本發(fā)明涉及植保作業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種植保無人機噴施作業(yè)方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的進步以及人們對工作效率的要求，越來越多的地面植保機械應(yīng)用到植物保護過程中。傳統(tǒng)的地面植保機械需要占用一定的地面空間，從而使得農(nóng)田等區(qū)域的利用率降低，且地面植保機械的靈活性不高。隨著無人機技術(shù)的不斷發(fā)展，也逐漸開始有無人機用于植保噴施作業(yè)過程中，但是其作業(yè)效率較低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于此，有必要提供一種作業(yè)效率較高的植保無人機噴施作業(yè)方法和系統(tǒng)。

一種植保無人機噴施作業(yè)方法，包括：獲取目標作業(yè)區(qū)域的gps信息；所述gps信息至少包括所述目標作業(yè)區(qū)域的邊界位置信息；根據(jù)所述目標作業(yè)區(qū)域的gps信息確定編隊飛行的無人機數(shù)量以及無人機的噴施幅度；設(shè)置編隊飛行的無人機中的一無人機為主植保機，其余無人機為從植保機；根據(jù)所述gps信息、無人機數(shù)量以及無人機的噴施幅度生成所述主植保機的作業(yè)路徑；根據(jù)所述主植保機的作業(yè)路徑生成從植保機的作業(yè)路徑；控制各無人機按照對應(yīng)的作業(yè)路徑進行噴施作業(yè)。

在其中一個實施例中，所述獲取目標作業(yè)區(qū)域的gps信息的步驟是采用測繪儀或者圖像采集裝置獲取目標作業(yè)區(qū)域的gps信息。

在其中一個實施例中，所述獲取目標作業(yè)區(qū)域的gps信息的步驟還包括獲取目標作業(yè)區(qū)域的植被生長信息的步驟；所述獲取目標作業(yè)區(qū)域的gps信息的步驟之后還包括根據(jù)所述植被生長信息以及無人機的噴施幅度確定無人機的飛行高度的步驟；所述控制各無人機按照對應(yīng)的作業(yè)路徑進行噴施作業(yè)的步驟為， 控制各無人機按照對應(yīng)的作業(yè)路徑以及飛行高度進行噴施作業(yè)。

在其中一個實施例中，所述根據(jù)所述目標作業(yè)區(qū)域的gps信息確定編隊飛行的無人機數(shù)量以及無人機的噴施幅度的步驟中，所述目標作業(yè)區(qū)域為矩形；所述gps信息包括目標作業(yè)區(qū)域的長度信息和寬度信息；所述步驟具體包括：獲取無人機的藥箱存儲容量；根據(jù)所述藥箱存儲容量生成無人機的噴施幅度和單次作業(yè)行駛路程的對應(yīng)關(guān)系表；所述單次作業(yè)行駛路程為目標作業(yè)區(qū)域的長度或者寬度的整數(shù)倍；根據(jù)所述對應(yīng)關(guān)系表確定各無人機的噴施幅度；根據(jù)所述目標作業(yè)區(qū)域的gps信息、無人機的噴施幅度以及單次作業(yè)行駛路程確定無人機的數(shù)量。

在其中一個實施例中，所述控制各無人機按照對應(yīng)的作業(yè)路徑進行噴施作業(yè)的步驟中，各無人機為同步起飛或者以預(yù)設(shè)時間間隔相繼起飛；所述預(yù)設(shè)時間間隔大于等于無人機換藥箱或者電池的時間。

一種植保無人機噴施作業(yè)系統(tǒng)，包括多架無人機；所述無人機上設(shè)置有藥箱以及電池，所述植保無人機噴施作業(yè)系統(tǒng)還包括：獲取模塊，用于獲取目標作業(yè)區(qū)域的gps信息；所述gps信息至少包括所述目標作業(yè)區(qū)域的邊界位置信息；編隊設(shè)置模塊，用于根據(jù)所述目標作業(yè)區(qū)域的gps信息確定編隊飛行的無人機數(shù)量以及無人機的噴施幅度；所述編隊設(shè)置模塊還用于設(shè)置編隊飛行的無人機中的一無人機為主植保機，其余無人機為從植保機；第一路徑設(shè)置模塊，用于根據(jù)所述gps信息、無人機數(shù)量以及無人機的噴施幅度確定所述主植保機的作業(yè)路徑；第二路徑設(shè)置模塊，用于根據(jù)所述主植保機的作業(yè)路徑確定從植保機的作業(yè)路徑；以及飛行控制模塊，用于控制各無人機按照對應(yīng)的作業(yè)路徑進行噴施作業(yè)。

