CN111930143A - 一种无人机飞行路径生成方法、装置、无人机及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种无人机飞行路径生成方法、装置、无人机及存储介质，该方法包括：获取无人机的起飞点的位置信息和作业区域的边界信息，当起飞点位于作业区域外时，根据边界信息和位置信息确定无人机从起飞点飞行至作业区域的起飞辅助区域，所述起飞辅助区域用于辅助所述无人机从所述起飞点飞往所述作业区域，合并起飞辅助区域和作业区域得到无人机的飞行区域，生成无人机在飞行区域作业的飞行路径。一方面，避免了采用人工打辅助线精度低的问题，能够获得高精度的作业路径，提高了无人机的作业精度，另一方面，建立起飞辅助区域，能够把无人机起航和返航的距离纳入路径优化中，能够获得更优的飞行路径，从而减少无人机的能耗，提高无人机的作业范围。

Description

一种无人机飞行路径生成方法、装置、无人机及存储介质

技术领域

本发明实施例涉及无人机技术领域，尤其涉及一种无人机飞行路径生成方法、装置、无人机及存储介质。

背景技术

随着无人机技术逐渐成熟，无人机在多个领域得到了广泛应用，例如，无人机可根据预先规划好的航线执行测绘、植保、勘探、航拍等飞行作业。

无人机在开始作业之前，需要从无人机的起飞点起飞，前往作业区域，若无人机的起飞点位于作业区域外，那么需要工作人员手动打辅助线来确定无人机与作业区域的边界上的起始作业点的路径，以辅助无人机飞行，无人机起飞并沿该辅助线飞行，前往起始作业点。

现有技术采用手动打辅助线的方式辅助无人机飞行至起始作业点，执行作业的时候由于地块面积较大，可能需要多架次才能完成对该地块作业，因此无人机需要多次飞往作业区域，且多次进入作业区域的进入点不相同，导致起飞点与作业区域之间存在多条辅助线，这些辅助线需要在一个辅助区域内形成。该方式不仅需要工作人员介入，受工作人员操作熟练度的影响，人工打辅助线的精度难以保障，影响无人机的作业精度；再者，无法把起航和返航距离考虑到路径优化中，无法利用起飞点与作业区域之间存在的测绘信息自动获得最优的飞行路径，降低了无人机作业的效率。

发明内容

本发明提供一种无人机飞行路径生成方法、装置、无人机及存储介质，针对无人机的起飞点位于作业区域外的情况，能够根据作业区域的边界信息和起飞点的位置信息自动生成起飞辅助区域，有助于规划出最优的飞行路径，提高了无人机的作业精度和作业效率。

第一方面，本发明实施例提供了无人机飞行路径生成方法，包括：

获取无人机的起飞点的位置信息和作业区域的边界信息；

当所述起飞点位于所述作业区域外时，根据所述边界信息和所述位置信息确定所述无人机从所述起飞点飞行至所述作业区域的起飞辅助区域，所述起飞辅助区域用于辅助所述无人机从所述起飞点飞往所述作业区域；

合并所述起飞辅助区域和所述作业区域得到所述无人机的飞行区域；

生成所述无人机在所述飞行区域作业的飞行路径。

可选的，在根据所述边界信息和所述位置信息确定所述无人机从所述起飞点飞行至所述作业区域的起飞辅助区域之前，还包括：

根据所述起飞点的位置信息和所述边界信息判断所述起飞点是否在所述作业区域外。

可选的，根据所述起飞点的位置信息和所述边界信息判断所述起飞点是否在所述作业区域外，包括：

生成通过所述作业区域内任意一点和所述起飞点的线段；

在所述线段与所述作业区域的边界相交时，确定所述起飞点位于所述作业区域外。

可选的，根据所述边界信息和所述位置信息确定所述无人机从所述起飞点飞行至所述作业区域的起飞辅助区域，包括：

判断是否存在包括所述起飞点至作业区域的历史起飞辅助区域；

若是，则将所述历史起飞辅助区域作为所述作业区域的起飞辅助区域；

若否，则从所述起飞点到所述作业区域之间的区域确定出起飞辅助区域。

可选的，从所述起飞点到所述作业区域之间的区域确定出起飞辅助区域之前，还包括：

判断是否存在所述起飞点到所述作业区域之间的区域的测绘信息。

可选的，根据所述边界信息和所述位置信息在所述起飞点到所述作业区域之间的区域确定出起飞辅助区域，包括：

生成通过所述起飞点且在所述作业区域外的第一直线；

根据所述边界信息确定所述作业区域的边界的顶点；

将所有顶点投影至所述第一直线上得到多个投影点；

将相距最大的两个投影点对应顶点作为第一顶点和第二顶点；

生成通过所述第一顶点且垂直于所述第一直线的第一线段，以及生成通过所述第二顶点且垂直于所述第一直线的第二段线段，得到一封闭区域，所述封闭区域由所述第一线段、第二线段、所述第一直线以及靠近所述第一直线的作业区域的边界所构成；

判断所述起飞点是否在所述第一顶点和所述第二顶点在所述第一直线上对应的第一垂足和第二垂足之间；

若是，将所述封闭区域作为起飞辅助区域；

若否，根据所述起飞点调整所述封闭区域以生成起飞辅助区域。

可选的，根据所述起飞点调整所述封闭区域以生成起飞辅助区域，包括：

从所述第一垂足和所述第二垂足中确定出与所述起飞点距离最近的目标垂足；

连接所述目标垂足对应的目标顶点与所述起飞点得到第三线段；

将所述封闭区域中所述目标垂足到对应的目标顶点的线段替换为所述第三线段得到起飞辅助区域。

可选的，根据所述边界信息和所述位置信息在所述起飞点到所述作业区域之间的区域确定出起飞辅助区域，包括：

生成以所述起飞点为端点且在所述作业区域外的射线；

以所述起飞点为旋转中心沿顺时针或逆时针旋转所述射线；

在旋转过程中确定出所述射线与所述作业区域的边界的多个顶点中相交的第一个顶点和最后一个顶点；

生成连接所述第一个顶点和所述起飞点的第四线段以及连接最后一个顶点和所述起飞点的第五线段，得到所述起飞辅助区域，所述起飞辅助区域由所述第四线段、第五线段以及靠近所述起飞点的作业区域的边界所构成。

