CN107272726A - 基于无人机植保作业的作业区域确定方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种基于无人机植保作业的作业区域确定方法及装置，包括如下步骤：获取作业农田区域的地块信息，并根据所述地块信息在卫星地图上创建作业地块；根据所创建的作业地块规划航线并进行植保作业；获取无人机在植保作业过程中多个采集点的飞行数据；基于多个采集点的飞行数据确定多个分块区域；所述多个分块区域的并集即为作业地块的作业区域。本发明所提供的基于无人机植保作业的作业区域确定方法及装置，有利于用户了解作业地块的实际喷洒覆盖情况，便于根据实际喷洒覆盖情况进行后续植保作业，以使作业地块内所有区域均被有效覆盖，同时，进一步提高了植保作业机械化程度和植保作业效果。

Description

基于无人机植保作业的作业区域确定方法及装置

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种基于无人机植保作业的作业区域确定方法及装置。

背景技术

无人机是一种由无线电遥控设备或自身程序控制装置操纵的无人驾驶飞行器。目前，随着科技的发展，无人机技术日趋成熟，无人机以其速度快、操作灵活的特点被广泛应用。

随着植保无人机技术的发展，越来越多的用户开始采用无人机进行植保作业，尤其是利用无人机进行农药喷洒和化肥喷洒等，具有对农作物损害小、农药利用率高、降低劳动强度等优点。

但是，目前实际应用中，当用户利用无人机对一块农田进行植保作业后，难以了解该农田实际作业覆盖情况，进而无法判断植保作业效果。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供一种基于无人机植保作业的作业区域确定方法及装置，其可便于用户了解植保作业时当前作业地块的覆盖情况，有利于提高植保作业效果和质量。

为了达到上述技术效果，本发明包括以下技术方案：一种基于无人机植保作业的作业区域确定方法，包括如下步骤：

（1）获取作业农田区域的地块信息，并根据所述地块信息在卫星地图上创建作业地块；

（2）根据所创建的作业地块规划航线并进行植保作业；

（3）获取无人机在植保作业过程中多个采集点的飞行数据，其中，所述飞行数据为各采集点的经纬度信息以及喷幅；

（4）基于多个采集点的飞行数据确定多个分块区域，其中，每个分块区域由相邻采集点的喷幅、距离以及机头的北向偏航角决定；所述机头的北向偏航角为机头与正北方向的顺时针夹角；

（5）所述多个分块区域的并集即为作业地块的作业区域。

进一步地，所述方法还包括：计算作业地块的作业面积，所述作业面积为多个分块区域面积的并集。

进一步，所述方法还包括：获取作业地块的总区域，将作业地块的总区域减去作业地块的作业区域，获得作业地块的漏喷区域；

将作业地块的总面积减去作业地块的作业面积，获得作业地块的漏喷面积；

所述多个分块区域面积的交集为作业地块的重喷面积。

另外，本发明还提供了一种基于无人机植保作业的作业区域确定装置，包括：

作业地块创建模块：用于根据所获取的作业农田区域的地块信息在卫星地图上创建作业地块；

航线规划模块：用于根据所创建的作业地块以及设置的喷幅规划航线；

飞行数据获取模块：用于获取无人机植保作业过程中多个采集点的飞行数据，其中，所述飞行数据为各采集点的经纬度信息以及喷幅；

分块区域确定模块：用于根据多个采集点的飞行数据确定多个分块区域，其中，每个分块区域由相邻采集点的喷幅、距离以及机头的北向偏航角决定；

作业区域确定模块：将多个分块区域的并集作为作业地块的作业区域。

采用上述技术方案，包括以下有益效果：本发明所提供的基于无人机植保作业的作业区域确定方法及装置，能够通过植保作业过程中多个采集点的飞行数据确定多个分块区域，并通过分块区域的并集确定作业地块的实际作业区域，进而获得作业地块的实际作业面积，有利于用户了解作业地块的实际喷洒覆盖情况，便于根据实际喷洒覆盖情况进行后续植保作业，以使作业地块内所有区域均被有效覆盖，同时，进一步提高了植保作业机械化程度和植保作业效果。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的基于无人机植保作业的作业区域确定方法流程图；

图2为本发明实施例中在创建的作业地块上规划出航线的示意图；

图3为本发明实施例中确定分块区域的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用 新型实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实 施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性 劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

