植保无人机的精准作业方法和系统与流程

本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种植保无人机的精准作业方法和系统。

背景技术：

过去的无人机植保都是飞手通过目视判断和操纵遥控器控制无人机作业，这样做的问题是经常出现漏喷、重喷和误喷，很难做到精准作业，因此，精准作业是无人机植保的一个关键问题。无人机植保必须能够获取植保农田的准确位置信息和障碍物信息，并且在植保作业过程中准确获取无人机定位信息，控制无人机飞行轨迹，这样才能达成精准植保作业的目标。

为了获取植保农田的位置信息和障碍物信息，目前典型的处理方法主要有两种：第一种方法是通过公开发布的百度地图、谷歌地图等地图数据，获取目标区域的位置信息，这种方法的缺陷是数据的现势性不强，精度不高，通常会有几十米的误差，而且缺少障碍物信息；第二种方法是在签订植保合同之后，派外业测绘组带高精度差分GPS到植保农田现场进行测量，获得高精度的位置信息和障碍物信息，这种方法的缺点是测绘工作量大，作业效率低，作业成本高。因此，使用合理的技术途径获取植保农田的位置信息和障碍物信息非常关键。

为了准确获取无人机的定位信息，控制无人机的飞行轨迹，通常在无人机上安装GPS设备。目前通常有两种类型的GPS设备在使用：一种是普通的GPS接收机，其定位精度较低，通常有5米左右的误差；一种是高精度的差分GPS设备，作业时需要架设一个差分GPS基站，如果该基站架设在已知坐标的控制点(控制点是测绘术语，指用于测量其它点位坐标的已知参考点)上，无人机上的差分GPS移动站的绝对定位精度可以达到厘米级，但是如果差分GPS基站没有已知坐标的控制点可使用，无人机上的移动站的相对定位精度可以达到厘米级，但绝对定位的误差仍然在5米左右。然而，在植保农田现场，我们往往很难获得已知坐标的控制点，如果通过CORS(连续运行参考站系统，该系统提供卫星定位服务)服务获取控制点坐标，又增加了作业成本和操作难度。

因此，本领域需要一种新的方法来解决现有植保作业过程中存在的上述问题，以使在植保作业中既能够保证作业精准，同时又能节约成本，简化操作。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有植保作业不能兼顾精准作业、成本节约和简化操作的问题，本发明提供了一种植保无人机的精准作业方法。该方法包括下列步骤：规划无人机航线；将差分GPS基站架设到控制点；配置所述差分GPS基站的坐标；将所述差分GPS基站与无人机上的差分GPS移动站配对连接；以及无人机按照所述无人机航线进行植保作业，其特征在于，所述规划无人机航线的步骤包括通过无人机航测规划无人机航线。

在上述植保无人机的精准作业方法中，所述通过无人机航测规划无人机航线的步骤进一步包括：在测量像控点的同时，标记控制点；利用标记的控制点建立控制点库；通过无人机航测获取航线规划数据；对获取的航线规划数据进行处理；以及根据处理的航线规划数据进行无人机航线规划。

进一步地，所述将差分GPS基站架设到控制点的步骤包括将差分GPS基站架设到所述控制点库中的一个控制点。

在上述植保无人机的精准作业方法中，所述通过无人机航测获取航线规划数据的步骤进一步包括获取植保区域的数字线画图DLG、数字高程模型DEM和障碍物信息。

本发明还提供了一种植保无人机的精准作业系统，包括：植保无人机；设置在植保无人机上的差分GPS移动站；差分GPS基站；以及与所述差分GPS移动站和所述差分GPS基站通信的地面站系统，其特征在于，所述精准作业系统还包括与所述地面站系统通信的航测无人机，所述地面站系统从所述航测无人机接收航测数据并根据所述航测数据规划植保无人机的航线。

在上述植保无人机的精准作业系统中，所述地面站系统包括：通信模块，其使所述地面站系统能够与所述差分GPS基站、所述差分GPS移动站和所述航测无人机通信；航线规划模块，其根据从所述航测无人机接收的数据规划所述植保无人机的航线；以及控制点库，其包括多个在测量像控点的同时标记的控制点。

在上述植保无人机的精准作业系统中，所述航测数据包括植保区域的数字线画图DLG、数字高程模型DEM和障碍物信息。

在本发明的技术方案中，通过无人机航测代替人工测绘，提高了工作效率。另一方面，在无人机航测的过程中，在测量像控点的同时标记控制点，从而不但提高了定位精度，而且还节省了工作量和成本。总而言之，该方法通过无人机航测获取的航线规划数据进行航线规划，再通过差分GPS控制无人机飞行，而且无人机航测过程中同时建立控制点库，确保无人机作业的精度。与现有技术相比，具有非常明显的技术进步。