在其中一個實施例中，所述獲取模塊包括測繪儀或者圖像采集裝置。

在其中一個實施例中，所述獲取模塊還用于獲取目標作業(yè)區(qū)域的植被生長信息；所述編隊設(shè)置模塊還用于根據(jù)所述植被生長信息以及無人機的噴施幅度確定無人機的飛行高度；所述飛行控制模塊用于控制各無人機按照對應(yīng)的作業(yè)路徑以及飛行高度進行噴施作業(yè)。

在其中一個實施例中，所述目標作業(yè)區(qū)域為矩形；所述獲取模塊獲得到的 gps信息包括所述目標作業(yè)區(qū)域的長度信息和寬度信息；所述編隊設(shè)置模塊還包括：獲取單元，用于獲取無人機的藥箱存儲容量；生成單元，用于根據(jù)所述藥箱存儲容量生成無人機的噴施幅度和單次作業(yè)行駛路程的對應(yīng)關(guān)系表；所述單次作業(yè)行駛路程為目標作業(yè)區(qū)域的長度或者寬度的整數(shù)倍；以及設(shè)置單元，用于根據(jù)所述對應(yīng)關(guān)系表確定各無人機的噴施幅度；所述設(shè)置單元還用于根據(jù)所述目標作業(yè)區(qū)域的gps信息、無人機的噴施幅度以及單次作業(yè)行駛路程確定無人機的數(shù)量。

在其中一個實施例中，所述飛行控制模塊用于控制各無人機同步起飛或者以預(yù)設(shè)時間間隔相繼起飛；所述預(yù)設(shè)時間間隔大于等于無人機換藥箱或者電池的時間。

上述植保無人機噴施作業(yè)方法和系統(tǒng)，采用多架無人機編隊飛行作業(yè)的方法，可以大大提高作業(yè)效率。并且，噴施作業(yè)過程中通過主植保機的飛行狀態(tài)來控制從植保機的飛行狀態(tài)，可以確保無人機之間的相位位置穩(wěn)定，不會發(fā)生相互碰撞，確保噴施作業(yè)工作能夠順利開展。

附圖說明

圖1為一實施例中的植保無人機噴施作業(yè)方法的流程圖；

圖2為圖1中的步驟s120的具體流程圖；

圖3為一實施例中的無人機同步起飛進行噴施作業(yè)的示意圖；

圖4為一實施例中的無人機以預(yù)設(shè)時間間隔相繼起飛進行噴施作業(yè)的示意圖；

圖5為一實施例中的植保無人機噴施作業(yè)系統(tǒng)的示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

一種植保無人機噴施作業(yè)方法的流程圖如圖1所示。該植保無人機噴施作業(yè) 方法包括以下步驟：

s110，獲取目標作業(yè)區(qū)域的gps信息。

目標作業(yè)區(qū)域的gps信息可以預(yù)先存儲在系統(tǒng)中，也可以在噴施作業(yè)進行前由工作人員通過測繪儀或者圖像采集裝置獲取gps信息。目標作業(yè)區(qū)域可以為農(nóng)田、森林等。該gps信息主要包括目標作業(yè)區(qū)域的邊界所在位置信息。在本實施例中，目標作業(yè)區(qū)域均為矩形或者接近于矩形的形狀。因此，通過獲取到的gps信息還可以確定出該目標作業(yè)區(qū)域的大小、長度和寬度。