本发明实施例1提供了一种基于无人机植保作业的作业区域确定方法，参阅图1，为本实施例所提供的基于无人机植保作业的作业区域确定方法的流程图，包括如下步骤：

S101、获取作业农田区域的地块信息，并根据所述地块信息在卫星地图上创建作业地块；

获取作业农田区域的地块信息是指获取作业地块的地理位置信息，本实施例中提出的地理位置信息是指该作业农田区域的经纬度信息，根据经纬度信息通过相关算法获得每个点的二维数据信息，即X、Y的点值，从而在计算机的卫星地图上能够创建虚拟作业地块、生成作业地块边界线，其中该作业地块的经纬度信息为依据测绘人员对作业农田区域的边界进行实地测绘得到的多个采集点的测绘数据所生成的信息。相关算法在现有技术中较多，只要能够将经纬度信息转换成二维坐标信息即可，本实施例中没有特殊限定；

S102、根据所创建的作业地块规划航线并进行植保作业；

其中，所规划出的航线为无人机的飞行路线，由多条等间隔且相互平行的直线段首尾顺次连接而成，如图2所示，相邻直线段之间的距离为一个喷幅，即无人机喷洒宽度，具体操作时，用户在现有用户端上根据创建的作业地块以及设置的飞行参数规划出飞行航线，植保作业时，无人机按照所规划出的航线植保作业，所述飞行参数为飞行速度、喷洒宽度以及飞行高度等。

S103、获取无人机在植保作业过程中多个采集点的飞行数据，其中，所述飞行数据为各采集点的经纬度信息以及喷幅；

具体实现时，可以通过安装在无人机上的GPS/北斗和传感器模块（三轴加速度计、三轴陀螺仪、磁罗盘和气压计等）实时获取飞机的空间飞行姿态和高度信息，所采集的飞行数据可以存储在无人机上记载数据记录装置的存储空间内，也可以通过机载控制器将所采集的飞行数据封装成数据包并通过网络通信模块上传到服务器。

具体实现时，可以通过安装在无人机上的GPS/北斗和传感器模块（三轴加速度计、三轴陀螺仪、磁罗盘和气压计等）实时获取飞机的空间飞行姿态和高度信息，所采集的飞行数据可以存储在记载数据记录装置的存储空间内，也可以通过机载控制器将所采集的飞行数据封装成数据包并通过网络通信模块上传到远程服务器。在植保作业过程中，一般每隔0.2S采集一次数据，采集数据处为采集点。

飞行数据还包括水平速度、垂直速度、飞行高度和作业时间等。

S104、基于多个采集点的飞行数据确定多个分块区域，其中，每个分块区域由相邻采集点的喷幅、距离以及机头的北向偏航角决定；所述机头的北向偏航角为机头与正北方向的顺时针夹角；

S105、所述多个分块区域的并集即为作业地块的作业区域。

作业地块的作业区域即为植保作业过程中实际喷洒覆盖的区域，采集点所形成的多个分块区域可能会出现相交情况，即植保作业过程中会出现重复喷洒现象，因此，植保作业中分块区域的总和不一定是实际喷洒覆盖的区域，实际喷洒覆盖的区域为各分块区域的并集。

分别计算多个分块区域面积，所述作业地块的作业面积为所述多个分块区域面积的并集。

本发明是实施例2提供了分块区域以及面积的确定方法，由于在植保作业过程中，通常，无人机沿着相互平行的直线段进行飞行，采集点位于直线段上，相邻采集点的距离以及喷幅所形成的区域为长方形区域，即以相邻采集点的连接线作为长，以喷幅作为宽所形成的区域，面积为相邻采集点连接线的长度与喷幅的乘积，如图3所示，采集点1和2为航线中同一航线段AB上的两个相邻采集点，线段34以及56为喷幅，机头朝向沿航线段AB，其中，机头朝向即机头的北向偏航角可以通过设于无人机上的姿态传感器测得，长方形区域3-4-5-6即为采集点12所形成的的分块区域。

同一直线段上采集点所形成的多个长方形区域的中心线相同，所有长方形区域的并集即为作业地块的作业区域，但是，实际植保作业时，采集点可能会出现漂移情况，即无人机航向偏离所在的航线，从而使得有些采集点偏离直线段，这些采集点与相邻采集点所形成的区域也有所偏移，形成不规则多边形区域，该种情况下的植保作业就会出现重复喷洒或漏喷现象。针对上述采集点偏移想象，本实施例提供了一种确定分块区域以及面积的方法：