可选的，生成所述无人机在所述飞行区域作业的飞行路径，包括：

获取所述飞行区域中的障碍物信息；

根据所述障碍物信息生成所述无人机在所述飞行区域作业时的飞行路径。

第二方面，本发明实施例还提供了一种无人机飞行路径生成装置，该装置包括：

信息获取模块，用于获取无人机的起飞点的位置信息和作业区域的边界信息；

起飞辅助区域确定模块，用于在所述起飞点位于所述作业区域外时，根据所述边界信息和所述位置信息确定所述无人机从所述起飞点飞行至所述作业区域的起飞辅助区域，所述起飞辅助区域用于辅助所述无人机从所述起飞点飞往所述作业区域；

区域合并模块，用于合并所述起飞辅助区域和所述作业区域得到所述无人机的飞行区域；

飞行路径生成模块，用于生成所述无人机在所述飞行区域作业的飞行路径。

可选的，所述装置还可以包括：

第一判断模块，用于在根据所述边界信息和所述位置信息确定所述无人机从所述起飞点飞行至所述作业区域的起飞辅助区域之前，根据所述起飞点的位置信息和所述边界信息判断所述起飞点是否在所述作业区域外。

可选的，所述第一判断模块可以包括：

线段生成子模块，用于生成通过所述作业区域内任意一点和所述起飞点的线段；

起飞点位置确定子模块，用于在所述线段与所述作业区域的边界相交时，确定所述起飞点位于所述作业区域外。

可选的，所述起飞辅助区域确定模块可以包括：

判断子模块，用于判断是否存在包括所述起飞点至作业区域的历史起飞辅助区域；

第一起飞辅助区域确定子模块，用于在存在包括所述起飞点至作业区域的历史起飞辅助区域时，将所述历史起飞辅助区域作为所述作业区域的起飞辅助区域；

第二起飞辅助区域确定子模块，用于在不存在包括所述起飞点至作业区域的历史起飞辅助区域时，从所述起飞点到所述作业区域之间的区域确定出起飞辅助区域。

可选的，所述装置还可以包括：

第二判断模块，用于判断是否存在所述起飞点到所述作业区域之间的区域的测绘信息。

可选的，所述起飞辅助区域确定模块可以包括：

第一直线生成子模块，用于生成通过所述起飞点且在所述作业区域外的第一直线；

第一顶点确定子模块，用于根据所述边界信息确定所述作业区域的边界的顶点；

投影子模块，用于将所有顶点投影至所述第一直线上得到多个投影点；

第二顶点确定子模块，用于将相距最大的两个投影点对应顶点作为第一顶点和第二顶点；

线段生成子模块，用于生成通过所述第一顶点且垂直于所述第一直线的第一线段，以及生成通过所述第二顶点且垂直于所述第一直线的第二段线段，得到一封闭区域，所述封闭区域由所述第一线段、第二线段、所述第一直线以及靠近所述第一直线的作业区域的边界所构成；

起飞点位置判断子模块，用于判断所述起飞点是否在所述第一顶点和所述第二顶点在第一直线上对应的第一垂足和第二垂足之间；

第一起飞辅助区域确定子模块，用于在所述起飞点在所述第一顶点和所述第二顶点在所述第一直线上对应的第一垂足和第二垂足之间时，以所述封闭区域为起飞辅助区域；

第二起飞辅助区域确定子模块，用于在所述起飞点不在所述第一顶点和所述第二顶点在所述第一直线上对应的第一垂足和第二垂足之间时，根据所述起飞点调整所述封闭区域以生成起飞辅助区域。

可选的，所述第二起飞辅助区域确定子模块可以包括：

目标顶点确定单元，用于从所述第一垂足和所述第二垂足中确定出与所述起飞点距离最近的目标垂足；

第三线段生成单元，用于连接所述目标垂足对应的目标顶点与所述起飞点得到第三线段；

起飞辅助区域确定单元，用于将所述封闭区域中所述目标垂足到对应的目标顶点的线段替换为所述第三线段得到起飞辅助区域。

可选的，所述起飞辅助区域确定模块可以包括：

射线生成子模块，用于生成以所述起飞点为端点且在所述作业区域外的射线；

射线旋转子模块，用于以所述起飞点为旋转中心沿顺时针或逆时针旋转所述射线；

第三顶点确定子模块，用于在旋转过程中确定出所述射线与所述作业区域的边界的多个顶点中相交的第一个顶点和最后一个顶点；

第三起飞辅助区域确定子模块，用于生成连接所述第一个顶点和所述起飞点的第四线段以及连接最后一个顶点和所述起飞点的第五线段，得到所述起飞辅助区域，所述起飞辅助区域由所述第四线段、第五线段以及靠近所述起飞点的作业区域的边界所构成。

