公式如下：aFA=90-angle

aFB=90-aFA

XF=Spacing FB * sin(aFB *(atan(1)/45))/XW/3600

YF=Spacing FB * sin(aFA *(atan(1)/45))/YW/3600

代入angle=30°；Spacing FB=120；XW=29.10575389；YW=29.93585757：aFA=90-30=60

aFB=90-60=30

XF=120 * sin(30 *(atan(1)/45))/29.10575389/3600=0.00057262

YF=120 * sin(60 *(atan(1)/45))/29.93585757/3600=0.00096431

其中XF係為同一條航線上子航點的橫向(X軸)平移值，單位為經緯度(弧度)；YF係為同一條航線上子航點的縱向(Y軸)平移值，單位為經緯度(弧度)。

請輔以參照第14圖，其係為本發明之無人飛行載具航線規劃方法之航線與航線之間的平移之示意圖。如圖所示，步驟S14係為計算航線與航線之間的平移值，其係利用直角三角形與正弦定理求出平移值，公式如下：aSA=aFB

aSB=aFA

XS=Spacing LR * sin(aSB *(atan(1)/45))/XW/3600

YS=Spacing LR * sin(aSA *(atan(1)/45))/YW/3600

代入aFB=30；aFA=60；Spacing LR=180；XW=29.10575389；YW=29.93585757：aSA=30

aSB=60

XS=180 * sin(60 *(atan(1)/45))/29.10575389/3600=0.00148772

YS=180 * sin(30 *(atan(1)/45))/29.93585757/3600=0.00083511

其中XS係為相鄰航線線段的橫向(X軸)平移值，單位為經緯度(弧度)；YS係為相鄰航線線段的縱向(Y軸)平移值，單位為經緯度(弧度)。

步驟S15係為依照象限角類型進行平移值互轉，其條件式如下：a.依照第一點與第二點座標位置形成的象限角進行平移值互轉。

第一象限不需轉向、第二象限需要轉向：XS-XS、YS-YS、第三象限皆需轉向：XF-XF、YF-YF、XS-XS、YS-YS、第四象限需要轉向：XF-XF、YF-YF。

X軸不需要轉向、Y軸不需要轉向。

b.檢查飛航角度與起迄航點之間形成的夾角，則位移距離進行互轉。

aRA<0：XF-XF、YF-YF、XS-XS、YS-YS。

c.檢查飛航角度與起迄航點之間形成的夾角，則加權值進行互轉。

aRA<0：XWYW、YWXW。

步驟S16係為計算每條航線的拍攝數量與整體範圍的航線數量，其係根據規劃範圍與飛航間隔距離來計算拍攝數量(拍攝子航點數量)，係將飛航間距再加上加權值的計算來轉換為經緯度，公式如下：Second FB=Spacing FB/YW/3600

Second LR=Spacing LR/XW/3600

Count FB=Length Range AC/Second FB

Count LR=Length Range BC/second LR

代入Spacing FB=120；Spacing LR=180；YW=29.93585757；XW=29.10575389；Length Range AC=0.01512761；Length Range BC=0.01059247：Second FB=120/29.93585757/3600=0.00111349

Second LR=180/29.10575389/3600=0.00171787

Count FB(拍攝子航點數量)=0.01512761/0.00111349=13.585(個)，取13個

Count LR(航線數量)=0.01059247/0.00171787=6.166(條)，取6條

考量到拍攝區域外圍的重疊比率，通常會再多追加1個拍攝子航點和1條航線，但是因為編號皆從0開始計算，所以數字大小保持不變。是以拍攝子航點數量係為14個(編號從0到13)，而航線數量係為7條(標號從0到6)。

請輔以參照第15及16圖；第15圖係為本發明之無人飛行載具航線規劃方法之航線新增拍攝子航點前之示意圖；第16圖係為本發明之無人飛行載具航線規劃方法之航線新增拍攝子航點後之示意圖。如圖所示，步驟S17係為新增每條航線的拍攝頂點(拍攝子航點)，無人飛行載具在飛航時，除了飛航角度外，還須考量到相反方向的角度，如第15圖所示，從A點飛到B點，飛航角度為30度時，奇數航線(如航線R1)為內方向狀態，而，拍攝子航點之經緯度算法如下：拍攝子航點經度：A Longitude+Count FBC * XF+Count LRC * XS

