基于互联网的无人机植保管理系统和方法与流程

本发明属于农业无人机技术领域，具体涉及一种基于互联网的无人机植保管理系统和方法。

背景技术：

现有的无人机植保作业一般是由地面站系统进行管理，地面站系统作为植保作业的管理者，在进行航线规划之后，将规划好的航线通过电台发给无人机上的飞控系统，飞控系统根据规划的航线控制无人机执行飞行任务，执行过程中实时将航迹点信息发送给地面站系统，地面站系统实时接收飞控系统发送的航迹点信息，在飞行任务结束后生成作业文件。

现有的无人机植保作业的管理模式存在如下缺点：1、通过地面站系统在作业现场进行航线规划时，一般只能依赖于本机的数据库，如果通过移动通讯网络获取数据，会增加不少的成本。而随着作业区域的变化，地面站系统需要不断地更新数据库。2、地面站系统只能管理和监控该地面站控制的一个或少数几个无人机。在大面积植保作业时，缺少手段对大量无人机进行任务分配和飞行监控。

因此，本领域需要一种新的管理系统和方法来解决现有无人机植保作业管理中存在的上述问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有无人机植保作业的管理模式过于分散，不便于统一管理的问题，本发明提供了一种基于互联网的无人机植保管理系统。该无人机植保管理系统包括地面站系统和飞控系统，所述管理系统还包括云网数据运控平台，所述云网数据运控平台包括：任务分配模块，其用于根据植保区域的定位信息给每个无人机植保作业小组进行任务分配；航线规划模块，其用于根据植保区域的地形信息对该植保区域进行无人机的航线规划；飞行监控模块，其用于实时监控无人机的飞行轨迹并能够存储无人机的飞行轨迹信息和无人机作业信息，其中，所述地面站系统能够与所述云网数据运控平台和所述飞控系统进行信息交互。

在上述无人机植保管理系统中，所述任务分配模块根据植保合同信息进行农田地图查询，得到目标区域农田的定位信息，根据定位信息进行任务区的拆分，将农田分成大小适中的任务区，然后根据当前无人机作业小组的数量进行任务分配。

在上述无人机植保管理系统中，所述航线规划模块在作业小组执行作业任务之前，通过农田地图查询和障碍物查询，获取目标地块的定位信息和障碍物信息，然后调用航线规划的算法计算合理的航线，并将规划好的航线存储到特定表格中，供地面站系统下载使用。

在上述无人机植保管理系统中，所述飞行监控模块在农田地图显示的基础上，接收地面站系统发送的无人机轨迹，在地图上实时显示无人机当前位置和状态，并在作业结束时接收并存储地面站系统发送的、包括无人机轨迹信息和无人机作业信息的作业文件。

在上述无人机植保管理系统的优选实施方式中，所述飞行监控模块通过TCP协议端口接收地面站系统经过移动通信网络和互联网发送的无人机轨迹。

在上述无人机植保管理系统的优选实施方式中，所述飞控系统设置在无人机上。

在上述无人机植保管理系统的优选实施方式中，本发明的无人机植保管理系统还包括农药配比模块和自动装填系统；

农药配比模块包括农药存储单元、农药选择控制单元、农药稀释单元；所述农药存储单元用于分类存储各种农药，该单元包含多种农药的密封存储箱；所述农药稀释单元为密封的液体摇匀装置，该装置包括密封的混液摇匀箱体，该箱体分别通过带有电动阀门的管路与存储农药的密封存储箱和外部水源相连接，所述电动阀门的电动执行器与农药选择控制单元相连接；所述的混液摇匀箱体底部设置有带有电动阀门的管路用于残液排出；所述农药控制单元从云网数据运控平台获取当前需要配制的农药信息，控制相应的电动阀门开启和闭合，将需要的农药及稀释水源按照需要配制的农药信息输送至所述的混液摇匀箱体进行混合摇匀；

