植保无人机集群系统及植保方法技术方案

本发明专利技术公开了一种植保无人机集群系统，包括：任务地面站、无人机地面站和由N架植保无人机组成的植保无人机集群；植保无人机集群通过自组网模块组与任务地面站相连、通过数传模块组与无人机地面站相连，实现任务指令、协同指令和应急操作指令的实时传输。本发明专利技术自动化程度高，在植保任务过程中，任务地面站可以自动完成任务规划、重规划、集群起飞、集群开始任务、集群返航等一系列动作，对操作人员的依赖较低；本发明专利技术植保效率高，通过操作任务地面站和无人机地面站即可实现植保无人机集群的并行工作和实时监测，人员利用效率高，多架植保无人机协同执行植保任务，缩短了任务时间，大大提高任务效率。

【技术实现步骤摘要】
植保无人机集群系统及植保方法
本专利技术涉及无人机
，具体涉及智能化程度较高的植保无人机集群系统及植保方法。
技术介绍
近年来，随着无人机行业的迅速发展，专业级植保无人机在农田作业中得到了广泛的应用。现有植保技术通常是由一名植保无人机飞手单独操作一架植保无人机进行喷洒作业，作业过程中通过自动飞行程序来进行控制，飞手只需要在紧急情况下对无人机进行应急操作，人员利用效率不高。无人机集群技术作为一种新兴的技术形态具有智能程度高、协同能力强、环境适应性强等特点，且相关技术日趋成熟，应用于植保无人机领域可以大大提高植保无人机操作人员的利用率，喷洒作业的速度也可以得到大幅提升。
技术实现思路
针对上述问题中存在的不足之处，本专利技术提供植保无人机集群系统及植保方法。本专利技术公开了一种植保无人机集群系统，包括：任务地面站、无人机地面站和由N架植保无人机组成的植保无人机集群；所述植保无人机集群通过自组网模块组与所述任务地面站相连、通过数传模块组与所述无人机地面站相连，实现任务指令、协同指令和应急操作指令的实时传输。作为本专利技术的进一步改进，所述任务地面站通过所述自组网模块组向所述植保无人机集群上传任务航线的规划结果和任务过程中的重规划结果，以及接收所述植保无人机集群的传感器数据。作为本专利技术的进一步改进，所述任务地面站加载二维数字地图，用于植保任务规划和计算，确定植保无人机的出动架数、架次，以及每架植保无人机的飞行速度、飞行高度、喷幅宽度、喷雾流量、喷洒区域和飞行航线；任务地面站操作人员对喷洒任务的规划方案进行检查，根据农田和农作物实际情况，进一步修订所述植保无人机集群出动方案；在任务过程中，操作人员对任务执行情况进行实时监测，当出现重喷、漏喷、无药、断药问题时进行任务重新规划。作为本专利技术的进一步改进，所述无人机地面站通过所述数传模块组向所述植保无人机集群上传紧急情况下的应急指令，以及接收所述植保无人机集群的飞行参数和飞行状态。作为本专利技术的进一步改进，所述无人机地面站通过可视化界面监控所述植保无人机集群的实时飞行动态，便于无人机地面站操作人员做出应急处理，在植保无人机出现紧急情况时，操作人员通过无人机地面站将植保无人机切换至悬停模式、返航模式或手动模式，避免危险的发生。作为本专利技术的进一步改进，所述自组网模块组包括地面端自组网模块和安装在每架植保无人机上的机载端自组网模块，所述地面端自组网模块与所有机载端自组网模块通过Mesh组网相互通信，所有所述机载端自组网模块之间组网通信；所述数传模块组包括地面端数传模块和安装在每架植保无人机上的机载端数传模块，所述地面端数传模块与机载端数传模块一一对应通信。