CN109597429A - 一站多机式无人机植保作业控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种一站多机式无人机植保作业控制方法，1)上传作业任务，所述的作业任务包括地块信息和待作业无人机信息；2)后台处理中心生成规划航线并发送至移动控制终端确认；3)后台处理中心按确认的规划航线生成作业航线并将其与发送至对应无人机，所述的作业航线包括起飞辅助点、作业航点和返航辅助点；4)无人机进行作业并上传作业数据至后台处理中心，后台处理中心实时记录作业飞行信息，实时计算作业任务的完成率。解决了无人机数据共享的问题；无人机之间不直接相互通信，而是由服务器转发信息，减少无人机的计算处理负担。
Description
技术领域
本发明属于无人机控制技术领域，具体涉及一种一站多机式无人机植保作业控制方法。
背景技术
在大面积作业中，由多架飞机共同作业可以有效提高作业效率。随着无人机在农业植保作业中应用越来越广泛，除了要提高机体稳定性、改进喷洒***、研发配套药剂外，还要改善作业模式。但是，仍存在以下技术问题：
1、现在一架无人机作业需要配备三名人员：操作手、观察员和地勤，比有人机还耗费人力。彻底无人化操作才是无人机的未来。
2、现有基于遥控的无人机作业模式无法实现数据在多架无人机之间共享，无人机作业数据没有有效记录，无法做到数据同步。
3、存在多机协调问题，由于缺少数据共享，在现有方案中无人机之间无法进行协作，各个无人机之间只能维护自己的作业信息。
4、存在任务同步问题，现有技术方案中多架无人机无法实现作业同步，已经作业过的航线无法保障其他无人机重复作业，会导致重复作业或者无效作业的情况发生。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种一站多机式无人机植保作业控制方法，能实现控制多台无人机集中控制作业，提高控制效率。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种一站多机式无人机植保作业控制方法，
1)上传作业任务，所述的作业任务包括地块信息和待作业无人机信息；
2)后台处理中心生成规划航线并发送至移动控制终端确认；
3)后台处理中心按确认的规划航线生成作业航线并将其与发送至对应无人机，所述的作业航线包括起飞辅助点、作业航点和返航辅助点；
4)无人机进行作业并上传作业数据至后台处理中心，后台处理中心实时记录作业飞行信息，实时计算作业任务的完成率；
5)需要具体操控时，移动控制端针对指定无人机的操控命令发送至后台处理中心，后台处理中心将对应的操控指令发送至对对应无人机。
在上述技术方案中，所述的步骤3)中包括；
31)后台处理中心发送上传航点请求，等待飞机上传航点请求的应答；
32)应答后依次发送航点信息，完成后，发送查询航点请求，等待飞机查询航点请求的应答；
33)判断查询航点请求应答中是否存在丢失的航点，如果存在，则重复32)、33)；如果不存在丢失航点，删除临时保存的航点信息，流程结束。
在上述技术方案中，还包括利用无人机进行地块绘制的步骤。
在上述技术方案中，利用无人机进行地块绘制的步骤具体为，
首先，用户使用移移动控制端选择标点用飞机，连接成功后移动控制端与后台处理中心连接，实时读取飞机的实时数据；
然后，通过遥控器或移动控制端控制植保机起飞，前往需要测绘的地块内，到达需要标出的点即进行标记操作，当所标出的点可将需要作业的地块围起来时，表示地块边界测绘完成；
如果地块内存在障碍物，进行障碍物标记操作，控制无人机围绕障碍物将障碍物每个边界点标出即可创建障碍物。
在上述技术方案中，还包括利用踩点器进行地块绘制的步骤，所述的踩点器为RTK踩点设备。
在上述技术方案中，所述的利用踩点器进行地块绘制的步骤为，
1)踩点器设备与移动控制端通信连接，通过移动控制端连接至后台处理中心；
2)手持踩点器前往需要测绘的地块内进行标记，同时移动控制端实时读取踩点器的实时数据并发送到后台处理中心。
