一種用于無人機(jī)續(xù)航能力的多起降點(diǎn)航線規(guī)劃方法
【專利說明】一種用于無人機(jī)續(xù)航能力的多起降點(diǎn)航線規(guī)劃方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及測繪遙感技術(shù)領(lǐng)域，尤其是在旋翼無人機(jī)在進(jìn)行較大范圍航拍中一次飛行難以完成整個(gè)作業(yè)任務(wù)時(shí)，而進(jìn)行的觀測區(qū)進(jìn)行分區(qū)采集技術(shù)和方法。
【背景技術(shù)】
[0003]無人機(jī)在在進(jìn)行攝影測量應(yīng)用或者遙感應(yīng)用中，通過無人機(jī)上搭載的光學(xué)傳感器采集地面目標(biāo)。測繪或者遙感應(yīng)用中需要對被感知區(qū)域采集完整全覆蓋的影像數(shù)據(jù)，由于無人機(jī)收到電池容量以及飛行控制無線電通信距離的限制，一次飛行能夠采集的數(shù)據(jù)的范圍是有限的。因此，在一個(gè)較大的測區(qū)范圍內(nèi)需要通過多個(gè)架次的飛行才能完成整個(gè)較大范圍測區(qū)的數(shù)據(jù)采集工作。
[0004]無人機(jī)遙感數(shù)據(jù)采集通常需要采用傳感器對測區(qū)進(jìn)行全覆蓋采集，因此，航跡規(guī)劃通常需要結(jié)合無人機(jī)傳感器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。以攝影測量應(yīng)用為例，現(xiàn)有的無人機(jī)飛行航線規(guī)劃方法主要是從傳統(tǒng)攝影測量航飛數(shù)據(jù)采集需求出發(fā)，考慮的內(nèi)容包括:地面分辨率、重疊率、地形高度等參數(shù)，以及在特定區(qū)域進(jìn)行航跡規(guī)劃或者動(dòng)態(tài)規(guī)劃的方法，如:針對海島測繪的無人機(jī)航跡規(guī)劃、針對飛行過程中動(dòng)態(tài)更改飛行計(jì)劃的航跡優(yōu)化等。另外，不少無人機(jī)航跡規(guī)劃方法主要是針對固定翼無人機(jī)，固定翼飛機(jī)在進(jìn)行飛行的航跡與旋翼無人機(jī)有較大的差異，固定翼不能懸停和轉(zhuǎn)彎，其轉(zhuǎn)彎需要傾斜滑行一定角度，而旋翼無人機(jī)可以進(jìn)行空中懸停和直接轉(zhuǎn)彎。此外，為了避免由于電池引起的墜機(jī)風(fēng)險(xiǎn)，只要一個(gè)起降，就需要更換電池，通常，為了充分利用電池，一個(gè)架次會(huì)在電池能力允許的范圍內(nèi)盡快擴(kuò)大飛行的范圍?，F(xiàn)有的航跡規(guī)劃方法較少涉及對此進(jìn)行考慮。
[0005]旋翼無人機(jī)的續(xù)航能力較弱，因此，利用旋翼無人機(jī)進(jìn)行大范圍測圖或者遙感數(shù)據(jù)采集中，除了需要采集能夠滿足無人機(jī)測圖需要的圖像分辨率，還需要頻繁起降更換無人機(jī)電池的實(shí)際需要。在滿足測區(qū)的一定密度的航飛要求的前提條件下，一個(gè)作業(yè)測區(qū)中盡量減少無人機(jī)飛行的距離，可以降低作業(yè)成本和飛行中的風(fēng)險(xiǎn)，另一方面，又希望在一個(gè)架次中完成盡量多的作業(yè)面積。實(shí)際上，由于續(xù)航的限制，為了節(jié)約電力航飛過程中需要根據(jù)無人機(jī)飛行的需要而不停的轉(zhuǎn)場。轉(zhuǎn)場意味著起降點(diǎn)的更換，同時(shí)，也會(huì)讓原有的航線規(guī)劃?，F(xiàn)有的方法基本上沒有考慮在較大范圍測區(qū)進(jìn)行作業(yè)時(shí)，旋翼無人機(jī)的續(xù)航能力限制、電池頻繁更換、多個(gè)起降點(diǎn)起飛的特點(diǎn)，以及也沒有估計(jì)到同一個(gè)測區(qū)多個(gè)無人機(jī)協(xié)同作業(yè)的特點(diǎn)。現(xiàn)有的無人機(jī)作業(yè)航跡規(guī)劃軟件，大多起源于固定翼的需要，沒有考慮旋翼無人機(jī)需要頻繁規(guī)劃更換電池和轉(zhuǎn)場的需要、作業(yè)路線相對較短的現(xiàn)實(shí)特性。