一种无人机飞行路径规划方法和装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种无人机飞行路径规划方法和装置。该方法包括：接收用户输入的航点；根据所述航点的坐标信息确定包含所述航点的圆弧的方程式，所述坐标信息包括经度信息和纬度信息；根据所述圆弧的方程式和所述航点的坐标信息对所述航点进行细分，得到细分航点的坐标信息；将所述航点和所述细分航点的坐标信息作为无人机的飞行路径。本方案使得无人机更加安全高效地完成飞行任务，提高了无人机在复杂环境中执行航线任务的适应性。
【专利说明】
一种无人机飞行路径规划方法和装置
技术领域
[0001]本发明实施例涉及无人机技术，尤其涉及一种无人机飞行路径规划方法和装置。
【背景技术】
[0002]随着无人机技术的发展，无人机被应用到很多领域。例如，使用无人机对建筑物进行三维扫描。目前，无人机在航线飞行时一般都是采用直线飞行的方法，即选定航线上的GPS航点(如A、B、C、D、E等)后，无人机从A开始，再到B，然后到C，以此类推以航点到航点间直线飞行的方式完所有的标记航点的自动航线飞行。
[0003]现有技术中，很多设计者出于安全性的考虑会进一步简化无人机航线飞行的步骤，即先让无人机飞到预定高度，再考虑在该高度的二维平面内的飞行。比如无人机要从A点飞到B点，A的高度为15m，B的高度为20m。无人机会先上升5m到达20m的高度，然后再在二维平面内执行从A飞至B的指令。此种情况本质上来说也是航点间的直线飞行。
[0004]上述无人机在航点间的直线飞行模式缺陷在于:仅适用于空旷的空间，无法应用于复杂的环境中；在使用无人机完成建筑物扫描的过程中，若建筑物的形状为圆形或不规则形状，受限于扫描设备的工作距离，其无法实现在有效范围内对建筑物进行扫描，且在无人机的飞行过程中飞行距离远，消耗的电能多，致使无人机执行任务的有效工作时间大大缩短。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种无人机飞行路径规划方法和装置，以使得无人机更加安全高效地完成飞行任务，提高了无人机在复杂环境中执行任务的适应性。
[0006]第一方面，本发明实施例提供了一种无人机飞行路径规划方法，包括:
[0007]接收用户输入的航点；
[0008]根据所述航点的坐标信息确定包含所述航点的圆弧的方程式，所述坐标信息包括经度信息和玮度信息；
[0009]根据所述圆弧的方程式和所述航点的坐标信息对所述航点进行细分，得到细分航点的坐标信息；
[0010]将所述航点和所述细分航点的坐标信息作为无人机的飞行路径。
[0011]在上述技术方案中，优选的是，在接收用户输入的航点后，还包括:接收用户输入的所述航点对应的高度信息；
[0012]相应的，所述坐标信息包括经度信息、玮度信息和高度信息。
[0013]在上述技术方案中，优选的是，根据所述航点的坐标信息确定包含所述航点的圆弧的方程式包括:
[0014]将所述航点按顺序进行分组，其中每组包含三个航点，根据每组中的航点的坐标信息分别确定每组航点对应的包含所述航点的圆弧的方程式。
[0015]在上述技术方案中，优选的是，还包括:
[0016]监听用户的选择操作，将用户选择的航点设置为连接航点，将相邻的两个所述连接航点的飞行路径设置为直线。
[0017]在上述技术方案中，优选的是，根据所述航点的坐标信息确定包含所述航点的圆弧的方程式包括:
[0018]建立以无人机起飞点为零点的坐标系，将所述航点的坐标信息映射为坐标系中的点，在所述坐标系中确定包含所述航点的圆弧的方程式。
[0019]第二方面，本发明实施例还提供了一种无人机飞行路径规划装置，包括:
[0020]航点接收模块，用于接收用户输入的航点；
[0021]弧线计算模块，用于根据所述航点的坐标信息确定包含所述航点的圆弧的方程式，所述坐标信息包括经度信息和玮度信息；
[0022]航点细分模块，用于根据所述圆弧的方程式和所述航点的坐标信息对所述航点进行细分，得到细分航点的坐标信息；