S201、根据机头的北向偏航角确定机头朝向；

S202、根据机头朝向和两个采集点处的喷幅确定分别经过两个采集点且与机头所在方向垂直的边界线A和B；

S203、顺次连接两边界线A和B的端点获得边界线C和边界线D；

S204、所述边界线A、边界线B、边界线C和边界线D形成多边形分块区域；

S205、通过几何算法计算分块区域面积。

参阅图3，采集点11和采集点12为相邻的两个采集点，其中，采集点12发生漂移，偏离了原本航线AB，通过姿态传感器所测得的机头北向偏航角确定机头朝向，根据机头朝向确定采集点11处喷幅的两端点1和8，同理求得采集点12处喷幅的两端点10和9，从而形成多边形区域7-8-9-10，本实施例中，采集点11和12的机头朝向一致，且喷幅相同，因此，采集点11和12所形成的分块区域为平行四边形区域，根据几何关系，很容易求得该分块区域的喷洒面积，同理，求得其它分块区域面积。在其它实施例中，所形成的分块区域可能是不规则的多边形区域，同理，可以采用几何算法求得多边形区域面积，此处不再赘述。

另外，所述作业地块的作业面积由以下方法所得：

S301、依次计算各分块区域的实际作业面积；其中，当前分块区域的实际作业面积为当前分块区域与前n-1个分块区域进行相交匹配，所获取的无交集区域的面积；

具体地，分块区域的实际作业面积对应分块区域的实际作业区域，分块区域的实际作业区域为该分块区域内没有与其它分块区域相交的区域，即，没有出现重喷的区域。

S302、将各分块区域的实际作业面积累加，获得所述多个分块区域面积的并集，从而获得作业地块的作业面积。

本发明实施例3提供了另一种计算作业地块作业面积的方法，具体如下：

S401、将创建作业地块的卫星地图缩放至28-29级，在该缩放级别下，作业地块内包含多个GPS点，统计出所有GPS点数量；

将地图缩放至28-29级，经纬度小数点后至第六位，在该缩放级别下，作业地块内所涵盖的GPS点较为密集，有利于准确地计算作业地块的作业面积。

S402、分别查找各分块区域内的有效GPS点，其中，所述有效GPS点为仅分布在其中一分块区域内的GPS点；

具体地，有效GPS点即分块区域内没有被重复喷洒且在地图缩放比例下经纬度小数点后至第六位的GPS点。

S403、将各分块区域内的有效GPS点累加，获得作业地块的有效GPS点总量；

S404、获得作业地块总面积，所述作业面积为有效GPS点所占比例与作业地块总面积的乘积。

通过有效GPS点占作业地块内所有GPS点的比例从而求得实际作业面积做占的比例，实际作业面积所占比例与作业地块总面积的乘积，即为作业地块的作业面积。

在本实施例中，进一步地，还包括获取作业地块的总区域，将作业地块的总区域减去作业地块的作业区域，获得作业地块的漏喷区域；

将作业地块的总面积减去作业地块的作业面积，获得作业地块的漏喷面积；

获取作业地块的重喷区域，所述多个分块区域的交集为作业地块的重喷区域；

获取作业地块的重喷面积，所述多个分块区域面积的交集为作业地块的重喷面积。

在实际植保作业过程中，由于飞行航线所形成的飞行轨迹不一定均匀，采集点会出现偏移现象，通过上述方法在求得实际作业面积的同时，获取漏喷面积和重喷面积，有利于用户了解植保作业情况。

本发明是实施例4提供了一种基于无人机植保作业的作业区域确定装置，包括：

作业地块创建模块：用于根据所获取的作业农田区域的地块信息在卫星地图上创建作业地块；

航线规划模块：用于根据所创建的作业地块以及设置的喷幅规划航线；

飞行数据获取模块：用于获取无人机植保作业过程中多个采集点的飞行数据，其中，所述飞行数据为各采集点的经纬度信息以及喷幅；

分块区域确定模块：用于根据多个采集点的飞行数据确定多个分块区域，其中，每个分块区域由相邻采集点的喷幅、距离以及机头的北向偏航角决定；

作业区域确定模块：将多个分块区域的并集作为作业地块的作业区域。

在本发明实施例的一种优选方式中，该装置包括：

分块区域面积计算模块：用于分别计算各分块区域对应的面积；

作业地块总面积计算模块：用于计算作业地块的总面积；

作业面积计算模块：用于将所述多个分块区域面积的并集作为作业地块的作业面积。

在本发明实施例的另一种优选方式中，该装置还包括:

漏喷区域确定模块：用于将作业地块的总区域减去作业地块的作业区域；

其中作业地块的总区域可以人为测量所得，即创建作业地块的方式，通过测量人员实地打点的方式获取多个采集点，多个采集点形成作业地块的边界，从而确定作业地块的总区域。

漏喷面积计算模块：用于将作业地块的总面积减去作业地块的作业面积；

重喷区域确定模块：用于将作业地块的总面积减去作业地块的作业面积，获得作业地块的重喷面积；

重喷面积计算模块：用于多个分块区域面积的交集为作业地块的重喷面积。

本实施例中，进一步地，还包括：

GPS点统计模块：用于统计作业地块内所有GPS点以及有效GPS点；

第一计算模块：用于计算所述有效GPS点占所有GPS点数量的比例；

第二计算模块：用于计算有效GPS点所占比例与作业地块总面积的乘积，获得作业地块的作业面积，即实际喷洒面积。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于无人机植保作业的作业区域确定方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）获取作业农田区域的地块信息，并根据所述地块信息在卫星地图上创建作业地块；