可选的，所述飞行路径生成模块可以包括：

障碍物信息获取子模块，用于获取所述飞行区域中的障碍物信息；

飞行路径生成子模块，用于根据所述障碍物信息生成所述无人机在所述飞行区域作业时的飞行路径。

第三方面，本发明实施例还提供了一种无人机，所述无人机包括：

处理器；

存储装置，用于存储程序；

当所述程序被所述处理器执行，使得所述处理器实现如本发明第一方面提供的无人机飞行路径生成方法。

第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本发明第一方面提供的无人机飞行路径生成方法。

本发明实施例提供的无人机飞行路径生成方法，通过获取无人机的起飞点的位置信息和作业区域的边界信息，在确定起飞点位于作业区域外时，根据边界信息和位置信息确定无人机从起飞点飞行至作业区域的起飞辅助区域，合并起飞辅助区域和作业区域得到无人机的飞行区域，生成无人机在飞行区域作业的飞行路径。本发明实施例能够根据边界信息和起飞点的位置信息自动生成起飞辅助区域，并规划出飞行路径，以辅助无人机从起飞点飞行至作业区域。一方面，避免了采用人工打辅助线精度低的问题，能够获得高精度的作业路径，提高了无人机的作业精度，另一方面，建立起飞辅助区域，能够把无人机起航和返航的距离纳入路径优化中，能够获得更优的飞行路径，从而减少无人机的能耗，提高无人机的作业范围。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种无人机飞行路径生成方法的流程图；

图2A为本发明实施例二提供的一种无人机飞行路径生成方法的流程图；

图2B为本发明实施例中一种起飞点与作业区域的位置示意图；

图2C为本发明实施例中另一种起飞点与作业区域的位置示意图；

图2D为本发明实施例提供的一种起飞辅助区域的示意图；

图2E为本发明实施例提供的另一种起飞辅助区域的示意图；

图2F为本发明实施例提供的另一种起飞辅助区域的示意图；

图3为本发明实施例三提供的一种无人机飞行路径生成装置的结构示意图；

图4为本发明实施例四提供的一种无人机的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种无人机飞行路径生成方法的流程图，本实施例可适用于无人机的起飞点位于无人机的作业区域以外的情况，该方法可以由本发明实施例提供的无人机飞行路径生成装置来执行，该装置可采用软件和/或硬件的方式实现，并集成于无人机中，如图1所示，该方法具体包括如下步骤：

S101、获取无人机的起飞点的位置信息和作业区域的边界信息。

其中，无人机可以是巡查/监视无人机、植保无人机、气象无人机、勘探无人机以及测绘无人机等，本发明实施例中以无人机为植保无人机为例进行说明。作业区域可以是种植有植保作物的区域，例如可以是森林或农田等，作业区域的边界可以是森林或农田的边界。作业区域可以是规则或不规则的封闭的多边形区域，作业区域的边界即为多边形的边。无人机作业可以是植保作业，例如对作业区域内的森林或农田喷洒药水或肥料。无人机的起飞点可以是无人机的停机坞，用于停放无人机。起飞点的位置信息可以是起飞点的地理位置信息，例如GPS位置信息，也可以是基于起飞点的地理位置信息和测绘信息建立的坐标系中的坐标。

具体的，可以预先通过人工测绘或通过无人机航拍等方式确定作业区域的边界信息和起飞点的位置信息，并将边界信息和起飞点的位置信息存储到远程服务器或无人机的本地存储器中，在需要时，调用该边界信息和起飞点的位置信息。其中，边界信息可以包括作业区域的边界上的各个交点(即作业区域的顶点)的位置信息(例如坐标)和每条边界的方程。

S102、当起飞点位于作业区域外时，根据边界信息和位置信息确定无人机从起飞点飞行至作业区域的起飞辅助区域。

其中，起飞辅助区域为无人机的起飞点与作业区域之间的区域，起飞辅助区域用于辅助无人机起飞，从起飞点飞行至作业区域的作业起点。其中，作业起点为作业区域的边界上的一点，无人机从作业起点出发，沿作业区域的作业路径飞行作业，直至抵达作业区域的作业终点，完成对作业区域的作业任务，然后从作业终点返回无人机的起飞点。其中，作业路径为无人机在作业区域内进行植保作业(喷洒药水或肥料)时的飞行轨迹。

具体的，可以通过起飞点和作业区域的相对位置关系，判断起飞点是否位于作业区域外，在确定起飞点位于作业区域外时，根据边界信息和起飞点的位置信息确定无人机从起飞点飞行至作业区域的起飞辅助区域。

S103、合并起飞辅助区域和作业区域得到无人机的飞行区域。

所述合并起飞辅助区域和作业区域得到无人机的飞行区域可以是对起飞辅助区域和作业区域求并集，得到无人机的飞行区域。无人机的飞行区域为无人机自起飞点出发至作业区域，在作业区域完成作业任务后返回起飞点的过程中无人机的可飞行区域，无人机在整个过程中都在飞行区域内飞行。

S104、生成无人机在飞行区域作业的飞行路径。

具体的，由于作业区域较大导致无人机需要多架次作业，在完成当前架次对应的子区域的作业后，需返回起飞点续航后，再次前往下一子区域，执行下一架次的作业。飞行区域作业的飞行路径包括每一架次飞行时，从起飞点到该架次飞行时子区域的作业起点，在完成该架次的作业任务后，从该子区域的作业终点返回起飞点的过程中无人机的飞行轨迹

具体的，每一架次作业时，该架次对应的子区域通常具有4个可选的点可作为该子区域的作业起点或作业终点，将这4个可选的点和起飞点作为控制点，从起飞点出发，遍历所有控制点并返回起飞点，以确定该子区域的作业起点和作业终点，并规划出一条经过所有控制点仅一次且路程最短的最短路径作为飞行路径。

在本发明的其他实施例中，当作业区域面积较小，能够实现一架次作业时，作业区域通常具有4个可选的点可作为作业起点或作业终点，将这4个可选的点和起飞点作为控制点，从起飞点出发，遍历所有控制点并返回起飞点，以确定该作业区域的作业起点和作业终点，并规划出一条经过所有控制点仅一次且路程最短的最短路径作为飞行路径。

