本發(fā)明涉及植保無人機的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來，隨著多旋翼無人機技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，在農(nóng)業(yè)植保方面，多旋翼無人機作業(yè)方式相比于傳統(tǒng)的人工作業(yè)方式，大大節(jié)省了人力成本，提高了作業(yè)效率，同時也保證了作業(yè)人員不受農(nóng)藥的侵害；相比于傳統(tǒng)固定翼飛機大面積噴灑的方式，多旋翼無人機作業(yè)可以顯著降低飛行成本，在農(nóng)藥噴灑的效果上，多旋翼無人機高速旋轉(zhuǎn)的槳葉產(chǎn)生的下洗氣流可以吹開植物表面的葉片，使農(nóng)藥均勻地作用于農(nóng)作物整體，有效的提高了農(nóng)藥的施用效率，體現(xiàn)了精細農(nóng)業(yè)的要求?？紤]到植保機是在大片農(nóng)田中進行作業(yè)，如果采用姿態(tài)或速度模式飛行，距離較遠時，操作人員無法了解到無人機的飛行狀態(tài)，出現(xiàn)飛行事故機率將大大增加。因此，需要對四旋翼無人植保機的飛行軌跡進行規(guī)劃。無人機路徑規(guī)劃指的是根據(jù)無人機自身機動性、飛行環(huán)境和任務(wù)要求,選擇一條安全有效的飛行路線。在無人機的實際飛行過程中,地面測控系統(tǒng)實時輸出大量飛行數(shù)據(jù),根據(jù)大量飛行數(shù)據(jù)快速進行處理,并及時地對無人機進行飛行控制,這對于無人機的飛行安全至關(guān)重要。

植保機是在大片農(nóng)田中進行作業(yè)，如果采用姿態(tài)或gps輔助的速度模式飛行，距離較遠時，操作人員無法了解到無人機的飛行狀態(tài)，出現(xiàn)飛行事故機率將大大增加。因此，需要對四旋翼無人植保機的飛行軌跡進行規(guī)劃。現(xiàn)在大多技術(shù)是通過地面站系統(tǒng)生成無人機的飛行軌跡，用gps對周邊邊緣點進行經(jīng)緯度分析，并將數(shù)據(jù)錄到地面站系統(tǒng)，地面站根據(jù)數(shù)據(jù)生成多個目標點，并對點進行保存，形成飛機的飛行路徑，此方法對地域有一定的局限性，而且當?shù)貏莶黄郊创嬖谡系K物時飛機可能無法及時避開，存在安全隱患。而現(xiàn)在有的植保機裝有用于探測農(nóng)用植保無人機周圍的障礙物的障礙探測器，但當遇到障礙物時，無人機通過數(shù)傳發(fā)給地面站，再接收緊急避障指令，這樣存在延遲可能使飛機來不及避讓而發(fā)生危險。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提供一種能夠根據(jù)不同的地形合理選擇路徑，提高無人機作業(yè)的精準性和作業(yè)效率，降低重復(fù)覆蓋率、漏噴率與能量消耗的植保無人機自主飛行路徑優(yōu)化方法。

一種植保無人機自主飛行路徑優(yōu)化裝置，包括：

設(shè)置在植保無人機上用于采集植保無人機的水平坐標和高度坐標，并與gps衛(wèi)星系統(tǒng)通信的機載gps天線；

設(shè)置在植保無人機上用于控制植保無人機的飛行和播撒作業(yè)的飛行控制系統(tǒng)；

設(shè)置在植保無人機上用于探測植保無人機相對于地面的高度的機載相對高度探測器；

設(shè)置在植保無人機上用于對作業(yè)農(nóng)田進行航拍取樣的機載攝像頭；

設(shè)置在植保無人機上用于將所述機載gps天線、機載相對高度探測器和機載攝像頭獲得的數(shù)據(jù)回傳到地面站子系統(tǒng)，同時接收地面站子系統(tǒng)數(shù)據(jù)的機載數(shù)據(jù)回傳和接收系統(tǒng)；

位于地面站用來處理并存儲農(nóng)田地塊的坐標、植被類型、植被相對地面高度、障礙物信息的地面站地理信息和圖像處理系統(tǒng)；

位于地面站用于對接收到的機載數(shù)據(jù)回傳和接收系統(tǒng)發(fā)來的數(shù)據(jù)，并結(jié)合地面站地理信息和圖像處理系統(tǒng)中存儲的信息，規(guī)劃植保無人機飛行路線的地面站飛行任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)；

