无人机植保作业航线规划方法技术

本申请涉及一种无人机植保作业航线规划方法，包括首先采集地块数据和障碍区数据，调整其中的顶点数组数据顺序为顺时针，将地块和障碍区都视为由顶点数据描述的多边形，通过多边形收缩/扩张函数准确计算安全边界，以及通过分割/融合算法函数对地块和障碍区进行分割或融合，从而对大面积的复杂地形进行精确的计算，基于准确的安全边界，规划航线。如此，可高效准确的实现农业作业地块的航线规划，解决了现有技术中无人机飞手能力与面积大、复杂程度高的作业地块之间的矛盾问题，给农业无人机作业带来了极大的便利。业带来了极大的便利。业带来了极大的便利。

【技术实现步骤摘要】
无人机植保作业航线规划方法


[0001]本申请涉及无人机控制
，尤其涉及一种无人机植保作业航线规划方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着无人机技术在农业领域应用的逐渐普及，播种、喷药等机械劳动可以通过飞手操控无人机的方式进行作业。然而，随着作业地块的面积增加、作业地块的复杂度增加、地块内部的障碍区增加、作业距离增加等情况的出现，由飞手手动操控的农业无人机难以快速、高效地完成作业任务，航线常常出现遗漏或重复的情况，不能很好地覆盖整个作业地块，给无人机作业带来了极大的技术困难。