本发明实施例提供的无人机飞行路径生成方法，通过获取无人机的起飞点的位置信息和作业区域的边界信息，在确定起飞点位于作业区域外时，根据边界信息和位置信息确定无人机从起飞点飞行至作业区域的起飞辅助区域，合并起飞辅助区域和作业区域得到无人机的飞行区域，生成无人机在飞行区域作业的飞行路径。本发明实施例能够根据边界信息和起飞点的位置信息自动生成起飞辅助区域，并规划出飞行路径，以辅助无人机从起飞点飞行至作业区域。一方面，避免了采用人工打辅助线精度低的问题，能够获得高精度的作业路径，提高了无人机的作业精度，另一方面，建立起飞辅助区域，能够把无人机起航和返航的距离纳入路径优化中，能够获得更优的飞行路径，从而减少无人机的能耗，提高无人机的作业范围。

实施例二

图2A为本发明实施例二提供的一种无人机飞行路径生成方法的流程图，本发明实施例以前述实施例一为基础进行优化，详细描述了本发明实施例中确定起飞辅助区域的示例性实施方法，具体的，如图2A所示，本发明实施例的方法可以包括如下步骤：

S201、获取无人机的起飞点的位置信息和作业区域的边界信息。

在本发明其中一实施例中，可以预先通过人工测绘或通过无人机航拍等方式确定作业区域的边界信息和起飞点的位置信息，并将边界信息和起飞点的位置信息存储到远程服务器或无人机的本地存储器中，在需要时，调用该边界信息和起飞点的位置信息。在本发明的另一实施例中，可以由工作人员的输入起飞点的位置信息和作业区域的边界信息。其中，边界信息可以包括作业区域的边界上的各个交点(即作业区域的顶点)的位置信息(例如坐标)和每条边界的方程。S202、根据起飞点的位置信息和边界信息判断起飞点是否在作业区域外。

在本发明的可选实施例中，在获得无人机的起飞点的位置信息和作业区域的边界信息之后，可以生成通过作业区域内任意一点和起飞点的线段，并判断该线段是否与作业区域的边界相交，在确定该线段与作业区域的边界相交时，确定起飞点位于作业区域外。在确定该线段与作业区域的边界不相交时，确定起飞点位于作业区域内。具体的，可以计算该线段的方程与各边界的方程是否存在公共解。当存在公共解时，确定该线段与作业区域的边界相交，即起飞点位于作业区域外；当不存在公共解时，确定该线段与作业区域的边界不相交，即起飞点位于作业区域内。需要说明的是，当该线段的方程与各边界的方程的公共解位于作业区域的边界时(即起飞点在作业区域的边界上)，可以认为起飞点位于作业区域内。

在本发明的另一实施例中，当由工作人员的输入起飞点的位置信息和作业区域的边界信息时，工作人员可以直接确定起飞点与作业区域的相对位置关系，工作人员还可以输入起飞点与作业区域的相对位置关系，例如“输入起飞点在作业区域外”。在这种情况下，无人机可以直接得知起飞点是否在作业区域外，无需根据上述判断逻辑判断起飞点是否在作业区域外。

图2B为本发明实施例中一种起飞点与作业区域的位置示意图，示例性的，如图2B所示，起飞点O位于作业区域ACBDE外。取作业区域ACBDE内任意一点P，连接起飞点O和点P，得到线段OP。根据起飞点O和点P的坐标确定线段OP的方程，当线段OP的方程与作业区域ACBDE的边界的方程存在公共解时，即线段OP与作业区域ACBDE的边界存在交点Q时，确定起飞点O位于作业区域ACBDE外。图2C为本发明实施例中另一种起飞点与作业区域的位置示意图，如图2C所示，当线段OP的方程与作业区域ACBDE的边界的方程不存在公共解时，即线段OP与作业区域ACBDE的边界不存在交点，线段OP完全位于作业区域ACBDE内，确定起飞点O位于作业区域ACBDE内。

如果起飞点位于作业区域外，则执行步骤S203；如果起飞点位于作业区域内，则将作业区域作为起飞辅助区域。

S203、判断是否存在包括起飞点至作业区域的历史起飞辅助区域。

其中，历史起飞辅助区域为无人机在以往对该作业区域作业时，确定的起飞辅助区域，并存储在远程服务器或无人机本地存储中。在步骤S202中确定起飞点位于作业区域外时，从远程服务器或无人机本地存储中调用历史起飞辅助区域信息，并判断本次起飞的起飞点是否在历史起飞辅助区域内，若是，则确定存在包括起飞点的历史起飞辅助区域，若否，则不存在包括起飞点的历史起飞辅助区域。具体的判断过程可以参考判断起飞点是否在作业区域内的过程，本发明实施例在此不再赘述。

如果存在包括起飞点的历史起飞辅助区域，则将历史起飞辅助区域作为起飞辅助区域，如果不存在包括起飞点的历史起飞辅助区域，则执行步骤S204。

S204、判断是否存在起飞点到作业区域之间的区域的测绘信息。

目前，无人机在作业前会获取作业区域对应测绘信息，或者调取以往测绘信息，以根据获取的测绘信息自动规划航线，由于，无人机每次作业都能获取对应区域的测绘信息，且作业区域存在相互交错重叠的情况；针对这种无人机起飞点位于作业区域外的，起飞点与作业区域之间往往存在后台对应的测绘信息。所以，在起飞点位于作业区域外时，存在起飞点到作业区域之间的区域的测绘信息，可以直接采用这部分测绘信息。

其中，可以预先通过人工测绘或通过无人机航拍等方式确定作业区域到起飞点之间的区域的测绘信息，并存储在远程服务器或无人机本地存储中，测绘信息包括作业区域到起飞点之间的区域的障碍物信息。在步骤S203中确定不存在包括起飞点的历史起飞辅助区域时，从远程服务器或无人机本地存储中查找起飞点到作业区域之间的区域的测绘信息。如果存在起飞点到作业区域之间的区域的测绘信息，则执行步骤S205；否则，则执行步骤S206。

