地形跟随飞行方法、地形跟随飞行控制方法和作业方法与流程

本发明涉及飞行方法技术领域，具体而言，涉及一种地形跟随飞行方法、地形跟随飞行控制方法和作业方法。

背景技术：

现有的无人驾驶运载工具主要有两种高度控制模式：固定高度模式和地形跟随模式。对于固定高度模式，通常通过gps设备来确定运载工具的经度、纬度和高度，使运载工具根据gps获得的高度等于预先设定的海拔高度来实现定高飞行。由于gps高度精度误差以及田间的灌木、树木等影响，为了提高安全性，通常需要增加定高的高度，使其距离作业目标的距离相对较远，但是距离作业目标太高不利于农药喷洒的效率和效果。另一方面，运载工具飞行在指定的海拔高度上，如果地面上升（例如，地面在向上倾斜的情况下），则运载工具会接近地面；如果地面下降（例如，地面在向下倾斜的情况下），则运载工具会远离地面。因此，固定高度模式通常仅仅适用于平坦的地块。还有一种方法，通过事先对每个作业目标、每个障碍物精确打点，直接规划作业路径和作业高度，按照规划的作业路径实现上坡作业，这种方法前期的打点会花费巨大的工作量，同时作业目标是可生长的、容易根据环境因素而变化，无法保证在打点过后作业目标不会变化，无法重复利用打点数据，易用性差，在作业效率、人力成本上具有较大的缺陷。

对于地形追踪模式，运载工具试图在地面以上的指定高度飞行。如果地面上升，运载工具随之升高以保持距离地面的指定高度；如果地面下降，运载工具降低以保持与地面的指定高度。在农药/肥料撒播中，与作业目标的距离会影响农药/肥料的作业效果，此时地形跟随模式比固定高度模式具有很大的优势。此外，地形跟随模式允许适应各种地形类型，包括丘陵和山脉等。

为了实现地形跟随，运载工具需要能够感知即将到来的地形或地面高度，以便响应地形变化而上升或下降。运载工具可以采用视觉或激光雷达或雷达传感技术来感知即将到来的地形/地面高度以及前方的物体。然而，传感器通常具有关于感测范围的限制，例如，相机通常具有有限的水平或垂直视角，并且不能感知超出其视角范围的物体。虽然理论上可以在运载工具上安装足够的传感器以实现对周围环境的完全感知，但这样做通常在经济上是不切实际的。因此，对于安全飞行，运载工具应在其传感器的感应范围内行进，以避免撞击超出其感应范围的物体/地面，因此，传感器的限制对运载工具的作业具有很大的限制。这种限制的一个例子是陡坡上的地形跟随。

现有的运载工具在陡坡上飞行时，例如下坡飞行作业时，如果运载工具没有配置前视识别装置无法识别其前方下坡地上的作业目标/障碍物，具体为其前下方的作业目标/障碍物，此时运载工具水平方向与运载工具到作业目标/障碍物的连线之间的角度大于0°并小于90°，运载工具如果还是按照原定的角度向下飞行，会造成运载工具直接撞击到作业目标/障碍物上，引起飞行事故。另一种情况，即使运载工具上设置有识别装置，可以识别其前方坡地上的障碍物，但是如果需要作业的坡地的角度α过大，而识别装置的前下方的识别角度θ小于坡度α（此时识别角度为识别装置水平方向与向下倾斜的角度之间的夹角，可以为0°~50°），运载工具也无法识别其前下方坡地上的识别角度之外的障碍物，为了保证安全飞行，运载工具应在其识别装置的识别角度内行进，由于识别角度θ小于坡度α，运载工具会沿着远离斜坡的方向越飞越远，无法实现地形跟随。以上，现有技术中，在自主飞行过程中，如果遇到下坡飞行时，对于没有识别装置或者识别装置的识别角度小于坡度的情况下，仍旧没有办法保证安全性的前提下实现自主地形跟随的飞行作业。

如图1所示，坡度α较大，而运载工具的识别角度θ’＜α，h0’为在竖直方向上运载工具相对于作业目标的安全高度，运载工具在竖直方向上相对于作业目标实际高度h’≥h0’方可安全飞行，如果突然在前方识别角度θ范围之外出现一物体，运载工具无法识别则容易出现安全事故。因此，出于安全原因，运载工具应在其识别角度θ范围内飞行，以避免突发的障碍物。然而，如果这样做，运载工具将越来越远离斜坡，不能实现地形跟随的作业。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种地形跟随飞行方法、地形跟随飞行控制方法和飞行线路规划方法，以解决现有技术中的在斜坡上实现地形跟随飞行的安全性和时效性的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种适用于斜坡的地形跟随飞行方法，包括：当运载工具距离斜坡的实际高度小于或等于安全高度时，采用远离飞行模式；当运载工具距离斜坡的实际高度大于或等于绝对高度时，采用靠近飞行模式；交替采用远离飞行模式和靠近飞行模式，以实现跟随斜坡坡面的延伸方向的飞行，其中所述绝对高度大于所述安全高度。

进一步地，当下坡时，所述远离飞行模式包括沿着远离斜坡的方向向外飞行，所述向外飞行的飞行方向与水平方向的夹角在识别角度的范围内，所述识别角度为配置于所述运载工具前端用于获取运载工具前方物体的识别装置的可视角度。

