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CN111076727A - 一种无人机正射多架次作业航迹规划算法 - Google Patents

一种无人机正射多架次作业航迹规划算法 Download PDF

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CN111076727A
CN111076727A CN202010026257.XA CN202010026257A CN111076727A CN 111076727 A CN111076727 A CN 111076727A CN 202010026257 A CN202010026257 A CN 202010026257A CN 111076727 A CN111076727 A CN 111076727A
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CN
China
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unmanned aerial
aerial vehicle
flight
frame
orthographic
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CN202010026257.XA
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English (en)
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王亮
王世莲
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Qingdao Cloudcentury Information Technology Co ltd
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Qingdao Cloudcentury Information Technology Co ltd
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/20—Instruments for performing navigational calculations
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
    • G05D1/101—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft
    • G05D1/104—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft involving a plurality of aircrafts, e.g. formation flying

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  • Remote Sensing (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
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Abstract

本发明属于无人机导航与控制技术领域，具体涉及一种无人机正射多架次作业航迹规划算法。本发明在作业区域和作业要求确定的情况下，规划正射类型的作业轨迹，之后分配作业无人机数量，然后通过正射多架次作业航迹规划算法计算各个架次的返航点和作业起点，使每一架无人机的飞行时间近乎相同的，也就是同时起飞同时落地，达到最短的作业时间；本发明使用正射多架次作业航迹规划算法时过程将变得简单很多，首先，按照一个架次来规划整个作业区域的完整航迹，然后通过本算法分配给各个架次，不需要重叠航线就可以保证重叠度，后期处理时直接拼接所有的航片就可以得到相同精度的成果。

Description

一种无人机正射多架次作业航迹规划算法
技术领域
本发明属于无人机导航与控制技术领域，具体涉及一种无人机正射多架次作业航迹规划算法。
背景技术
无人机(UnmannedAerialVehicle，简称UAV)是指由动力驱动、机上无人驾驶、由无线电遥控操纵或自备程序控制的一类飞行器。作为航空技术与信息技术高度融合的产物，无人机因其性价比高、使用灵活、可执行高风险任务、不受飞行员生理条件限制等优势，在军用与民用领域得到了广泛应用。最近30多年来，世界各国对无人机领域持续关注并加大投入，无人机技术取得了长足发展与进步，代表了当今高新技术的发展方向。
目前，多架次作业无人机用在农业植保领域，其中无人机可以搭载农药对植被进行农药喷洒；这时候在确定无人机的航迹时需要考虑农药搭载和可喷洒时间的限制，并且要尽可能缩短飞行中的距离来提高效率；针对大面积的正射作业，传统的作业方式是分为多个作业区域，每个作业区域分别规划航线，各个作业区域之间必须要有一条航线的重叠，来保证边缘处的重叠率；后期处理过程也是各个作业区域单独拼接，最后将各个区域的成果进行拼接整合，形成最终的成果；这样在划分区域的时候，常常出现线路分配不均导致无人机的作业效率低下。
发明内容
针对上述背景技术所提出的问题，本发明的目的是：旨在提供一种无人机正射多架次作业航迹规划算法。
为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：
一种无人机正射多架次作业航迹规划算法，包括如下步骤，
S1：绘制作业区域；
S2：设置无人机数量n、飞行速度v，飞行时间t，最大循环次数x；
S3：设置每一架无人机飞行起点和降落点；
S4：假设单个无人机可以进行一次性飞行，规划正射作业路线route；
S5：假设n架无人机满电作业，电量消耗完毕也无法完成作业时，此时的飞行距离flyDis＝v*t；
S6：根据flyDis计算每一架无人机的返航点；
S7：判断最后一架无人机是否完成剩余的作业任务；
S8：若最后一架无人机能够完成剩余的作业任务，则绘制返航点并输出每一架无人机的飞行距离、预计飞行时间；
若最后一架无人机不能完成剩余的作业任务，则进行以下步骤：
A1：在不考虑起降距离的情况下按照无人机数量均分作业路线route；
A2：计算每一个无人机从起点到作业然后到返航点的飞行距离；
A3：计算飞行距离的平均值lenAve和平均差值adjust；
A4：判断平均差值adjust是否小于临界值zero或者x是否等于0；
A5：若平均差值adjust小于临界值zero或者x＝0时，则绘制返航点并输出每一架无人机的飞行距离、预计飞行时间；
若平均差值adjust不小于临界值zero且x≠0时，则飞行距离的平均值lenAve设为飞行距离flyDis，x进行减一操作，进入步骤S6中重新计算每一架无人机的返航点；
S9：根据步骤S8绘制绘制返航点和每一架无人机的飞行距离、预计飞行时间进行模拟飞行。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤S1中，绘制作业区域根据实际的作业区进行绘制，其绘制作业区域边界略大于实际的作业区的边界。这样，可以全方位的将工作区域监控。
本发明的有益效果：
1、本发明采用极限法尽可能的平衡每一架无人机的飞行距离，使无人机的作业时间近乎相同，节省作业时间，达到最高的作业效率；
2、本发明在作业区域和作业要求确定的情况下，规划正射类型的作业轨迹，之后分配作业无人机数量，然后通过正射多架次作业航迹规划算法计算各个架次的返航点和作业起点，使每一架无人机的飞行时间近乎相同的，也就是同时起飞同时落地，达到最短的作业时间；
3、本发明在使用正射多架次作业航迹规划算法时过程将变得简单很多，首先，按照一个架次来规划整个作业区域的完整航迹，然后通过本算法分配给各个架次，不需要重叠航线就可以保证重叠度，后期处理时直接拼接所有的航片就可以得到相同精度的成果。
附图说明
本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；
图1为本发明一种无人机正射多架次作业航迹规划算法实施例流程示意图；
图2为通过本发明计算后航点示意图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。
如图1所示，本发明的一种无人机正射多架次作业航迹规划算法，包括如下步骤，
S1：绘制作业区域；
S2：设置无人机数量n、飞行速度v，飞行时间t，最大循环次数x；
S3：设置每一架无人机飞行起点和降落点；
S4：假设单个无人机可以进行一次性飞行，规划正射作业路线route；
S5：假设n架无人机满电作业，电量消耗完毕也无法完成作业时，此时的飞行距离flyDis＝v*t；
S6：根据flyDis计算每一架无人机的返航点；
S7：判断最后一架无人机是否完成剩余的作业任务；
S8：若最后一架无人机能够完成剩余的作业任务，则绘制返航点并输出每一架无人机的飞行距离、预计飞行时间；
若最后一架无人机不能完成剩余的作业任务，则进行以下步骤：
A1：在不考虑起降距离的情况下按照无人机数量均分作业路线route；
A2：计算每一个无人机从起点到作业然后到返航点的飞行距离；
A3：计算飞行距离的平均值lenAve和平均差值adjust；
A4：判断平均差值adjust是否小于临界值zero或者x是否等于0；
A5：若平均差值adjust小于临界值zero或者x＝0时，则绘制返航点并输出每一架无人机的飞行距离、预计飞行时间；
若平均差值adjust不小于临界值zero且x≠0时，则飞行距离的平均值lenAve设为飞行距离flyDis，x进行减一操作，进入步骤S6中重新计算每一架无人机的返航点；
S9：根据步骤S8绘制绘制返航点和每一架无人机的飞行距离、预计飞行时间进行模拟飞行。
有某一个地块在施工过程中，想要通过无人机定期拍摄正射影像来监督施工进度，由于该地块面积较大，单架无人机作业时间较长且单次无法完成作业，于是采用三架相同型号的无人机进行作业。
经过计算得到如图2所示规划的航迹：
第一架无人机从起飞点1起飞，从s点进入作业区域，沿着航线进行拍照作业，最终从P1飞离作业区域，回到降落点1；
第二架无人机从起飞点2起飞，从P1进入作业区域，沿着规划的方向进行作业拍照，最终到达P2时飞离作业区域，然后落在降落点2上；
第三架无人机从起飞点3起飞，从P2进入作业区域，沿着规划的方向进行拍照作业，直到跑完这条规划的航迹，然后飞回降落点3，结束任务。
三架无人机同时起飞，按照规划的路线进行拍照作业，然后飞离作业区域，飞向各自的降落点，最终几乎同时落地。
每一个架次的飞行时间和飞行距离(实际的飞行速度为5m/s)如下表所示：
序号 飞行距离(m) 飞行时间(s)
1 956.125562 191
2 956.472756 191
3 956.495669 191
通过上表可以看出，本发明可以尽可能的平衡每一架无人机的飞行距离，使无人机的作业时间近乎相同，节省作业时间，达到最高的作业效率。
上述实施例仅示例性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (2)