拍攝子航點緯度：A Latitude+Count FBC * YF-Count LRC * YS

其中，Count FBC=目前新增的拍攝子航點數量；Count LRC=目前所在的航線數量；以第16圖所示之V點為例，代入A Longitude=121.552949；Count FBC=6；Count LRC=2；XF=0.00057262；XS=0.00148772；A Latitude=23.948312；YF=0.00096431；YS=0.00083511：

拍攝子航點V經度：121.552949+6 * 0.00057262+2 * 0.00148772=121.55936016

拍攝子航點V緯度：23.948312+6 * 0.00096431-2 * 0.00083511=23.95242764

請輔以參照第17圖，其係為本發明之無人飛行載具航線規劃方法之新增延伸距離的轉彎頂點之示意圖。如圖所示，步驟S18係為新增延伸距離的轉彎頂點，轉彎頂點係為供無人飛行載具調整準備在下一條航線時之行進方向之頂點，轉彎頂點之經緯度公式如下：順方向：轉彎頂點經度：A Longitude+(Count FB+Turning)* XF+Count LRC * XS-0.5 * XS

轉彎頂點緯度：A Latitude+(Count FB+Turning)* YF-Count LRC * YS+0.5 * YS

逆方向：轉彎頂點經度：A Longitude-Turning * XF+Count LRC * XS-0.5 * XS

轉彎頂點緯度：A Latitude-Turning * YF-Count LRC * YS+0.5 * YS

其中，Count FB係為一條航線中，全部的拍攝頂點數量；Count LRC係為目前所在的航線數量；Turning係為轉彎的延伸距離倍數。

如第17圖所示，第3個轉彎頂點T3與第2個轉彎頂點T2(從T0為進入點)；代入Turning=3(預設為三倍距離，視飛行載具的轉彎特性而定)及上述各參數值：順方向：轉彎頂點T3經度：121.552949+(13+3)* 0.00057262+3 * 0.00148772-0.5 * 0.00148772=121.56583022

轉彎頂點T3緯度：23.948312+(13+3)* 0.00096431-3 * 0.00083511+0.5 * 0.00083511=23.961653185

逆方向：轉彎頂點T2經度：121.552949-3 * 0.00057262+2 * 0.00148772-0.5 * 0.00148772=121.55346272

轉彎頂點T2緯度：23.948312-3 * 0.00096431-2 * 0.00083511+0.5 * 0.00083511=23.944166405

續言之，經由上述步驟取得各參數值後，可據以依序計算取得各拍攝子航點之座標及轉彎頂點之座標，而在依序計算各拍攝子航點的過程中，可依序串起各拍攝子航點進而取得一規劃航線。

而，除上述以為第一象限之A、B兩點之舉例說明之外，在此更提出以位於第三象限之A、B點為起迄點之舉例說明，而由於相關參數之條件式及公式已於上述說明過，故不再予以贅述；其中，設定A點座標為緯度23.956117、經度121.569686；設定B點座標為緯度23.948312、經度121.552949；A、B兩點為第三象限，且設定飛行角度為30度；其餘參數值如下所示：A、B兩點於赤道平行的緯度線形成的夾角θ=-155°

aRA=215°、aRB=-125°

Spacing FB=120m、Spacing LR=180m

Latitude Length=30.76599252m、Longitude Length=28.27394875m

Second FB=0.00108345(度)、Second LR=0.00176841(度)

Length Range AB=0.01846741(經緯度：弧度)

Length Range BC=-0.01059247(經緯度：弧度)

Length Range AC=-0.01512761(經緯度：弧度)

XW=29.10463001m、YW=29.93531127m

XF=0.00057265(經緯度：弧度)；YF=0.00096433(經緯度：弧度)

XS=0.00148778(經緯度：弧度)；YS=0.00083513(經緯度：弧度)

