应用于无人机植保的自动避障方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种应用于无人机植保的自动避障方法及系统，该方法包括：基于与地块多边形相交的线状障碍物，将地块多边形分割为多个任务区；对于所述任务区，计算第一有效任务区和第二有效任务区；所述第一有效任务区的任一边作为起始航段时，其外移喷幅宽度对应的边界为无人机喷洒所允许达到的最大边界；所述第二有效任务区的任一边作为航段一端时，其延伸喷步宽度对应的边界为无人机喷洒所允许达到的最大边界；基于第一有效任务区计算起始航段和航段数量，基于各航段与第二有效任务区边界的交点获取各航段的端点。本发明专利技术提高了无人机避障方法的效率；此外，由于在计算有效任务区时考虑到无人机的喷幅和喷步，还提高了无人机避障方法的准确性。

Automatic obstacle avoidance method and system for unmanned aerial vehicle plant protection

The invention relates to automatic obstacle avoidance method and system for UAV plant protection, the method includes: linear obstacle polygon intersect with the plots based on the block polygon is divided into a plurality of tasks; for the mission area, calculate the first efficient task area and second effective mission area; the first effective the mission area either side as the starting segment, the outer jet width corresponding to the boundary displacement for maximum boundary UAV spraying is allowed to reach; the second effective mission area either side of the leg as the end, the boundary extension step corresponding to the maximum width of the spray boundary UAV spraying allows up to calculate the number of; the initial leg and leg first effective mission area based on the intersection of the boundary endpoints each leg and second effective mission area acquisition based on each leg. The invention improves the efficiency of the obstacle avoidance method of the unmanned aerial vehicle; in addition, the accuracy of the obstacle avoidance method of the UAV is improved due to the calculation of the spraying amplitude and the step of the unmanned aerial vehicle in the calculation of the effective task area.

【技术实现步骤摘要】
应用于无人机植保的自动避障方法及系统
本专利技术涉及无人机植保领域，更具体地，涉及一种应用于无人机植保的自动避障方法及系统。
技术介绍
