一种航线规划方法及装置与流程

本发明实施例涉及飞行器技术领域，特别是涉及一种航线规划方法及装置。

背景技术：

飞行器是利用无线电遥控设备和自备程序控制装置操纵的设备。目前飞行器在警用、城市管理、农业、地质、气象、抢险救灾等领域得到了广泛的应用。

航线规划是指在特定约束条件下，寻找一系列航点，形成一条从起飞点到终点的路径。它是飞行器程控飞行的重要组成部分，也是飞行器作业前飞行准备的关键一环。目前，飞行器航点生成大多采用手动在移动设备电子规划图上点击，在点击处生成一个航点，飞行器将按照点击生成的航点进行飞行作业。这种方法不仅繁琐，而且在电子规划图上寻找这些航点时容易出错。而现有的自动生成航点的方法基于的理论过于复杂，不易于实现，即使实现了，航点生成的效率也较低。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是提供一种航线规划方法及装置，以提高航线规划效率。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种航线规划方法，该方法包括：获取作业区域的至少三个顶点在第一坐标轴上的第一坐标值和在第二坐标轴上的第二坐标值；根据至少三个顶点的第一坐标值和第二坐标值计算相邻的顶点之间连线的线段方程；从多个顶点中选择一基点，并根据预先设置的航线间距沿平行于所述第一坐标轴的方向对基点进行平移；计算经过平移后的基点且平行于第二坐标轴的直线与两条线段方程的交点，并作为待规划航线的起点和终点。

其中，上述从多个顶点中选择一基点，并根据预先设置的航线间距沿平行于第一坐标轴的方向对基点进行平移的步骤包括：选择第一坐标值最大或最小的顶点作为基点。

其中，上述计算经过平移后的基点且平行于第二坐标轴的直线与两条线段方程的交点，并作为待规划航线的起点和终点的步骤包括：以平移后的基点的第一坐标值作为待规划航线的起点和终点的第一坐标值；将平移后的基点的第一坐标值代入线段方程，进而求解出待规划航线的起点和终点的第二坐标值。

其中，上述从多个顶点中选择一基点，并根据预先设置的航线间距沿平行于第一坐标轴的方向对基点进行平移的步骤包括：在每次平移时，若基点的第一坐标值与多个顶点的第一坐标值的最小值的差值或基点的第一坐标值与多个顶点第一坐标值的最大值的差值小于航线间距，则以差值作为平移量对基点进行平移；否则以航线间距作为平移量对基点进行平移。

其中，在上述计算经过平移后的基点且平行于第二坐标轴的直线与两条所述线段方程的交点，并作为待规划航线的起点和终点的步骤之后进一步包括：将基点与基点邻近的航线的起点连接，将该航线的终点与该航线相邻的下一航线的起点连接，依次连接，以形成待规划蛇形航线；或将基点与基点具有相同第一坐标值的顶点连接，将顶点与顶点邻近的航线的起点连接，将该航线的起点与终点连接，将该航线的终点与该航线相邻的下一航线的起点连接，依次连接，以形成待规划蛇形航线。

其中，上述第一坐标值为经度坐标和纬度坐标中的一者，上述第二坐标值为经度坐标和纬度坐标中的另一者。

为解决上述技术问题，本发明实施例还提供了一种航线规划装置，该装置包括：位置信息获取模块，用于获取作业区域的至少三个顶点在第一坐标轴上的第一坐标值和在第二坐标轴上的第二坐标值；线段方程生成模块，用于根据至少三个顶点的第一坐标值和第二坐标值计算相邻的顶点之间连线的线段方程；平移模块，用于从多个顶点中选择一基点，并根据预先设置的航线间距沿平行于第一坐标轴的方向对基点进行平移；航线生成模块，用于计算经过平移后的基点且平行于第二坐标轴的直线与两条线段方程的交点，并作为待规划航线的起点和终点。

其中，上述航线生成模块选择第一坐标值最大或最小的顶点作为所述基点。

其中，上述航线生成模块将平移后的基点的第一坐标值作为待规划航线的起点和终点的第一坐标值；并将平移后的基点的第一坐标值代入线段方程，进而求解出待规划航线的起点和终点的第二坐标值。

其中，在每次平移时，若基点的第一坐标值与多个顶点的第一坐标值的最小值的差值或基点的第一坐标值与多个顶点第一坐标值的最大值的差值小于航线间距，则上述平移模块以差值作为平移量对基点进行平移；否则上述平移模块以航线间距作为平移量对基点进行平移。

本发明的有益效果是：区别于现有技术，在本发明所提供的航线规划方法及装置中，首先获取作业区域的至少三个顶点在第一坐标轴上的第一坐标值和在第二坐标轴上的第二坐标值，并根据至少三个顶点的第一坐标值和第二坐标值计算相邻的顶点之间连线的线段方程；然后从多个顶点中选择一基点，并根据预先设置的航线间距沿平行于第一坐标轴的方向对基点进行平移；最后计算经过平移后的基点且平行于第二坐标轴的直线与两条线段方程的交点，并作为待规划航线的起点和终点。通过这种方法，只需获取作业区域各顶点的第一坐标值、第二坐标值及航线间距，就能自动规划出整个作业区域的作业航线，该方法能够解决现有技术航线规划理论过于复杂，不易实现的问题，同时，该方法步骤简易，能够提高航线规划的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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是本发明航线规划方法一实施例的流程示意图；