技术实现思路

[0003]本申请提供一种无人机植保作业航线规划方法，以解决现有技术中，无人机在农业应用中，无法针对大面积、长距离以及复杂地形进行无人机高效作业的问题。
[0004]本申请的上述目的是通过以下技术方案实现的：
[0005]本申请实施例提供一种无人机植保作业航线规划方法，包括：
[0006]采集地块数据和障碍区数据，并将所述地块数据中的地块顶点数组和所述障碍区数据中的障碍区顶点数组，调整为顺时针顺序；
[0007]基于所述地块顶点数组和所述障碍区顶点数组，得到由多边形顶点构成的模拟地块和模拟障碍区，并基于预设多边形收缩/扩张函数，计算所述模拟地块和所述模拟障碍区的安全边界；
[0008]基于预设分割/融合算法函数，对所述模拟地块和模拟障碍区进行分割或融合处理，得到优化后的模拟地块边界和模拟障碍区边界；
[0009]根据预设航线角度，旋转所述优化后的模拟地块边界和模拟障碍区边界，并基于预设航线间距，得到规划航线的表达式；
[0010]将所有与模拟地块和模拟障碍区的交点分别进行标记和排序；
[0011]选择所有所述交点中，与无人机当前位置最近的交点作为起始位置，执行预设航点检测循环，得到用完全部航点的目标航线，并将所述目标航线作为规划结果并输出。
[0012]进一步的，所述航点检测循环包括：将所述规划航线作为起始目标航线；
[0013]检测所述目标航线是否用完全部航点；
[0014]若是，将所述规划航线作为规划结果并输出；
[0015]若不是，检测同一直线上是否有未用航点；若不存在未用航点，基于最近未用过航点规划得到新航线；若存在未用航点，基于此时位置信息，规划得到新航线；
[0016]判断所述新航线是否穿过障碍物，若穿过障碍物，基于预设算法进行避障，得到目标航线；若不穿过障碍物，将所述新航线作为目标航线；
[0017]重新检测所述目标航线是否用完全部航点，直至目标航线用完全部航点，停止循环。
[0018]进一步的，所述基于预设多边形收缩/扩张函数，计算所述模拟地块和所述模拟障碍区的安全边界，包括：
[0019]获取所述模拟地块或所述模拟障碍区中的第一顶点，并找到与所述第一顶点相邻的第二顶点和第三顶点；
[0020]将所述第一顶点与所述第二顶点所在的直线作为第一直线；
[0021]将所述第一顶点与所述第三顶点所在的直线作为第二直线；
[0022]确定到所述第一直线和到所述第二直线距离均为预设值的第四顶点；
[0023]将所述第四顶点作为第一顶点收缩或扩张预设距离后的目标顶点；
[0024]找到所述模拟地块或所述模拟障碍区中的所有顶点对应的目标顶点，按所述模拟地块或所述模拟障碍区顶点数据顺序将对应目标定点进行连接，得到所述模拟地块或所述模拟障碍区扩张或收缩后的安全边界，更新所述模拟地块或所述模拟障碍区。
[0025]进一步的，基于实际需求，改变所述模拟地块或模拟障碍区中每一个顶点对应的预设距离，确定每一顶点对应的目标顶点；
[0026]基于所述目标顶点确定所述模拟地块或所述模拟障碍区扩张或收缩后的安全边界，更新所述模拟地块或所述模拟障碍区。
[0027]进一步的，所述基于预设分割/融合算法函数，对所述模拟地块和模拟障碍区进行分割或融合处理，得到优化后的模拟地块边界和模拟障碍区边界，包括：
[0028]当所述模拟地块被所述模拟障碍区分割时，将所述模拟地块进行分割，得到多个子模拟地块；
[0029]当所述模拟地块与所述模拟障碍区重叠时，将所述模拟地块中被所述模拟障碍区重叠部分进行分割，得到去除模拟障碍区重叠区域的模拟地块和增加重叠区域的模拟障碍区；
[0030]当所述模拟障碍区与其他所述模拟障碍区重叠时，将多个重叠的模拟障碍区进行融合，得到一个大模拟障碍区。
[0031]进一步的，所述基于预设分割/融合算法函数，对所述模拟地块和模拟障碍区进行分割或融合处理，得到优化后的模拟地块边界和模拟障碍区边界，包括对所述模拟地块进行分割：
[0032]将所述地块顶点数组调整为顺时针顺序，将所述障碍区顶点数组调整为逆时针顺序；
[0033]计算所述模拟地块与所述模拟障碍区交点，得到交点数组；
[0034]将所述交点数组中的数据按顺序分别加入到所述地块顶点数组和所述障碍区顶点数组中，得到目标地块顶点数组和目标障碍区顶点数组，进行分割算法：
[0035]从所述目标地块顶点数组中的第一个顶点开始，遍历整个数组，判断当前点为所述模拟地块中的顶点时，记录该顶点至新模拟地块中，并继续判断所述目标地块顶点数组中的下一个点；
[0036]从所述目标障碍区顶点数组中的第一交点开始，遍历整个数组，判断当前点为所述模拟障碍区中的顶点时，记录该顶点至新模拟地块中，并继续判断所述目标障碍区顶点数组中的下一个点；
[0037]其中，当判断所述目标地块顶点数组或所述目标障碍区顶点数组中的当前点为所