无人机植保即利用无人机进行农林植物保护作业，作业时通常采用自主飞行模式(即无人机根据设定的航线自动飞行或者由驾驶员通过遥控器控制无人机飞行。对于自主飞行模式而言，航线规划是作业前一个重要的准备步骤。航线规划指的是计算机软件系统根据农田地块的坐标(通常是地块的平面投影坐标信息，计算出一条覆盖整个地块的合理的航线。航线通常是由在地块内来回折返的多个航段组成，如图1中的虚线所示(需要说明的是，地块通常以多边形的形式来表示，该多边形在下文中也称作地块多边形。在进行航线规划之前，需要考虑地块内和地块附近是否存在障碍物，以保证无人机安全飞行。根据调研，农田地块内最常见的障碍物是电力线(如图2中间的虚线所示，而农田地块附近最常见的障碍物是树木(通常是一排树木，如图2左侧的虚线所示。为了保证无人机安全飞行，有时不仅要求无人机不能穿越障碍物，而且还必须根据障碍物的类型设定合理的缓冲区。例如，针对普通电力线需要设定10米的缓冲区(以电力线中心线为基准，针对树木需要设定2米的缓冲区(以树冠边界为基准，临近机耕道的地块边界一般也需要设定1米的缓冲区。在这种情况下，在规划航线之前，必须先根据地块内的障碍物对地块进行任务区分割，并且在分割之后根据障碍物的缓冲区计算植保作业的有效任务区，经过这样处理的有效任务区才是进行航线规划的目标区域。在无人机植保领域，目前一般采用人工判别的避障方法，也就是由业务员在电子地图上根据地块内障碍物的分布情况，用鼠标勾绘任务区。然而，这种人工判别的避障方法存在以下几个缺点：1、准确性差，用鼠标勾绘任务区时很难精确给定某种类型障碍物的缓冲区，同一个地块、相同类型障碍物的缓冲距离往往不同；2、效率低，无法实现批量、自动化处理。
技术实现思路
为解决上述现有技术中存在的问题，根据本专利技术的一个方面，提供了一种应用于无人机植保的自动避障方法，包括：步骤1，基于与地块多边形相交的线状障碍物，将地块多边形分割为多个任务区；步骤2，对于所述任务区，计算第一有效任务区和第二有效任务区；所述第一有效任务区的任一边作为起始航段时，其外移喷幅宽度对应的边界为无人机喷洒所允许达到的最大边界；所述第二有效任务区的任一边作为航段一端时，其延伸喷步宽度对应的边界为无人机喷洒所允许达到的最大边界；步骤3，基于第一有效任务区计算起始航段和航段数量，基于各航段与第二有效任务区边界的交点获取各航段的端点。优选地，步骤2中第一有效任务区的计算，具体为：步骤201，对于所述任务区的每一条边界线段，分别取对应边界线段的缓冲距离与无人机喷幅之间的较大者作为对应边界线段的第一有效缓冲距离，以得到对应边界线段的第一有效缓冲区；步骤202、将所述对应任务区减去其所有边界线段对应的第一有效缓冲区，得到所述对应任务区的第一有效任务区。优选地，在所述对应任务区附近存在邻近障碍物的情况下，步骤202中在将所述对应任务区减去其所有边界线段对应的第一有效缓冲区后，还包括：将所述对应任务区减去该邻近障碍物的缓冲区。优选地，计算任务区的第二有效任务区包括：步骤211、对于所述对应任务区的每一条边界线段，分别取对应边界线段的缓冲距离与无人机喷步之间的较大者作为对应边界线段的第二有效缓冲距离，以得到对应边界线段的第二有效缓冲区；步骤212、将所述对应任务区减去其所有边界线段的第二有效缓冲区，得到所述对应任务区的第二有效任务区。优选地，在所述对应任务区附近存在邻近障碍物的情况下，步骤212中在将所述对应任务区减去其所有边界线段的第二有效缓冲区后，还包括：将所述对应任务区减去该邻近障碍物的缓冲区。优选地，步骤3包括：从任务区的第一有效任务区的边界线中任选一条作为起始航段，根据设定航线间隔确定航段数量，并生成其他航段；依据该任务区所获取航段与第二有效任务区边界的交点确定各航段的起点和终点，以起点和终点之间的直线段作为新的航段生成无人机植保航线。优选地，步骤1包括：计算地块多边形的边界线段与障碍物的交点，得到地块多边形的边界线段被障碍物分割后的线段；由地块多边形的被分割后的线段与所述交点连线构成的障碍物边界线段构成任务区。优选地，还包括：步骤0、对于特定地块多边形，判断是否有障碍物将该特定地块多边形分割开，如果有则执行步骤1，否则将该特定地块多边形作为任务区执行步骤2。本专利技术的另一方面，还提供了一种应用于无人机植保的自动避障系统，包括：任务区分割模块，配置为基于障碍物将地块多边形分割为多个任务区；航线规划模块，配置为对所述任务区，基于权利要求1～8中任一项所述的方法计算第一有效任务区、第二有效任务区，并进一步计算无人机植保航线。优选地，所述任务区分割模块进行多个任务区分割的方法为：计算地块多边形的边界线段与障碍物的交点，得到地块多边形的边界线段被障碍物分割后的线段；由地块多边形的被分割后的线段与所述交点连线构成的障碍物边界线段构成任务区。本专利技术提供的应用于无人机植保的自动避障方法及系统能够根据障碍物将地块自动分割为多个任务区，能够根据任务区边界线段的缓冲距离以及无人机的喷幅和喷步自动计算有效任务区，提高了无人机避障方法的效率；此外，由于在计算有效任务区时综合考虑了无人机的喷幅和喷步，因此还提高了无人机避障方法的准确性。