本发明专利技术提供了一种基于无线传感器网络的植保无人机喷施作业方法，在作业区域内布设多个无线传感器节点以实时采集并反馈喷施物浓度，无人机根据喷施物浓度状态进行航迹角调整，如果喷施物浓度差值高于设定阈值则改变原航迹角，使无人机朝向喷施物浓度较低的方向飞行，以达到对作业区域喷施均匀的目的。本发明专利技术提高了农田作业环境下无人机的自主运行能力，解决了无人机作业时由于风向等因素造成的喷施不均问题，保证了无人机的作业效果和作物产量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及农业
，具体而言，涉及。
技术介绍
农用无人机的航迹规划大多采用作业前由地面站系统预规划的方式，即在起飞前由地面站系统根据农田作业的具体任务进行航迹规划。在作业过程中，无人机不做自主航迹规划调整。在应用无人机实施植保过程中，一些喷施作业区域经常出现漏喷、重喷，或者喷施到作业边界外的情况，不仅会导致植保效果不理想，甚至会造成农作物产量降低，总结其原因，主要为农田作业环境下无人机的自主运行能力较差。无人机在作业过程中会遭遇很多偶然因素，如风向的突变和风力的突变等，均有可能使喷施物发生漂移或者无人机航迹点偏离，继而造成喷施作业面不均匀，作业效果下降，甚至作物减产等情况。
技术实现思路
本专利技术提供，用以解决当前农田作业环境下无人机的自主运行能力较差的问题。为达到上述目的，本专利技术提供了，包括以下步骤:S1:规划无人机在作业区域内的航迹线和无人机飞行高度，其中，航迹线包括一起点和一终点；S2:根据作业区域内的植保要求设定一浓度阈值和一航迹角偏移值；S3:根据规划的航迹线在作业区域内布设无线传感器网络，无线传感器网络由多个无线传感器节点组成，并在多个无线传感器节点中分别存储其地理位置信息；S4:无人机从航迹线的起点沿航迹线开始起飞；S5:无人机每隔设定时间向地面的多个无线传感器节点发出一次喷施浓度查询请求；S6:接收到喷施浓度查询请求的多个无线传感器节点向无人机反馈检测到的喷施物浓度和地理位置信息；S7:无人机接收多个无线传感器节点反馈的喷施物浓度和地理位置信息；S8:根据多个地理位置信息和无人机当前地理位置信息，无人机计算得出位于无人机左侧最近距离处的无线传感器节点和位于无人机右侧最近距离处的无线传感器节占.S9:无人机计算位于无人机左侧最近距离处的无线传感器节点对应的喷施物浓度与位于无人机右侧最近距离处的无线传感器节点对应的喷施物浓度的差值；SlO:将差值与浓度阈值相比较以计算调整方向后的航迹角，如果差值的绝对值大于浓度阈值则进行步骤S11，否则返回步骤S5 ；Sll:如果差值为正值，则调整方向后的航迹角为在当前航迹角的基础上累加航迹角偏移值，如果差值为负值，则调整方向后的航迹角为在当前航迹角的基础上减去航迹角偏移值；S12:无人机保存当前航迹角并计算一运行时间，运行时间为无人机从本次改变航迹角一直飞行直至返回原航迹线的时间；S13:无人机按照调整方向后的航迹角继续飞行；S14:经过运行时间后，无人机根据保存的当前航迹角返回至原航迹线；S15:重复步骤S5直至无人机到达航迹线的终点。可选的，多个无线传感器节点沿航迹线两侧对称设置。可选的，无人机飞行高度根据无人机高度与喷施覆盖面的关系和无人机与无线传感器节点之间的通信时间设定。可选的，航迹角偏移值的范围为10°?45°。可选的，运行时间根据多个无线传感器节点反馈的喷施物浓度和地理位置信息，以及无人机的当前速度计算得出。可选的，无线传感器节点的高度与作业区域内作物的高度相匹配。可选的，航迹线为根据作业区域的形状、作业区域内的障碍物位置和高度进行规划。可选的，无人机飞行高度为以下任意一种:3米、5米、10米、15米和20米。本专利技术提高了农田作业环境下无人机的自主运行能力，解决了无人机作业时由于风向等因素造成的喷施不均问题，保证了无人机的作业效果和作物产量。