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對上述問題，本發(fā)明設(shè)計(jì)出一種用于旋翼無人機(jī)進(jìn)行較大范圍測繪或者遙感應(yīng)用中所需要的測區(qū)分塊與規(guī)劃方法。較大范圍是指在一個(gè)飛行架次難以完成全覆蓋測量的范圍。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種用于無人機(jī)續(xù)航能力的多起降點(diǎn)航線規(guī)劃方法，其特征在于，所述方法將無人機(jī)的起降點(diǎn)作為一個(gè)參數(shù)用于航跡規(guī)劃，并且根據(jù)無人機(jī)單次飛行作業(yè)能力的限制，結(jié)合起降點(diǎn)的分布將一個(gè)測區(qū)進(jìn)行劃分;其包括以下幾個(gè)步驟:
(1)用戶在地圖上勾畫測區(qū)的飛行邊界，用戶根據(jù)現(xiàn)場的飛行作業(yè)的方便程度、通視條件等考慮在地圖上設(shè)定作業(yè)起降點(diǎn)；
(2)通過用戶指定的影像分辨率等參數(shù)，結(jié)合所使用的光學(xué)傳感器計(jì)算出需要飛行的航高，或者用戶人工指定飛行航高；
(3)用戶設(shè)定無人機(jī)其他飛行參數(shù)，包括:單次飛行作業(yè)時(shí)間、飛行速度、轉(zhuǎn)彎半徑等；
(4)結(jié)合需要采集的影像的重疊圖，規(guī)劃算法自動(dòng)計(jì)算出整個(gè)測區(qū)的航跡線，這個(gè)整體航跡線是初始航跡，后續(xù)處理需要根據(jù)起降點(diǎn)對這個(gè)初始航跡進(jìn)行分塊；
(5)根據(jù)之前設(shè)定的無人機(jī)的起降點(diǎn)，對整個(gè)測區(qū)進(jìn)行分塊，形成子塊，每個(gè)子塊就是一個(gè)子作業(yè)測區(qū)；
(6)子塊的調(diào)整:用戶可以調(diào)整起降點(diǎn)，對起降點(diǎn)的數(shù)量和位置進(jìn)行調(diào)整，系統(tǒng)根據(jù)人工調(diào)整后的起降點(diǎn)，用戶亦可以人工調(diào)整各個(gè)子塊的邊界，包括調(diào)整子測區(qū)的編輯、合并相互鄰接的較小的子測區(qū)等操作；
(7)經(jīng)過調(diào)整后的子塊，通過計(jì)算子塊內(nèi)的航跡長度和往返起降點(diǎn)的距離來檢核總的作業(yè)時(shí)間，盡量讓一個(gè)子塊完成所需的總的飛行時(shí)間是單次航飛作業(yè)時(shí)間的整數(shù)倍，便于充分利用每次更換的電池的電能，提高作業(yè)效率；
(8)產(chǎn)生的整個(gè)測區(qū)的航跡包含分塊航跡和包含每個(gè)航跡對應(yīng)飛行到起降點(diǎn)的路徑信息;
(9)無人機(jī)的飛行作業(yè)可以從某個(gè)起降點(diǎn)開始，完成該起降點(diǎn)所包含的所有子塊，就可依次轉(zhuǎn)場到下一個(gè)起降點(diǎn)，逐步完成所有的子塊；
(10)在多無人機(jī)協(xié)同作業(yè)時(shí)，可以將分塊作業(yè)任務(wù)給不同的無人機(jī)，每個(gè)無人機(jī)分別完成各自的作業(yè)子塊。
[0009]優(yōu)選的，每個(gè)所述子塊是一個(gè)相對獨(dú)立的作業(yè)任務(wù)，子測區(qū)的完整飛行航跡需要加上往返測區(qū)需要的飛行距離，總的飛行時(shí)間不超過無人機(jī)的單次作業(yè)飛行續(xù)航時(shí)間極限;子塊的分解還需要考慮地形的高差，以保證地面采集的圖像像素分辨率;子塊的邊界范圍可以是人工勾畫的，也可以是通過半自動(dòng)的方式生成子塊。
[0010]優(yōu)選的，自動(dòng)進(jìn)行初步規(guī)劃的航跡線結(jié)果不能保證完全符合航飛作業(yè)人員的實(shí)際需要，允許人工調(diào)整;允許無人機(jī)的起飛和降落分別在不同的點(diǎn)上，即:起飛在一個(gè)起降點(diǎn)，降落在另一個(gè)起降點(diǎn)，這樣的處理可以幫助提高專場效率。