附图说明图1示例性地示出地块及覆盖该地块的航线；图2示例性地示出地块内以及地块附近的障碍物；图3是根据本专利技术一个实施例的应用于无人机植保的自动避障方法的流程图；图4示例性地示出地块多边形以及将该地块多边形分割开的障碍物；图5示出对图4中的地块多边形进行分割后得到的任务区；图6示例性地示出无人机的喷幅和喷步；图7是无人机沿障碍物边界飞行的示意图；图8是无人机朝向障碍物飞行的示意图；图9示例性地示出任务区内的两个有效任务区；图10示出根据图9中的有效任务区规划的航线。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术加以说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。根据本专利技术的一个实施例，提供一种应用于无人机植保的自动避障方法。概括而言，该方法包括：基于障碍物将地块多边形分割为多个任务区；对于每个任务区，基于该任务区的边界线段的缓冲区和无人机喷幅计算该任务区的第一有效任务区，并且基于该任务区的边界线段的缓冲区和无人机喷步确定该任务区的第二有效任务区；以及，基于每个任务区的第一有效任务区和第二有效任务区规划该任务区的航线。下面结合图3，对该应用于无人机植保的自动避障方法实施例进行详细描述。第一步：读取地块多边形的坐标和障碍物的坐标，判断是否有障碍物将该地块多边形分割开，若有则执行第二步，否则，将该地块多边形作为任务区执行第三步。本领域技术人员应理解，判断障碍物是否将地块多边形分割开的过程属于计算几何领域的公知常识，本文不再对此进行描述。其中，对于地块内常见的线状障碍物(如电力线)而言，则可以判断该线状障碍物是否与地块多边形的两条边相交，如果相交，则说明该线状障碍物分割开了该地块多边形。第二步：根据障碍物将地块多边形进行分割，得到多个任务区，并且记录任务区边界类型。在一个实施例中，可以计算地块多边形的边界线段与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于无人机植保的自动避障方法，其特征在于，包括：步骤1，基于与地块多边形相交的线状障碍物，将地块多边形分割为多个任务区；步骤2，对于所述任务区，计算第一有效任务区和第二有效任务区；所述第一有效任务区的任一边作为起始航段时，其外移喷幅宽度对应的边界为无人机喷洒所允许达到的最大边界；所述第二有效任务区的任一边作为航段一端时，其延伸喷步宽度对应的边界为无人机喷洒所允许达到的最大边界；步骤3，基于第一有效任务区计算起始航段和航段数量，基于各航段与第二有效任务区边界的交点获取各航段的端点。

【技术特征摘要】
1.一种应用于无人机植保的自动避障方法，其特征在于，包括：步骤1，基于与地块多边形相交的线状障碍物，将地块多边形分割为多个任务区；步骤2，对于所述任务区，计算第一有效任务区和第二有效任务区；所述第一有效任务区的任一边作为起始航段时，其外移喷幅宽度对应的边界为无人机喷洒所允许达到的最大边界；所述第二有效任务区的任一边作为航段一端时，其延伸喷步宽度对应的边界为无人机喷洒所允许达到的最大边界；步骤3，基于第一有效任务区计算起始航段和航段数量，基于各航段与第二有效任务区边界的交点获取各航段的端点。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中第一有效任务区的计算，具体为：步骤201，对于所述任务区的每一条边界线段，分别取对应边界线段的缓冲距离与无人机喷幅之间的较大者作为对应边界线段的第一有效缓冲距离，以得到对应边界线段的第一有效缓冲区；步骤202、将所述对应任务区减去其所有边界线段对应的第一有效缓冲区，得到所述对应任务区的第一有效任务区。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述对应任务区附近存在邻近障碍物的情况下，步骤202中在将所述对应任务区减去其所有边界线段对应的第一有效缓冲区后，还包括：将所述对应任务区减去该邻近障碍物的缓冲区。4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，计算任务区的第二有效任务区包括：步骤211、对于所述对应任务区的每一条边界线段，分别取对应边界线段的缓冲距离与无人机喷步之间的较大者作为对应边界线段的第二有效缓冲距离，以得到对应边界线段的第二有效缓冲区；步骤212、将所述对应任务区减去其所有边界线段的第二有效缓冲区，得到所述对应任务区的第二有效任务区。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：于雷易，刘阳锋，梁志生，
申请(专利权)人：北京艾森博航空科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11