[发明专利]一种植保无人机精准覆盖航迹规划方法及系统

说明书

本发明涉及农业工程技术领域。一种植保无人机精准覆盖航迹规划方法，包括：提取待作业区域边界的坐标信息和无人机喷幅，对边界坐标数组进行处理；将坐标系旋转至与作业区域边界平行，构造往复式覆盖航迹规划方式的辅助线；基于各横坐标极值信息，依次规划出航线的起点、转弯点和终点；将坐标系旋转回原位置，转换规划出的航线的起点、转弯点和终点坐标。一种植保无人机精准覆盖航迹规划系统，包括：坐标处理模块；横坐标极值获取模块；航迹规划模块。本发明保证零漏喷的前提下，以最小的冗余覆盖率为目标规划往复式作业方式的转弯点坐标，得出多条可能作业航线，并通过对评价指标的加权评优，最终选择出最优作业航线。

技术领域

本发明涉及农业工程技术领域，尤其涉及一种植保无人机精准覆盖航迹规划方法及系统。

背景技术

病虫害是农业生产的一项重大威胁，据联合国粮农组织估计，世界粮食产量因病虫害造成的损失约为24％。病虫害蔓延迅速、传播范围广、可导致农作物品质下降、减产甚至绝收。而人工防治效率低，且容易威胁作业人员的安全，地面机械防治受到地形的限制，无法应用于特殊地形。无人机植保以其作业效率高、防治效果好、机动性好、适用范围广、节水节药和对作业人员的低危险性等优点，在病虫害防治作业中得到应用。漏喷的危害是巨大的，漏喷点的虫害可能再次扩散至其他区域，导致虫害的再次爆发，其带来的损失可能导致整个防治过程功亏一篑。

目前对无人机“点对点”避障和作战飞行任务航线规划，以及多机协作的目标跟踪任务航线规划的研究较多；而针对植保无人机的覆盖航迹规划研究还不够成熟，多处于算法研究阶段，未将其转化为实用的软件程序。植保无人机作业航线规划应根据机型自身特点进行规划，旋翼无人机在作业过程中具有可悬停、直角转弯以及固定作业航向角等特点。在无法自动调节喷洒量的植保无人机作业过程中，转弯过程的加速和减速，此过程易导致药液的震荡进而引起无人机重心不稳，加大了飞控手的操作难度，容易造成转弯区域喷洒不均和药液浪费。无人机作业过程中，行驶相同距离的前提下，匀速直线行驶的能耗要低于转弯的能耗。因此在规划无人机作业路径时保证作业面积全覆盖的前提下，使得无人机的转弯次数最少，降低无人机的能耗，进而使得其单次充能的作业面积最大化。

植保无人机多采用往复式作业方式，精准覆盖航迹规划的难点在于对其转弯处的航迹进行精确规划。以往研究算法未对转弯位置进行精确规划，存在不必要的冗余覆盖面积，造成多余的药液浪费；而且仅以航线长度或冗余覆盖率为指标评价规划航线优劣的方法不够全面，影响无人机能耗和药液浪费的指标包含转弯次数、航线总长度、冗余覆盖率、重喷率和误喷率。

发明内容

针对植保旋翼无人机的覆盖航迹规划问题，本发明在保证零漏喷的前提下，以最小的冗余覆盖率为目标规划往复式作业方式的转弯点坐标，从而获得多条可能航线。通过对转弯次数、航线总长度、冗余覆盖率、重喷率和误喷率指标的加权评优，最终选择出最优作业航线。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种植保无人机精准覆盖航迹规划方法，包括以下步骤：

步骤1：提取待作业区域边界的坐标信息和无人机喷幅，对边界坐标数组进行处理；

步骤2：将坐标系旋转至与其中一条作业区域边界平行，定义该条作业区域边界为作业起始边，构造往复式覆盖航迹规划方式的辅助线，得出辅助线与作业区域边界的交点和作业路径内的横坐标极值；

步骤3：基于各个横坐标极值信息，依次规划出航线的起点、转弯点和终点，直至完成所有作业方向下的航线规划；

步骤4：将坐标系旋转回原位置，转换规划出的航线的起点、转弯点和终点坐标。

优选地，所述对边界坐标数组进行处理是指对顶点数组做双倍处理。

优选地，所述横坐标为X轴坐标，所述X轴的正方向表示正东方向；对应的纵坐标为Y轴坐标，所述Y轴的正方向表示正北方向。