进一步地，当下坡时，所述远离飞行模式包括沿着远离斜坡的方向向外飞行，所述向外飞行的飞行方向与水平方向的夹角为0°，其中，每次向外飞行的飞行高度固定。

进一步地，在下坡时，所述靠近飞行模式包括沿着靠近斜坡的方向向下飞行，所述向下飞行的飞行方向与竖直方向的夹角在感知角度的范围内，所述感知角度为配置于所述运载工具底部用于获取所述运载工具至斜坡的实际高度的高度感知装置的测量角度。

进一步地，当上坡时，所述远离飞行模式包括沿着远离斜坡的方向向上飞行，所述向上飞行的飞行方向与竖直方向的夹角为0°。

进一步地，当上坡时，所述靠近飞行模式包括沿着靠近斜坡的方向向内飞行，所述向内飞行的飞行方向与水平方向的夹角在识别角度的范围内，所述识别角度为配置于所述运载工具前端用于获取运载工具前方物体的识别装置的可视角度。

进一步地，当上坡时，所述靠近飞行模式包括沿着靠近斜坡的方向向内飞行，所述向内飞行的飞行方向与水平方向的夹角为0°，其中，每次向内飞行的飞行高度固定。

进一步地，所述识别装置可以水平或倾斜设置于所述运载工具上，所述识别角度根据所述识别装置的安装方式而确定。

进一步地，所述高度感知装置竖直或倾斜设置于所述运载工具上，所述感知角度根据所述高度感知装置的安装方式而确定。

进一步地，所述识别角度包括以水平方向为基准的前上方识别角度和/或前下方识别角度，下坡时，斜坡的坡度大于所述前下方识别角度；上坡时，斜坡的坡度大于所述前上方识别角度。

根据本发明的另一个方面，提供了一种适用于斜坡的地形跟随飞行控制方法，包括：获取安全高度、绝对高度，以及运载工具相对于斜坡的实际高度；控制运载工具水平方向的速度以使其实现向前飞行；控制运载工具竖直方向的速度以使其实现跟随飞行；交替控制实现向前飞行和跟随飞行，使运载工具的实际高度大于所述安全高度，并且小于所述绝对高度，以实现斜坡坡面延伸方向的地形跟随飞行。

进一步地，当实际高度小于或等于所述安全高度，或者实际高度大于或等于所述绝对高度时，触发向前飞行和跟随飞行之间的变换。

进一步地，所述向前飞行还包括控制竖直方向的速度以使所述运载工具的飞行方向与水平方向的夹角在识别角度的范围内，所述识别角度为配置于所述运载工具前端用于获取运载工具前方物体的识别装置可视角度，和/或，所述跟随飞行还包括控制水平方向的速度以使所述运载工具的飞行方向与竖直方向的夹角在感知角度的范围内，所述感知角度为配置于所述运载工具底部用于获取所述运载工具至斜坡的实际高度的高度感知装置的测量角度。

根据本发明的又一个方面，提供了一种地形跟随飞行控制方法的作业方法，包括：控制运载工具搭载的负载的作业量，当运载工具具有水平方向的水平速度时，随着水平速度的增加，作业量也随之增加；随着水平速度的减小，作业量也随之减小。

应用本发明的技术方案，通过在斜坡上交替采用远离飞行模式和靠近飞行模式，实现阶梯型上坡/下坡的飞行轨迹，在保证安全性的前提下，实现运载工具的地形跟随飞行。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了现有技术中运载工具在斜坡上飞行的示意图；

图2示出了本发明实施例一的地形跟随飞行轨迹的示意图；

图3示出了本发明实施例二的地形跟随飞行轨迹的示意图；

图4示出了本发明实施例三的地形跟随飞行轨迹的示意图；

图5示出了本发明实施例四的地形跟随飞行轨迹的示意图；

图6示出了本发明实施例五的地形跟随飞行轨迹的示意图；

图7示出了本发明实施例六的地形跟随飞行轨迹的示意图。

具体实施方式

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位（旋转90度或处于其他方位），并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

为了解决现有技术中在斜坡上实现地形跟随飞行的安全性和时效性的问题，本发明的一个方面，提供了一种适用于斜坡的地形跟随飞行方法，包括：当运载工具距离斜坡的实际高度小于或等于安全高度时，采用远离飞行模式；当运载工具距离斜坡的实际高度大于或等于绝对高度时，采用靠近飞行模式；交替采用远离飞行模式和靠近飞行模式以实现跟随斜坡坡面的延伸方式飞行，形成阶梯型飞行轨迹。

通过在斜坡上采用远离飞行模式和靠近飞行模式，使运载工具沿着斜坡的倾斜方向阶梯型飞行，保证运载工具与斜坡的距离不小于安全高度且不大于绝对高度，在斜坡上实现地形跟随飞行，同时保证了飞行的安全性。

可选地，当下坡时，远离飞行模式包括沿着远离斜坡的方向向外飞行，向外飞行的飞行方向与水平方向的夹角在识别角度的范围内，识别角度为配置于运载工具前端用于获取运载工具前方物体的识别装置的可视角度。即向外飞行的飞行方向可以朝着前上方或前下方飞行，以使运载工具的识别角度的范围内飞行，当实际高度逐渐增大，运载工具越来越远离斜坡。