在上述技术方案中，所述的无人机基于单点定位，或者基于网络RTK定位或者基于基站RTK定位。
在上述技术方案中，所述的一站多机***的通讯方法为，
1)无人机的作业数据经数传电台上传至移动基站，移动基站将数据转发至后台处理中心；同时，当移动公网信号满足传输条件时，无人机与后台处理中心直接通讯上传作业数据；
2)后台处理中心接收作业数据并分析数据传送路径；
3)后台处理中心按数据传送路径下发控制指令；
其中，所述的无人机设置有差分GPS模块和与所述的基站数传电台通信的机载数传电台；所述的移动基站包括基体，设置在所述的基体上的GPS模块，基站数传台电以及网络通信模块，所述的网络通信模块为公网无线数传模块或者WIFI模块。
在上述技术方案中，还包括与移动基站通过专网无线数传通信的中继模块，所述的中继模块上设置有wifi模块。
在上述技术方案中，还包括断点续喷步骤，其具体为，后台处理中心将未完成的航线任务保存，当有新架次无人机启动时将未完成航线信息发送到待执行任务的飞机上。
本发明的优点和有益效果为：
1.数据共享问题。多架无人机共同完成一次飞防作业需要在无人机之间共享作业信息，通过无人机通信模块与云后台通信，解决了无人机数据共享的问题；无人机之间不直接相互通信，而是由服务器转发信息，减少无人机的计算处理负担；
2.无人机任务分配问题，采用云端建立任务的方式，将任务划分成若干航线后分配给无人机执行。在农业植保作业中多架无人机共同喷洒一个地块，地块信息会上传至服务器，服务器跟据地块的形状规划航线，然后对每条航线编号后平均分配给每架无人机，无人机接收到航线信息后开始作业，由云平台统一规划多架无人机的作业计划，集中调度，简化了多机协同的技术难度；
3.无人机作业同步问题。通过实时收集无人机作业信息，云端记录每架无人机的作业信息，防止漏喷或者重复喷洒。
附图说明
图1所示为本发明的后台处理中心与无人机的通信流程图。
图2所示为本发明一站多机***的控制流程图。
图3所示为航线分布示意图。
图4所示为本发明移动基站中转式通信示意图。
图5所示为本发明的移动基站直接通信示意图。
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例一
本发明的一站多机式无人机植保作业控制方法，包括以下步骤，
1)上传作业任务；其中，所述的作业任务包括地块信息和待作业的无人机信息；所述的地块信息可以为新测量的地块信息也可以为已经存储的地块信息，地块信息中包括边界点。障碍点经纬高，以及地块所属人、联系人等基本信息以及作业要求等，如需要作业时间时限等；其中，无人机信息包括无人机数量、类型等，即，可通过各种途径上传作业任务，如通过移动控制端，移动控制端是用户操作飞机的窗口，用户使用时需要登陆，在地移动控制端只能使用自己接管的飞机，即在后台处理中心所登记管理的无人机，避免误操作他人的飞机，每个移动控制端或用户对应的可控无人机在后台处理中心中有存储，可选择全部或部分无人机进行作业。
2)后台处理中心生成规划航线并发送至移动控制终端确认；创建作业任务后，会通过广播认领或指定等形式派送至某个任务执行者，执行者通过移动控制端进行操作，认领该作业任务，同时上传无人机信息和规划航线，即，作业任务可以直接创建自己执行，也可以创建完之后进行招募或指定执行。移动控制端选定地块后提交信息，云平台会根据接管的飞机数量分配航线。规划航线为粗设定，如无人机分别负责哪块区域等简单设定。
比如，如图3所示，地块ABCDE会划分出10条航线，1～3条分配给无人机一，4～6分配给无人机二，7～10分配给无人机三。
3)后台处理中心按确认的规划航线生成作业航线并将其与发送至对应无人机，所述的作业航线包括起飞辅助点、作业航点和返航辅助点；当对应的作业航线发送至无人机后，移动控制端完成基本的操作后即可操控进行工作，操控开始指令经由后台处理中心发送至无人机，所有的计算处理均在后台处理中心进行，简化无人机的计算负担，降低无人机成本和体积。