[0023]飞行路径确定模块，用于将所述航点和所述细分航点的坐标信息作为无人机的飞行路径。
[0024]在上述技术方案中，优选的是，所述航点接收模块还用于:接收用户输入的所述航点对应的高度信息；
[0025]相应的，所述坐标信息包括经度信息、玮度信息和高度信息。
[0026]在上述技术方案中，优选的是，所述弧线计算模块具体用于:
?0027] 将所述航点按顺序进行分组，其中每组包含三个航点，根据每组中的航点的坐标信息分别确定每组航点对应的包含所述航点的圆弧的方程式。
[0028]在上述技术方案中，优选的是，所述航点接收模块还用于:
[0029]监听用户的选择操作，将用户选择的航点设置为连接航点，将相邻的两个所述连接航点的飞行路径设置为直线。
[0030]在上述技术方案中，优选的是，所述弧线计算模块具体用于:
[0031]建立以无人机起飞点为零点的坐标系，将所述航点的坐标信息映射为坐标系中的点，在所述坐标系中确定包含所述航点的圆弧的方程式。
[0032]本发明通过接收用户输入的航点，根据所述航点的坐标信息确定包含所述航点的圆弧的方程式，所述坐标信息包括经度信息和玮度信息，根据所述圆弧的方程式和所述航点的坐标信息对所述航点进行细分，得到细分航点的坐标信息，将所述航点和所述细分航点的坐标信息作为无人机的飞行路径，解决现有无人机飞行路径规划方案仅适用于空旷的空间，无法应用于复杂的环境中且在无人机的飞行过程中飞行距离远，消耗的电能多，有效工作时间短的问题。实现了无人机更加安全高效地完成飞行任务，提高了无人机在复杂环境中执行任务的适应性。
【附图说明】
[0033]图1为本发明实施例一提供的无人机飞行路径规划方法的流程图；
[0034]图2示出了现有技术中的一种飞行路径规划方法的示意图；
[0035]图3为本发明实施例一提供的一种无人机飞行路径规划方法的示意图；
[0036]图4为本发明实施例二提供的一种无人机飞行路径规划方法的示意图；
[0037]图5为本发明实施例三提供的无人机飞行路径规划方法的流程图；
[0038]图6为本发明实施例三提供的一种无人机飞行路径规划方法的示意图；
[0039]图7为本发明实施例四提供的无人机飞行路径规划方法的流程图；
[0040]图8为本发明实施例四提供的一种无人机飞行路径规划方法的示意图；
[0041 ]图9为本发明实施例五提供的无人机飞行路径规划装置的结构图。
【具体实施方式】
[0042]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
[0043]实施例一
[0044]图1为本发明实施例一提供的无人机飞行路径规划方法的流程图，本实施例可适用于无人机起飞飞行过程中，进行航拍或对建筑物进行扫描的情况，该方法可以由平板电脑、手机或计算机等具备运算能力的设备来执行，具体包括如下步骤:
[0045]步骤101、接收用户输入的航点。
[0046]其中，航点代表无人机在飞行过程中需要经过的点，通过对航点的设定即可设定无人机的飞行路径。例如，在现有技术中，首先设定多个航点，之后无人机沿着各个航点进行直线飞行。示例性的，图2示出了现有技术中的一种飞行路径规划方法的示意图。如图2所示，假设无人机需要围绕途中的圆形区域飞行，首先用户输入A、B、C三个航点，之后无人机有A直线飞行到B，再由B直线飞行到C，再由C直线飞行到A。其中，示例性的，用户输入航点的方式可以是在地面端的软件中直接进行标记，该地面端软件为针对无人机开发的专用软件，该软件中集成有谷歌地球数据库插件，如在谷歌地图插件中通过点选地图中的位置作为无人机的航点，还可以是用户手动输入航点的位置信息，如输入经玮度。
[0047]步骤102、根据所述航点的坐标信息确定包含所述航点的圆弧的方程式，所述坐标信息包括经度信息和玮度信息。
[0048]示例性的，根据三个点可以唯一确定一个圆的原理，根据三个航点即可确定包含该航点的圆弧。图3为本发明实施例一提供的一种无人机飞行路径规划方法的示意图。如图3所示，图中标记有三个航点A1、B1和Cl。中间的圆形区域为无人机需要飞行拍摄的区域，根据A1、B1和Cl确定的圆弧为外圈的圆形。具体的，坐标信息包括经度信息和玮度信息，即通过Al、B1和Cl各自的经度和玮度坐标即可得到该Al到BI，B1再到Cl，C1再到Al的圆弧。