可选地，当下坡时，远离飞行模式包括沿着远离斜坡的方向向外飞行，向外飞行的飞行方向与水平方向的夹角为0°，其中，每次向外飞行的飞行高度固定，以使运载工具保持相同的海拔高度定高飞行。这种情况下，每次向外飞行都有不同的固定高度，并且可以无需配置识别装置，也可以控制飞行。

可选地，当下坡时，靠近飞行模式包括沿着靠近斜坡的方向向下飞行，向下飞行的飞行方向与竖直方向的夹角在感知角度的范围内，感知角度为配置于所述运载工具底部用于获取所述运载工具至斜坡的实际高度的高度感知装置的测量角度。此时，运载工具朝着前下方飞行或后下方飞行，以使运载工具在感知角度内飞行，当实际高度逐渐减小，运载工具越来越靠近斜坡。向下飞行时，高度感知装置的感知角度也可以为0°，或者无需配置感知角度，运载工具沿着竖直方向向下飞行，即飞行方向与水平方向的夹角为90°。

可选地，当上坡时，远离飞行模式包括沿着远离斜坡的方向向上飞行，向上飞行的飞行方向与竖直方向的夹角为0°，即沿着竖直方向向上飞行以远离斜坡，此时运载工具越来越远离斜坡。

可选地，当上坡时，靠近飞行模式包括沿着靠近斜坡的方向向内飞行，向内飞行的飞行方向与水平方向的夹角在识别角度的范围内，所述识别角度为配置于所述运载工具前端用于获取运载工具前方物体的识别装置的识别角度。即运载工具朝着前上方飞行或前下方飞行，以使实际高度逐渐减小，从而靠近斜坡。

可选地，当上坡时，靠近飞行模式包括沿着靠近斜坡的方向向内飞行，向内飞行的飞行方向与水平方向的夹角为0°，其中，每次向内飞行的飞行高度固定，此时，无需配置识别装置也可以飞行，每次向内飞行的固定高度各不相同。

需要说明的是，在向外飞行和向内飞行中，在识别角度范围内进行飞行，在理想情况下，识别角度的范围可以是360°，此时需要配置识别装置的集成或者配置的识别装置重量较大、价格昂贵，这都与空中运载工具的实际需要相悖。在利用数量较少的、价格低廉的识别装置的情况下，甚至是一个识别装置的情况下，识别角度将是比较有限的。具体的，定义识别角度范围中较小的一个值为θ1，较大的一个值为θ2，则识别角度的范围为θ1~θ2，θ1≤θ2。以水平方向的角度为0°，水平方向上方的角度为正，水平方向下方的的角度为负，θ1和θ2可以为0、正数或负数。例如,θ1可以为-45°~+45°中的任意值，θ2可以为-45°~+45°中的任意值，θ1可以为±30°、±25°、±20°、±15°、0°等等，θ2可以为±30°、±25°、±20°、±15°、0°等等，识别角度的范围可以是-30°~+20°、-25°~+10°、-35°~-5°、-40°~+0°、-30°~0°、0°~+30°、+5°~+40°等等。

优选地，识别装置可以水平或倾斜设置于运载工具上，而识别角度根据识别装置的安装方式而确定。识别装置包括根据其自身特性而决定的固有的可视角度，当识别装置的本身的位置或者姿态改变时，其相对于固定坐标系的可视角度就会发生变化。当识别装置相对于运载工具水平设置时，以水平方向为基准的固有的可视角度为识别装置的可视角度。当识别装置相对于运载工具倾斜设置时，可以根据识别装置的倾斜角度和其固有可视角度而确定真正的可视角度，从而确定识别角度。在一些实施例中，可视角度的确定还包括识别装置的软件参数设置，软件参数的设置可以使得可视角度在固有可视角度的范围内变化。此处对识别装置的安装方式不作限制，只要能知道其倾斜的角度即可。对可视角度的确定也不作限制，可以根据不同的软件参数设置、或者安装方式或者不同型号的识别装置而确定，只要能确定出识别装置的可视角度即可。本实施例中，相对于水平方向来定义识别装置真正的可视角度，从而确定识别角度。

同样地，在向下飞行时，在感知角度范围内进行飞行，在理想情况下，感知角度的范围可以是360°，此时需要配置的高度感知装置的集成或者配置的高度感知装置重量较大、价格昂贵，这都与空中运载工具的实际需要相悖。在利用数量较少的、价格低廉的高度感知装置的情况下，甚至是一个高度感知装置的情况下，可以做到感知角度在-30°~+30°的范围内，或者，0°~+30°，或者-30°~0°等等，此时以竖直方向的角度为0°，竖直方向前方的角度为正，竖直方向后方的的角度为负。具体的，定义感知角度范围中较小的一个值为β1，较大的一个值为β2，则感知角度的范围为β1~β2，β1≤β2，并且β1和β2可以为0、正数或负数，β1可以为-30°~+30°中的任意值，β2可以为-30°~+30°中的任意值，例如，β1可以为±25°、±20°、±15°、±10°、0°等等，β2可以为±25°、±20°、±15°、±10°、0°等等，感知角度的范围可以是-25°~+20°、-20°~+10°、-15°~-5°、-16°~+0°、-10°~0°、0°~+15°、+5°~+20°等等。