S205、根据边界信息和位置信息在起飞点到作业区域之间的区域确定出起飞辅助区域。

在本发明的可选实施例中，针对步骤S205，以下将阐述两种不同的确定起飞辅助区域的实现方式，其中一种实现方式包括如下子步骤：

S20511、生成通过起飞点且在作业区域外的第一直线。

图2D为本发明实施例提供的一种起飞辅助区域的示意图，如图2D所示，过起飞点O生成位于作业区域ACBDE之外的第一直线l，第一直线l与作业区域ACBDE不相交。

S20512、根据边界信息确定作业区域的边界的顶点。

从边界信息中提取边界的顶点，顶点即为作业区域ACBDE的相邻两条边界的交点。

S20513、将所有顶点投影至第一直线上得到多个投影点。

具体的，在本发明其中一实施例中，可以将作业区域ACBDE的所有顶点投影至第一直线上，得到对应的投影点A’、C’、B’、D’和E’。

S20514、将相距最大的两个投影点对应顶点作为第一顶点和第二顶点。

具体的，相距最大的两个投影点为A’和B’，对应的顶点为A和B，将顶点A和B分别作为第一顶点和第二顶点。

在本发明另一实施例中，可以以第一直线的延伸方向作为横坐标轴，以该方向的垂直方向作为纵坐标轴，建立参考坐标系。将作业边界上的各顶点的坐标值转换为参考坐标系下的坐标值。将在该参考坐标系下，横坐标值之差最大的两个顶点作为第一顶点和第二顶点。具体的，第一顶点在参考坐标系下得横坐标值小于第二顶点在参考坐标系下得横坐标值。

S20515、生成通过第一顶点且垂直于第一直线的第一线段，以及生成通过第二顶点且垂直于第一直线的第二段线段，得到一封闭区域。

其中，封闭区域由第一线段、第二线段、第一直线以及靠近第一直线的作业区域的边界所构成。

示例性的，如图2D所示，过第一顶点A作垂直于第一直线l的第一线段AM，交第一直线l于点M；过第二顶点B作垂直于第一直线l的第二线段BN，交第一直线l于点N。第一线段AM、第二线段BN、第一直线l以及靠近第一直线的作业区域的边界AC和BC围成一个封闭区域AMNBC。

S20516、判断起飞点是否在第一顶点和第二顶点在第一直线上对应的第一垂足和第二垂足之间。

具体的，在本发明其中一实施例中，第一垂足M和第二垂足N即为第一顶点A和第二顶点B在第一直线l上的投影点，在参考坐标系中，可以比较起飞点的横坐标值与M、N的横坐标值的大小关系，判断起飞点是否在第一顶点和第二顶点在第一直线上对应的第一垂足和第二垂足之间。具体的，若起飞点在参考坐标系下的横坐标值大于M在参考坐标系下的横坐标值且小于N在参考坐标系下的横坐标值(即起飞点位于)，则确定起飞点O在第一顶点A和第二顶点N在第一直线上对应的第一垂足M和第二垂足N之间。

在本发明另一实施例中，在参考坐标系中，比较起飞点的横坐标值与第一顶点、第二顶点的横坐标值的大小关系。若起飞点在参考坐标系下的横坐标值大于第一顶点在参考坐标系下的横坐标值且小于第二顶点在参考坐标系下的横坐标值(即起飞点位于)，则确定起飞点在第一顶点和第二顶点在第一直线上对应的第一垂足和第二垂足之间。

如果起飞点在第一顶点和第二顶点在第一直线上对应的第一垂足和第二垂足之间，则执行步骤S20517；如果起飞点不在第一顶点和第二顶点在第一直线上对应的第一垂足和第二垂足之间，则执行步骤S20518-S20520。

S20517、确定封闭区域为起飞辅助区域。

示例性的，如图2D所示，当在第一直线l的延伸方向上，起飞点O在第一顶点A和第二顶点B之间时，即起飞点O在点M和点N之间时，将封闭区域AMNBC确定为起飞辅助区域。

S20518、从第一垂足和第二垂足中确定出与起飞点距离最近的目标垂足。

具体的，当起飞点不在第一顶点和第二顶点在第一直线上对应的第一垂足和第二垂足之间时，分别计算起飞点到第一垂足和第二垂足的距离，将第一垂足和第二垂足中离起飞点最近的垂足作为目标垂足。

图2E为本发明实施例提供的另一种起飞辅助区域的示意图，示例性的，如图2E所示，当起飞点O不在第一顶点A和第二顶点B在第一直线l上对应的第一垂足M和第二垂足N之间时，即起飞点O不在点M和点N之间时，将离起飞点O最近的垂足M作为目标垂足。

S20519、连接目标垂足对应的目标顶点与起飞点得到第三线段。

示例性的，如图2E所示，连接目标垂足M对应的目标顶点A与起飞点O，得到第三线段AO。

S20520、将封闭区域中目标垂足到对应的目标顶点的线段替换为第三线段得到起飞辅助区域。

示例性的，如图2E所示，将封闭区域AMNBC中目标垂足M到目标顶点A的线段(即线段AM)替换为第三线段(线段AO)得到起飞辅助区域AONBC。

在本发明的另一可选实施例中，针对步骤S205，确定起飞辅助区域的另一种实现方式包括如下子步骤：

S20531、生成以起飞点为端点且在作业区域外的射线。

图2F为本发明实施例提供的另一种起飞辅助区域的示意图，示例性的，如图2F所示，以起飞点O为端点作一条不与作业区域的边界相交的射线s。

S20532、以起飞点为旋转中心沿顺时针或逆时针旋转射线。

示例性的，如图2F所示，以起飞点O为旋转中心，沿顺时针或逆时针旋转射线s，使射线s与作业区域的边界相交。

S20533、在旋转过程中确定出射线与作业区域的边界的多个顶点中相交的第一个顶点和最后一个顶点。

示例性的，如图2F所示，在射线s旋转(以逆时针旋转为例)的过程中，确定射线s与作业区域边界相交的第一个顶点B，以及射线s与作业区域边界相交的最后一个顶点A。

S20534、生成连接第一个顶点和起飞点的第四线段以及连接最后一个顶点和起飞点的第五线段，得到起飞辅助区域。

其中，起飞辅助区域由第四线段、第五线段以及靠近起飞点的作业区域的边界所构成。

示例性的，连接第一个顶点B和起飞点O得到第四线段OB，连接最后一个顶点A和起飞点O，得到第五线段OA，第四线段OB、第五线段OA、以及靠近起飞点O的作业区域的边界所构成封闭区域AOBC即为起飞辅助区域。