【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术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专利技术的一些实施例，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为本专利技术一实施例的基于无线传感器网络的植保无人机喷施作业方法流程图；图2为本专利技术一实施例的基于无线传感器网络的植保无人机喷施作业方法应用场景不意图；图3为作业区域内无障碍物时分界点示意图；图4为作业区域内无障碍物时航迹线规划过程示意图；图5为作业区域内的障碍物类型示意图；图6为作业区域内存在障碍物时航迹线规划过程示意图。附图标记说明:1_无人机；2_无线传感器节点；3_喷施物；4_航迹线；L_参考线；A-作业区域；pl/p2-作业区域与参考线的交界点；1-无障碍时的作业区域；I1-无障碍时分解后的多个子作业区域；ΙΙΙ-无障碍时规划好航迹线的作业区域；a/b/c-无障碍时的子作业区域；s-子作业区域之间的分割线；R-障碍物半径；A1-障碍点；A2-障碍面； -有障碍时的作业区域；Ι -有障碍时分解后的多个子作业区域；ΙΙ -有障碍时规划好航迹线的作业区域；a' /b' Iz' /d'-有障碍时的子作业区域。【具体实施方式】下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1为本专利技术一实施例的基于无线传感器网络的植保无人机喷施作业方法流程图，如图所示，本专利技术提供的基于无线传感器网络的植保无人机喷施作业方法，包括以下步骤:S1:规划无人机在作业区域内的航迹线和无人机飞行高度，其中，航迹线包括一起点和一终点；作业区域为需要进行无人机喷施作业的区域，可以为农田、森林、草地等，航迹线为无人机相对于地面运动的路线，航迹线可根据作业区域的形状、作业区域内的障碍物位置和高度进行规划；无人机飞行 高度为无人机飞行时距离地面的竖直高度，无人机飞行高度可根据无人机高度与喷施覆盖面的关系和无人机与无线传感器节点之间的通信时间设定，具体实施时无人机飞行高度可从3米至20米不等；无人机飞行过程中的航迹线与预定航迹线之间的夹角为航迹角，具体的，航迹角是从经线北端顺时针量到航迹去向的角度。S2:根据作业区域内的植保要求设定一浓度阈值和一航迹角偏移值；浓度阈值为无人机改变航迹线时无人机左右两侧最近距离处的无线传感器节点采集到的喷施物浓度差值的参照值，航迹角偏移值为无人机改变航迹线时航迹角的变化量，浓度阈值和航迹角偏移值可根据作业区域内作物的种类、高度、生长状态等设定，具体实施时，航迹角偏移值的范围为10°~45°，也即航迹角偏移值可以为10°~45°之间的任意一个角度。S3:根据规划的航迹线在作业区域内布设无线传感器网络，无线传感器网络由多个无线传感器节点组成，并在多个无线传感器节点中分别存储其地理位置信息；其中，无线传感器节点可沿航迹线两侧对称设置，也可根据作物在作业区域内的具体分布情况设置，其中，无线传感器节点的高度与作业区域内作物的高度相匹配，不宜过高或过低。S4:无人机从航迹线的起点沿航迹线开始起飞；S5:无人机每隔设定时间向地面的多个无线传感器节点发出一次喷施浓度查询请求；无人机发出喷施浓度查询请求没有针对性，即不针对任何一个或多个无线传感器节点。