作为本专利技术的进一步改进，所述植保无人机包括：飞行平台、动力装置、飞控系统、任务控制板、所述机载端自组网模块、所述机载端数传模块、传感器组和喷洒系统；所述飞行平台为旋翼无人机平台，用于为所述植保无人机的其他组成部分提供平台；所述动力装置包括电机、电调、螺旋桨和电池，用于为植保无人机的飞行提供动力；所述飞控系统包括陀螺仪、加速度计、电子罗盘和计算单元，用于执行所述任务控制板发送的飞行控制指令，实现植保无人机飞行控制；所述任务控制板，用于接收来自所述机载端自组网模块的任务指令和所述传感器组的传感器数据，对所述任务指令和传感器数据进行解算，得到所述飞行控制指令；以及发送PWM信号至所述喷洒系统，控制农药的喷雾流量；所述机载端自组网模块，用于接收所述任务地面站上传的任务航线规划和重规划指令，以及所述植保无人机集群内协同任务指令的传输，所有指令均传输至所述任务控制板中进行解算；所述机载端数传模块，用于接收所述无人机地面站发送的应急处置指令，并实时向所述无人机地面站传输植保无人机的飞行参数和飞行状态；所述传感器组包括液位传感器和雷达定高模块，所述液位传感器实时测量药箱的剩余液位情况，通过所述自组网模块组转发到所述任务地面站和集群内其他植保无人机；所述雷达定高模块实时测量植保无人机与农田的相对高度，并由所述任务控制板进行解算实现仿地飞行；所述喷洒系统包括药箱、水泵、喷头和电调，所述药箱用于装载任务所需的药液，所述水泵和喷头用于药液的雾化和喷洒，所述电调接收所述任务控制板发送的PWM信号，用于控制所述水泵的功率。作为本专利技术的进一步改进，当某架植保无人机故障需要退出任务时，该植保无人机上的任务控制板通过自组网模块将本机剩余的未完成的喷洒任务发给集群内其他植保无人机，集群内植保无人机进行协同方案制定，所述任务地面站进行方案确认，指派其他植保无人机继续执行剩余的任务。作为本专利技术的进一步改进，当存在某片区域需要重喷、补喷时，所述植保无人机集群内部协同进行方案制定和评估，经任务地面站操作人员确认后，指派某架植保无人机前往执行重喷、补喷任务。本专利技术还公开了一种植保无人机集群系统的植保方法，包括：S1、启动所述任务地面站，根据实际任务具体信息进行任务前规划和计算，将计算结果通过所述自组网模块组发送给所述植保无人机集群；S2、操作人员通过所述任务地面站操控所述植保无人机集群起飞；S3、所述植保无人机集群完成起飞后，所述任务地面站发送开始任务指令，所述植保无人机集群前往任务农田执行喷洒任务；S4、若某架植保无人机完成航线或液量不足，则自动返航；S5、对于自返航的植保无人机，若该植保无人机完成所有架次的喷洒任务，则由任务地面站操作人员收回该植保无人机；若还有下一架次的喷洒任务，则进行药液添加和电池更换，执行S2；S6、若存在某架无人机故障或工作不正常导致产生需要重喷、补喷的区域，集群内部进行协同，进行协同方案制定；S7、指定一架有剩余药液并电量充足的植保无人机，在完成本机喷洒任务后，飞往需要重喷、补喷的区域完成协同喷洒，执行S3；S8、评估本次喷洒任务是否完成：如果是，执行S9，否则执行S3；S9、植保无人机集群返航。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1、自动化程度高：在植保任务过程中，任务地面站可以自动完成任务规划、重规划、集群起飞、集群开始任务、集群返航等一系列动作，对操作人员的依赖较低；2、智能化程度高：集群内的成员并非独立的完成各自的喷洒任务，而是在必要时进行协同，以更低的代价和更高的效率共同完成整个植保任务；3、植保效率高：通过操作任务地面站和无人机地面站即可实现植保无人机集群的并行工作和实时监测，人员利用效率高，多架植保无人机协同执行植保任务，缩短了任务时间，大大提高任务效率。附图说明图1为本专利技术一种实施例公开的植保无人机集群系统的框架图；图2为图1中植保无人机硬件架构图；图3为本专利技术一种实施例公开的植保无人机集群系统的植保方法流程图。