在上述步骤S203、S205中，在得到起飞辅助区域之后，进一步判断步骤S204中获得的测绘信息对应的区域是否完全覆盖得到的起飞辅助区域，若测绘信息对应的区域不能完全覆盖起飞辅助区域，则发出提示信息，提示工作人员在交互界面操作，以补充未能完全覆盖的区域的测绘信息，该测绘信息可以是工作人员或航拍无人机现场测绘获得。

S206、基于用户的操作在作业区域到起飞点之间的区域确定出起飞辅助区域。

在不存在作业区域到起飞点之间的区域的测绘信息时，可以在地面站的交互界面中显示作业区域的电子地图，并提示工作人员在操作界面上操作以确定起飞辅助区域，或者提示工作人员在交互界面上画出起飞点到作业区域的飞行路径和返航路径等。

当然，还可以在交互界面提示工作人员操作重新获取作业区域到起飞点之间的区域的测绘信息，该测绘信息可以是工作人员或航拍无人机现场测绘获得。然后根据作业区域的边界信息和起飞点的位置信息在作业区域到起飞点之间的区域确定出起飞辅助区域，具体的，起飞辅助区域的确定过程可以参考前述步骤，在此不再赘述。

S207、合并起飞辅助区域和作业区域得到无人机的飞行区域。

具体的，在步骤S205和S206中确定起飞辅助区域后，对起飞辅助区域和作业区域求并集，得到无人机的飞行区域。如图2D所示，对起飞辅助区域AMNBC和作业区域ACBDE求并集，得到飞行区域AMNBDE。如图2E所示，对起飞辅助区域AONBC和作业区域ACBDE求并集，得到飞行区域AONBDE。如图2F所示，对起飞辅助区域AOBC和作业区域ACBDE求并集，得到飞行区域AOBDE。

S208、生成无人机在飞行区域作业的飞行路径。

在本发明的可选实施例中，可以获取飞行区域中的障碍物信息，根据障碍物信息生成无人机在飞行区域作业时的飞行路径。

具体的，从飞行区域的测绘信息中获取障碍物信息，障碍物信息包括障碍物的位置信息。障碍物可以是高于无人机作业高度的树木、电线杆等，并获取无人机的喷幅，基于无人机的喷幅和作业方向生成作业区域的作业路径，作业路径为作业区域内多条等距、平行的路径，该作业路径使得无人机可以绕过标记的障碍物。

示例性的，如图2D、图2E和图2F所示，以一架次作业为例，作业路径为作业区域内平行于作业方向且等距排布的多条线段。线段的端点在子区域的边界上，相邻两条路径之间的距离等于无人机的喷幅的大小。

从作业区域的可选的4个点(点F、G、H、I)中选择作业起点和作业终点，无人机采用“一笔式”作业方式对作业区域进行作业，即从作业区域的作业起点开始，沿作业路径飞行直至作业终点，期间作业不中断。当作业起点为点F时，作业终点为H；当作业起点为点G时，作业终点为I。作业起点和作业终点的组合有4种选择。计算以任意一种作业起点和作业终点的组合时无人机自起飞点O出发至作业区域的作业起点，在作业区域沿作业区域的作业路径完成作业任务后，从作业终点返回起飞点O的过程中无人机的飞行轨迹的总路程，并将总路程最短的作业起点和作业终点的组合作为作业区域的作业起点和作业终点，并连接作业起点与起飞点O，以及连接作业终点与起飞点O，得到无人机在飞行区域作业的飞行路径。

具体的，以4种选择中的任意一种作业起点和作业终点，采用蚁群算法，从起飞点出发，遍历作业起点和作业终点，并返回起飞点，求出4种选择各自的总路程，将总路程最短的作业起点和作业终点的组合作为作业区域的作业起点和作业终点，并连接作业起点与起飞点O，以及连接作业终点与起飞点O，得到无人机在飞行区域作业的飞行路径。

在确定无人机在飞行区域作业的飞行路径后，根据飞行区域内的障碍物信息，在飞行路径遇到障碍物时，绕过障碍物，并确定新的飞行路径。

本发明实施例提供的无人机飞行路径生成方法，通过获取无人机的起飞点的位置信息和作业区域的边界信息，在起飞点位于作业区域外时，根据边界信息和位置信息，确定无人机从起飞点飞行至作业区域的起飞辅助区域，合并起飞辅助区域和作业区域得到无人机的飞行区域，生成无人机在飞行区域作业的飞行路径。本发明实施例能够根据边界信息和起飞点的位置信息自动生成起飞辅助区域，并规划出飞行路径，以辅助无人机从起飞点飞行至作业区域。一方面，避免了采用人工打辅助线精度低的问题，能够获得高精度的作业路径，提高了无人机的作业精度，另一方面，建立起飞辅助区域，能够把无人机起航和返航的距离纳入路径优化中，能够获得更优的飞行路径，从而减少无人机的能耗，提高无人机的作业范围。

实施例三

本发明实施例三提供了一种无人机飞行路径生成装置，图3为本发明实施例三提供的一种无人机飞行路径生成装置的结构示意图，如图3所示，该装置具体可以包括：

信息获取模块301，用于获取无人机的起飞点的位置信息和作业区域的边界信息；

起飞辅助区域确定模块302，用于在所述起飞点位于所述作业区域外时，根据所述边界信息和所述位置信息确定所述无人机从所述起飞点飞行至所述作业区域的起飞辅助区域，所述起飞辅助区域用于辅助所述无人机从所述起飞点飞往所述作业区域；