S6:接收到喷施浓度查询请求的多个无线传感器节点向无人机反馈检测到的喷施物浓度和地理位置信息；在无线信号有效接收距离内的无线传感器节点能够接收到无人机发出的喷施浓度查询请求，从而能够向无人机反馈检测到的喷施物浓度和地理位置信息，在无线信号有效接收距离之外的无线传感器则接收不到无本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于无线传感器网络的植保无人机喷施作业方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：规划无人机在作业区域内的航迹线和无人机飞行高度，其中，所述航迹线包括一起点和一终点；S2：根据所述作业区域内的植保要求设定一浓度阈值和一航迹角偏移值；S3：根据规划的航迹线在所述作业区域内布设无线传感器网络，所述无线传感器网络由多个无线传感器节点组成，并在多个所述无线传感器节点中分别存储其地理位置信息；S4：所述无人机从所述航迹线的起点沿所述航迹线开始起飞；S5：所述无人机每隔设定时间向地面的多个无线传感器节点发出一次喷施浓度查询请求；S6：接收到喷施浓度查询请求的多个无线传感器节点向无人机反馈检测到的喷施物浓度和地理位置信息；S7：所述无人机接收多个无线传感器节点反馈的所述喷施物浓度和所述地理位置信息；S8：根据多个所述地理位置信息和所述无人机当前地理位置信息，所述无人机计算得出位于所述无人机左侧最近距离处的无线传感器节点和位于所述无人机右侧最近距离处的无线传感器节点；S9：所述无人机计算位于所述无人机左侧最近距离处的无线传感器节点对应的喷施物浓度与位于所述无人机右侧最近距离处的无线传感器节点对应的喷施物浓度的差值；S10：将所述差值与所述浓度阈值相比较以计算调整方向后的航迹角，如果所述差值的绝对值大于所述浓度阈值则进行步骤S11，否则返回步骤S5；S11：如果所述差值为正值，则调整方向后的航迹角为在当前航迹角的基础上累加所述航迹角偏移值，如果所述差值为负值，则调整方向后的航迹角为在当前航迹角的基础上减去所述航迹角偏移值；S12：所述无人机保存当前航迹角并计算一运行时间，所述运行时间为所述无人机从本次改变航迹角一直飞行直至返回原航迹线的时间；S13：所述无人机按照调整方向后的航迹角继续飞行；S14：经过所述运行时间后，所述无人机根据保存的所述当前航迹角返回至原航迹线；S15：重复步骤S5直至所述无人机到达所述航迹线的终点。...
【技术特征摘要】
1.一种基于无线传感器网络的植保无人机喷施作业方法，其特征在于，包括以下步骤: S1:规划无人机在作业区域内的航迹线和无人机飞行高度，其中，所述航迹线包括一起点和一终点； S2:根据所述作业区域内的植保要求设定一浓度阈值和一航迹角偏移值；S3:根据规划的航迹线在所述作业区域内布设无线传感器网络，所述无线传感器网络由多个无线传感器节点组成，并在多个所述无线传感器节点中分别存储其地理位置信息； .54:所述无人机从所述航迹线的起点沿所述航迹线开始起飞； .55:所述无人机每隔设定时间向地面的多个无线传感器节点发出一次喷施浓度查询请求； .56:接收到喷施浓度查询请求的多个无线传感器节点向无人机反馈检测到的喷施物浓度和地理位置信息； . 57:所述无人机接收多个无线传感器节点反馈的所述喷施物浓度和所述地理位置信息； . 58:根据多个所述地理位置信息和所述无人机当前地理位置信息，所述无人机计算得出位于所述无人机左侧最近距离处的无线传感器节点和位于所述无人机右侧最近距离处的无线传感器节点； . 59:所述无人机计算位于所述无人机左侧最近距离处的无线传感器节点对应的喷施物浓度与位于所述无人机右侧最近距离处的无线传感器节点对应的喷施物浓度的差值； 510:将所述差值与所述浓度阈值相比较以计算调整方向后的航迹角，如果所述差值的绝对值大于所述浓度阈值则进行步骤S11，否则返回步骤S5 ； 511:如果所述差值为正值，则调整方向后的航迹角为在当前航迹角的基础上累加所述航迹角偏移值，如果所述差值为负值，则调整方向后的航迹角为在当前航迹角的基础上减去所述航迹角偏移值；...
【专利技术属性】
技术研发人员：张喜海，于啸，魏晓莉，孟繁锋，赵语，吴亚春，
申请(专利权)人：东北农业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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