在一實施例中，在獲取目標作業(yè)區(qū)域的gps信息的同時，還會獲取目標作業(yè)區(qū)域的植被生長信息。例如，可以通過圖像采集裝置采集目標作業(yè)區(qū)域中的植被生長信息。具體地，植被生長信息可以包括植被的高度、蟲害情況以及當前所處的生長階段等信息。

s120，根據(jù)目標作業(yè)區(qū)域的gps信息確定編隊飛行的無人機數(shù)量以及無人機的噴施幅度。

在本實施例中，采用無人機編隊飛行的方式進行噴施作業(yè)，可以減小無人機的飛行阻力，節(jié)約飛行用電，增加無人機續(xù)航能力，也就增加了無人機單次作業(yè)時間，從而提高了作業(yè)效率。無人機的數(shù)量和噴施幅度可以根據(jù)目標作業(yè)區(qū)域的大小進行確定。具體的，包括以下子步驟，如圖2所示。

s122，獲取無人機的藥箱存儲容量。

噴施過程中，無人機會攜帶藥箱，藥箱內(nèi)存儲有噴施作業(yè)所需要的噴施物質(zhì)。藥箱存儲容量的大小也決定了無人機單次噴施作業(yè)的面積，因此在確定噴施幅度的前提下也決定了無人機單次作業(yè)行駛路程的長度。藥箱存儲容量可以根據(jù)需要進行設(shè)置。藥箱內(nèi)存儲的噴施物質(zhì)的濃度需要根據(jù)采集到的植被生長信息來進行確定。該工作可以由工作人員根據(jù)經(jīng)驗完成，或者通過預(yù)先存儲的控制參數(shù)進行確定。

s124，根據(jù)藥箱存儲容量生成無人機的噴施幅度和單次作業(yè)行駛路程的對應(yīng)關(guān)系表。

當藥箱存儲容量一定時，無人機單次作業(yè)行駛路程長度與噴施幅度成反比。噴施幅度是指無人機進行噴射時可以噴射到植被表面的最大寬度。在本實施例 中，噴射出來的噴施物質(zhì)形成圓錐狀，噴施幅度即為圓錐底面的最大寬度。無人機作業(yè)過程中，通常沿目標作業(yè)區(qū)域的長度或者寬度方向做直線飛行。由于噴施過程中，單位面積上需要噴施的藥物的量是確定的，即一箱藥物(或者無人機單次作業(yè))所能噴施的植被面積是確定的。因此，無人機單次作業(yè)行駛路程長度會跟隨噴施幅度的增大而減小，從而可以得出無人機單次作業(yè)行駛路程和噴施幅度的對應(yīng)關(guān)系表。為盡量節(jié)省換藥箱過程中的時間，對應(yīng)關(guān)系表中的無人機單次作業(yè)行駛路程均為目標作業(yè)區(qū)域的長度(或者寬度)的整數(shù)倍，從而確保藥箱內(nèi)的藥物噴施完畢時，無人機恰好處于作業(yè)區(qū)域的邊界處而非中間位置，從而可以大大節(jié)省換藥時間，提高作業(yè)效率。

s126，根據(jù)對應(yīng)關(guān)系表確定各無人機的噴施幅度。

根據(jù)該對應(yīng)關(guān)系，確定無人機的噴施幅度。每個無人機的噴施幅度可以根據(jù)實際需要進行適應(yīng)性的調(diào)整。為提高作業(yè)效率，節(jié)省單次作業(yè)時間，無人機的噴施幅度宜接近其閾值噴施幅度，且選取的噴施幅度的整數(shù)倍宜等于目標作業(yè)區(qū)域的寬度(或者長度)。在一實施例中，可以使主植保機使用一個噴施幅度其余從植保機則使用另一噴施幅度。

s128，根據(jù)目標作業(yè)區(qū)域的gps信息、無人機的噴施幅度以及單次作業(yè)行駛路程確定無人機的數(shù)量。

當無人機的噴施幅度以及無人機的單次作業(yè)行駛路程確定后，即可以確定單架無人機的噴施面積，從而根據(jù)目標作業(yè)區(qū)域的大小確定由單架無人機進行噴施作業(yè)時所要進行的次數(shù)，進而根據(jù)次數(shù)確定無人機的數(shù)量。無人機的數(shù)量可以等于求得的次數(shù)，或者其整數(shù)倍等于求得的次數(shù)即可。無人機的數(shù)量可以根據(jù)需要進行靈活設(shè)置，可以為5架、10架等。

