植保无人机作业航线规划方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无人机的航线规划领域，具体涉及一种植保无人机作业航线规划方法 及装置。
【背景技术】
[0002] 军事方面，无人机的航线规划已经有比较深入的研究，商业方面，随着无人机自主 配送服务逐渐在物流业中兴起，无人机配送航线规划方法也已得到应用，主要是根据配送 点的位置规划出较优的遍历航线，航拍方面，无人机的全覆盖航线规划方法也得到了广泛 运用。在植保作业方面，关于无人机的航线规划研究却相对较少，随着GIS与GPS技术的普 及和传感技术的发展，具有自主作业功能的植保无人机系统势必成为发展趋势，对于植保 无人机航线规划的研究也就显得尤为必要。
[0003] 目前对于植保无人机的研究还大多集中于远程控制飞行作业、分析人工遥控的问 题和改进措施上，而对于自主作业无人机的航线规划研究则很少。目前植保无人机的作业 主要还是人为遥控的，实际作业时对操作员依赖过大，作业航线往往又与理论航线偏离严 重，使无人机的作业遗漏率和重复率偏高，而且作业航线并未经过事先规划和比对，普遍是 随机沿着作业区域的某一边界方向进行往复喷施，效果较差。航拍时采用的航线规划方法， 虽然也属于全覆盖路径规划算法，但为保证拍摄的有效性，要求无人机旁向覆盖应至少超 出摄影边界线一定范围，采用这种方式会造成错误喷施和能量、药量的浪费。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于，提供一种植保无人机作业航线规划方法及装置，能够提高植 保无人机作业的精准性，降低重复覆盖率与漏喷率，从而能够节约能耗和耗药量。
[0005] 为此目的，一方面，本发明提出一种植保无人机作业航线规划方法，包括：
[0006] 获取待作业区域图像，在第一坐标系中将所述待作业区域图像拟合为凸多边形， 其中，所述第一坐标系以植保无人机的起始点为原点、以过原点东西方向的直线为横轴、以 过原点南北方向的直线为纵轴；
[0007] 对所述凸多边形对应的凸多边形区域进行坐标变换，坐标变换方程为
>其中，&为植保无人机的目标初始航向与所述第一坐标系 的横轴的夹角，Uy，y。，）为第二坐标系的原点CV在所述第一坐标系中的坐标，所述第二 坐标系的横轴正方向为植保无人机的目标初始航向，所述第二坐标系的纵轴与所述第一坐 标系的纵轴的夹角为&，（X，y)为所述凸多边形区域中的点在所述第一坐标系中的坐标， (X^，太）为（X，y)在所述第二坐标系中的坐标，（X^，太）在所述第二坐标系的第一象 限；
[0008] 在所述第二坐标系中利用直线y' =y' _-k' ·(!将所述多边形区域划分为多个 子作业区域，其中，
_为所述凸多边形区域在所述第二 坐标系中的最大纵坐标，太_为所述凸多边形区域在所述第二坐标系中的最小纵坐标，d 为植保无人机喷施幅宽；
[0009] 对于所述第二坐标系中每一个子作业区域，将所述第二坐标系中横坐标为该子作 业区域最小横坐标，纵坐标为该子作业区域最小纵坐标和最大纵坐标的均值的点，以及横 坐标为该子作业区域最大横坐标，纵坐标为该子作业区域最小纵坐标和最大纵坐标的均值 的点作为所述第二坐标系中该子作业区域对应的飞行航点，连接该子作业区域对应的飞行 航点得到所述第二坐标系中该子作业区域对应的飞行航线片段；
[0010] 将所述第二坐标系中的各条飞行航线片段中距离所述第二坐标系的横轴最近的 飞行航线片段的第一端点作为所述第二坐标系中植保无人机的航线起始点，对所述第二坐 标系中的各条飞行航线片段进行连接，得到所述第二坐标系中植保无人机的飞行航线，其 中，所述第一端点为该距离所述第二坐标系的横轴最短的飞行航线片段的端点中距离所述 第二坐标系的原点〇'最近的点，所述第二坐标系中的相邻飞行航线片段的连接点为该相 邻飞行航线片段中每一条飞行航线片段的横坐标最小的点或者横坐标最大的点；
[0011] 将所述第二坐标系中植保无人机的飞行航线转换回所述第一坐标系中，得到所述 第一坐标系中植保无人机的飞行航线。
[0012] 另一方面，本发明提出一种植保无人机作业航线规划装置，包括：
[0013] 拟合单元，用于获取待作业区域图像，在第一坐标系中将所述待作业区域图像拟 合为凸多边形，其中，所述第一坐标系以植保无人机的起始点为原点、以过原点东西方向的 直线为横轴、以过原点南北方向的直线为纵轴；
[0014] 坐标变换单元，用于对所述凸多边形对应的凸多边形区域进行坐标变换，坐标变 换方程为