自动装填系统包括农药抽取装置、无人机药箱对接装置；所述农药抽取装置用于从混液摇匀箱体抽取混合好的农药并输出，该装置包括水泵、和与水泵相连接的抽取管道和输出管道；无人机药箱对接装置用于识别无人机药箱的输入口的位置并将输出管道和无人机药箱进行对接实现农药的装填，该装置包括图像采集单元、图像处理单元、对接单元，所述图像采集单元用于获取待装填状态的无人机的视频信息，所述图像处理单元通过采集的视频信息进行无人机药箱输入口的识别和对接位置坐标的输出，所述对接单元依据图像处理单元输出的位置坐标控制所述输出管道与无人机药箱的输入口进行对接。

本发明的另一方面，该无人机植保管理系统包括地面站系统和飞控系统，所述管理系统还包括云网数据运控平台，所述云网数据运控平台包括：云网数据运控网站服务器，其用于提供任务分配、航线规划和飞行监控服务；地图服务器，其与云网数据运控网站服务器通信，用于提供地图服务；以及数据库服务器，其与云网数据运控网站服务器通信，用于提供数据库服务。

在上述无人机植保管理系统中，所述云网数据运控网站服务器包括：Web服务器软件，其用于提供所述任务分配、航线规划和飞行监控服务；云网数据运控网站，其用于存储任务分配的信息、航线规划的信息以及飞行监控的信息。

在上述无人机植保管理系统中，所述地图服务器包括Web服务器软件和地图服务软件，为所述云网数据运控网站提供地图服务。

在上述无人机植保管理系统中，所述数据库服务器包括空间数据库引擎和数据库管理系统，为地图服务器和云网数据运控网站服务器提供表格数据和空间数据存储和访问服务。

在上述无人机植保管理系统的优选实施方式中，所述地图服务器、所述数据库服务器和所述云网数据运控网站服务器彼此之间通过光纤进行相互通信。

在上述无人机植保管理系统的优选实施方式中，所述地面站系统通过移动通信网络和互联网与所述云网数据运控网站进行信息交互，并能够从所述云网数据运控网站上下载信息以及上传信息到所述云网数据运控网站。

在上述无人机植保管理系统的优选实施方式中，客户端能够通过浏览器和互联网访问所述云网数据运控网站服务器。

在上述无人机植保管理系统的优选实施方式中，所述云网数据运控平台能够与官方无人机管理系统进行通信。

本发明还提供了一种基于互联网的无人机植保方法，所述方法包括下列步骤：通过云网数据运控平台给植保作业小组分配任务；对植保区域进行航线规划并将规划好的航线存储在数据库服务器中；地面站系统从云网数据运控平台下载无人机的规划航线并将下载的无人机规划航线发送给飞控系统；飞控系统接收地面站系统发送的规划航线并控制无人机沿规划航线飞行。

进一步地，所述方法还包括下列步骤：飞控系统实时发送无人机航迹点给地面站系统；地面站系统接收飞控系统发送的无人机航迹点数据，并发送给云网数据运控平台；云网数据运控平台接收地面站系统发送的航迹点数据，并对无人机飞行轨迹进行监控。

进一步地，所述方法还包括下列步骤：植保作业完成后，地面站系统将植保作业文件发送到云网数据运控平台；云网数据运控平台接收地面站系统发送的植保作业文件并进行存储。

在本发明的技术方案中，通过建立云网数据运控平台对无人机植保作业进行集中统一的管理，借助于互联网和云平台技术，使植保作业更有效率。同时，由于云网数据运控平台便于与官方无人机管理系统进行通信，通过官方无人机管理系统获取实时禁飞区的信息，从而提高了无人机植保作业的可控性和安全性。