[0011]優(yōu)選的，用戶可以在測區(qū)內(nèi)或者測區(qū)附近指定多個(gè)無人機(jī)航飛的起降點(diǎn)。
[0012]優(yōu)選的，結(jié)合用戶指定的起降點(diǎn)、所使用的無人機(jī)的飛行能力、已經(jīng)預(yù)設(shè)的飛行參數(shù)(包括:航高、速度、飛行時(shí)間等)等信息，航線規(guī)劃程序規(guī)劃出由一系列分塊航跡組成的整體航跡，分塊航跡除了考慮作業(yè)所必須的航跡之外，還要將無人機(jī)往返起降點(diǎn)所產(chǎn)生的額外飛行距離、每個(gè)分塊內(nèi)的高程差額，以保證合理的飛行距離和地面像素分辨率。
[0013]優(yōu)選的，用戶可以在無人機(jī)作業(yè)過程中更改起降點(diǎn)的個(gè)數(shù)、起降點(diǎn)的位置，以及調(diào)整某個(gè)起降點(diǎn)的作業(yè)范圍，所規(guī)劃的航線會(huì)同步調(diào)整，保證整個(gè)飛行航跡不出現(xiàn)漏洞或者重疊度不夠的問題。
[0014]通過發(fā)明一種針對旋翼無人機(jī)作業(yè)電池頻繁更換、頻繁起降和作業(yè)中多次轉(zhuǎn)場的需要的航跡規(guī)劃方法，能夠讓旋翼無人機(jī)更加適合測繪和遙感的實(shí)際應(yīng)用。本發(fā)明中，旋翼無人機(jī)作業(yè)員可以通過指定起降點(diǎn)，航跡規(guī)劃系統(tǒng)會(huì)根據(jù)作業(yè)員提供的起降點(diǎn)、作業(yè)范圍以及作業(yè)參數(shù)生成出一個(gè)估計(jì)起降點(diǎn)和無人機(jī)作業(yè)能力的分塊航跡規(guī)劃，作業(yè)員通過對生成的分塊航跡進(jìn)行檢查和調(diào)整，從而可以生成一個(gè)相對優(yōu)化的無人機(jī)作業(yè)航跡。本發(fā)明除了能夠減少旋翼無人機(jī)在實(shí)際作業(yè)中的飛行距離，提高作業(yè)效率，這種分塊的航跡規(guī)劃還能夠支持多個(gè)無人機(jī)對同一個(gè)測區(qū)進(jìn)行協(xié)同作業(yè)。
[0015]
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明最佳實(shí)施例的人工勾畫的作業(yè)范圍示意圖；
圖2是本發(fā)明最佳實(shí)施例的作業(yè)范圍內(nèi)選擇的無人機(jī)起降點(diǎn)示意圖；
圖3是本發(fā)明最佳實(shí)施例的根據(jù)無人機(jī)起降點(diǎn)而產(chǎn)生的子塊示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0018]如圖1和圖2所示，本發(fā)明的一種用于無人機(jī)續(xù)航能力的多起降點(diǎn)航線規(guī)劃方法，其特征在于，所述方法將無人機(jī)的起降點(diǎn)作為一個(gè)參數(shù)用于航跡規(guī)劃，并且根據(jù)無人機(jī)單次飛行作業(yè)能力的限制，結(jié)合起降點(diǎn)的分布將一個(gè)測區(qū)進(jìn)行劃分;其包括以下幾個(gè)步驟:
(1)用戶在地圖上勾畫測區(qū)的飛行邊界，用戶根據(jù)現(xiàn)場的飛行作業(yè)的方便程度、通視條件等考慮在地圖上設(shè)定作業(yè)起降點(diǎn)；
(2)通過用戶指定的影像分辨率等參數(shù)，結(jié)合所使用的光學(xué)傳感器計(jì)算出需要飛行的航高，或者用戶人工指定飛行航高；
(3)用戶設(shè)定無人機(jī)其他飛行參數(shù)，包括:單次飛行作業(yè)時(shí)間、飛行速度、轉(zhuǎn)彎半徑等；
(4)結(jié)合需要采集的影像的重疊圖，規(guī)劃算法自動(dòng)計(jì)算出整個(gè)測區(qū)的航跡線，這個(gè)整體航跡線是初始航跡，后續(xù)處理需要根據(jù)起降點(diǎn)對這個(gè)初始航跡進(jìn)行分塊；
(5)根據(jù)之前設(shè)定的無人機(jī)的起降點(diǎn)，對整個(gè)測區(qū)進(jìn)行分塊，形成子塊，每個(gè)子塊就是一個(gè)子作業(yè)測區(qū)；
(6)子塊的調(diào)整:用戶可以調(diào)整