[发明专利]基于无人机视觉进行自动导航的农用无人空气动力船及方法

说明书

本发明公开了一种基于无人机视觉进行自动导航的农用无人空气动力船及方法，属于农业机械技术领域，包括船体，还包括对船体进行远程监控和无线控制的岸基设备以及搭载有视觉系统的无人机，视觉系统用于获取水田和田间无人空气动力船的图像；无人机上还设有用于识别图像中的田块和无人空气动力船并计算无人空气动力船在田块中的相对位置的机载计算机，以及对该相对位置信息进行传递的通讯模块；船体上设有动力单元、施药单元和船载控制器，船载控制器接收来自无人机发送的位置信息，结合由安装在船体上的方向传感器获取的航向信息，计算出操舵角。自动控制船体进行航行。通过无线传输的方式将船体的实时状态发送给岸基侧的电脑，供作业员远程监控。

技术领域

本发明涉及农业机械技术领域，具体地说，涉及一种基于无人机视觉进行自动导航的农用无人空气动力船及方法。

背景技术

空气动力船是一种硬质平底船，其区别与传统船舶的最大特点是没有水下动力装置和水下转向装置。空气动力船是基于空气动力学原理，利用置于船体上部的内燃机或电动机带动空气螺旋桨产生推动力，并由船体后部的尾舵控制方向。该类船吃水深度极浅，机动性高，目前主要应用于滩涂沼泽，湿地浅滩，冰雪湖面和漂浮物多、水底情况复杂的水域，鲜有应用于工农业生产及科学研究领域的产品。

该种应用于稻田环境的无人空气动力船均采用2.4GHz的无线遥控设备，由操作员进行现场控制。为保证作业的顺利进行，需要对操作员进行长期的专业培训，需要耗费大量人力物力。在大区块的稻田环境下，当作业中的空气动力船超出操作员的视距范围后，操作员将无法判断空气动力船的位置、姿态等信息，可能造成作业路径无法控制，重复撒药，重复施肥，甚至碰撞事故等极端险情。

现有应用于自动导航领域的方法主要是利用GPS进行导航。但是普通GPS模块的精度基本无法满足农业生产的任务要求，而高精度的GPS模块价格又十分昂贵。此外，GPS信号容易受到作业环境周围高大遮挡物(树木、楼宇)的干扰，发生定位漂移或GPS信号缺失的问题。

发明内容

本发明的目的为提供一种基于无人机视觉进行自动导航的农用无人空气动力船及方法，可有效解决操作员无法判断农用空气动力船的位置、姿态等信息，可能造成作业路径无法控制，重复撒药，重复施肥等问题。

为了实现上述目的，本发明提供的基于无人机视觉进行自动导航的农用无人空气动力船包括船体，还包括对船体进行无线控制的岸基设备以及搭载有视觉系统的无人机，视觉系统用于获取水田和田间无人空气动力船的图像；无人机上还设有用于识别图像中的田块和无人空气动力船并计算无人空气动力船在田块中的相对位置的机载计算机，以及对该相对位置信息进行传递的无线通讯模块；船体上设有：

动力单元，包括发动机、与所述发动机的输出轴相连的空气螺旋桨以及用于控制船体航行方向的尾舵；

施药单元，包括药箱以及与药箱相连的输液管；

船载控制器，用于处理接收来自于无人机发送的位置信息，结合由安装在船体上的方向传感器获取的航向信息，计算出操舵角。

上述技术方案中，通过尾舵控制船体的行进方向。通过输液管将药箱中的肥料或除草剂等药液输出并流入水田中，优选在输液管上设有节流阀用来控制药液的流量，同时，药箱的开口处封有药箱盖，以防船体在行进过程中摇晃药箱以使药液溅出。另外，船体上还设有为发动机提供燃油的油箱。

通过搭载有视觉系统的无人机获取整块水田及田间空气动力船的图像，由机载计算机识别图片中的田块和空气动力船，计算空气动力船在田块中的相对位置，通过无线通信模块(优选为蓝牙模块)将位置信息发送到空气动力船。船载配对的无线通信模块(优选为蓝牙模块)实时接收来自无人机发送的位置信息，结合由方向传感器获取的航向信息，计算确定操舵角，并自动控制船体进行航行。同时，通过无线传输的方式将船体的实时状态包括船速，导航误差，任务完成情况发送给岸基侧的电脑，供作业员远程监控。无线通信系统优选为3G/4G模块。