优选地，高度感知装置竖直或倾斜设置于所述运载工具上，感知角度根据所述高度感知装置的安装方式而确定。高度感知装置包括根据其自身特性而决定的固有的测量角度，当高度感知装置的本身的位置或者姿态改变时，其相对于固定坐标系的测量角度就会发生变化。当高度感知装置相对于运载工具竖直设置时，以竖直方向为基准的固有的测量角度为高度感知装置的测量角度。当高度感知装置相对于运载工具倾斜设置时，可以根据高度感知装置的倾斜角度和其固有测量角度而确定真正的测量角度，从而确定感知角度。在一些实施例中，测量角度的确定还包括高度感知装置的软件参数设置，软件参数的设置可以使得测量角度在固有测量角度的范围内变化。此处对高度感知装置的安装方式不作限制，只要能知道其倾斜的角度即可。对测量角度的确定也不作限制，可以根据不同的软件参数设置、或者安装方式或者不同型号的高度感知装置而确定，只要能确定出高度感知装置的真正的测量角度即可。本实施例中，相对于竖直方向来定义高度感知装置的真正的测量角度，从而确定感知角度。

需要说明的是，当高度感知装置竖直设置时，可以直接获取运载工具的实际高度，当倾斜设置时，如果其获得的是前下方直线方向的距离，则需要根据倾斜角度对获得的距离进行计算，才能得到运载工具到下方物体的竖直方向的实际高度距离。

在下坡时，在识别角度和感知角度的范围内，交替实现向外飞行和向下飞行，使得运载工具与斜坡的实际高度保持在安全高度和绝对高度的范围之内，在保证作业安全性的前提下，可以实现斜坡上的地形跟随作业，提高作业效率，是一种安全、快捷的飞行作业方案。

在上坡时，在识别角度的范围内，交替实现向上飞行和向内飞行，使得运载工具与斜坡的实际高度保持在安全高度和绝对高度的范围之内，即保证了作业的安全性，又提高了作业效率，是一种安全、快捷的飞行作业方案。

优选地，识别角度包括以水平方向为基准的前上方识别角度和/或前下方识别角度，下坡时，斜坡的坡度大于前下方识别角度；上坡时，斜坡的坡度大于前上方识别角度。以水平方向为依据，θ2为前上方识别角度，θ1为前下方识别角度。前上方识别角度和前下方识别角度共同构成了识别角度的范围，前上方识别角度可以等于或不等于前下方识别角度，前上方识别角度可以等于0，前下方识别角度也可以等于0。本发明尤其适用于下坡时，斜坡的坡度大于前下方识别角度，此种情况代表斜坡坡度超出识别装置的前下方识别角度的情况，此时运载工具在向外飞行时无法识别其前下方在前下方识别角度以外的物体，通过本发明的阶梯型飞行方式，在前下方识别角度的范围内飞行，与向下飞行交替，不会越来越远离斜坡，可以避免识别盲区，保证安全作业。也适用于上坡时，斜坡坡度大于识别装置前上方识别角度的情况，此时运载工具向内飞行时在小于等于其前上方识别角度的范围内飞行，从而靠近斜坡，通过阶梯型飞行方式，避免盲区，保证安全作业。

需要说明的是，跟随斜坡坡面的延伸方向飞行，不仅包括与坡面平行的飞行方向，还包括在坡面的平面内与坡面平行的方向呈一定角度的飞行方向，即运载工具在坡面的平面内飞行，只要保证运载工具可以在坡面上爬坡或下坡即可，需要知道，运载工具在坡面的平面内与坡面的平行方向的角度呈90°时，运载工具绕着斜坡的等高面定高飞行，不会上坡也不会下坡。

需要说明的是，安全高度可以根据作业目标的不同、以及飞行环境的不同而设置，可以是运载工具在自主飞行时距离下方物体之间的必须要满足安全性条件而设定的距离，也可以是根据作业需要确定的作业高度距离，或者是两者的平均值或者两者之间较大的值，在大多数的实施例中，作业安全性距离小于作业高度距离，因此，安全高度通常由作业高度距离来确定。作业目标的作业高度距离通常由最佳喷雾效果所在的高度决定。太靠近作业目标，来自螺旋桨的风会扰乱喷雾并使农药施用无效，在作业目标上方距离作业目标太远，喷雾可能会被吹走并且不能均匀地附着。本发明中，安全高度根据最佳喷雾距离来决定，可以为1~4m，或者2~3m。

需要说明的是，识别装置设置于运载工具前端，用于第一时间识别其前方θ1~θ2范围内的障碍物，提前预知前方的地形地势和障碍物，一般地，识别装置为视觉感知设备、雷达或激光雷达，可以识别在其识别角度内的作业目标/障碍物/空地等等。高度感知设备设置于运载工具的底部，用于探测运载工具距离其下方地面的高度距离，该地面包括作业目标的顶部、树的顶部、障碍物的顶部等等，还可以感知其下方β1~β2范围内的障碍物，一般地，高度感知设备包括光学距离传感器、红外距离传感器、超声波距离传感器等等。

