一種用于無人機續(xù)航能力的多起降點航線規(guī)劃方法
【專利說明】一種用于無人機續(xù)航能力的多起降點航線規(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在進行較大范圍航拍中一次飛行難以完成整個作業(yè)任務(wù)時，而進行的觀測區(qū)進行分區(qū)采集技術(shù)和方法。
【背景技術(shù)】
[0003]無人機在在進行攝影測量應(yīng)用或者遙感應(yīng)用中，通過無人機上搭載的光學(xué)傳感器采集地面目標。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，在一個較大的測區(qū)范圍內(nèi)需要通過多個架次的飛行才能完成整個較大范圍測區(qū)的數(shù)據(jù)采集工作。
[0004]無人機遙感數(shù)據(jù)采集通常需要采用傳感器對測區(qū)進行全覆蓋采集，因此，航跡規(guī)劃通常需要結(jié)合無人機傳感器的參數(shù)進行設(shè)置。以攝影測量應(yīng)用為例，現(xiàn)有的無人機飛行航線規(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)域進行航跡規(guī)劃或者動態(tài)規(guī)劃的方法，如:針對海島測繪的無人機航跡規(guī)劃、針對飛行過程中動態(tài)更改飛行計劃的航跡優(yōu)化等。另外，不少無人機航跡規(guī)劃方法主要是針對固定翼無人機，固定翼飛機在進行飛行的航跡與旋翼無人機有較大的差異，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，而旋翼無人機可以進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風(fēng)險，只要一個起降，就需要更換電池，通常，為了充分利用電池，一個架次會在電池能力允許的范圍內(nèi)盡快擴大飛行的范圍?，F(xiàn)有的航跡規(guī)劃方法較少涉及對此進行考慮。
[0005]旋翼無人機的續(xù)航能力較弱，因此，利用旋翼無人機進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測圖需要的圖像分辨率，還需要頻繁起降更換無人機電池的實際需要。在滿足測區(qū)的一定密度的航飛要求的前提條件下，一個作業(yè)測區(qū)中盡量減少無人機飛行的距離，可以降低作業(yè)成本和飛行中的風(fēng)險，另一方面，又希望在一個架次中完成盡量多的作業(yè)面積。實際上，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)無人機飛行的需要而不停的轉(zhuǎn)場。轉(zhuǎn)場意味著起降點的更換，同時，也會讓原有的航線規(guī)劃?，F(xiàn)有的方法基本上沒有考慮在較大范圍測區(qū)進行作業(yè)時，旋翼無人機的續(xù)航能力限制、電池頻繁更換、多個起降點起飛的特點，以及也沒有估計到同一個測區(qū)多個無人機協(xié)同作業(yè)的特點?，F(xiàn)有的無人機作業(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)實特性。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對上述問題，本發(fā)明設(shè)計出一種用于旋翼無人機進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續(xù)航能力的多起降點航線規(guī)劃方法，其特征在于，所述方法將無人機的起降點作為一個參數(shù)用于航跡規(guī)劃，并且根據(jù)無人機單次飛行作業(yè)能力的限制，結(jié)合起降點的分布將一個測區(qū)進行劃分;其包括以下幾個步驟:
(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；
(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)定無人機其他飛行參數(shù)，包括:單次飛行作業(yè)時間、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)劃算法自動計算出整個測區(qū)的航跡線，這個整體航跡線是初始航跡，后續(xù)處理需要根據(jù)起降點對這個初始航跡進行分塊；
(5)根據(jù)之前設(shè)定的無人機的起降點，對整個測區(qū)進行分塊，形成子塊，每個子塊就是一個子作業(yè)測區(qū)；
(6)子塊的調(diào)整:用戶可以調(diào)整起降點，對起降點的數(shù)量和位置進行調(diào)整，系統(tǒng)根據(jù)人工調(diào)整后的起降點，用戶亦可以人工調(diào)整各個子塊的邊界，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，通過計算子塊內(nèi)的航跡長度和往返起降點的距離來檢核總的作業(yè)時間，盡量讓一個子塊完成所需的總的飛行時間是單次航飛作業(yè)時間的整數(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)生的整個測區(qū)的航跡包含分塊航跡和包含每個航跡對應(yīng)飛行到起降點的路徑信息;
(9)無人機的飛行作業(yè)可以從某個起降點開始，完成該起降點所包含的所有子塊，就可依次轉(zhuǎn)場到下一個起降點，逐步完成所有的子塊；
(10)在多無人機協(xié)同作業(yè)時，可以將分塊作業(yè)任務(wù)給不同的無人機，每個無人機分別完成各自的作業(yè)子塊。
[0009]優(yōu)選的，每個所述子塊是一個相對獨立的作業(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，總的飛行時間不超過無人機的單次作業(yè)飛行續(xù)航時間極限;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的方式生成子塊。
[0010]優(yōu)選的，自動進行初步規(guī)劃的航跡線結(jié)果不能保證完全符合航飛作業(yè)人員的實際需要，允許人工調(diào)整;允許無人機的起飛和降落分別在不同的點上，即:起飛在一個起降點，降落在另一個起降點，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)附近指定多個無人機航飛的起降點。
[0012]優(yōu)選的，結(jié)合用戶指定的起降點、所使用的無人機的飛行能力、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，還要將無人機往返起降點所產(chǎn)生的額外飛行距離、每個分塊內(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，用戶可以在無人機作業(yè)過程中更改起降點的個數(shù)、起降點的位置，以及調(diào)整某個起降點的作業(yè)范圍，所規(guī)劃的航線會同步調(diào)整，保證整個飛行航跡不出現(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，能夠讓旋翼無人機更加適合測繪和遙感的實際應(yīng)用。本發(fā)明中，旋翼無人機作業(yè)員可以通過指定起降點，航跡規(guī)劃系統(tǒng)會根據(jù)作業(yè)員提供的起降點、作業(yè)范圍以及作業(yè)參數(shù)生成出一個估計起降點和無人機作業(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行檢查和調(diào)整，從而可以生成一個相對優(yōu)化的無人機作業(yè)航跡。本發(fā)明除了能夠減少旋翼無人機在實際作業(yè)中的飛行距離，提高作業(yè)效率，這種分塊的航跡規(guī)劃還能夠支持多個無人機對同一個測區(qū)進行協(xié)同作業(yè)。
[0015]
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明最佳實施例的人工勾畫的作業(yè)范圍示意圖；
圖2是本發(fā)明最佳實施例的作業(yè)范圍內(nèi)選擇的無人機起降點示意圖；
圖3是本發(fā)明最佳實施例的根據(jù)無人機起降點而產(chǎn)生的子塊示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細的描述。
[0018]如圖1和圖2所示，本發(fā)明的一種用于無人機續(xù)航能力的多起降點航線規(guī)劃方法，其特征在于，所述方法將無人機的起降點作為一個參數(shù)用于航跡規(guī)劃，并且根據(jù)無人機單次飛行作業(yè)能力的限制，結(jié)合起降點的分布將一個測區(qū)進行劃分;其包括以下幾個步驟:
(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；
(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)定無人機其他飛行參數(shù)，包括:單次飛行作業(yè)時間、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)劃算法自動計算出整個測區(qū)的航跡線，這個整體航跡線是初始航跡，后續(xù)處理需要根據(jù)起降點對這個初始航跡進行分塊；
(5)根據(jù)之前設(shè)定的無人機的起降點，對整個測區(qū)進行分塊，形成子塊，每個子塊就是一個子作業(yè)測區(qū)；
(6)子塊的調(diào)整:用戶可以調(diào)整