依照象限角類型進行平移值互轉後，因為屬於第三象限，故皆需要進行轉向：XF=-0.00057265(經緯度：弧度)；YF=-0.00096433(經緯度：弧度)

XS=-0.00148778(經緯度：弧度)；YS=-0.00083513(經緯度：弧度)

Count FB=14、Count LR=7

接著依據上述之各參數值，便可依序取得各拍攝子航點之座標及各轉彎頂點之座標，進而據以形成一個規劃航線。

以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

Claims

一種飛行載具飛航規劃方法，係包含下列步驟：由一啟航點、一迄航點及由該啟航點至該迄航點之一飛航方向角，計算一象限角；以及由該飛航方向角、該啟航點及該迄航點計算一飛航規劃範圍；其中該飛航規劃範圍之計算更包含：決定該迄航點在該飛航方向角之延伸線段上的投影點；決定該啟航點、該迄航點、該投影點所形成之三角形；以及依據該三角形，決定該飛航規劃範圍。
如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該飛航方向角是載具飛航方向之延伸線與正北方經度線所夾之角度，以正北方經度線為零度，順時針方向為正，逆時針方向為負。
如申請專利範圍第1項所述之方法，其中決定該啟航點與該迄航點間之該象限角，是依據下列條件式：當A LongitudeB Longitude、且A LatitudeB Longitude、且A Latitude>B Latitude，決定為第三象限；當A LongitudeB Latitude，決定為第四象限；當A Latitude=B Latitude，決定該啟航點與該迄航點與緯度線平行；以及當A Longitude=B Longitude，決定該啟航點與該迄航點與經度線平行；其中，該啟航點為A點，該迄航點為B點，啟航點經度為A Longitude，啟航點緯度為A Latitude，迄航點經度為B Longitude，迄航點緯度為B Latitude。
如申請專利範圍第3項所述之方法，其更包含：依據下列條件式，將該飛航方向角更正至第一象限內：依該飛航方向角除以九十(該飛航方向角/90°)後所得餘數更正；當該飛航方向角為270°時，直接更正為90°；以及當該飛航方向角屬於第一象限時，不需要更正。
如申請專利範圍第4項所述之方法，其更包含：決定該啟航點及該迄航點兩點與一平行於赤道之緯度線的夾角。
一種飛行載具航線及航點規劃方法，係包含下列步驟：取得載具之一啟航點、一迄航點、一飛航方向角、一飛航規劃範圍、預定之航線數目、預定之子航點間隔距離；計算同一航線上的一子航點與次一子航點之一第一平移距離，及相鄰二航線上的二個最接近子航點之一第二平移距離；以及由該第一平移距離及該第二平移距離計算該飛航規劃範圍每一航線之每一子航點座標；其中該第一平移距離及該第二平移距離是依該飛航方向角及該子航點間隔距離計算。
如申請專利範圍第6項所述之方法，其更包括：判斷每一子航點至下一子航點之飛航方向是順向或逆向。
如申請專利範圍第6項所述之方法，其更包括：計算該飛航規劃範圍內的子航點之數量。
如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該第一平移距離及第二平移距離包括緯度線方向平移距離與經度線方向平移距離。
如申請專利範圍第6項所述之方法，其更包括：依該飛航方向角計算一加權值；以及依據該加權值，將該第一平移距離及該第二平移距離之單位轉換為經緯度。
如申請專利範圍第10項所述之方法，其中該加權值是依據該飛航方向角與經度線及緯度線的夾角計算。
如申請專利範圍第6項所述之方法，其更包括：依據下列條件式，決定該啟航點與該迄航點間之象限角：當A LongitudeB Longitude、且A LatitudeB Longitude、且A Latitude>B Latitude，決定為第三象限；當A LongitudeB Latitude，決定為第四象限；當ALatitude=B Latitude，決定該啟航點與該迄航點與緯度線平行；以及當A Longitude=B Longitude，決定該啟航點與該迄航點與經度線平行；其中，該啟航點為A點，該迄航點為B點，啟航點經度為A Longitude，啟航點緯度為A Latitude，迄航點經度為B Longitude，迄航點緯度為B Latitude。
