一种用于无人机续航能力的多起降点航线规划方法
【专利说明】一种用于无人机续航能力的多起降点航线规划方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及测绘遥感技术领域，尤其是在旋翼无人机在进行较大范围航拍中一次飞行难以完成整个作业任务时，而进行的观测区进行分区采集技术和方法。
【背景技术】
[0003]无人机在在进行摄影测量应用或者遥感应用中，通过无人机上搭载的光学传感器采集地面目标。测绘或者遥感应用中需要对被感知区域采集完整全覆盖的影像数据，由于无人机收到电池容量以及飞行控制无线电通信距离的限制，一次飞行能够采集的数据的范围是有限的。因此，在一个较大的测区范围内需要通过多个架次的飞行才能完成整个较大范围测区的数据采集工作。
[0004]无人机遥感数据采集通常需要采用传感器对测区进行全覆盖采集，因此，航迹规划通常需要结合无人机传感器的参数进行设置。以摄影测量应用为例，现有的无人机飞行航线规划方法主要是从传统摄影测量航飞数据采集需求出发，考虑的内容包括:地面分辨率、重叠率、地形高度等参数，以及在特定区域进行航迹规划或者动态规划的方法，如:针对海岛测绘的无人机航迹规划、针对飞行过程中动态更改飞行计划的航迹优化等。另外，不少无人机航迹规划方法主要是针对固定翼无人机，固定翼飞机在进行飞行的航迹与旋翼无人机有较大的差异，固定翼不能悬停和转弯，其转弯需要倾斜滑行一定角度，而旋翼无人机可以进行空中悬停和直接转弯。此外，为了避免由于电池引起的坠机风险，只要一个起降，就需要更换电池，通常，为了充分利用电池，一个架次会在电池能力允许的范围内尽快扩大飞行的范围。现有的航迹规划方法较少涉及对此进行考虑。
[0005]旋翼无人机的续航能力较弱，因此，利用旋翼无人机进行大范围测图或者遥感数据采集中，除了需要采集能够满足无人机测图需要的图像分辨率，还需要频繁起降更换无人机电池的实际需要。在满足测区的一定密度的航飞要求的前提条件下，一个作业测区中尽量减少无人机飞行的距离，可以降低作业成本和飞行中的风险，另一方面，又希望在一个架次中完成尽量多的作业面积。实际上，由于续航的限制，为了节约电力航飞过程中需要根据无人机飞行的需要而不停的转场。转场意味着起降点的更换，同时，也会让原有的航线规划。现有的方法基本上没有考虑在较大范围测区进行作业时，旋翼无人机的续航能力限制、电池频繁更换、多个起降点起飞的特点，以及也没有估计到同一个测区多个无人机协同作业的特点。现有的无人机作业航迹规划软件，大多起源于固定翼的需要，没有考虑旋翼无人机需要频繁规划更换电池和转场的需要、作业路线相对较短的现实特性。
[0006]
【发明内容】
[0007]针对上述问题，本发明设计出一种用于旋翼无人机进行较大范围测绘或者遥感应用中所需要的测区分块与规划方法。较大范围是指在一个飞行架次难以完成全覆盖测量的范围。
[0008]本发明的技术方案是提供一种用于无人机续航能力的多起降点航线规划方法，其特征在于，所述方法将无人机的起降点作为一个参数用于航迹规划，并且根据无人机单次飞行作业能力的限制，结合起降点的分布将一个测区进行划分;其包括以下几个步骤:
(1)用户在地图上勾画测区的飞行边界，用户根据现场的飞行作业的方便程度、通视条件等考虑在地图上设定作业起降点；
(2)通过用户指定的影像分辨率等参数，结合所使用的光学传感器计算出需要飞行的航高，或者用户人工指定飞行航高；
(3)用户设定无人机其他飞行参数，包括:单次飞行作业时间、飞行速度、转弯半径等；
(4)结合需要采集的影像的重叠图，规划算法自动计算出整个测区的航迹线，这个整体航迹线是初始航迹，后续处理需要根据起降点对这个初始航迹进行分块；
(5)根据之前设定的无人机的起降点，对整个测区进行分块，形成子块，每个子块就是一个子作业测区；
(6)子块的调整:用户可以调整起降点，对起降点的数量和位置进行调整，系统根据人工调整后的起降点，用户亦可以人工调整各个子块的边界，包括调整子测区的编辑、合并相互邻接的较小的子测区等操作；