[0049]步骤103、根据所述圆弧的方程式和所述航点的坐标信息对所述航点进行细分，得到细分航点的坐标信息。
[0050]其中，根据用户输入的航点得到覆盖这些航点的圆弧后，在航点之间增加细分航点，如图3所示，在A1、B1和Cl之间细分出了多个航点。具体的，细分航点间距大小依据具体的圆弧弧度的大小。可选的，圆形的半径越大需要细分的航点数量越少，即细分航点之间的间隔越大。由于航点弧线所在圆的半径越大，意味着在两个航点之间的弧线越接近于直线，故需要细分的航点越少，相反的，则细分航点越多以满足无人机飞行过程中能够沿着圆弧路径飞行的目的。根据航点Al、B1和Cl的坐标和由其确定的圆弧的方程式相应的可得到细分航点a_e的坐标。
[0051]步骤104、将所述航点和所述细分航点的坐标信息作为无人机的飞行路径。
[0052]其中，无人机的在飞行过程中其飞控单元会实时获取当前无人机的飞行信息(如经度、玮度等)，在飞行时实时校准飞行参数以执行预定的飞行路径，该预定的飞行路径即本步骤中得到的用户原始输入的几个航点和由该少量航点细分得到的大量细分航点的经玮度坐标组成。
[0053]该无人机飞行路径规划方法的工作原理:利用三点确认空间唯一的圆，再将圆弧进行自动细分，细分为多个细分航点共同组成无人机的飞行路径。
[0054]本实施例的技术方案，通过接收用户输入的航点，根据所述航点的坐标信息确定包含所述航点的圆弧的方程式，所述坐标信息包括经度信息和玮度信息，根据所述圆弧的方程式和所述航点的坐标信息对所述航点进行细分，得到细分航点的坐标信息，将所述航点和所述细分航点的坐标信息作为无人机的飞行路径。解决现有无人机飞行路径规划方案仅适用于空旷的空间，无法应用于复杂的环境中且在无人机的飞行过程中飞行距离远，消耗的电能多，有效工作时间短的问题。实现了无人机更加安全高效地完成飞行任务，提高了无人机在复杂环境中执行任务的适应性。
[0055]实施例二
[0056]图4为本发明实施例二提供的一种无人机飞行路径规划方法的示意图。本实施例在实施例一的基础上，进一步增加了航点的高度信息，具体的:
[0057]在上述技术方案的基础上，在接收用户输入的航点后，还包括:接收用户输入的所述航点对应的高度信息;相应的，所述坐标信息包括经度信息、玮度信息和高度信息。
[0058]示例性的，可以在地图软件中进行场景切换，有平面视角切换为立体视角，由此直接点选立体空间中的点，该点即具备高度信息。可选的，用户还可以手动输入高度信息值的大小。如图4所示，利用三点确认空间唯一的圆的原理，根据航点A2、B2和C2可唯一确定一经过此三点的圆弧，由于本实施例中引入了航点的高度信息，即通过A2、B2和C2的弧线也具备了高度值，相应的细分航点的坐标信息也包括了经度信息、玮度信息和高度信息。
[0059]在上述各实施例的基础上，根据所述航点的坐标信息确定包含所述航点的圆弧的方程式包括:建立以无人机起飞点为零点的坐标系，将所述航点的坐标信息映射为坐标系中的点，在所述坐标系中确定包含所述航点的圆弧的方程式。如图4所示，建立空间坐标系x，y，z。其中ο为零点坐标，将航点的坐标信息映射到坐标系中，根据航点坐标得到该通过A2、B2和C2的圆弧的方程式。
[0060]实施例三
[0061]图5为本发明实施例三提供的无人机飞行路径规划方法的流程图，本实施例在上述各实施例的基础上，给出了一种无人机环绕单个物体飞行的路径规划方法。具体的包括:
[0062]步骤201、接收用户输入的航点。
[0063]步骤202、将所述航点按顺序进行分组，其中每组包含三个航点，根据每组中的航点的坐标信息分别确定每组航点对应的包含所述航点的圆弧的方程式。