如申請專利範圍第12項所述之方法，其更包括：依據該象限角，調整該第一平移距離及該第二平移距離之緯度線方向平移距離及縱向經度線方向平移距離之數值。
如申請專利範圍第12項所述之方法，其中調整該第一平移距離及該第二平移距離之經度線平移距離及緯度線方向平移距離，依據下列判斷式：當該象限角為第二象限時，XS轉換為-XS、YS轉換為-YS；當該象限角為第三象限時，XF轉換為-XF、YF轉換為-YF、XS轉換為-XS、YS轉換為-YS；當該象限角為第四象限時，XF轉換為-XF、YF轉換為-YF；以及當該象限角為第一象限時，不做任何轉換；其中，該第一平移距離之緯度線平移距離為XF，經度線平移距離為YF，該第二平移距離之緯度線平移距離為XS，經度線平移距離為YS。
一種飛行載具航線及航點規劃方法，係包含下列步驟：取得載具之一啟航點、一迄航點、一飛航方向角、一飛航規劃範圍、預定之航線數目、預定之子航點間隔距離；計算同一航線上的一子航點與次一子航點之一第一平移距離，及計算相鄰二航線上的二個最接近子航點之一第二平移距離；由該第一平移距離及該第二平移距離計算該飛航規劃範圍內每一子航點座標；新增一或多個轉彎頂點，其位於每一航線的最末子航點與下一航線的第一子航點之間；計算該轉彎頂點與前一航線最末子航點或下一航線的第一子航點之一第三平移距離，以及；計算該轉彎頂點之座標；其中該第一平移距離、該第二平移距離及該第三平移距離是依該飛航方向角及該子航點間隔距離計算。
如申請專利範圍第15項所述之方法，其更包括：判斷每一子航點至下一子航點或轉彎頂點之飛航方向是順向或逆向。
如申請專利範圍第15項所述之方法，其更包括：計算該飛航規劃範圍內的子航點及轉彎頂點之數量。
如申請專利範圍第15項所述之方法，其更包括：依該飛航方向角計算一加權值；以及依據該加權值，將該第一平移距離、該第二平移距離及該第三平移距離之單位轉換為經緯度。
如申請專利範圍第18項所述之方法，其中該加權值是依據該飛航方向角與經度線及緯度線的夾角計算。
如申請專利範圍第15項所述之方法，其中該第一平移距離、該第二平移距離及該第三平移距離包括緯度線方向平移距離與經度線方向平移距離。
如申請專利範圍第20項所述之方法，其更包括：依據該啟航點與該迄航點間之象限角，調整該第一平移距離、該第二平移距離及該第三平移距離之緯度線方向平移距離及經度線方向平移距離之數值；其中，該啟航點與該迄航點間之象限角係依據下列條件式所決定：當A LongitudeB Longitude、且A LatitudeB Longitude、且A Latitude>B Latitude，決定為第三象限；當A LongitudeB Latitude，決定為第四象限；當A Latitude=B Latitude，決定該啟航點與該迄航點與緯度線平行；以及當A Longitude=B Longitude，決定該啟航點與該迄航點與經度線平行；其中，該啟航點為A點，該迄航點為B點，啟航點經度為A Longitude，啟航點緯度為A Latitude，迄航點經度為B Longitude，迄航點緯度為B Latitude。
如申請專利範圍第21項所述之方法，其中調整該第一平移距離及該第二平移距離之經度線平移距離及緯度線方向平移距離，依據下列判斷式：當該象限角為第二象限時，XS轉換為-XS、YS轉換為-YS；當該象限角為第三象限時，XF轉換為-XF、YF轉換為-YF、XS轉換為-XS、YS轉換為-YS；當該象限角為第四象限時，XF轉換為-XF、YF轉換為-YF；以及當該象限角為第一象限時，不做任何轉換；其中，該第一平移距離之緯度線平移距離為XF，經度線平移距離為YF，該第二平移距離之緯度線平移距離為XS，經度線平移距離為YS。