方案1、一种基于互联网的无人机植保管理系统，包括地面站系统和飞控系统，其特征在于，所述管理系统还包括云网数据运控平台，所述云网数据运控平台包括：任务分配模块，其用于根据植保区域的定位信息给每个无人机植保作业小组进行任务分配；航线规划模块，其用于根据植保区域的地形信息对该植保区域进行无人机的航线规划；飞行监控模块，其用于实时监控无人机的飞行轨迹并能够存储无人机的飞行轨迹信息和无人机作业信息，其中，所述地面站系统能够与所述云网数据运控平台和所述飞控系统进行信息交互。

方案2、根据方案1所述的基于互联网的无人机植保管理系统，其特征在于，所述任务分配模块根据植保合同信息进行农田地图查询，得到目标区域农田的定位信息，根据定位信息进行任务区的拆分，将农田分成大小适中的任务区，然后根据当前无人机作业小组的数量进行任务分配。

方案3、根据方案2所述的无人机植保管理系统，其特征在于，所述航线规划模块在作业小组执行作业任务之前，通过农田地图查询和障碍物查询，获取目标地块的定位信息和障碍物信息，然后调用航线规划的算法计算合理的航线，并将规划好的航线存储到特定表格中，供地面站系统下载使用。

方案4、根据方案3所述的无人机植保管理系统，其特征在于，所述飞行监控模块在农田地图显示的基础上，接收地面站系统发送的无人机轨迹，在地图上实时显示无人机当前位置和状态，并在作业结束时接收并存储地面站系统发送的、包括无人机轨迹信息和无人机作业信息的作业文件。

方案5、根据方案4所述的无人机植保管理系统，其特征在于，所述飞行监控模块通过TCP协议端口接收地面站系统经过移动通信网络和互联网发送的无人机轨迹。

方案6、根据方案1至5中任一项所述的无人机植保管理系统，其特征在于，所述飞控系统设置在无人机上。

方案7、根据方案6所述的无人机植保管理系统，其特征在于，所述管理系统还包括农药配比模块和自动装填系统；农药配比模块包括农药存储单元、农药选择控制单元、农药稀释单元；所述农药存储单元用于分类存储各种农药，该单元包含多种农药的密封存储箱；所述农药稀释单元为密封的液体摇匀装置，该装置包括密封的混液摇匀箱体，该箱体分别通过带有电动阀门的管路与存储农药的密封存储箱和外部水源相连接，所述电动阀门的电动执行器与农药选择控制单元相连接；所述的混液摇匀箱体底部设置有带有电动阀门的管路用于残液排出；所述农药控制单元从云网数据运控平台获取当前需要配制的农药信息，控制相应的电动阀门开启和闭合，将需要的农药及稀释水源按照需要配制的农药信息输送至所述的混液摇匀箱体进行混合摇匀；自动装填系统包括农药抽取装置、无人机药箱对接装置；所述农药抽取装置用于从混液摇匀箱体抽取混合好的农药并输出，该装置包括水泵、和与水泵相连接的抽取管道和输出管道；无人机药箱对接装置用于识别无人机药箱的输入口的位置并将输出管道和无人机药箱进行对接实现农药的装填，该装置包括图像采集单元、图像处理单元、对接单元，所述图像采集单元用于获取待装填状态的无人机的视频信息，所述图像处理单元通过采集的视频信息进行无人机药箱输入口的识别和对接位置坐标的输出，所述对接单元依据图像处理单元输出的位置坐标控制所述输出管道与无人机药箱的输入口进行对接。

方案8、一种基于互联网的无人机植保管理系统，包括地面站系统和飞控系统，其特征在于，所述管理系统还包括云网数据运控平台，所述云网数据运控平台包括：云网数据运控网站服务器，其用于提供任务分配、航线规划和飞行监控服务；地图服务器，其与云网数据运控网站服务器通信，用于提供地图服务；以及数据库服务器，其与云网数据运控网站服务器通信，用于提供数据库服务。