位于地面站用于接收機載數(shù)據(jù)回傳和接收系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并將地面站飛行任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)的數(shù)據(jù)回傳的地面站指令接收和發(fā)送系統(tǒng)。

本發(fā)明設(shè)置在植保無人機上的機載相對高度探測器采用聲納和光流探測。

一種植保無人機自主飛行路徑優(yōu)化方法，包括如下步驟：

第一步：用裝有攝像頭的植保機對工作區(qū)域進行航拍，對航拍圖像進行自動識別，并找出“雷區(qū)點”；

第二步：地面站根據(jù)分析后的地形特點以避開“雷區(qū)點”為原則生成相應(yīng)的飛行路徑；

第三步：植保機按照地面站設(shè)定的飛行高度和噴霧航線飛行；

第四步：航線導(dǎo)航控制隨時調(diào)整飛行過程中的航線誤差，使實際航跡符合預(yù)定航路。

本發(fā)明的對航拍圖像進行自動識別，并找出“雷區(qū)點”，包括如下步驟：

1）輸入原始圖像；

2）對輸入的原始圖像進行灰度化處理；

3）對灰度化處理的圖像進行圖像增強；

4）對增強的圖像進行濾波處理；

5）對濾波處理的圖像進行二值化處理；

6）生成圖像表盤定位，并將飛行過程中遇到的障礙物位置標注為“雷區(qū)點”。

本發(fā)明將標注的“雷區(qū)點”對應(yīng)轉(zhuǎn)化到地面站的經(jīng)緯度，地面站根據(jù)分析后的地形特點并以避開雷區(qū)點為原則生成相應(yīng)的飛行軌跡。

本發(fā)明的航線導(dǎo)航控制隨時調(diào)整飛行過程中的航線誤差，使實際航跡符合預(yù)定航路，包括如下步驟：

a）植保機通過無線信息輸入接口接收地面站設(shè)定的飛行高度和規(guī)劃的噴霧航路數(shù)據(jù),存儲在飛控處理單元中；

b）航路導(dǎo)航控制將規(guī)劃的噴霧航路中的目標位置信息與gps裝置獲得的實際位置信息進行比較,產(chǎn)生姿態(tài)控制指令和水平速度控制指令,使無人機隨時調(diào)整飛行過程中出現(xiàn)的航路誤差,使實際的航跡符合預(yù)定航路。

本發(fā)明在植保無人機上裝置攝像頭，在噴灑作業(yè)開始前，首先用裝有攝像頭的植保機對工作區(qū)域進行航拍，通過對航拍圖像的自動識別可以了解農(nóng)田的地勢以及飛行過程中可能遇到的障礙物，地面站根據(jù)分析后的地形生成相應(yīng)的飛行軌跡。植保無人機將沿預(yù)設(shè)的飛行航路進行植保作業(yè),能減輕遙控操作人員的勞動強度,提高無人機作業(yè)的精準性和作業(yè)效率，降低重復(fù)覆蓋率、漏噴率與能量消耗。

附圖說明

圖1是本發(fā)明優(yōu)化裝置的連接示意圖。

圖2是本發(fā)明優(yōu)化方法的流程示意圖。

圖3是本發(fā)明找到“雷區(qū)點”的流程示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細說明：

如圖1所示，一種植保無人機自主飛行路徑優(yōu)化裝置，包括：

設(shè)置在植保無人機上用于采集植保無人機的水平坐標和高度坐標，并與gps衛(wèi)星系統(tǒng)通信的機載gps天線1；

設(shè)置在植保無人機上用于控制植保無人機的飛行和播撒作業(yè)的飛行控制系統(tǒng)2；

設(shè)置在植保無人機上用于探測植保無人機相對于地面的高度的機載相對高度探測器3；

設(shè)置在植保無人機上用于對作業(yè)農(nóng)田進行航拍取樣的機載攝像頭8；

設(shè)置在植保無人機上用于將所述機載gps天線1、機載相對高度探測器3和機載攝像頭8獲得的數(shù)據(jù)回傳到地面站子系統(tǒng)，同時接收地面站子系統(tǒng)數(shù)據(jù)的機載數(shù)據(jù)回傳和接收系統(tǒng)4；

