集群式植保无人机控制系统的控制方法与流程

本发明涉及无人机的控制，确切地说是一种集群式植保无人机控制系统的控制方法。

背景技术：

无人机是通过无线电设备实时遥控或者提前编写的飞行制导程序控制的不载人无人机，无人机拥有体积小，重量轻，隐蔽性好，制造成本较低等优势。

目前，无人机主要应用于军事国防，遥感测绘，航拍，灾情勘测，电力巡检、农业植保等方面。无人机的应用范围非常广泛，也充分体现了其低成本，高效率的优势。在农业上，面对大面积作物，果树类型的高秆作物以及丘陵山区等低的农药喷施，相较于传统的喷药方式，农用植保无人机作业会更加高效。作为农业植保的发展方向，农用植保无人机将会越来越多的投入到现代化农业作物生产中。

目前，植保无人机还存在续航时间不足，载重量小的问题，因此，需要操作人员不断的更换电池以及加药，从而降低了工作效率，并且现有植保无人机对操作人员控制技术水平要求较高，操控人员只能操控单架无人机。

申请号为201611056028.2的中国发明专利，公开了《一种无人机智能飞行控制系统》，该系统包括机载飞控系统、手持地面站、便携式打点仪；手持地面站作为主机，所有具有机载飞控系统的无人机都是从机，主机同时接收多架从机的数据，主机选择目标从机来发送数据或通过广播方式发送数据，从机通过目标地址接收数据；主机接收数据时，主机作为路由器来分配数据通道，避免从机同时发送数据造成总线冲突；便携式打点仪立于无人机智能飞行的边界点处，该处的位置信息通过便携式打点仪内置的数传电台实时传到主机，主机记录该点的位置信息。

上述技术方案存在的技术问题是：地面站无法限制飞机飞行区域，需要打点仪记录位置，如果地块形状复杂或地块区域较多时，需要多个打点仪或进行多次打点进行作业规划，操作繁琐。

申请号为201810978599.4的中国发明专利，公开了《一种植保无人机集群协同控制方法》，其方法包括以下步骤：无人机集群的初始化；无人机个体的任务布局；无人机个体的空间布局；父无人机和子无人机的运动规划；无人机集群在自由运动空间搜索的控制运动；父无人机的侦测识别施药。

上述技术方案存在的技术问题是：不具有灵活性，父无人机影响子无人机的飞行及作业，不利于作业过程中更换无人机或改变作业架次。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供，该装置一种集群式植保无人机地面站，该控制系统控制实现无人机的集群式控制，提高植保作业的安全、可靠性。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术手段：

一种集群式植保无人机控制系统的控制方法，所述的控制系统包括无人机及与无人机通信的地面站，控制方法包含以下步骤：

（1）无人机设置，对集群植保无人机的编号设置、单架无人机参数设置；

（2）航迹规划，根据多个作业地块、多个障碍区域、多个起降区域规划航线；

（3）无人机监控，通过地图显示集群作业的无人机位置，无人机的飞行状态，根据无人机的位置及飞行状态，确定集群操作指令以及单机操作指令。

与现有技术相比，其突出的特点是：

本发明可以实现无人机的集群式控制，8架之内用户可以自行确定集群飞机数量及编号；并且可以实时监控飞机位置及状态，提高植保作业的安全、可靠性；航迹规划可以将多个地块整合为一个任务分配给多架无人机，自主规划每架无人机的起降区域及航线，节省人工，大大提高植保作业的效率。

进一步的优选技术方案如下：

所述的地面站通过独立数传对每一架无人机独立控制或对整个集群的同时控制，无人机之间不进行相互通信。

无人机之间不互相通信可以避免无人机之间通信的干扰，每架无人机都是独立的个体，无人机退出集群或集群增添新的飞机，不影响其他飞机的作业飞行。

所述的无人机设有中控系统和飞控系统，地面站通过数传与每一架无人机的中控系统联接，面站发送的指令发送给无人机的中控系统，中控系统经过处理转发给飞控系统，从而实现对无人机的控制，无人机飞控系统将各飞行数据发送至无人机中控系统，中控系统将接收到的信息转发至所述地面站，并对数据进行解析显示，使所述地面站的操作人员实时监控无人机或者做出相应的操作。

中控系统对接收的数据进行判别筛选，将符合条件的信息发送给飞控系统，飞控系统只进行飞行的控制，减少了飞控系统的工作量，也方便以后系统扩展增加地面站所操控飞机的数量。