1.一种无人机正射多架次作业航迹规划算法，其特征在于：包括如下步骤，
S1：绘制作业区域；
S2：设置无人机数量n、飞行速度v，飞行时间t，最大循环次数x；
S3：设置每一架无人机飞行起点和降落点；
S4：假设单个无人机可以进行一次性飞行，规划正射作业路线route；
S5：假设n架无人机满电作业，电量消耗完毕也无法完成作业时，此时的飞行距离flyDis=v*t；
S6：根据flyDis计算每一架无人机的返航点；
S7：判断最后一架无人机是否完成剩余的作业任务；
S8：若最后一架无人机能够完成剩余的作业任务，则绘制返航点并输出每一架无人机的飞行距离、预计飞行时间；
若最后一架无人机不能完成剩余的作业任务，则进行以下步骤：
A1：在不考虑起降距离的情况下按照无人机数量均分作业路线route；
A2：计算每一个无人机从起点到作业然后到返航点的飞行距离；
A3：计算飞行距离的平均值lenAve和平均差值adjust；
A4：判断平均差值adjust是否小于临界值zero或者x是否等于0；
A5：若平均差值adjust小于临界值zero或者x=0时，则绘制返航点并输出每一架无人机的飞行距离、预计飞行时间；
若平均差值adjust不小于临界值zero且x≠0时，则飞行距离的平均值lenAve设为飞行距离flyDis，x进行减一操作，进入步骤S6中重新计算每一架无人机的返航点；
S9：根据步骤S8绘制绘制返航点和每一架无人机的飞行距离、预计飞行时间进行模拟飞行。
2.根据权利要求1所述的一种无人机正射多架次作业航迹规划算法，其特征在于：所述步骤S1中，绘制作业区域根据实际的作业区进行绘制，其绘制作业区域边界略大于实际的作业区的边界。
CN202010026257.XA 2020-01-10 2020-01-10 一种无人机正射多架次作业航迹规划算法 Withdrawn CN111076727A (zh)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112214037A (zh) * 2020-09-29 2021-01-12 北京大学 一种基于野外台站的无人机遥感组网航迹规划方法
CN118189976A (zh) * 2024-05-16 2024-06-14 青岛云世纪信息科技有限公司 一种无人机航线规划方法、系统和电子设备

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WW01 Invention patent application withdrawn after publication
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

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