区域合并模块303，用于合并所述起飞辅助区域和所述作业区域得到所述无人机的飞行区域；

飞行路径生成模块304，用于生成所述无人机在所述飞行区域作业的飞行路径。

可选的，所述装置还可以包括：

第一判断模块，用于在根据所述边界信息和所述位置信息确定所述无人机从所述起飞点飞行至所述作业区域的起飞辅助区域之前，根据所述起飞点的位置信息和所述边界信息判断所述起飞点是否在所述作业区域外。

可选的，所述第一判断模块可以包括：

线段生成子模块，用于生成通过所述作业区域内任意一点和所述起飞点的线段；

起飞点位置确定子模块，用于在所述线段与所述作业区域的边界相交时，确定所述起飞点位于所述作业区域外。

可选的，所述起飞辅助区域确定模块302可以包括：

判断子模块，用于判断是否存在包括所述起飞点至作业区域的历史起飞辅助区域；

第一起飞辅助区域确定子模块，用于在存在包括所述起飞点至作业区域的历史起飞辅助区域时，将所述历史起飞辅助区域作为所述作业区域的起飞辅助区域；

第二起飞辅助区域确定子模块，用于在不存在包括所述起飞点至作业区域的历史起飞辅助区域时，从所述起飞点到所述作业区域之间的区域确定出起飞辅助区域。

可选的，所述装置还可以包括：

第二判断模块，用于判断是否存在所述起飞点到所述作业区域之间的区域的测绘信息。

可选的，所述起飞辅助区域确定模块302可以包括：

第一直线生成子模块，用于生成通过所述起飞点且在所述作业区域外的第一直线；

第一顶点确定子模块，用于根据所述边界信息确定所述作业区域的边界的顶点；

投影子模块，用于将所有顶点投影至所述第一直线上得到多个投影点；

第二顶点确定子模块，用于将相距最大的两个投影点对应顶点作为第一顶点和第二顶点；

线段生成子模块，用于生成通过所述第一顶点且垂直于所述第一直线的第一线段，以及生成通过所述第二顶点且垂直于所述第一直线的第二段线段，得到一封闭区域，所述封闭区域由所述第一线段、第二线段、所述第一直线以及靠近所述第一直线的作业区域的边界所构成；

起飞点位置判断子模块，用于判断所述起飞点是否在所述第一顶点和所述第二顶点在第一直线上对应的第一垂足和第二垂足之间；

第一起飞辅助区域确定子模块，用于在所述起飞点在所述第一顶点和所述第二顶点在所述第一直线上对应的第一垂足和第二垂足之间时，以所述封闭区域为起飞辅助区域；

第二起飞辅助区域确定子模块，用于在所述起飞点不在所述第一顶点和所述第二顶点在所述第一直线上对应的第一垂足和第二垂足之间时，根据所述起飞点调整所述封闭区域以生成起飞辅助区域。

可选的，所述第二起飞辅助区域确定子模块可以包括：

目标顶点确定单元，用于从所述第一垂足和所述第二垂足中确定出与所述起飞点距离最近的目标垂足；

第三线段生成单元，用于连接所述目标垂足对应的目标顶点与所述起飞点得到第三线段；

起飞辅助区域确定单元，用于将所述封闭区域中所述目标垂足到对应的目标顶点的线段替换为所述第三线段得到起飞辅助区域。

可选的，所述起飞辅助区域确定模块302可以包括：

射线生成子模块，用于生成以所述起飞点为端点且在所述作业区域外的射线；

射线旋转子模块，用于以所述起飞点为旋转中心沿顺时针或逆时针旋转所述射线；

第三顶点确定子模块，用于在旋转过程中确定出所述射线与所述作业区域的边界的多个顶点中相交的第一个顶点和最后一个顶点；

第三起飞辅助区域确定子模块，用于生成连接所述第一个顶点和所述起飞点的第四线段以及连接最后一个顶点和所述起飞点的第五线段，得到所述起飞辅助区域，所述起飞辅助区域由所述第四线段、第五线段以及靠近所述起飞点的作业区域的边界所构成。

可选的，所述飞行路径生成模块304可以包括：

障碍物信息获取子模块，用于获取所述飞行区域中的障碍物信息；

飞行路径生成子模块，用于根据所述障碍物信息生成所述无人机在所述飞行区域作业时的飞行路径。

上述无人机飞行路径生成装置可执行本发明任意实施例所提供的无人机飞行路径生成方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

实施例四

本发明实施例四提供了一种无人机，图4为本发明实施例四提供的一种无人机的结构示意图，如图4所示，该无人机包括：

处理器401、存储器402、通信模块403、输入装置404和输出装置405；无人机中处理器401的数量可以是一个或多个，图4中以一个处理器401为例；无人机中的处理器401、存储器402、通信模块403、输入装置404和输出装置405可以通过总线或其他方式连接，图4中以通过总线连接为例。上述处理器401、存储器402、通信模块403、输入装置404和输出装置405可以集成在无人机上。

存储器402作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如上述实施例中的无人机飞行路径生成方法对应的模块(例如，一种无人机飞行路径生成装置中的信息获取模块301、起飞辅助区域确定模块302、区域合并模块303和飞行路径生成模块304)。处理器401通过运行存储在存储器402中的软件程序、指令以及模块，从而执行无人机的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的无人机飞行路径生成方法。

存储器402可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作***、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据微型计算机的使用所创建的数据等。此外，存储器402可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器402可进一步包括相对于处理器401远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至电子设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

通信模块403，用于与外界设备(例如智能终端)建立连接，并实现与外界设备的数据交互。输入装置404可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与无人机的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。

本实施例提供的一种无人机，可执行本发明实施例一、二提供的无人机飞行路径生成方法，具有相应的功能和有益效果。

实施例五

本发明实施例五提供了一种包含计算机可执行指令的存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本发明上述任意实施例提供的无人机飞行路径生成方法。