需要说明的是，上述飞行角度可以是在其角度范围内的任意值，只要不超过其识别角度和感知角度范围即可，比如，下坡时，向下飞行的与竖直方向的角度为β2/2，向外飞行与水平方向的角度为θ2；上坡时，向内飞行与水平方向的角度为θ1。可以根据需要设计飞行方向的角度。

本发明充分利用了自主运载工具在飞行过程中识别装置和高度感知装置的辅助作用，在可视范围内飞行作业，可以保证识别飞行路线上的所有障碍物而不会有盲区，保证飞行作业的安全性，可以实现真正无人自主飞行作业，同时无需加装其他的检测设备，节约了制造成本，提高了经济效益。

本发明的另一方面，提供一种适用于斜坡的地形跟随飞行控制方法，包括：获取安全高度、绝对高度，以及运载工具相对于斜坡的实际高度；控制运载工具水平方向的速度以使其实现向前飞行；控制运载工具竖直方向的速度以使其实现跟随飞行；交替控制实现向前飞行和跟随飞行，使运载工具的实际高度大于所述安全高度，并且小于所述绝对高度，以实现斜坡坡面延伸方向的地形跟随。上述地形跟随可以是上坡也可以是下坡。

可选地，当实际高度小于或等于所述安全高度，或者实际高度大于或等于所述绝对高度时，触发向前飞行和跟随飞行之间的变换。

可选地，向前飞行还包括控制竖直方向的速度以使所述运载工具的飞行方向与水平方向的夹角在识别角度的范围内，识别角度为配置于所述运载工具前端用于获取运载工具前方物体的识别装置的可视角度，和/或，跟随飞行还包括控制水平方向的速度以使运载工具的飞行方向与竖直方向的夹角在感知角度的范围内，感知角度为配置于运载工具底部用于获取运载工具至斜坡的实际高度的高度感知装置的测量角度。

具体地，当下坡时，向前飞行为沿着远离斜坡的方向向外飞行，此时控制运载工具的水平速度沿着水平方向飞行，或者同时控制水平速度和竖直速度以使运载工具的飞行方向与水平方向的夹角在识别角度范围内向前上方或前下方向外飞行，当运载工具的实际高度大于或等于绝对高度时，控制运载工具变换为跟随飞行，此后控制其竖直速度沿着竖直方向向下飞行，或者同时控制竖直速度和水平速度以使运载工具的飞行方向与竖直方向的夹角在感知角度的范围内向前下方或后下方向下飞行，当运载工具的实际高度小于或等于安全高度时，控制运载工具变换为向前飞行，交替重复向前飞行和跟随飞行，实现阶梯型跟随斜坡下坡飞行。当运载工具沿着水平方向向外定高飞行时，无需配置识别装置，当运载工具沿着竖直方向飞行时，也无需配置高度感知装置的识别角度。

具体地，当上坡时，向前飞行为沿着靠近斜坡的方向向内飞行，此时控制运载工具的水平速度沿着水平方向飞行，或者同时控制水平速度和竖直速度以使运载工具的飞行方向与水平方向的夹角在识别角度范围内向前上方或前下方向内飞行，当运载工具的实际高度小于或等于安全高度时，控制运载工具变换为跟随飞行，此后控制其竖直速度沿着竖直方向向上飞行，远离斜坡，当运载工具的实际高度大于或等于绝对高度时，控制运载工具变换为向前飞行，交替重复向前飞行和跟随飞行，实现阶梯型跟随斜坡上坡飞行。上坡时，由于沿着垂直方向向上飞行，无需配置高度感知装置的识别角度。当运载工具沿着水平方向向内定高飞行时，无需配置识别装置，

通过向前飞行和跟随飞行的交替控制变换，实现阶梯型地形跟随上坡或下坡，方法简单，容易实现，使运载工具在可视范围内飞行，保证了飞行的安全性。

需要说明的是，在向前飞行和跟随飞行的过程中，运载工具的飞行速度会存在加速和减速的过程，此处不作限制加速和减速的大小和方式，当到达向前飞行和跟随飞行的转折点之前，有会减速的过程以便实现安全过度，在经过转折点之后，又会进行加速以提高飞行/作业效率，在到达下一个相邻的转折点前，又会进行减速，如此往复。

需要说明的是，可以事先规划飞行路线，获得斜坡的坡度，以及运载工具的识别装置的识别角度；当坡度大于等于前上方识别角度或前下方识别角度时，按照前述的地形跟随飞行方法来规划飞行线路。运载工具根据规划的飞行路线来飞行，并根据感知到的到地面的高度实时调整飞行高度，无需对斜坡上的作业目标事先逐个打点标记，可以实现完全自主的跟随地形进行飞行作业，提高了运载工具在斜坡上飞行的自动化程度和飞行效率。当识别装置或高度感知装置识别到障碍物时，可以通过绕行或者升高运载工具的方式来躲避障碍物，之后按照规划的路线继续飞行。具体的，当绕行时，在障碍物水平方向上避过障碍物；当升高运载工具时，直接增加运载工具的实际高度以越过障碍物，达到避障的目的。