图2是图1实施例中基点平移一实施例的示意图；

图3是利用图1实施例航线规划方法规划的航线一实施例的示意图；

图4是利用图1实施例航线规划方法规划的航线另一实施例的示意图；

图5是本发明航线规划装置一实施例的示意框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅图1，图1是本发明航线规划方法一实施例的流程示意图。本实施例包括以下步骤：

步骤101：获取作业区域的至少三个顶点在第一坐标轴上的第一坐标值和在第二坐标轴上的第二坐标值。

具体来说，参阅图2，在2实施例中，分别获取顶点D₁、D₂、D₃在第一坐标轴21上的第一坐标值a₁、a₂、a₃和在第二坐标轴22上的第二坐标值b₁、b₂、b₃，其中，a₁>a₃>＝a₂，b₃>b₁>b₂。当然在其它实施例中，还可以获取更多顶点的第一坐标值和第二坐标值，例如顶点D₄、D₅等。获取的该作业区域的顶点越多，航线规划就越精确，但航线规划效率就越低。

本实施例中，作业区域的顶点可以是作业区域的角点或作业区域边界处明显标志物图像点，具体不做限定。

步骤102：根据至少三个顶点的第一坐标值和第二坐标值计算相邻的顶点之间连线的线段方程。

具体来说，在图2实施例中，分别将顶点D₁、D₂的第一坐标值a₁、a₂和第二坐标值b₁、b₂代入下述直线方程：

y＝kx+c

其中，y为第一坐标参数，x为第二坐标参数。通过计算得到下述D₁、D₂之间连线的线段方程：

通过同样的方法，可以获得D₁、D₃之间及D₂、D₃之间的线段方程。由两顶点获得该两顶点间连线的线段方程的具体计算过程及其它相邻顶点间连线的线段方程的计算过程这里不进行叙述。

步骤103：从多个顶点中选择一基点，并根据预先设置的航线间距沿平行于第一坐标轴的方向对基点进行平移。

可选地，本实施例可以选择第一坐标值最大或最小的顶点作为基点。当然，在其它实施例中，还可以选择第二坐标值最大或最小的顶点作为基点。选择不同坐标轴上的不同坐标值作为基点，规划的航线方向不同；选择同一坐标轴上的不同坐标值作为基点，规划的航线的起点和终点不同(具体原理在下述内容中可得知)。

可选地，在每次平移时，若基点的第一坐标值与多个顶点的第一坐标值的最小值的差值或基点的第一坐标值与多个顶点第一坐标值的最大值的差值小于航线间距，则以差值作为平移量对基点进行平移；否则以航线间距作为平移量对基点进行平移。

具体来说，在图2实施例中，选择第一坐标轴21上的第一坐标值a₁、a₂、a₃中的最大值a₁的顶点D₁作为基点。先以航线间距d为平移量沿平行于第一坐标轴21的方向对基点D₁进行平移得到基点D₁₁，基点D₁₁的第一坐标值为a₁+1*d，以此类推，基点D₁平移n次后的基点D_1n的第一坐标值为a₁+n*d。但当基点D_1n第一坐标值与顶点D₂(D₂是该作业区域中具有最小第一坐标值的顶点)的第一坐标值的差值f小于d时，则以差值f作为平移量对基点D_1n进行平移，得到最后一个基点D_n，基点D_n的第一坐标值为a₁+n*d+f。因为，若基点D_1n也以航线间距d进行平移，则经基点D_1n平移后的基点会落入作业区域外，会导致作业资源的浪费。

步骤104：计算经过平移后的基点且平行于第二坐标轴的直线与两条线段方程的交点，并作为待规划航线的起点和终点。

可选地，步骤104具体包括：以平移后的基点的第一坐标值作为待规划航线的起点和终点的第一坐标值；将平移后的基点的第一坐标值代入线段方程，进而求解出待规划航线的起点和终点的第二坐标值。

具体来说，在图2实施例中，因为基点D₁是沿平行于第一坐标轴21方向进行平移的，所以平移后的基点D₁₁的第二坐标值不变，仍为b₁，平移后的基点D₁₁的第一坐标值为a₁+1*d；将该第一坐标值a₁+1*d作为基点D₁₁所在待规划航线的起点A₁及终点B₁的第一坐标值，同时将基点D₁₁的第一坐标值a₁+1*d代入D₁、D₂之间连线的线段方程(基点D₁₁的第一坐标值a₁+1*d在a₁与a₂范围内)：

通过计算求解出基点D₁₁的起点A₁的第二坐标值为：

同样地，将基点D₁₁的第一坐标值a₁+1*d代入D₁、D₃之间连线的线段方程(基点D₁₁的第一坐标值a₁+1*d在a₁与a₃范围内)，可以计算得到基点D₁₁所在的待规划航线的终点B₁的第二坐标值。