附图说明

图1是本发明的植保无人机的精准作业系统的结构示意图；

图2是本发明的植保无人机的精准作业方法的流程图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

在无人机进行植保作业时，需要对无人机的航线进行规划，而要实现精准作业，一方面要有高精度的农田基础地理信息数据，另一方面要能够在无人机飞行过程中获取无人机的准确定位信息，从而控制无人机的飞行轨迹。由于背景技术中指出了现有植保作业中存在的问题，结合上述两方面的需求，本发明通过无人机航测的技术手段实现无人机精准作业。

图1是本发明的植保无人机的精准作业系统的结构示意图。如图1所示，本发明的植保无人机的精准作业系统包括植保无人机、设置在植保无人机上的差分GPS移动站、差分GPS基站和地面站系统，其中地面站系统能够与差分GPS移动站和差分GPS基站通信。该系统还包括航测无人机，地面站系统能够与该航测无人机通信并接收航测无人机的航测数据，然后根据该航测数据规划植保无人机的航线。具体而言，地面站系统包括通信模块、航线规划模块和控制点库。其中，通信模块用于地面站系统与差分GPS基站、植保无人机差分GPS移动站和航测无人机通信；航线规划模块根据从航测无人机接收的航测数据规划所述植保无人机的航线，所述航测数据包括植保区域的数字线画图DLG(Digital Line Graphic)、数字高程模型DEM(Digital Elevation Model)和障碍物信息。另外，在进行无人机航测之前，需要外业测量获取航测区域内的一组像控点，此时，在测量像控点的同时，本发明根据差分GPS基站的需求，标记并测量一定数量的控制点，比如可以每隔4公里标记并测量一个控制点，利用所测量的控制点建立控制点库存储在地面站系统中。

接下来参阅图2，本发明的植保无人机的精准作业方法包括下列步骤：通过无人机航测规划无人机航线；将差分GPS基站架设到控制点；配置所述差分GPS基站的坐标；将所述差分GPS基站与无人机上的差分GPS移动站配对连接；以及无人机按照所述无人机航线进行植保作业。通过无人机航测规划无人机航线的步骤进一步包括：在测量像控点的同时，标记控制点；根据标记的控制点建立控制点库；通过无人机航测获取航线规划数据；对获取的航线规划数据进行处理；以及根据处理的航线规划数据进行无人机航线规划。具体而言，图2是本发明的植保无人机的精准作业方法的流程图。如图2所示，在无人机航测之前首先需要测量植保区域的像控点，同时标记并测量一定数量的控制点，并利用所述控制点建立控制点库，然后通过无人机航测技术获取植保区域的数字线画图DLG、数字高程模型DEM和植保区域的障碍物信息，根据上述获取并且经过处理的植保区域数字线画图DLG、数字高程模型DEM和植保区域的障碍物信息进行无人机的航线规划。无人机航线制作完成后，将差分GPS基站架设到控制点库中的一个控制点上，并将该控制点的坐标配置到该差分GPS基站，将差分GPS基站与无人机上的差分GPS移动站配对连接，一切准备就绪后，开始进行植保作业。

地面站系统使用规划好的航线和差分GPS控制无人机的飞行轨迹。通过差分GPS对无人机进行定位时，需要将差分GPS基站架设到已知的控制点上，并输入控制点的已知坐标到该差分GPS基站，由于控制点的已知坐标在航测无人机作业过程中建立的控制点库中，而同时航线的规划也是在航测无人机获取的航线规划数据的基础上制作的，因此通过差分模式控制无人机按照规划好的航线进行飞行时，能够确保无人机作业的精度。

综上所述，本发明将无人机航测技术引入到植保领域中，通过无人机航测获取的植保区域地形比人工测量不但更精确而且效率更高，同时，像控点和控制点的测量能够在一次作业中完成，既节省了工作量和成本，又将无人机航测与无人机差分GPS定位紧密结合起来。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。例如，尽管图2中示出了几个特定的步骤，但是，本发明并不局限于这些具体的步骤，只要不偏离本发明的基本原理，本领域技术人员可以根据需要来组合或拆分图2所示的任一个步骤。例如，“测量像控点和控制点并建立控制点库”的步骤可以被拆分为“在测量像控点的同时标记控制点”和“利用标记的控制点建立控制点库”。又例如，“无人机航测及数据处理”步骤可以被拆分为“通过无人机航测获取植保农田的地形数据”和“对获取的地形数据进行处理”。这些拆分并没有改变本发明的基本原理，因此，拆分后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。