[0064]示例性的，如图6所示。图6为本发明实施例三提供的一种无人机飞行路径规划方法的示意图，用户输入的航点为A3、B3、C3、D3...，根据三点唯一确定一个圆的原理，将用户给定的航点中的三个确定为一组，即A3、B3和C3为一组，C3、D3和E3为一组(图中隐去了 E3的标记)。由每组中的三个航点确定唯一的圆的方程式，如此实现了连续的可具备高度差的曲线飞行路径。
[0065]步骤203、根据所述圆弧的方程式和所述航点的坐标信息对所述航点进行细分，得到细分航点的坐标信息。
[0066]步骤204、将所述航点和所述细分航点的坐标信息作为无人机的飞行路径。
[0067]本实施例的技术方案，通过对用户输入的一系列航点进行分组后，由每一组中的三个航点确定圆弧飞行路径，完成了针对单个目标的曲线路径规划以进行3D航拍或扫描。
[0068]实施例四
[0069]图7为本发明实施例四提供的无人机飞行路径规划方法的流程图，本实施例在上述各实施例的基础上，给出了一种无人机环绕多个物体飞行的路径规划方法。具体的包括:
[0070]步骤301、接收用户输入的航点。
[0071]步骤302、将所述航点按顺序进行分组，其中每组包含三个航点，根据每组中的航点的坐标信息分别确定每组航点对应的包含所述航点的圆弧的方程式，监听用户的选择操作，将用户选择的航点设置为连接航点，将相邻的两个所述连接航点的飞行路径设置为直线。
[0072]示例性的，如图8所示。图8为本发明实施例四提供的一种无人机飞行路径规划方法的示意图，其中，目标一、目标二和目标三为三个独立的目标物体。其中，A4到B4，C4到D4为直线路径。即A4、B4、C4和D4为用户选择设置的连接航点。本方案中，在飞行路径规划时，为适应多个目标的连续性航拍或扫描，在目标之间采用连接航点，规划的路径对应的为直线路径，以完成无人机在多个目标之间的切换。
[0073]步骤303、根据所述圆弧的方程式和所述航点的坐标信息对所述航点进行细分，得到细分航点的坐标信息。
[0074]步骤304、将所述航点和所述细分航点的坐标信息作为无人机的飞行路径。
[0075]本实施例的技术方案，通过对用户输入的一系列航点进行分组的同时，记录用户选择的连接航点，由每一组中的三个航点确定圆弧，连接航点确定多个物体之间的切换路径，完成了针对多个目标的曲线路径规划以进行3D航拍或扫描。
[0076]实施例五
[0077]图9为本发明实施例五提供的无人机飞行路径规划装置的结构图，具体包括:
[0078]航点接收模块I，用于接收用户输入的航点；
[0079]弧线计算模块2，用于根据所述航点的坐标信息确定包含所述航点的圆弧的方程式，所述坐标信息包括经度信息和玮度信息；
[0080]航点细分模块3，用于根据所述圆弧的方程式和所述航点的坐标信息对所述航点进行细分，得到细分航点的坐标信息；
[0081]飞行路径确定模块4，用于将所述航点和所述细分航点的坐标信息作为无人机的飞行路径。
[0082]本实施例提供的技术方案，通过接收用户输入的航点，根据所述航点的坐标信息确定包含所述航点的圆弧的方程式，所述坐标信息包括经度信息和玮度信息，根据所述圆弧的方程式和所述航点的坐标信息对所述航点进行细分，得到细分航点的坐标信息，将所述航点和所述细分航点的坐标信息作为无人机的飞行路径，解决现有无人机飞行路径规划方案仅适用于空旷的空间，无法应用于复杂的环境中且在无人机的飞行过程中飞行距离远，消耗的电能多，有效工作时间短的问题，实现了无人机更加安全高效地完成飞行任务，提高了无人机在复杂环境的适应性。
[0083]在上述技术方案的基础上，所述航点接收模块还用于:接收用户输入的所述航点对应的高度信息；
[0084]相应的，所述坐标信息包括经度信息、玮度信息和高度信息。
[0085]在上述技术方案的基础上，所述弧线计算模块具体用于:
[0086]将所述航点按顺序进行分组，其中每组包含三个航点，根据每组中的航点的坐标信息分别确定每组航点对应的包含所述航点的圆弧的方程式。
[0087]在上述技术方案的基础上，所述航点接收模块还用于:
[0088]监听用户的选择操作，将用户选择的航点设置为连接航点，将相邻的两个所述连接航点的飞行路径设置为直线。