(7)经过调整后的子块，通过计算子块内的航迹长度和往返起降点的距离来检核总的作业时间，尽量让一个子块完成所需的总的飞行时间是单次航飞作业时间的整数倍，便于充分利用每次更换的电池的电能，提高作业效率；
(8)产生的整个测区的航迹包含分块航迹和包含每个航迹对应飞行到起降点的路径信息;
(9)无人机的飞行作业可以从某个起降点开始，完成该起降点所包含的所有子块，就可依次转场到下一个起降点，逐步完成所有的子块；
(10)在多无人机协同作业时，可以将分块作业任务给不同的无人机，每个无人机分别完成各自的作业子块。
[0009]优选的，每个所述子块是一个相对独立的作业任务，子测区的完整飞行航迹需要加上往返测区需要的飞行距离，总的飞行时间不超过无人机的单次作业飞行续航时间极限;子块的分解还需要考虑地形的高差，以保证地面采集的图像像素分辨率;子块的边界范围可以是人工勾画的，也可以是通过半自动的方式生成子块。
[0010]优选的，自动进行初步规划的航迹线结果不能保证完全符合航飞作业人员的实际需要，允许人工调整;允许无人机的起飞和降落分别在不同的点上，即:起飞在一个起降点，降落在另一个起降点，这样的处理可以帮助提高专场效率。
[0011]优选的，用户可以在测区内或者测区附近指定多个无人机航飞的起降点。
[0012]优选的，结合用户指定的起降点、所使用的无人机的飞行能力、已经预设的飞行参数(包括:航高、速度、飞行时间等)等信息，航线规划程序规划出由一系列分块航迹组成的整体航迹，分块航迹除了考虑作业所必须的航迹之外，还要将无人机往返起降点所产生的额外飞行距离、每个分块内的高程差额，以保证合理的飞行距离和地面像素分辨率。
[0013]优选的，用户可以在无人机作业过程中更改起降点的个数、起降点的位置，以及调整某个起降点的作业范围，所规划的航线会同步调整，保证整个飞行航迹不出现漏洞或者重叠度不够的问题。
[0014]通过发明一种针对旋翼无人机作业电池频繁更换、频繁起降和作业中多次转场的需要的航迹规划方法，能够让旋翼无人机更加适合测绘和遥感的实际应用。本发明中，旋翼无人机作业员可以通过指定起降点，航迹规划系统会根据作业员提供的起降点、作业范围以及作业参数生成出一个估计起降点和无人机作业能力的分块航迹规划，作业员通过对生成的分块航迹进行检查和调整，从而可以生成一个相对优化的无人机作业航迹。本发明除了能够减少旋翼无人机在实际作业中的飞行距离，提高作业效率，这种分块的航迹规划还能够支持多个无人机对同一个测区进行协同作业。
[0015]
【附图说明】
[0016]图1是本发明最佳实施例的人工勾画的作业范围示意图；
图2是本发明最佳实施例的作业范围内选择的无人机起降点示意图；
图3是本发明最佳实施例的根据无人机起降点而产生的子块示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面对本发明的【具体实施方式】作进一步详细的描述。
[0018]如图1和图2所示，本发明的一种用于无人机续航能力的多起降点航线规划方法，其特征在于，所述方法将无人机的起降点作为一个参数用于航迹规划，并且根据无人机单次飞行作业能力的限制，结合起降点的分布将一个测区进行划分;其包括以下几个步骤:
(1)用户在地图上勾画测区的飞行边界，用户根据现场的飞行作业的方便程度、通视条件等考虑在地图上设定作业起降点；
(2)通过用户指定的影像分辨率等参数，结合所使用的光学传感器计算出需要飞行的航高，或者用户人工指定飞行航高；
(3)用户设定无人机其他飞行参数，包括:单次飞行作业时间、飞行速度、转弯半径等；
(4)结合需要采集的影像的重叠图，规划算法自动计算出整个测区的航迹线，这个整体航迹线是初始航迹，后续处理需要根据起降点对这个初始航迹进行分块；
(5)根据之前设定的无人机的起降点，对整个测区进行分块，形成子块，每个子块就是一个子作业测区；
(6)子块的调整:用户可以调整