[发明专利]一种植保固定翼无人航迹规划控制方法

说明书

本发明公开了一种植保固定翼无人机航迹规划控制方法，包括无人机飞行控制系统、无人机地面控制站、飞行参数获取模块、图像采集与处理模块、飞行姿态控制模块、喷施控制模块、以及电源模块。图像采集与处理模块通过遥感拍摄地面喷施作业区域图像，基于图像处理算法，获取喷施作业区域面积，植被种类、植被行数、植被列数，并将该数据传输给无人机飞行控制系统，无人机根据待作业区域图像，进行单架次航迹规划或者多架次航迹规划，实现喷施作业能耗最小，避免喷施药液量的浪费。

【技术领域】

本发明涉及一种植保固定翼无人机航迹规划控制方法，属于农业植保无人机技术领域。

【背景技术】

植保无人机以无人机为载体，搭载农药喷雾设备，用于植保作业，其具有作业高度低、漂移少、对环境的污染较低，受作业区域电线杆、防护林等限制条件的影响较小，且旋翼产生的气流场有助于增加雾流对作物的穿透性，可获得良好的喷施效果等优点，随着相关技术的逐步成熟，植保无人机越来越受到关注，其使用也更加普及。但目前植保无人机作业以遥控方式为主，操作难度较大，操纵人员往往需要经过专业培训，而且人为遥控时，难免产生偏离最佳路径的现象，导致药剂重施、漏施等问题。因此，为了降低操纵人员的技术要求与工作压力，同时使植保作业更加精准、高效与节能，针对植保无人机作业过程，编制合理的路径规划算法，并配套定位技术，使无人机能够稳定的按照规划路径进行植保作业，已经成为当前植保无人机相关研究中需要解决的一个重要问题。另外，植保无人机的作业区域形状较为规则，一般开阔无障碍，作业环境相对优越，这也为植保无人机朝着自动化与智能化方向发展提供了条件。

本发明在研究现有技术的基础上，针对现有技术的缺陷，设计了一种新型的基于作业区域、植被种类、喷药箱存储容量、飞行高度、飞行速度参数进行决策的无人机航迹规划控制方法，并在实际验证的基础上，给出了具体的单架次和多架次航迹规划方法。

【发明内容】

为解决无人机喷施过程中如何实现航迹路线规划，从而使得能量消耗最小，避免重复喷施，造成药液浪费的问题本发明设计了如下技术方案。

一种植保固定翼无人航迹规划控制方法，包括多架次无人机，无人机飞行控制系统、无人机地面控制站、飞行参数获取模块、图像采集与处理模块、飞行姿态控制模块、喷施控制模块、以及电源模块；航迹规划控制方法具体如下：

步骤1：无人机及地面控制站上电自检，地面控制站发送控制指令，进行飞行控制系统初始化，喷施控制模块初始化，图像采集与处理模块初始化；

步骤2：进入自动巡航变量喷施流程，图像采集与处理模块启动，通过高清摄像机获取待作业区域的植被图像，经图像处理算法后，得到植被图像数据；

步骤3：对上述植被图像数据进行计算，判断待作业区域面积与喷药箱容量之间的关系，若喷药箱药液容量足够完成作业区域喷施，则执行单架次区域航迹规划，进入步骤4，否则执行多架次接续喷施航迹规划，进入步骤8；

步骤4：对作业区域进行图像灰度处理，获得作业区域边界坐标，利用栅格地图法进行地图构建，进行往复作业航迹路线规划；

步骤5：判断无人机当前飞行高度，当无人机飞行高度低于高度第一阈值H1时，发送信号到无人机飞行控制系统，控制无人机拉升舵机，增加飞行高度；当无人机飞行高度处于高度第二阈值H2±0.5m时，进入步骤6；

步骤6：判断无人机当前飞行速度，当无人机飞行速度低于速度第一阈值V1时，发送信号到无人机飞行控制系统，控制无人机加大油门舵机，提高飞行速度；当无人机飞行速度在速度第二阈值V2±0.5m/s时，进入步骤7；

步骤7：读取图像采集与处理模块缓存的植被图像数据，根据经验函数，计算变量喷施控制信号；驱动电磁阀，开启喷施作业，并实时读取喷药箱液位传感器数据，判断药液容量，当药液容量低于容量第一阈值L1时，通知无人机返航；