所述的步骤（1）的编号设置，是通过所述地面站发送搜索指令，无人机中控系统将自身的id号码发送至地面站并显示，地面站对每架无人机进行编号，将编号i对应的id号结合，形成编号为i的标号，并反馈给编号i的无人机，作为此后接收指令的标号，即完成编号的无人机对地面站发出的指令，只能接受处理与之编号i相同的指令。

地面站可以对无人机指定任意编号，将id号与编号结合，可以方便区分无人机，避免重复编号，减少操作的麻烦。

所述的地面站，将多个地块的植保作业整合为一个任务分配给多架无人机，使其协同完成任务，其步骤为：

（1）任务的设置：地面站一次航迹规划可以提前设置3个以下的植保任务地块，多个障碍区域以及设置多个植保无人机的起降区域，将多个地块整合为一次任务，使地面站控制时只需进行一次航迹规划；

（2）路径规划：利用基于遗传机制的贪心算法，通过分析给出的地块区域、障碍区域、起降区域以及作业幅宽等信息，来规划出最优的航迹路线，并通过地图显示；地面站路径规划避免满载负重时的非作业飞行路线，减少换航次数，最节省电量并且作业效率最高。

（3）任务的分配：地面站根据任务的设置及路径的规划，确定每个植保任务地块中作业的无人机架次，规划每架无人机的起降区域，将作业任务分配给多架无人机，使其协同完成作业。

将多个地块整合为一个任务，可以避免多次航迹规划，简化操作步骤，并且自行分配任务，无需人为确定区域作业的架次，避免资源浪费，提高作业效率。

所述的无人机为8架以内。

设置在8架以内，具有使地面站界面布局简洁合理，同时实际作业时，三名工作人员能够合理分配任务，保证每架无人机能够及时更换电池和添加药液的优点。

附图说明

图1是本发明的框架结构示意图。

图2是本发明的地面站的控制策略框架图。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明。

参见图1、图2可知，本发明的一种集群式植保无人机控制系统的控制方法，其控制系统由无人机及与无人机通信的地面站组成；其控制方法包含以下步骤：

（1）无人机设置，地面站对集群植保无人机的编号设置、单架无人机参数设置及系统属性设置，

（2）航迹规划，地面站根据多个作业地块、多个障碍区域、多个起降区域规划航线；

（3）无人机监控，地面站通过地图显示集群作业的无人机位置，无人机的飞行状态，根据无人机的益及飞行状态，确定集群操作指令以及单机操作指令。

所述的地面站通过独立数传对每一架无人机独立控制或对整个集群的同时控制，无人机之间不进行相互通信。

所述的无人机设有中控系统和飞控系统，地面站通过数传与每一架无人机的中控系统联接，面站发送的指令发送给无人机的中控系统，中控系统经过处理转发给飞控系统，从而实现对无人机的控制，无人机飞控系统将各飞行数据发送至无人机中控系统，中控系统将接收到的信息转发至所述地面站，并对数据进行解析显示，使所述地面站的操作人员实时监控无人机或者做出相应的操作。

所述的步骤（1）的编号设置，是通过所述地面站发送搜索指令，无人机中控系统将自身的id号码发送至地面站并显示，地面站对每架无人机进行编号，将编号i对应的id号结合，形成编号为i的标号，并反馈给编号i的无人机，作为此后接收指令的标号，即完成编号的无人机对地面站发出的指令，只能接受处理与之编号i相同的指令。

所述的地面站，将多个地块的植保作业整合为一个任务分配给多架无人机，使其协同完成任务，其步骤为：

（1）任务的设置：地面站一次航迹规划可以提前设置3个以下的植保任务地块，多个障碍区域以及设置多个植保无人机的起降区域，将多个地块整合为一次任务，使地面站控制时只需进行一次航迹规划；

（2）路径规划：利用基于遗传机制的贪心算法，通过分析给出的地块区域、障碍区域、起降区域以及作业幅宽等信息，来规划出最优的航迹路线，并通过地图显示；地面站路径规划避免满载负重时的非作业飞行路线，减少换航次数，最节省电量并且作业效率最高；

（3）任务的分配：地面站根据任务的设置及路径的规划，确定每个植保任务地块中作业的无人机架次，规划每架无人机的起降区域，将作业任务分配给多架无人机，使其协同完成作业。

所述的无人机为8架以内。

地面站监控界面实时显示八架无人机的飞行状态，以地图方式实时显示每架无人机的位置和作业情况，以及地面站gps位置信息，以指示灯与编辑框方式实时显示每架无人机的飞行状态；地面站单机界面与之相应编号无人机的位置和作业情况，以及地面站gps位置信息。

以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的权利范围之内。