本发明的又一方面，提供一种斜坡作业方法，控制运载工具搭载的负载的作业量，当运载工具具有水平方向的水平速度时，随着水平速度的增加，作业量也随之增加；随着水平速度的减小，作业量也随之减小。具体的，在向外飞行或向内飞行时，随着水平速度的增加，作业量也随之增加；随着水平速度的减小，作业量也随之减小，避免出现作业量过多或过少的情况。在竖直向上或竖直向下飞行时，其作业量为零。在以一定角度向下飞行时，随着水平速度的增加，作业量也随之增加；随着水平速度的减小，作业量也随之减小。根据水平速度的大小，实时调整作业量，实现精确作业的目的，同时喷洒不均的问题。

可选地，还可以根据实际高度来控制作业量，当运载工具具有水平方向的水平速度时，随着实际高度的增加，作业量也随之增加；随着实际高度的减小，作业量也随之减小。距离作业目标越远，其负载达到作业目标的作业量越小，故当实际高度越大，其需要的作业量也越大。

下面通过实施例来具体说明本发明的地形跟随飞行方法及其控制方法。

实施例一：

参考图2所示，运载工具的底部设有一高度感知装置检测运载工具距离其下方地面之间的实际高度h，在其前端设有识别装置，其角度较小，或者不设置前视识别装置。斜坡的坡度为α，运载工具的安全飞行的安全高度为h0，绝对高度为h1，h0＜h1，通过高度感知装置检测运载工具距离其下方地面之间的高度，并控制其实际高度h在h0~h1范围内阶梯型飞行。采用周期性的固定高度飞行，实现斜坡上的下坡地形跟随飞行。

当h≤h0时，如o点所示，触发运载工具沿水平方向以远离斜坡的趋势向外飞行，并保持固定高度d0至a点（d为运载工具的海拔高度），h逐渐增大。此时运载工具的水平方向的水平速度vx的变化趋势为逐渐增大到减小直至为0，竖直方向的竖直速度vd=0。

当h逐渐增大至h≥h1时，如a点所示，触发运载工具沿着竖直方向靠近斜坡的趋势向下飞行，h逐渐减小至b点。此时vx=0，vd逐渐增大到减小直至为0。

当h逐渐减小至h≤h0，如b点所示，触发水平向外飞行，保持固定高度d1飞行，h逐渐增大至a’点。vx的变化趋势为逐渐增大到减小直至为0，vd=0。重复上述的飞行控制。

运载工具的速度变化为：

o点（vx=0，vd=0）至a点：vx↑↓→0；vd=0。

a点（vx=0，vd=0）至b点：vx=0；vd↑↓→0。

b点（vx=0，vd=0）至a’点：vx↑↓→0；vd=0。

如此交替飞行，在远离飞行时，依照d0的高度定高飞行，在h达到h1的高度时，触发靠近飞行，竖直向下飞行，当h达到h0的高度时，触发下一个远离飞行，依照d1的高度定高飞行，以此类推，运载工具实现周期性的定高飞行，控制运载工具的高度可以跟随斜坡的地形而变化。但是在飞行过程中会出现静止的情况，此种情况下，对作业效率会有一定影响。

实施例二：

参考图3所示，与实施例一的区别在于，本实施例中的高度感知装置具有β1~β2的感知角度，向下飞行时，在β1~β2角度内，可以感知这个角度内的障碍物。

本实施例中，在靠近飞行/向下飞行时，沿与竖直方向的角度大于或等于β1并小于或等于β2的方向朝前下方飞行。

当h≤h0时，如o点所示，触发运载工具沿水平方向以远离斜坡的趋势向外飞行，并保持固定高度d0至a点（d为运载工具的海拔高度），h逐渐增大。此时运载工具的水平方向的水平速度vx的变化趋势为逐渐增大到减小直至为vx1，竖直方向的竖直速度vd=0。

当h逐渐增大至h≥h1时，如a点所示，触发运载工具沿着与竖直方向的角度大于或等于β1并小于或等于β2的方向向下飞行，h逐渐减小至b点。vx1→vx2，其中vx1至vx2的变化不作限制，可以是不变，可以是先增大后减小，或者先减小后增大，或者经过若干个增大和减小的过程，此时vd逐渐增大到减小直至为0。

当h逐渐减小至h≤h0，如b点所示，触发水平向外飞行，保持固定高度d1飞行，h逐渐增大至a’点。vx的变化趋势为逐渐增大到减小直至为vx3，其中vx2至vx3的变化不作限制，vx3也可以等于或不等于vx1，vd=0。重复上述的飞行控制。

运载工具的速度变化为：

o点（vx=0，vd=0）至a点：vx↑↓→vx1；vd=0。

a点（vx=vx1，vd=0）至b点：vx1→vx2；vd↑↓→0。

b点（vx=vx2，vd=0）至a’点：vx2→vx3；vd=0。

如此交替飞行，在远离飞行时，依照d0的高度定高飞行，在h达到h1的高度时，触发靠近飞行，以与竖直方向角度小于或等于β2的方向向下并向前飞行，当h达到h0的高度时，触发下一个水平飞行，依照d1的高度定高飞行。运载工具实现周期性的定高飞行，控制运载工具的高度可以跟随斜坡的地形而变化。运载工具在作业时出现竖直速度为零的情况，但是实际作业时，由于始终存在水平速度，实际不会停止，此种情况下，作业效率相对于实施例一有所提高。

需要说明的是，实施例一和实施例二都可以不配置前视识别装置，就可以实现安全作业。当然，为了保证作业的绝对安全性，也可以配置视角较小的前视识别装置，用于感知飞行路线前方的障碍物，以及时进行规避。