当然，本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质，其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作，还可以执行本发明实施例所提供的无人机飞行路径生成方法中的相关操作。

需要说明的是，对于装置、无人机和存储介质实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是机器人，无人机，个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明任意实施例所述的无人机飞行路径生成方法。

值得注意的是，上述装置中，所包括的各个模块和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行装置执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (12)

1.一种无人机飞行路径生成方法，其特征在于，包括：

获取无人机的起飞点的位置信息和作业区域的边界信息；

当所述起飞点位于所述作业区域外时，根据所述边界信息和所述位置信息确定所述无人机从所述起飞点飞行至所述作业区域的起飞辅助区域，所述起飞辅助区域用于辅助所述无人机从所述起飞点飞往所述作业区域；

合并所述起飞辅助区域和所述作业区域得到所述无人机的飞行区域；

生成所述无人机在所述飞行区域作业的飞行路径。

2.根据权利要求1所述无人机飞行路径生成方法，其特征在于，在根据所述边界信息和所述位置信息确定所述无人机从所述起飞点飞行至所述作业区域的起飞辅助区域之前，还包括：

根据所述起飞点的位置信息和所述边界信息判断所述起飞点是否在所述作业区域外。

3.根据权利要求2所述的无人机飞行路径生成方法，其特征在于，根据所述起飞点的位置信息和所述边界信息判断所述起飞点是否在所述作业区域外，包括：

生成通过所述作业区域内任意一点和所述起飞点的线段；

在所述线段与所述作业区域的边界相交时，确定所述起飞点位于所述作业区域外。

4.根据权利要求1-3任一所述无人机飞行路径生成方法，其特征在于，根据所述边界信息和所述位置信息确定所述无人机从所述起飞点飞行至所述作业区域的起飞辅助区域，包括：

判断是否存在包括所述起飞点至作业区域的历史起飞辅助区域；

若是，则将所述历史起飞辅助区域作为所述作业区域的起飞辅助区域；

若否，则从所述起飞点到所述作业区域之间的区域确定出起飞辅助区域。

5.根据权利要求4所述的无人机飞行路径生成方法，其特征在于，从所述起飞点到所述作业区域之间的区域确定出起飞辅助区域之前，还包括：

判断是否存在所述起飞点到所述作业区域之间的区域的测绘信息。

6.根据权利要求5所述的无人机飞行路径生成方法，其特征在于，根据所述边界信息和所述位置信息在所述起飞点到所述作业区域之间的区域确定出起飞辅助区域，包括：

生成通过所述起飞点且在所述作业区域外的第一直线；

根据所述边界信息确定所述作业区域的边界的顶点；

将所有顶点投影至所述第一直线上得到多个投影点；

将相距最大的两个投影点对应的顶点作为第一顶点和第二顶点；生成通过所述第一顶点且垂直于所述第一直线的第一线段，以及生成通过所述第二顶点且垂直于所述第一直线的第二段线段，得到一封闭区域，所述封闭区域由所述第一线段、第二线段、所述第一直线以及靠近所述第一直线的作业区域的边界所构成；

判断所述起飞点是否在所述第一顶点和所述第二顶点在所述第一直线上对应的第一垂足和第二垂足之间；

若是，将所述封闭区域作为起飞辅助区域；

若否，根据所述起飞点调整所述封闭区域以生成起飞辅助区域。

7.根据权利要求6所述的无人机飞行路径生成方法，其特征在于，根据所述起飞点调整所述封闭区域以生成起飞辅助区域，包括：

从所述第一垂足和所述第二垂足中确定出与所述起飞点距离最近的目标垂足；

连接所述目标垂足对应的目标顶点与所述起飞点得到第三线段；

将所述封闭区域中所述目标垂足到对应的目标顶点的线段替换为所述第三线段得到起飞辅助区域。

8.根据权利要求5所述的无人机飞行路径生成方法，其特征在于，根据所述边界信息和所述位置信息在所述起飞点到所述作业区域之间的区域确定出起飞辅助区域，包括：

生成以所述起飞点为端点且在所述作业区域外的射线；

以所述起飞点为旋转中心沿顺时针或逆时针旋转所述射线；

在旋转过程中确定出所述射线与所述作业区域的边界的多个顶点中相交的第一个顶点和最后一个顶点；

生成连接所述第一个顶点和所述起飞点的第四线段以及连接最后一个顶点和所述起飞点的第五线段，得到所述起飞辅助区域，所述起飞辅助区域由所述第四线段、第五线段以及靠近所述起飞点的作业区域的边界所构成。

9.根据权利要求1～3和5中任一项所述的无人机飞行路径生成方法，其特征在于，生成所述无人机在所述飞行区域作业的飞行路径，包括：

获取所述飞行区域中的障碍物信息；

根据所述障碍物信息生成所述无人机在所述飞行区域作业时的飞行路径。

10.一种无人机飞行路径生成装置，其特征在于，包括：

信息获取模块，用于获取无人机的起飞点的位置信息和作业区域的边界信息；

起飞辅助区域确定模块，用于在所述起飞点位于所述作业区域外时，根据所述边界信息和所述位置信息确定所述无人机从所述起飞点飞行至所述作业区域的起飞辅助区域，所述起飞辅助区域用于辅助所述无人机从所述起飞点飞往所述作业区域；

区域合并模块，用于合并所述起飞辅助区域和所述作业区域得到所述无人机的飞行区域；

飞行路径生成模块，用于生成所述无人机在所述飞行区域作业的飞行路径。

11.一种无人机，其特征在于，所述无人机包括：

处理器；

存储装置，用于存储程序；

当所述程序被所述处理器执行，使得所述处理器实现如权利要求1-9中任一所述的无人机飞行路径生成方法。

12.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-9中任一所述的无人机飞行路径生成方法。

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