方案9、根据方案8所述的基于互联网的无人机植保管理系统，其特征在于，所述云网数据运控网站服务器包括：Web服务器软件，其用于提供所述任务分配、航线规划和飞行监控服务；云网数据运控网站，其用于存储任务分配的信息、航线规划的信息以及飞行监控的信息。

方案10、根据方案9所述的无人机植保的管理系统，其特征在于，所述地图服务器包括Web服务器软件和地图服务软件，为所述云网数据运控网站提供地图服务。

方案11、根据方案10所述的无人机植保的管理系统，其特征在于，所述数据库服务器包括空间数据库引擎和数据库管理系统，为地图服务器和云网数据运控网站服务器提供表格数据和空间数据存储和访问服务。

方案12、根据方案8至11中任一项所述的无人机植保管理系统，其特征在于，所述地图服务器、所述数据库服务器和所述云网数据运控网站服务器彼此之间通过光纤进行相互通信。

方案13、根据方案8至11中任一项所述的无人机植保管理系统，其特征在于，所述地面站系统通过移动通信网络和互联网与所述云网数据运控网站进行信息交互，并能够从所述云网数据运控网站上下载信息以及上传信息到所述云网数据运控网站。

方案14、根据方案13所述的无人机植保管理系统，其特征在于，客户端能够通过浏览器和互联网访问所述云网数据运控网站服务器。

方案15、根据方案8至11中任一项所述的无人机植保的管理系统，其特征在于，所述云网数据运控平台能够与官方无人机管理系统进行通信。

方案16、一种基于互联网的无人机植保方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：通过云网数据运控平台给植保作业小组分配任务；对植保区域进行航线规划并将规划好的航线存储在数据库服务器中；地面站系统从云网数据运控平台下载无人机的规划航线并将下载的无人机规划航线发送给飞控系统；飞控系统接收地面站系统发送的规划航线并控制无人机沿规划航线飞行。

方案17、根据方案16所述的无人机植保方法，其特征在于，所述方法还包括下列步骤：飞控系统实时发送无人机航迹点给地面站系统；地面站系统接收飞控系统发送的无人机航迹点数据，并发送给云网数据运控平台；云网数据运控平台接收地面站系统发送的航迹点数据，并对无人机飞行轨迹进行监控。

方案18、根据方案17所述的无人机植保方法，其特征在于，所述方法还包括下列步骤：植保作业完成后，地面站系统将植保作业文件发送到云网数据运控平台；云网数据运控平台接收地面站系统发送的植保作业文件并进行存储。

方案19、根据方案18所述的无人机植保方法，其特征在于，航线规划的具体方法为：计算任务区对应的多边形的外接矩形；以外接矩形的其中一条边为基准，以无人机喷幅为间距向矩形内依次做平行线，直到平行线与矩形没有交集，每条平行线与多边形的交线就是一个航段；将所有航段连接起来就是规划航线。

附图说明

图1是本发明的云网数据运控平台的功能结构框架图；

图2是本发明的基于互联网的无人机植保管理系统的结构示意图；

图3是本发明的基于互联网的无人机植保方法的流程图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。例如，本发明虽然是以农田为例进行描述的，但是很明显本发明也可用于林木等各类植保区域，本领域技术人员可以根据需要将本发明的用于各类相关的场合。

本发明基于互联网和云技术，建立无人机植保的云网数据运控平台，通过该云网数据运控平台对无人机植保作业进行任务分配、航线规划和飞行监控，从而实现无人机植保的集中管理。其中，任务分配是指对农田进行植保任务时，尤其是植保面积比较大的农田，需要将农田分成大小适中的若干任务区，进而分配给无人机植保作业小组去进行植保作业。