4)后台处理中心实时记录作业飞行信息，实时计算作业任务的完成率；
5)需要具体操控时，移动控制端针对指定无人机的操控命令发送至后台处理中心，后台处理中心将对应的操控指令发送至对对应无人机。
采用上述控制方法的有益效果为：
1.数据共享问题。多架无人机共同完成一次飞防作业需要在无人机之间共享作业信息，通过无人机通信模块与云后台通信，解决了无人机数据共享的问题；无人机之间不直接相互通信，而是由服务器转发信息，减少无人机的计算处理负担；
2.无人机任务分配问题，采用云端建立任务的方式，将任务划分成若干航线后分配给无人机执行。在农业植保作业中多架无人机共同喷洒一个地块，地块信息会上传至服务器，服务器跟据地块的形状规划航线，然后对每条航线编号后平均分配给每架无人机，无人机接收到航线信息后开始作业，由云平台统一规划多架无人机的作业计划，集中调度，简化了多机协同的技术难度；
3.无人机作业同步问题。通过实时收集无人机作业信息，云端记录每架无人机的作业信息，防止漏喷或者重复喷洒。
其中，所述的步骤3)中包括；
31)后台处理中心将航点信息临时保存并发送上传航点请求，等待飞机上传航点请求的应答；
32)应答后依次发送航点信息，完成后，发送查询航点请求判断是否存在丢失的航点，等待飞机查询航点请求的应答；
33)判断查询航点请求应答中是否存在丢失的航点，如果存在，则重复32)、33)；如果不存在丢失航点，删除临时保存的航点信息，流程结束。
通过信息发送后查询功能，有效保证数据传输完整性，除了重发保证消息的可靠送达之外，飞机与云后台还保持有“心跳”信息，该信息会有连续的消息序号，如果该序号间断次数过多，则说明信道质量比较差，此时需要做回复的消息都会在发送端保存下来，然后等序号无间断的时候重新发送。基于不可靠网络建立的可靠通信协议，该通信协议基于命令状态回馈模式达到云平台到飞机指令的可靠执行。
同时，后台处理中心将未完成的航线任务保存，当有新架次无人机启动时将未完成航线信息发送到待执行任务的飞机上，这样有效实现了断点续喷，保证作业顺利有效完成。即如未执行完该架次所规划的航线药用完了或者电量不足了，就会在断药处打上断点，飞机返航，待补充完药剂或更换完电池之后再接着断点处进行作业；即基于云平台可实现断点续喷。
实施例二
其中，为实现地块信息的绘制，还包括利用移动控制端操控无人机进行地块绘制的步骤，飞机标点具体为：使用植保用无人机作为标点设备进行标点，首先用户使用移移动控制端选择飞机标点，然后界面上将会显示用户所接管的飞机，用户可对需要使用的飞机进行连接，此时移动控制端，如手机将会与云后台连接，实时读取飞机的实时数据，连接成功后，用户即可通过遥控器或移动控制端控制植保机起飞，前往需要测绘的地块内，到达需要标出的点，点击移动控制端上的“点击标点”按钮标出，当所标出的点可将需要作业的地块围起来时，表示地块边界测绘完成。如果地块内存在障碍物，用户可点击“新建障碍物”按钮来创建一个障碍物，这时控制无人机围绕障碍物将障碍物每个边界点标出，可创建多个障碍物。
当然，还包括利用与移动控制端通信连结的踩点器进行地块绘制的步骤，所述的踩点器为RTK踩点设备。踩点器设备可通过蓝牙连接到手机，通过手机将踩点信息发送到云平台。实时读取踩点器的实时数据，连接成功后，用户即可手持踩点器前往需要测绘的地块内，到达需要标出的点进行标记操作即可。
由于不同的设备可能处于不同的定位方式下，例如单点定位、基于网络RTK定位，基于基站RTK定位等，用户每进行一次标点，移动地面站软件将保存每一个边界点或障碍点的定位类型和经纬高同时保存，按照上述任何一种方式完成测绘后，输入本次测绘地块的名称地块所属人及联系方式后点击保存即可将地块上传到云后台保存。
实施例三
在上述实施例的基础上，本发明的一站多机中无人机和后台处理中心的通讯方法，包括以下步骤，