[0089]在上述技术方案的基础上，所述弧线计算模块具体用于:
[0090]建立以无人机起飞点为零点的坐标系，将所述航点的坐标信息映射为空间坐标系中的点，在所述空间坐标系中确定包含所述航点的圆弧的方程式。
[0091]上述产品可执行本发明任意实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
[0092]注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
【主权项】
1.一种无人机飞行路径规划方法，其特征在于，包括: 接收用户输入的航点； 根据所述航点的坐标信息确定包含所述航点的圆弧的方程式，所述坐标信息包括经度信息和玮度信息； 根据所述圆弧的方程式和所述航点的坐标信息对所述航点进行细分，得到细分航点的坐标信息； 将所述航点和所述细分航点的坐标信息作为无人机的飞行路径。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在接收用户输入的航点后，还包括:接收用户输入的所述航点对应的高度信息； 相应的，所述坐标信息包括经度信息、玮度信息和高度信息。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据所述航点的坐标信息确定包含所述航点的圆弧的方程式包括: 将所述航点按顺序进行分组，其中每组包含三个航点，根据每组中的航点的坐标信息分别确定每组航点对应的包含所述航点的圆弧的方程式。4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括: 监听用户的选择操作，将用户选择的航点设置为连接航点，将相邻的两个所述连接航点的飞行路径设置为直线。5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据所述航点的坐标信息确定包含所述航点的圆弧的方程式包括: 建立以无人机起飞点为零点的坐标系，将所述航点的坐标信息映射为坐标系中的点，在所述坐标系中确定包含所述航点的圆弧的方程式。6.一种无人机飞行路径规划装置，其特征在于，包括: 航点接收模块，用于接收用户输入的航点； 弧线计算模块，用于根据所述航点的坐标信息确定包含所述航点的圆弧的方程式，所述坐标信息包括经度信息和玮度信息； 航点细分模块，用于根据所述圆弧的方程式和所述航点的坐标信息对所述航点进行细分，得到细分航点的坐标信息； 飞行路径确定模块，用于将所述航点和所述细分航点的坐标信息作为无人机的飞行路径。7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述航点接收模块还用于:接收用户输入的所述航点对应的高度信息； 相应的，所述坐标信息包括经度信息、玮度信息和高度信息。8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述弧线计算模块具体用于: 将所述航点按顺序进行分组，其中每组包含三个航点，根据每组中的航点的坐标信息分别确定每组航点对应的包含所述航点的圆弧的方程式。9.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述航点接收模块还用于: 监听用户的选择操作，将用户选择的航点设置为连接航点，将相邻的两个所述连接航点的飞行路径设置为直线。10.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述弧线计算模块具体用于: 建立以无人机起飞点为零点的坐标系，将所述航点的坐标信息映射为坐标系中的点，在所述坐标系中确定包含所述航点的圆弧的方程式。
【文档编号】G05D1/10GK106054920SQ201610398423
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月7日
【发明人】兰功金, 郝祁, 胡晨旭
【申请人】南方科技大学