本发明的无人机植保管理系统包括地面站系统和飞控系统，其中，飞控系统设置在无人机上。该管理系统还包括云网数据运控平台，地面站系统能够与云网数据运控平台进行信息交互，同时地面站系统还能够与飞控系统进行信息交互。图1是本发明的云网数据运控平台的功能结构框架图。如图1所示，云网数据运控平台功能上包括：任务分配模块、航线规划模块和飞行监控模块。其中，任务分配模块用于根据植保区域的定位信息给每个无人机植保作业小组进行任务分配。具体而言，任务分配模块根据植保合同信息进行农田地图查询，得到目标区域农田的定位信息，根据该定位信息进行任务区的拆分，将农田分成大小适中的任务区，然后根据当前无人机作业小组的数量进行任务分配，每个作业小组每天负责完成一个或多个任务区。航线规划模块用于根据植保区域的地形信息对该植保区域进行无人机的航线规划。具体而言，航线规划模块在作业小组执行作业任务之前，通过农田地图查询和障碍物查询，获取目标地块的定位信息和障碍物信息，然后调用航线规划的算法计算合理的航线，并将规划好的航线存储到特定表格中，供地面站系统下载使用。其中，航线规划算法的一个实现方法是：首先计算任务区对应的多边形的外接矩形，然后以外接矩形的其中一条边为基准，以无人机喷幅为间距向矩形内依次做平行线，直到平行线与矩形没有交集，每条平行线与多边形的交线就是一个航段，将所有航段连接起来就是规划航线，规划航线遇到障碍物，其中一种选择是通过上升避开障碍物。飞行监控模块用于实时监控无人机的飞行轨迹，并能够存储无人机的飞行轨迹信息和无人机作业信息。具体而言，在任务区农田地图显示的基础上，飞行监控模块通过TCP协议端口接收地面站系统经过移动通信网络和互联网发送的无人机轨迹，并在在地图上实时显示无人机当前位置和状态，包括无人机经纬度坐标和高度，并在作业结束时接收并存储地面站系统发送的、包括无人机轨迹信息和无人机作业信息的作业文件。

上述是对云网运控平台的功能描述，图2是本发明的基于互联网的无人机植保管理系统的结构示意图。如图2所示，本发明的无人机植保管理系统包括地面站系统、飞控系统和云网运控平台。其中，云网数据运控平台物理上包括部署在商用云平台环境下的云网运控网站服务器、地图服务器和数据库服务器。具体而言，云网数据运控网站服务器用于提供任务分配、航线规划和飞行监控服务；地图服务器与云网数据运控网站服务器通信，用于提供地图服务；数据库服务器与云网数据运控网站服务器通信，用于提供数据库服务。地面站系统通过移动通信网络和互联网与所述云网数据运控网站进行信息交互，并能够从云网数据运控网站上下载信息以及上传信息到云网数据运控网站。客户端能够通过浏览器和互联网访问云网数据运控网站服务器。其中，云网运控网站服务器、地图服务器和数据库服务器通过光纤进行相互通信。

继续参照图2，云网数据运控网站服务器包括Web服务器软件和云网数据运控网站，客户端通过Web服务器软件进行任务分配、航线规划和飞行监控。云网数据运控网站存储任务分配的信息、航线规划的信息以及飞行监控的信息，地面站系统通过移动通信网络和互联网与云网数据运控网站进行信息交互。地图服务器包括Web服务器软件－例如Tomcat和地图服务软件－例如GeoServer，为云网数据运控网站提供地图服务。数据库服务器包括空间数据库引擎－例如PostGIS和数据库管理系统－例如Postgres，为地图服务器和云网数据运控网站服务器提供表格数据和空间数据存储和访问服务。需要说明的是，地面站系统能够从云网数据运控网站上下载规划好的航线信息以及上传无人机航迹点等信息到云网数据运控网站，所述信息存储在数据库服务器。