述交点数组中的交点时，记录所述交点至新模拟地块中，并跳转至所述目标障碍区顶点数组或所述目标地块顶点数组中的该交点位置，按所述目标障碍区顶点数组或所述目标地块顶点数组中顺序继续进行取点判断和记录，直至记录到所述目标地块顶点数组中的最后一个点；
[0038]从所述目标地块顶点数组中的未取到的第一个顶点开始，重复进行所述分割算法，得到多个新模拟地块，更新所述模拟地块。
[0039]进一步的，所述基于预设分割/融合算法函数，对所述模拟地块和模拟障碍区进行分割或融合处理，得到优化后的模拟地块边界和模拟障碍区边界，还包括对所述模拟障碍区进行融合：
[0040]将第一障碍区顶点数组调整为顺时针顺序，将第二障碍区顶点数组调整为逆时针顺序；
[0041]计算第一模拟障碍区与第二模拟障碍区交点，得到交点数组；
[0042]将所述交点数组中的数据按顺序分别加入到所述第一障碍区顶点数组和所述第二障碍区顶点数组中，得到第一目标障碍区顶点数组和第二目标障碍区顶点数组，进行融合算法：
[0043]从所述第一目标障碍区顶点数组的第一个顶点开始，遍历整个数组，判断当前点为所述第一模拟障碍区中的顶点时，记录该顶点至新模拟障碍区中，并继续判断所述第一目标障碍区顶点数组中的下一个点；
[0044]从所述第二目本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人机植保作业航线规划方法，其特征在于，包括：采集地块数据和障碍区数据，并将所述地块数据中的地块顶点数组和所述障碍区数据中的障碍区顶点数组，调整为顺时针顺序；基于所述地块顶点数组和所述障碍区顶点数组，得到由多边形顶点构成的模拟地块和模拟障碍区，并基于预设多边形收缩/扩张函数，计算所述模拟地块和所述模拟障碍区的安全边界；基于预设分割/融合算法函数，对所述模拟地块和模拟障碍区进行分割或融合处理，得到优化后的模拟地块边界和模拟障碍区边界；根据预设航线角度，旋转所述优化后的模拟地块边界和模拟障碍区边界，并基于预设航线间距，得到规划航线的表达式；将所有与模拟地块和模拟障碍区的交点分别进行标记和排序；选择所有所述交点中，与无人机当前位置最近的交点作为起始位置，执行预设航点检测循环，得到用完全部航点的目标航线，并将所述目标航线作为规划结果并输出。2.根据权利要求1所述的无人机植保作业航线规划方法，其特征在于，所述航点检测循环包括：将所述规划航线作为起始目标航线；检测所述目标航线是否用完全部航点；若是，将所述规划航线作为规划结果并输出；若不是，检测同一直线上是否有未用航点；若不存在未用航点，基于最近未用过航点规划得到新航线；若存在未用航点，基于此时位置信息，规划得到新航线；判断所述新航线是否穿过障碍物，若穿过障碍物，基于预设算法进行避障，得到目标航线；若不穿过障碍物，将所述新航线作为目标航线；重新检测所述目标航线是否用完全部航点，直至目标航线用完全部航点，停止循环。3.根据权利要求1所述的无人机植保作业航线规划方法，其特征在于，所述基于预设多边形收缩/扩张函数，计算所述模拟地块和所述模拟障碍区的安全边界，包括：获取所述模拟地块或所述模拟障碍区中的第一顶点，并找到与所述第一顶点相邻的第二顶点和第三顶点；将所述第一顶点与所述第二顶点所在的直线作为第一直线；将所述第一顶点与所述第三顶点所在的直线作为第二直线；确定到所述第一直线和到所述第二直线距离均为预设值的第四顶点；将所述第四顶点作为第一顶点收缩或扩张预设距离后的目标顶点；找到所述模拟地块或所述模拟障碍区中的所有顶点对应的目标顶点，按所述模拟地块或所述模拟障碍区顶点数据顺序将对应目标定点进行连接，得到所述模拟地块或所述模拟障碍区扩张或收缩后的安全边界，更新所述模拟地块或所述模拟障碍区。4.根据权利要求3所述的无人机植保作业航线规划方法，其特征在于，基于实际需求，改变所述模拟地块或模拟障碍区中每一个顶点对应的预设距离，确定每一顶点对应的目标顶点；基于所述目标顶点确定所述模拟地块或所述模拟障碍区扩张或收缩后的安全边界，更新所述模拟地块或所述模拟障碍区。5.根据权利要求1所述的无人机植保作业航线规划方法，其特征在于，所述基于预设分
割/融合算法函数，对所述模拟地块和模拟障碍区进行分割或融合处理，得到优化后的模拟地块边界和模拟障碍区边界，包括：当所述模拟地块被所述模拟障碍区分割时，将所述模拟地块进行分割，得到多个子模拟地块；当所述模拟地块与所述模拟障碍区重叠时，将所述模拟地块中被所述模拟障碍区重叠部分进行分割，得到去除模拟障碍区重叠区域的模拟地块和增加重叠区域的模拟障碍区；当所述模拟障碍区与其他所述模拟障碍区重叠时，将多个重叠的模拟障碍...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘新阳，陈海诺，唐佰文，李冬青，王炜，
申请(专利权)人：北方天途航空技术发展北京有限公司，
类型：发明
国别省市：