用上述计算方法可以计算得到各基点所在的航线的起点及终点的第一坐标值及第二坐标值。

当然，每条航线的起点与终点的区分由飞行器在该航线上的飞行方向来确定。

在一个应用场景中，上述实施例的航线间距d由飞行器作业设备参数及作业要求参数有关。例如在图像拍摄作业时，航线间距d为图像设备的视场宽度与图像重叠距离的差值，而图像设备的视场宽度由图像设备的视场角度及飞行器的飞行高度决定。

上述实施例已完成每条航线航点规划，即各航线的起点和终点的规划。飞行器可以采用多种方式完成在各航线上的飞行作业，以完成整个作业区域的飞行作业。

蛇形航线因其规划简单、便于飞行器作业，已广泛应用于现在的飞行器植保作业或图像拍摄作业等领域。

下面介绍本发明提出的蛇形航线规划方法，当然，蛇形航线规划只是本发明航线规划方法的一个实施例。

在上述实施的基础上，将基点与基点邻近的航线的起点连接，将该航线的起点与终点连接，将该航线的终点与该航线相邻的下一航线的起点连接，依次连接，以形成待规划蛇形航线；

或将基点与基点具有相同第一坐标值的顶点连接，将顶点与顶点邻近的航线的起点连接，将该航线的起点与终点连接，将该航线的终点与该航线相邻的下一航线的起点连接，依次连接，以形成待规划蛇形航线。

具体地，参阅图3，将基点D₁与基点D₁邻近的航线的起点A₁连接，将该航线的起点A₁与终点B₁连接，然后将该航线的终点B₁与该航线相邻的下一航线的起点A₂连接，依次连接，以形成待规划蛇形航线。当然也可以将基点D₁与B₁连接，A₁与B₂连接，以此类推，以形成蛇形航线。

当然也可以采用图4实施例所示的方式形成蛇形航线。具体地，可将基点D₁与基点D₁具有相同第一坐标值的顶点D₃连接，将顶点D₃与顶点D₃邻近的航线的起点B₁连接，将该航线的起点B₁与该航线的终点A₁连接，然后将该航线的终点A₁与该航线邻近的下一航线的起点B₂连接，依次连接，以形成待规划蛇形航线。当然也可以将基点D₁与A₁连接，将A₁与B₁连接，以此类推，以形成蛇形航线。

可选地，上述实施例的第一坐标值21为经度坐标和纬度坐标中的一者，第二坐标值22为经度坐标和纬度坐标中的另一者。

区别于现有技术，本实施例的航线规划方法，只需获取作业区域各顶点的第一坐标值、第二坐标值及航线间距，就能自动规划出整个作业区的作业航线，该方法能够解决现有技术航线规划理论过于复杂，不易实现的问题，同时，该方法步骤简易，能够提高航线规划的效率。

参阅图5，图5是本发明航线规划装置一实施例的结构示意图。本实施例包括：位置信息获取模块51，用于获取作业区域的至少三个顶点在第一坐标轴上的第一坐标值和在第二坐标轴上的第二坐标值。

线段方程生成模块52，用于根据至少三个顶点的第一坐标值和第二坐标值计算相邻的顶点之间连线的线段方程。线段方程生成方法已在上述方法实施例中进行了详细叙述，这里不赘述。

平移模块53，用于从多个顶点中选择一基点，并根据预先设置的航线间距沿平行于所述第一坐标轴的方向对基点进行平移。

可选地，本实施例的航线生成模块选择第一坐标值最大或最小的顶点作为所述基点。在其它实施例中，还可以选择第二坐标值最大或最小的顶点作为基点。

可选地，在每次平移时，若基点的第一坐标值与多个顶点的第一坐标值的最小值的差值或基点的第一坐标值与多个顶点第一坐标值的最大值的差值小于航线间距，则以差值作为平移量对基点进行平移；否则以航线间距作为平移量对基点进行平移。

航线生成模块54，用于计算经过平移后的基点且平行于第二坐标轴的直线与两条线段方程的交点，并作为待规划航线的起点和终点。

可选地，航线生成模块将平移后的基点的第一坐标值作为待规划航线的起点和终点的第一坐标值；并将平移后的基点的第一坐标值代入线段方程，进而求解出待规划航线的起点和终点的第二坐标值。该第二坐标值的求解方法已在上述方法实施例中进行了详细叙述，这里不赘述。

本发明公开的一种航线规划方法及装置可以应用于警用、城市管理、农业、地质、气象、抢险救灾、光伏电站、光热电站、风力电站等电力站的空中巡检、监测等方面。

区别于现有技术，本实施例的线段方程生成模块通过位置信息获取模块获取作业区域各顶点的第一坐标值及第二坐标值能获得相邻顶点之间连线的线段方程，航线生成模块只需利用平移模块根据航线间距平移后的基点的第一坐标值及该线段方程就能得到航线的起点及终点。该装置能够解决现有技术航线规划理论过于复杂，不易实现的问题，同时，能够提高航线规划的效率。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。