其中，G为植保无人机的目标初始航向与所述第 一坐标系的横轴的夹角，Uy，y。，）为第二坐标系的原点CV在所述第一坐标系中的坐标， 所述第二坐标系的横轴正方向为植保无人机的目标初始航向，所述第二坐标系的纵轴与所 述第一坐标系的纵轴的夹角为(X，y)为所述凸多边形区域中的点在所述第一坐标系中 的坐标，，太）为（x，y)在所述第二坐标系中的坐标，，太）在所述第二坐标系 的第一象限；
[0015] 划分单元，用于在所述第二坐标系中利用直线y' =y' _-k' ·(!将所述多边形 区域划分为多个子作业区域，其中，
· ^ _为所述凸多边形 区域在所述第二坐标系中的最大纵坐标，太_为所述凸多边形区域在所述第二坐标系中 的最小纵坐标，d为植保无人机喷施幅宽；
[0016] 第一航线片段计算单元，用于对于所述第二坐标系中每一个子作业区域，将所述 第二坐标系中横坐标为该子作业区域最小横坐标，纵坐标为该子作业区域最小纵坐标和最 大纵坐标的均值的点，以及横坐标为该子作业区域最大横坐标，纵坐标为该子作业区域最 小纵坐标和最大纵坐标的均值的点作为所述第二坐标系中该子作业区域对应的飞行航点， 连接该子作业区域对应的飞行航点得到所述第二坐标系中该子作业区域对应的飞行航线 片段；
[0017] 第一航线计算单元，用于将所述第二坐标系中的各条飞行航线片段中距离所述第 二坐标系的横轴最近的飞行航线片段的第一端点作为所述第二坐标系中植保无人机的航 线起始点，对所述第二坐标系中的各条飞行航线片段进行连接，得到所述第二坐标系中植 保无人机的飞行航线，其中，所述第一端点为该距离所述第二坐标系的横轴最短的飞行航 线片段的端点中距离所述第二坐标系的原点CV最近的点，所述第二坐标系中的相邻飞行 航线片段的连接点为该相邻飞行航线片段中每一条飞行航线片段的横坐标最小的点或者 横坐标最大的点；
[0018] 第二航线计算单元，用于将所述第二坐标系中植保无人机的飞行航线转换回所述 第一坐标系中，得到所述第一坐标系中植保无人机的飞行航线。
[0019] 本发明实施例所述的植保无人机作业航线规划方法及装置，在无人机作业之前， 能够根据指定的作业方向快速规划出合适的作业航线，相对于传统的未经规划而直接依靠 操作员视觉判断来设定作业航线和航拍时采用的航线规划方法要求无人机旁向覆盖应至 少超出摄影边界线一定范围，本发明提高了作业的精准性、降低了重复覆盖率与漏喷率，节 约了能耗量和耗药量，而且此方法搭配自主作业植保无人机，既可减少人力的消耗，又能节 省现场规划航线所需的时间，使植保作业更高效、更智能，同时在作业之前就可对能耗量和 耗药量做出相应的估计，便于无人机作业的相关管理。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明植保无人机作业航线规划方法一实施例的流程示意图；
[0021] 图2为本发明植保无人机作业航线规划方法另一实施例中得到的飞行航线示意 图；
[0022] 图3为本发明植保无人机作业航线规划装置一实施例的方框结构示意图。
【具体实施方式】
[0023] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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地描述，显然，所描述的实施例是本发明 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 做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。
[0024] 如图1所示，本实施例公开一种植保无人机作业航线规划方法，包括：
[0025] S1、获取待作业区域图像，在第一坐标系中将所述待作业区域图像拟合为凸多边 形，其中，所述第一坐标系以植保无人机的起始点为原点、以过原点东西方向的直线为横 轴、以过原点南北方向的直线为纵轴；
[0026] S 2、对所述凸多边形对应的凸多边形区域进行坐标变换，坐标变换方程为
其中，；为植保无人机的目标初始航向与所述第一坐标系 的横轴的夹角，Uy，y。，）为第二坐标系的原点CV在所述第一坐标系中的坐标，所述第二 坐标系的横轴正方向为植保无人机的目标初始航向，所述第二坐标系的纵轴与所述第一坐 标系的纵轴的夹角为(X，y)为所述凸多边形区域中的点在所述第一坐标系中的坐标， (χ<，太）为（x，y)在所述第二坐标系中的坐标，（χ<，太）在所述第二坐标系的第一象 限；
[0027] S3、在所述第二坐标系中利用直线y' =y' _-k' ·(!将所述多边形区域划分为 多个子作业区域，其中，
^ _为所述凸多边形区域在所述 第二坐标系中的最大纵坐标，y' _为所述凸多边形区域在所述第二坐标系中的最小纵坐 标，d为植保无人机喷施幅宽；
[0028] S4、对于所述第二坐标系中每一个子作业区域，将