实施例三：

参考图4所示，与实施例一的区别在于，本实施例中的识别装置具有θ1~θ2的识别角度，可以识别其识别角度内的物体，远离飞行时，可以按照与水平方向的夹角小于或等于θ2并大于或等于θ1的方向向外飞行，可以在飞行时识别这个角度内的障碍物。

本实施例中，在远离飞行/向外飞行时，沿与水平方向的角度大于或等于θ1并小于或等于θ2的方向朝前下方飞行。斜坡坡度α＞θ1的绝对值。

当h≤h0时，如o点所示，触发运载工具以与水平方向的角度大于或等于θ1并小于或等于θ2的飞行方向远离斜坡的趋势向外飞行，h逐渐增大至a点。此时运载工具水平速度vx的变化趋势为逐渐增大到减小直至为0，竖直速度vd不作限制，可以保持不变，也可以先增大后减小，或者经过若干个增大和减小的过程，当vx=0时，vd=vd1。

当h逐渐增大至h≥h1时，如a点所示，触发运载工具沿着竖直方向靠近斜坡的趋势向下飞行，h逐渐减小至b点。此时vx保持为0，vd逐渐增大到减小直至为vd2，vd1至vd2的变化不作限制，可以是不变，可以是先增大后减小，或者先减小后增大，或者经过若干个增大和减小的过程。

当h逐渐减小至h≤h0，如b点所示，触发以与水平方向的角度大于或等于θ1并小于或等于θ2的飞行方向远离斜坡的趋势向外飞行，h逐渐增大至a’点。vx的变化趋势为逐渐增大到减小直至为0，vd2到vd3的变化不作限制，vd3也可以等于或不等于vd1，可以根据实际需要考虑地形、安全高度、负载任务等因素来决定。重复上述的飞行控制。

运载工具的速度变化为：

o点（vx=0，vd=0）至a点：vx↑↓→0；vd→vd1。

a点（vx=0，vd=vd1）至b点：vx=0；vd1→vd2。

b点（vx=0，vd=vd2）至a’点：vx↑↓→0；vd2→vd3。

如此交替飞行，在远离飞行时，依照与水平方向的角度大于或等于θ1并小于或等于θ2的飞行方向倾斜向下飞行，h达到h1的高度时，触发竖直向下靠近飞行，当h达到h0的高度时，触发下一个远离飞行，依照与水平方向的角度大于或等于θ1并小于或等于θ2的方向倾斜向下飞行，以此类推，运载工具实现向外飞行和向下飞行不断交替变换，向外飞行时倾斜向下，具有更靠近斜坡的趋势，此时控制运载工具的高度可以跟随斜坡的地形而变化。

运载工具在飞行时水平方向上会出现速度为零的情况，但是实际作业时，由于始终存在竖直速度，实际不会停止，此处情况下，作业效率相对于实施例一有所提高。

实施例四：

参考图5所示，与实施例一的区别在于，本实施例中的识别装置具有识别角度θ1~θ2，可以识别其识别角度内的物体，高度感知装置具有感知角度β1~β2，可以识别其感知角度内的障碍物。远离飞行时，在识别角度范围内向外飞行，靠近飞行时，在感知角度内向下飞行，分别可以识别上述角度内的障碍物，保证作业安全。

本实施例中，在向外飞行时，以与水平方向的角度大于或等于θ1并小于或等于θ2的方向向前下方飞行，向下飞行时，以与竖直方向的角度大于或等于β1并小于或等于β2的方向飞行。斜坡坡度α＞θ1的绝对值。

当h≤h0时，如o点所示，触发运载工具以与水平方向的角度大于或等于θ1并小于或等于θ2的飞行方向远离斜坡的趋势向外飞行，h逐渐增大至a点。此时运载工具水平速度vx的变化趋势为逐渐增大到减小直至为vx1，竖直速度vd不作限制，可以保持不变，也可以先增大后减小，或者经过若干个增大和减小的过程，当vx=vx1时，vd=vd1。

当h逐渐增大至h≥h1时，如a点所示，触发运载工具沿着与竖直方向的角度大于或等于β1并小于或等于β2的方向向下飞行，h逐渐减小至b点。vd逐渐增大到减小直至为vd2，vd1至vd2的变化不作限制，可以是不变，可以是先增大后减小，或者先减小后增大，或者经过若干个增大和减小的过程。vx1到vx2的变化同样如此。

当h逐渐减小至h≤h0，如b点所示，触发以与水平方向的角度大于或等于θ1并小于或等于θ2的飞行方向远离斜坡的趋势向外飞行，h逐渐增大至a’点。vx2→vx3，vd2→vd3，其变化不做限制，其中vx3可以等于或不等于vx1，vd3可以等于或不等于vd1。重复上述的飞行控制。