位于地面站用來處理并存儲農(nóng)田地塊的坐標、植被類型、植被相對地面高度、障礙物信息的地面站地理信息和圖像處理系統(tǒng)5；

位于地面站用于對接收到的機載數(shù)據(jù)回傳和接收系統(tǒng)4發(fā)來的數(shù)據(jù)，并結(jié)合地面站地理信息和圖像處理系統(tǒng)5中存儲的信息，規(guī)劃植保無人機飛行路線的地面站飛行任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)6；

位于地面站用于接收機載數(shù)據(jù)回傳和接收系統(tǒng)4的數(shù)據(jù)，并將地面站飛行任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)6的數(shù)據(jù)回傳的地面站指令接收和發(fā)送系統(tǒng)7。

本發(fā)明設(shè)置在植保無人機上的機載相對高度探測器3采用聲納和光流探測。

如圖2所示，一種植保無人機自主飛行路徑優(yōu)化方法，包括如下步驟：

第一步：用裝有攝像頭的植保機對工作區(qū)域進行航拍，對航拍圖像進行自動識別，并找出“雷區(qū)點”；

第二步：地面站根據(jù)分析后的地形特點以避開“雷區(qū)點”為原則生成相應(yīng)的飛行路徑；

第三步：植保機按照地面站設(shè)定的飛行高度和噴霧航線飛行；

第四步：航線導(dǎo)航控制隨時調(diào)整飛行過程中的航線誤差，使實際航跡符合預(yù)定航路。

如圖3所示，本發(fā)明的對航拍圖像進行自動識別，并找出“雷區(qū)點”，包括如下步驟：

1）輸入原始圖像；

2）對輸入的原始圖像進行灰度化處理；

3）對灰度化處理的圖像進行圖像增強；

4）對增強的圖像進行濾波處理；

5）對濾波處理的圖像進行二值化處理；

6）生成圖像表盤定位，并將飛行過程中遇到的障礙物位置標注為“雷區(qū)點”。

本發(fā)明將標注的“雷區(qū)點”對應(yīng)轉(zhuǎn)化到地面站的經(jīng)緯度，地面站根據(jù)分析后的地形特點并以避開雷區(qū)點為原則生成相應(yīng)的飛行軌跡。

本發(fā)明的航線導(dǎo)航控制隨時調(diào)整飛行過程中的航線誤差，使實際航跡符合預(yù)定航路，包括如下步驟：

a）植保機通過無線信息輸入接口接收地面站設(shè)定的飛行高度和規(guī)劃的噴霧航路數(shù)據(jù),存儲在飛控處理單元中；

b）航路導(dǎo)航控制將規(guī)劃的噴霧航路中的目標位置信息與gps裝置獲得的實際位置信息進行比較,產(chǎn)生姿態(tài)控制指令和水平速度控制指令,使無人機隨時調(diào)整飛行過程中出現(xiàn)的航路誤差,使實際的航跡符合預(yù)定航路。

本發(fā)明的植保無人機在作業(yè)開始前,首先用機載攝像頭對飛行區(qū)域進行定點航拍，所拍區(qū)域符合地面站的經(jīng)緯要求。然后將航拍所得的圖像實時傳送到地面站，地面站通過對航拍圖像進行圖像處理。處理的過程包括對圖像進行灰度化、圖像增強，濾波、二值化等處理，克服圖像干擾可以確定飛行過程中可能遇到的障礙物位置，在地勢變化較大處和障礙物點設(shè)置為“雷區(qū)點”，然后將圖片中識別出的“雷區(qū)點”對應(yīng)轉(zhuǎn)化到地面站的具體經(jīng)緯度，地面站根據(jù)分析后的地形特點并以避開“雷區(qū)點”為原則生成相應(yīng)的飛行軌跡，主要功能有：單路點和多路點發(fā)送，直線飛行，矩形飛行，環(huán)狀飛行，橫向往復(fù)及縱向往復(fù)，飛行軌跡描繪及擦除等。植保機通過無線信息輸入接口接收地面站設(shè)定的飛行高度和規(guī)劃的噴霧航路數(shù)據(jù),存儲在飛控處理單元中，航路導(dǎo)航控制將規(guī)劃的噴霧航路中的目標位置信息與gps裝置獲得的實際位置信息進行比較,產(chǎn)生姿態(tài)控制指令和水平速度控制指令,使無人機隨時調(diào)整飛行過程中出現(xiàn)的航路誤差,使實際的航跡符合預(yù)定航路,做到精確導(dǎo)航?？梢园踩憬莸耐瓿赊r(nóng)藥噴灑任務(wù)。