一种农田作业区域边界点和无人直升机位置点绘图方法
【专利摘要】本发明公开了一种农田作业区域边界点和无人直升机位置点绘图方法，根据无人直升机机载GPS模块和手持GPS设备传到移动设备上的经度和纬度信息，确定一个合适的坐标转换系统，将手持GPS设备传过来的经度和纬度表示的农田作业区域边界点，正确地表示成包含刻度的二维直角坐标系中的坐标点，并且在移动设备的屏显程序上绘制出农田作业区域边界，将无人直升机的机载GPS模块传过来的经度和纬度表示的点，转换到农田作业区域所在的二维直角坐标系当中，绘制无人直升机飞行的实时航迹。本发明方法绘制出的农田作业区域边界精度极高，实时性好，可靠性高；大大降低了无人直升机操控手的操作难度，提高了无人直升机的飞行安全系数，从而提高了机械作业的效率。
【专利说明】一种农田作业区域边界点和无人直升机位置点绘图方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种农田作业区域边界点和无人直升机位置点绘图方法。
【背景技术】
[0002]在农业部的大力推进下，近年来我国在耕、播、收等机械化水平有了显着提高，但农药喷洒(特别是水稻农药喷洒)，基本上还是传统的人工操作。我国是一个农业大国，如何有效预防农业有害生物已成为我国农业生产的重要目标之一，特别是在国家大力提倡推广绿色农业、精准农业的过程中，适合我国农村现状的低成本、精确、高环保的农药喷洒机械化和自动化成为一个必不可少的技术，而利用小型无人直升机进行农药喷洒是农药喷洒机械化最佳选择。
[0003]在目前我国农村条件下，运用小型无人驾驶直升飞机喷洒农药是我国、特别是南方地区比较现实可行的一种方法。无人驾驶农药喷洒直升机不仅速度快，且使用超低容量农药喷洒，节省农药和水资源，减少农作物的农药残留和环境污染，远程操作还能减少对施药人员的伤害。适应于各种地形，符合我市农村道路现状，配一台面包车便可实现跨区域作业。
[0004]为了有效地促进了低成本高收益的集约型农业和环境友好型农业的共同发展，目前，杀虫剂、除草剂和化肥等化学制剂的喷洒和使用都需要得到精确的设计和控制。利用GPS精确地绘制出农田区域地图，用于无人直升机喷洒作业，就能使化学制品只喷洒在需要的地方，既节约成本又保护环境。
[0005]目前，我国民用无人直升机正处在初步发展阶段，飞机操控手在操作飞机时只能通过肉眼上看到的情况来观察飞机的喷洒情况，对于较大的农田或者地形较为复杂的农田，则需要在农田的边界上安排人员来指挥飞机操作手，确保飞机不会飞出田界。这样既增加了人力成本，又没有很好的实时性，降低了机械作业的效率。
[0006]北京农业信息技术研究中心的专利“采集农田关键点测绘成图的方法”的步骤是:步骤1:获取GPS位置信息；步骤2:勾勒待测区域轮廓；步骤3:测绘农田关键分界点，并标注地块名称和注释；步骤4:实时校验、提示与分割农田；步骤5:上传测绘数据；步骤6:获取矢量地图。
[0007]其中步骤2 (勾勒待测区域轮廓)的具体实施过程是:2)获取位置信息:a)等待搜星指令获取位置信息；b)在线获取遥感图(用于辅助测绘);c)获取既往数据(适用于增量测绘)。
[0008]无人直升机的操控手可以通过一边操控无人直升机一边观察这种方式得到轮廓图的方式，粗略估计当前飞机在地图上所处的位置以及粗略判断飞机是否已经飞出农田作业区域。
[0009]显然，现有的技术无论从实用性、可靠性和精度来说，都存在着不足。
[0010]利用遥感图辅助测绘技术绘制的农田作业区域轮廓图只是一张静态的地图，对于无人直升机操控手来说，这种地图的辅助功能仅仅只能提供一个粗略的参考，大多数情况下，无人直升机操控手仍然只能通过自己的经验和直觉或者在农田作业区域边界安排人手的方式来判断无人直升机是否飞出了农田作业区域边界，既不直观，又不可靠。
【发明内容】
[0011]本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种农田作业区域边界点和无人直升机位置点绘图方法，绘制精度高、实时性好、可靠性高的农田作业区域边界，降低无人直升机操控手的操作难度，提高无人直升机的飞行安全系数。