1)无人机的作业数据经数传电台上传至移动基站，移动基站将数据转发至后台处理中心；同时，当移动公网信号满足传输条件时，无人机与后台处理中心直接通讯上传作业数据；若未确定移动公网信号状态，则等待无人机的反馈，如通过预设机制，无人机每秒需要自动分别将飞行数据上传至移动基站和后台处理中心，若后台处理中心未收到直接无人机上传信息，则认为无人机当前所处移动公网信号不佳，不能满足传输条件，若能接收到，则认为满足。
2)后台处理中心接收作业数据并分析数据传送路径；
3)后台处理中心按数据传送路径下发控制指令。
其中，所述的移动基站通过WiFi或有线网络直接将数据发送至后台处理中心或者经移动控制端转发至后台处理中心。
其中，所述的无人机设置有差分GPS模块和与所述的基站数传电台通信的机载数传电台；所述的无人机通过机载移动公网通信模块与所述的后台处理中心直接通信，如，在链路之上采用MQTT协议完成无人机与云平台的通信。基于该协议的心跳机制，后台处理中心可实时根据通讯状态获知无人机所处区域的移动公网的网络状态，进行有效的数据传输和指令下达。
所述的移动基站包括基体，设置在所述的基体上的GPS模块，基站数传台电以及网络通信模块，所述的网络通信模块为公网无线数传模块或者WIFI模块。
其中，所述的移动控制端与后台处理中心直接通信连接。如通过公网无线数传(移动公网)，如4G通信模块或5G通信模块。移动控制端可以为具有网络通信功能的遥控器，该遥控器可实时与后台处理中心通信获取当前各无人机的工作状态，也可以直接针对某个或某批次或全部无人机发出控制操作，该控制操作传输至后台处理中心解析后生成对应的操控指令发送至对应无人机。
当然，移动控制端也可以为装在于预设app的手机，通过app访问后台处理中心实现上述的监控和控制，利用手机app即可实现一个终端控制多个无人机，当然，移动终端也可以为多个。
无人机的状态信息同时通过4G等移动公网与后台处理中心通信，同时也通过数传电台发送给基站，由基站转发给移动控制端，移动控制端发送给后台。两种数据路径同时发送，有效保证数据可靠传送，后台判断回传的数据是无人机直接发送，还是基站转发给手机回传，然后选择将控制指令直接发给无人机或是发给手机然后由基站转发给飞机，当然，也可以采用同时直接和间接发送给无人机的方式，当无人机接收到两个相同指令时再做筛除即可，通过冗余方式有效保证数据传送。
采用移动控制端总体监控且仅生成控制操作的策略，改变了以往控制端直接对应控制无人机的策略，利用后台处理中心的处理以及操控平台的架构，实现了一个控制终端可对多个无人机进行监控和操控，大大降低人力成本。再配合使用自动加药换电池功能，就有可能将无人机的人力需求降低到接近0，尤其适用于集中大生产。
本发明的采用移动基站为无人机提供精准差分定位，采用移动基站为无人机提供精准差分定位，保证无人机的GPS定位精度，而且，利用数传电台与无人机进行通信，有效保证在4G信号不良区无人机于移动基站的通信问题，移动基站配置灵活，可选择信号稳定区与后台处理中心进行实时通信，利用云后台的高速数据处理能力，减少无人机及移动基站的计算负担。利用移动基站实现了无人机和后台处理中心的冗余通讯连接，保证了在信号不佳区域的有效功能实现，基站转发方案，是飞机在弱网络环境下，对控制链路做了冗余，提高通信的可靠性。而且后台可以实时获知无人机的网络环境，选择两条链路同时下方或者仅通过移动基站转发，减少数据无谓等待时间，避免信息堵塞。利用后台处理中心，如云后台的高速数据处理能力，减少无人机及移动基站的计算负担，有效控制其成本。
对于上述方案的另一种实现方式，所述的移动基站通过WIFI模块直接或经由移动控制端与所述的后台处理中心通信。其中，对于区域内信号不佳，移动基站不能直接与后台处理中心通讯时，还可利用无线AP等中继模块进行wifi信号放大，提高信号传输距离，当作业区域不佳时，即可借助自组建的WiFi网络连接移动终端，如手机，然后利用手机为桥梁进行信号的接收，拓展其应用环境适应性。
采用低功耗物联网技术，云平台与无人机实时通信收集无人机的作业状态，包括飞行轨迹、喷洒状态、飞行速度等信息，从而完全掌握无人机的作业完成情况。在飞行中各个飞机可以实时获取飞行指令，查询作业进度，使无人机之间的数据共享问题得到彻底解决。