图中：11、任务地面站；12、地面端自组网模块；21、无人机地面站；22、地面端数传模块；30、植保无人机集群；31、机载端自组网模块；32、任务控制板；33、飞控系统；34、机载端数传模块；41、雷达定高模块；42、液位传感器；51、药箱；52、水泵；53、喷头；54、电调。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种植保无人机集群系统，其特征在于，包括：任务地面站、无人机地面站和由N架植保无人机组成的植保无人机集群；所述植保无人机集群通过自组网模块组与所述任务地面站相连、通过数传模块组与所述无人机地面站相连，实现任务指令、协同指令和应急操作指令的实时传输。

【技术特征摘要】
1.一种植保无人机集群系统，其特征在于，包括：任务地面站、无人机地面站和由N架植保无人机组成的植保无人机集群；所述植保无人机集群通过自组网模块组与所述任务地面站相连、通过数传模块组与所述无人机地面站相连，实现任务指令、协同指令和应急操作指令的实时传输。2.如权利要求1所述的植保无人机集群系统，其特征在于，所述任务地面站通过所述自组网模块组向所述植保无人机集群上传任务航线的规划结果和任务过程中的重规划结果，以及接收所述植保无人机集群的传感器数据。3.如权利要求2所述的植保无人机集群系统，其特征在于，所述任务地面站加载二维数字地图，用于植保任务规划和计算，确定植保无人机的出动架数、架次，以及每架植保无人机的飞行速度、飞行高度、喷幅宽度、喷雾流量、喷洒区域和飞行航线；任务地面站操作人员对喷洒任务的规划方案进行检查，根据农田和农作物实际情况，进一步修订所述植保无人机集群出动方案；在任务过程中，操作人员对任务执行情况进行实时监测，当出现重喷、漏喷、无药、断药问题时进行任务重新规划。4.如权利要求1所述的植保无人机集群系统，其特征在于，所述无人机地面站通过所述数传模块组向所述植保无人机集群上传紧急情况下的应急指令，以及接收所述植保无人机集群的飞行参数和飞行状态。5.如权利要求4所述的植保无人机集群系统，其特征在于，所述无人机地面站通过可视化界面监控所述植保无人机集群的实时飞行动态，便于无人机地面站操作人员做出应急处理，在植保无人机出现紧急情况时，操作人员通过无人机地面站将植保无人机切换至悬停模式、返航模式或手动模式，避免危险的发生。6.如权利要求1-5中任一项所述的植保无人机集群系统，其特征在于，所述自组网模块组包括地面端自组网模块和安装在每架植保无人机上的机载端自组网模块，所述地面端自组网模块与所有机载端自组网模块通过Mesh组网相互通信，所有所述机载端自组网模块之间组网通信；所述数传模块组包括地面端数传模块和安装在每架植保无人机上的机载端数传模块，所述地面端数传模块与机载端数传模块一一对应通信。7.如权利要求6所述的植保无人机集群系统，其特征在于，所述植保无人机包括：飞行平台、动力装置、飞控系统、任务控制板、所述机载端自组网模块、所述机载端数传模块、传感器组和喷洒系统；所述飞行平台为旋翼无人机平台，用于为所述植保无人机的其他组成部分提供平台；所述动力装置包括电机、电调、螺旋桨和电池，用于为植保无人机的飞行提供动力；所述飞控系统包括陀螺仪、加速度计、电子罗盘和计算单元，用于执行所述任务控制板发送的飞行控制指令，实现植保无人机飞行控制；所述任务控制板，用于接收来自所述机载端自组网模块的任务指令和所述传...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁晓龙，侯岳奇，付其喜，张佳强，何吕龙，王维佳，范翔宇，胡利平，王玉冰，
申请(专利权)人：梁晓龙，
类型：发明
国别省市：江苏,32