[0012]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:一种农田作业区域边界点和无人直升机位置点绘图方法，该方法为:
[0013]1)接收从GPS设备上传到移动设备上的多边形农田作业区域的边界点的经度坐标、纬度坐标以及无人直升机当前位置点的经度坐标、纬度坐标，并根据农田作业区域的边界点以及无人直升机当前位置点的经度坐标和纬度坐标建立极坐标系A，在所述极坐标系A中定位边界点和无人直升机当前位置点；其中所述边界点是指农田作业区域多边形的顶
占.[0014]2)以上述极坐标系A的极轴为X轴正向，α =90°方向为Y轴正向，将所述极坐标系A转化为直角坐标系B;其中α表示某边界点与所述极坐标系A原点的连线与极轴在逆时针方向上的夹角；
[0015]3)将上述直角坐标系B的X轴和Y轴平移，得到平移后的直角坐标系B’，使得所有边界点和无人直升机当前位置点均处于平移后的直角坐标系B’的第一象限；
[0016]4)将直角坐标系O作为移动设备的系统坐标系，所述直角坐标系O是指由X轴正向和Y轴反向构成的坐标系；利用下式转换直角坐标系0，得到实际的移动设备的系统坐标系O，:
[0017]
【权利要求】
1.一种农田作业区域边界点和无人直升机位置点绘图方法，其特征在于，该方法为: 1)接收从GPS设备上传到移动设备上的多边形农田作业区域的边界点的经度坐标、纬度坐标以及无人直升机当前位置点的经度坐标、纬度坐标，并根据农田作业区域的边界点以及无人直升机当前位置点的经度坐标和纬度坐标建立极坐标系A，在所述极坐标系A中定位边界点和无人直升机当前位置点；其中所述边界点是指农田作业区域多边形的顶点； 2)以上述极坐标系A的极轴为X轴正向，α=90°方向为Y轴正向，将所述极坐标系A转化为直角坐标系B;其中α表示某边界点与所述极坐标系A原点的连线与极轴在逆时针方向上的夹角； 3)将上述直角坐标系B的X轴和Y轴平移，得到平移后的直角坐标系B’，使得所有边界点和无人直升机当前位置点均处于平移后的直角坐标系B’的第一象限； 4)将直角坐标系O作为移动设备的系统坐标系，所述直角坐标系O是指由X轴正向和Y轴反向构成的坐标系；利用下式转换直角坐标系O，得到实际的移动设备的系统坐标系O’:
2.根据权利要求1所述的农田作业区域边界点和无人直升机位置点绘图方法，其特征在于，所述多边形农田作业区域为四边形农田作业区域。
3.根据权利要求2所述的农田作业区域边界点和无人直升机位置点绘图方法，其特征在于，所述步骤I)中，在所述极坐标系中定位边界点的方法为: 1)获取所述四边形农田作业区域四个边界点a，b，c，d的经度坐标和纬度坐标；将边界点a定为极坐标系A的坐标原点； 2)利用上述四个边界点a，b，c，d的经度坐标和纬度坐标，分别计算边界点a与边界点b, c，d之间的距离； 3)利用上述四个边界点a，b，c，d的经度坐标和纬度坐标，分别计算边界点b，c，d相对于边界点a的方位角； 4)根据上述步骤3)计算的边界点b，c，d相对于边界点a的方位角，分别得到极坐标系中边界点b，c，d的极角； 5)利用上述步骤2)和步骤4)确定的距离和极角，在极坐标系A中标出四个边界点a，b，c，do
4.根据权利要求3所述的农田作业区域边界点和无人直升机位置点绘图方法，其特征在于，将四个边界点a，b，c，d平移到平移后的直角坐标系B’的具体过程为:令四个边界点a,b, c, d在直角坐标系B中的坐标分别为a (xa, ya), b (xb, yb), c (x。，y。), d(xd, yd),判断四个边界点a，b，c, d在直角坐标系B中的X坐标值小于O的边界点的X坐标，记为xmin，将四个边界点a, b, c, d在直角坐标系B中的X坐标与Xmin的绝对值相加；判断四个边界点a, b,C，d在直角坐标系B中的y坐标值小于O的边界点的y坐标，记为ymin，将四个边界点a，b，c，d在直角坐标系B中的 y坐标与ymin的绝对值相加。
【文档编号】G01S19/39GK103728637SQ201410002048
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2014年1月3日 优先权日:2014年1月3日
【发明者】谭冠政, 刘振焘, 肖斯诺, 胡建中, 黄宇, 李凯, 旷世 申请人:中南大学