为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。
而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种一站多机式无人机植保作业控制方法，其特征在于：包括以下步骤，
1)上传作业任务，所述的作业任务包括地块信息和待作业无人机信息；
2)后台处理中心生成规划航线并发送至移动控制终端确认；
3)后台处理中心按确认的规划航线生成作业航线并将其与发送至对应无人机，所述的作业航线包括起飞辅助点、作业航点和返航辅助点；
4)无人机进行作业并上传作业数据至后台处理中心，后台处理中心实时记录作业飞行信息，实时计算作业任务的完成率；
5)需要具体操控时，移动控制端针对指定无人机的操控命令发送至后台处理中心，后台处理中心将对应的操控指令发送至对对应无人机。
2.如权利要求1所述的一站多机式无人机植保作业控制方法，其特征在于：所述的步骤3)中包括；
31)后台处理中心发送上传航点请求，等待飞机上传航点请求的应答；
32)应答后依次发送航点信息，完成后，发送查询航点请求，等待飞机查询航点请求的应答；
33)判断查询航点请求应答中是否存在丢失的航点，如果存在，则重复32)、33)；如果不存在丢失航点，删除临时保存的航点信息，流程结束。
3.如权利要求1所述的一站多机式无人机植保作业控制方法，其特征在于：还包括利用无人机进行地块绘制的步骤。
4.如权利要求3所述的一站多机式无人机植保作业控制方法，其特征在于：利用无人机进行地块绘制的步骤具体为，
首先，用户使用移移动控制端选择标点用飞机，连接成功后移动控制端与后台处理中心连接，实时读取飞机的实时数据；
然后，通过遥控器或移动控制端控制植保机起飞，前往需要测绘的地块内，到达需要标出的点即进行标记操作，当所标出的点可将需要作业的地块围起来时，表示地块边界测绘完成；
如果地块内存在障碍物，进行障碍物标记操作，控制无人机围绕障碍物将障碍物每个边界点标出即可创建障碍物。
5.如权利要求1所述的一站多机式无人机植保作业控制方法，其特征在于：还包括利用踩点器进行地块绘制的步骤，所述的踩点器为RTK踩点设备。
6.如权利要求5所述的一站多机式无人机植保作业控制方法，其特征在于：所述的利用踩点器进行地块绘制的步骤为，
1)踩点器设备与移动控制端通信连接，通过移动控制端连接至后台处理中心；
2)手持踩点器前往需要测绘的地块内进行标记，同时移动控制端实时读取踩点器的实时数据并发送到后台处理中心。
7.如权利要求1所述的一站多机式无人机植保作业控制方法，其特征在于：所述的无人机基于单点定位，或者基于网络RTK定位或者基于基站RTK定位。
8.如权利要求1所述的一站多机式无人机植保作业控制方法，其特征在于：所述的一站多机***的通讯方法为，
1)无人机的作业数据经数传电台上传至移动基站，移动基站将数据转发至后台处理中心；同时，当移动公网信号满足传输条件时，无人机与后台处理中心直接通讯上传作业数据；
2)后台处理中心接收作业数据并分析数据传送路径；
3)后台处理中心按数据传送路径下发控制指令；
其中，所述的无人机设置有差分GPS模块和与所述的基站数传电台通信的机载数传电台；所述的移动基站包括基体，设置在所述的基体上的GPS模块，基站数传台电以及网络通信模块，所述的网络通信模块为公网无线数传模块或者WIFI模块。
9.如权利要求1所述的一站多机式无人机植保作业控制方法，其特征在于，还包括与移动基站通过专网无线数传通信的中继模块，所述的中继模块上设置有wifi模块。
10.如权利要求1所述的一站多机式无人机植保作业控制方法，其特征在于，还包括断点续喷步骤，其具体为，后台处理中心将未完成的航线任务保存，当有新架次无人机启动时将未完成航线信息发送到待执行任务的飞机上。
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