（2）根据所创建的作业地块规划航线并进行植保作业；

（3）获取无人机在植保作业过程中多个采集点的飞行数据，其中，所述飞行数据为各采集点的经纬度信息以及喷幅；

（4）基于多个采集点的飞行数据确定多个分块区域，其中，每个分块区域由相邻采集点的喷幅、距离以及机头的北向偏航角决定；所述机头的北向偏航角为机头与正北方向的顺时针夹角；

（5）所述多个分块区域的并集即为作业地块的作业区域。

2.根据权利要求1所述的作业区域确定方法，其特征在于，所述方法还包括：

计算作业地块的作业面积，所述作业面积为多个分块区域面积的并集。

3.根据权利要求2所述的作业区域确定方法，其特征在于，所述分块区域及其面积由以下方法确定:

根据机头的北向偏航角确定机头朝向；

根据机头朝向和两个采集点处的喷幅确定分别经过两个采集点且与机头所在方向垂直的边界线A和B；

顺次连接两边界线A和B的端点获得边界线C和边界线D；

所述边界线A、边界线B、边界线C和边界线D形成多边形分块区域；

通过几何算法计算分块区域面积。

4.根据权利要求3所述的作业区域确定方法，其特征在于，所述作业地块的作业面积由以下方法所得：

依次计算各分块区域的实际作业面积；其中，当前分块区域的实际作业面积为当前分块区域与前n-1个分块区域进行相交匹配，所获取的无交集区域的面积；

将各分块区域的实际作业面积累加，获得所述多个分块区域面积的并集，从而获得作业地块的作业面积。

5.根据权利要求2所述的作业区域确定方法，其特征在于，所述作业地块的作业面积由以下方法所得：

（1）将创建作业地块的卫星地图缩放至28-29级，在该缩放级别下，作业地块内包含多个GPS点，统计出所有GPS点数量；

（2）分别查找各分块区域内的有效GPS点，其中，所述有效GPS点为仅分布在其中一分块区域内的GPS点；

（4）将各分块区域内的有效GPS点累加，获得作业地块的有效GPS点总量；

（5）获得作业地块总面积，所述作业面积为有效GPS点所占比例与作业地块总面积的乘积。

6.根据权利要求2所述的作业区域确定方法，其特征在于，还包括：

获取作业地块的总区域，将作业地块的总区域减去作业地块的作业区域，获得作业地块的漏喷区域；

将作业地块的总面积减去作业地块的作业面积，获得作业地块的漏喷面积。

7.根据权利要求2所述的作业区域确定方法，其特征在于，还包括:

获取作业地块的重喷区域，所述多个分块区域的交集为作业地块的重喷区域；

获取作业地块的重喷面积，所述多个分块区域面积的交集为作业地块的重喷面积。

8.一种基于无人机植保作业的作业区域确定装置，其特征在于，包括：

作业地块创建模块：用于根据所获取的作业农田区域的地块信息在卫星地图上创建作业地块；

航线规划模块：用于根据所创建的作业地块以及设置的喷幅规划航线；

飞行数据获取模块：用于获取无人机植保作业过程中多个采集点的飞行数据，其中，所述飞行数据为各采集点的经纬度信息以及喷幅；

分块区域确定模块：用于根据多个采集点的飞行数据确定多个分块区域，其中，每个分块区域由相邻采集点的喷幅、距离以及机头的北向偏航角决定；

作业区域确定模块：将多个分块区域的并集作为作业地块的作业区域。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于,还包括:

分块区域面积计算模块：用于分别计算各分块区域对应的面积；

作业地块总面积计算模块：用于计算作业地块的总面积；

作业面积计算模块：用于将所述多个分块区域面积的并集作为作业地块的作业面积。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于,还包括:

漏喷区域确定模块：用于将作业地块的总区域减去作业地块的作业区域，

漏喷面积计算模块：用于将作业地块的总面积减去作业地块的作业面积；

重喷区域确定模块：用于将作业地块的总面积减去作业地块的作业面积，获得作业地块的重喷面积；

重喷面积计算模块：用于多个分块区域面积的交集为作业地块的重喷面积。