运载工具的速度变化为：

o点（vx=0，vd=0）至a点：vx↑↓→vx1；vd→vd1。

a点（vx=vx1，vd=vd1）至b点：vx1→vx2；vd1→vd2。

b点（vx=vx2，vd=vd2）至a’点：vx2→vx3；vd2→vd3。

如此交替，在远离飞行时，依照以与水平方向的角度大于或等于θ1并小于或等于θ2的角度朝前下方向外飞行，h达到h1的高度时，触发靠近飞行，以与竖直方向的角度大于或等于β1并小于或等于β2的方向朝前下方向下飞行，当h达到h0的高度时，触发下一个水平飞行，依照以与水平方向的角度大于或等于θ1并小于或等于θ2向外飞行，以此类推，运载工具实现向外飞行和向下飞行不断交替变换，向外飞行时倾斜向下，具有更靠近斜坡的趋势，向下飞行时倾斜向下，使其具有水平方向上的速度，此时控制运载工具的高度可以跟随斜坡的地形而变化。

如此反复，运载工具不管在水平方向或者竖直方向都具有一定的相对较快的速度，作业效率相对于实施例一大大提高。

实施例五：

如图6所示，其配置于实施例一相同，区别在于本实施例为爬坡飞行。

当h≤h0时，如o点所示，触发运载工具沿竖直方向以远离斜坡的趋势向上飞行，h逐渐增大。此时运载工具的水平速度vx=0，竖直速度vd的变化趋势为逐渐增大到减小直至为0。

当h逐渐增大至h≥h1时，如a点所示，触发运载工具沿着水平方向靠近斜坡的趋势向内飞行，并保持固定高度d0至b点，h逐渐减小。此时vx逐渐增大到减小直至为0，vd=0。

当h逐渐减小至h≤h0，如b点所示，触发竖直向上飞行，h逐渐增大至a’点。vx=0，vd的变化趋势为逐渐增大到减小直至为0。重复上述的飞行控制。

运载工具的速度变化为：

o点（vx=0，vd=0）至a点：vx=0；vd↑↓→0。

a点（vx=0，vd=0）至b点：vx↑↓→0；vd=0。

b点（vx=0，vd=0）至a’点：vx=0；vd↑↓→0。

如此交替，在水平向内飞行时，依照d0的高度定高飞行，在h达到h0的高度时，触发竖直向上飞行，当h达到h1的高度时，触发下一个水平飞行，依照d1的高度定高飞行，以此类推，运载工具实现周期性的定高飞行，控制运载工具的高度可以跟随斜坡的地形而变化。

上坡时，在不配置识别装置的情况下，也可以实现安全作业飞行。运载工具在作业时，根据高度感知装置获得距离作业目标的距离h，当运载工具朝向斜坡水平向内飞行h逐渐变小至h0时，说明运载工具距离作业目标较靠近，向上飞行以提高h的值以远离斜坡，h逐渐变大至h1，此时运载工具距离作业目标较远，需要在下一周期朝向斜坡向内飞行，如此做周期性的飞行，即使没有配置识别装置，也可以安全飞行。为了进一步提高作业的安全性，事先打点获得细长的障碍物，以保证运载工具能提前获得信息而躲避这些障碍物。

实施例六：

参考图7所示，与实施例六的区别在于：识别装置具有识别角度θ1~θ2，可以识别该识别角度范围内的物体。向内飞行时，运载工具可以按照与水平方向的夹角小于等于θ2并大于等于θ1的方向向上飞行，可以识别这个角度内的障碍物。

本实施例中，向内飞行，以与水平方向的角度小于或等于θ2并大于等于θ1的方向向上飞行。并且，斜坡坡度α＞θ2的绝对值。

当h≤h0时，如o点所示，触发运载工具沿竖直方向以远离斜坡的趋势向上飞行，h逐渐增大。此时运载工具的水平速度vx=0，竖直速度vd的变化趋势为逐渐增大到减小直至为vd1。

当h逐渐增大至h≥h1时，如a点所示，触发运载工具沿着飞行方向的水平方向的角度小于或等于θ2并大于等于θ1飞行，h逐渐减小至b点。由于α＞θ2的绝对值，运载工具靠近斜坡飞行并距离斜坡越来越近，h慢慢变小，此时vx逐渐增大到减小直至为0，vd1至vd2的变化不作限制，可以是不变，可以是先增大后减小，或者先减小后增大，或者经过若干个增大和减小的过程。

当h逐渐减小至h≤h0，如b点所示，触发竖直向上飞行，h逐渐增大至a’点。vx=0，vd2到vd3的变化不作限制，vd3可以等于或不等于vd1。重复上述的飞行控制。

运载工具的速度变化为：

o点（vx=0，vd=0）至a点：vx=0；vd→vd1。

a点（vx=0，vd=vd1）至b点：vx↑↓→0；vd1→vd2。

b点（vx=0，vd=vd2）至a’点：vx=0；vd2→vd3。

如此交替，在向内飞行时，依照与水平方向的角度小于或等于θ2并大于等于θ1向上倾斜向内飞行，在h达到h0的高度时，触发竖直向上飞行，当h达到h1的高度时，触发下一个向内飞行，以此类推，运载工具实现向内飞行和向上飞行的不断交替变换，控制运载工具的高度可以跟随斜坡的地形而变化。

运载工具在作业时会出现水平速度为零的情况，但是实际作业时，由于始终存在竖直速度，实际不会停止，此处情况下，作业效率相对于实施例一有所提高。

需要说明的是，o点的速度不限制为0，也可以具有水平和/或竖直方向的速度。每次靠近飞行、远离飞行的飞行方向可以不同，也可以相同，在此不作限制。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。