本发明的无人机植保管理系统还包括农药配比模块和自动装填系统；

农药配比模块包括农药存储单元、农药选择控制单元、农药稀释单元；所述农药存储单元用于分类存储各种农药，该单元包含多种农药的密封存储箱；所述农药稀释单元为密封的液体摇匀装置，该装置包括密封的混液摇匀箱体，该箱体分别通过带有电动阀门的管路与存储农药的密封存储箱和外部水源相连接，所述电动阀门的电动执行器与农药选择控制单元相连接；所述的混液摇匀箱体底部设置有带有电动阀门的管路用于残液排出；所述农药控制单元从云网数据运控平台获取当前需要配制的农药信息，控制相应的电动阀门开启和闭合，将需要的农药及稀释水源按照需要配制的农药信息输送至所述的混液摇匀箱体进行混合摇匀；

自动装填系统包括农药抽取装置、无人机药箱对接装置；所述农药抽取装置用于从混液摇匀箱体抽取混合好的农药并输出，该装置包括水泵、和与水泵相连接的抽取管道和输出管道；无人机药箱对接装置用于识别无人机药箱的输入口的位置并将输出管道和无人机药箱进行对接实现农药的装填，该装置包括图像采集单元、图像处理单元、对接单元，所述图像采集单元用于获取待装填状态的无人机的视频信息，所述图像处理单元通过采集的视频信息进行无人机药箱输入口的识别和对接位置坐标的输出，所述对接单元依据图像处理单元输出的位置坐标控制所述输出管道与无人机药箱的输入口进行对接。输出管道的端部设置有用于检测无人机药箱中农药的水平位置的传感器，在农药填充满后向农药抽取装置发送信号，停止向无人机药箱中农药的装填。

还需要说明的是，如图2所示的无人机植保管理系统虽然物理上只包括三个服务器，该物理结构只是对本发明的管理系统进行的示例性说明，并不限制本发明的保护范围。本领域技术人员容易理解的是，本发明的技术方案中，服务器可以进行组合和拆分，例如，可以分布式的设置多台服务器用以实现本发明管理系统的功能，或者将两台或三台服务器组合在一起，使其成为个服务器且同时具备本发明的管理系统的多个功能。同理，虽然图1所示的无人机植保管理系统功能上只包括三个模块，这种图示仅仅是示例性的，本领域技术人员可以根据需要对这些模块进行拆分或组合，从而提供更多或更少的模块。这些都不偏离本发明的基本原理，因此都将落入本发明的保护范围之内。

图3是本发明的基于互联网的无人机植保方法的流程图。如图3所示，进行植保任务时，首先从云网数据运控平台开始。具体而言，存储于数据库中的植保合同规定了合同期内农药喷洒的次数和大致时间，接近植保日期时系统给出提示，由系统管理员进行确认，然后通过云网数据运控平台给植保作业小组分配任务，同时对植保区域进行航线规划，将规划好的航线存储在数据库服务器中。植保作业组执行作业任务前通过地面站系统从云网数据运控平台下载无人机的规划航线，执行作业任务时，将下载的无人机规划航线发送给飞控系统，飞控系统接收地面站系统发送的规划航线并控制无人机沿规划航线飞行。无人机在飞行过程中，飞控系统实时发送无人机航迹点给地面站系统，地面站系统接收飞控系统发送的无人机航迹点数据，并将该数据发送给云网数据运控平台，云网数据运控平台接收地面站系统发送的航迹点数据，此时在农田地图上实时显示无人机的位置，从而实现对无人机飞行轨迹的监控。此外，植保作业完成后，地面站系统将植保作业文件发送到云网数据运控平台，云网数据运控平台接收地面站系统发送的植保作业文件并进行存储。

综上所述，云网数据运控平台建立在互联网和云平台环境中，能够提供海量的地理位置信息数据用以支撑无人机航线规划，同时能够提供强大的计算能力保证航线规划的效率。在大面积保作业时，云网数据运控平台能够实现对大量无人机进行任务分配和飞行监控。此外，通过云网数据运控平台便于与官方无人机管理系统进行通信，包括向官方无人机管理系统提供实时无人机监控信息，以及通过官方无人机管理系统获取实时禁飞区信息，提高无人机作业的可控性和安全性。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。