s130，設(shè)置編隊飛行的無人機中的一無人機為主植保機，其余無人機為從植保機。

在本實施例中，采用主從式編隊方式。確定無人機中的其中一無人機為主植保機，其余無人機為從植保機。主植保機通常選擇位于編隊邊上(即靠近作業(yè)區(qū)域的邊界)的無人機作為主植保機，其余則為從植保機。

s140，根據(jù)gps信息、無人機數(shù)量以及無人機的噴施幅度生成主植保機的 作業(yè)路徑。

無人機的作業(yè)路徑中的噴施作業(yè)路徑通常平行于作業(yè)區(qū)域的長度方向或者寬度方向。無人機的作業(yè)路徑是指無人機從起飛至降落的行駛路徑。無人機的噴施作業(yè)路徑是指無人機進行噴施作業(yè)時的路徑。同一無人機的相鄰噴施作業(yè)路徑的寬度應(yīng)該等于或者接近整個無人機編隊總的噴施幅度。整個無人機編隊總的噴施幅度即為各無人機的噴施幅度之和。因此，根據(jù)gps信息、無人機數(shù)量以及無人機的噴施幅度可以生成主植保機的作業(yè)路徑。

s150，根據(jù)主植保機的作業(yè)路徑生成從植保機的作業(yè)路徑。

在本實施例中，從植保機的作業(yè)路徑是相對于主植保機的作業(yè)路徑來確定的，即從植保機需要以主植保機的飛行狀態(tài)作為參考，是一種相對的飛行作業(yè)模式，從而可以避免無人機之間的相互碰撞，提高了作業(yè)效率。從植保機的噴施作業(yè)路徑平行于主植保機的噴施作業(yè)路徑，從而確保無人機的噴施范圍能夠覆蓋整個目標作業(yè)區(qū)域。

s160，控制各無人機按照對應(yīng)的作業(yè)路徑進行噴施作業(yè)。

在確定無人機的作業(yè)路徑后即可根據(jù)各無人機的作業(yè)路徑對其進行飛行控制，控制其開展噴施作業(yè)。在本實施例中，在進行噴施作業(yè)之前，還需要確定無人機的飛行高度。無人機的噴射高度、噴射角度以及噴射速度共同影響噴施幅度。無人機的噴射高度以及噴射速度應(yīng)與噴施物質(zhì)的重量協(xié)調(diào)，從而確保噴施出來的物質(zhì)能夠準確地附著在植被表面而不會在空氣壓力的作用下漂至其他區(qū)域。無人機的噴射高度是以植被表面為參考面。因此無人機的飛行高度應(yīng)該為無人機的噴射高度加上植被的高度?？刂茻o人機按照預(yù)設(shè)的作業(yè)路徑以及飛行高度以及速度進行噴射作業(yè)。

無人機可以同步起飛，或者以預(yù)設(shè)時間間隔相繼起飛。預(yù)設(shè)時間間隔應(yīng)該大于或者等于無人機換藥箱或者電池的時間。在本實施例中，藥箱和電池均為插拔式的。在提前準備好藥箱和電池的情況下(藥箱的噴施持續(xù)時間和電池的續(xù)航時間匹配)，更換一臺無人機的在10秒左右，因此，預(yù)設(shè)時間間隔設(shè)置在10秒至15秒即可。在其他的實施例中，為確保時間足夠，也可以將預(yù)設(shè)時間間隔設(shè)置為大于等于30秒。同步起飛時，需要同時進行藥箱和電池的更換，因此 需要多臺自助更換設(shè)備或者多個工作人員同時進行。按預(yù)設(shè)時間間隔起飛，則可以等待一架飛機更換完成后再更換第二架飛機，有利于降低設(shè)備成本以及人工成本，提高效率。

上述植保無人機噴施作業(yè)方法，采用多架無人機編隊飛行作業(yè)的方法，可以大大提高作業(yè)效率。采用無人機編隊飛行，可以減少飛行中的阻力，從而節(jié)省飛行用電，增加了無人機的續(xù)航能力，從而進一步提高了作業(yè)效率。并且，在噴施作業(yè)過程中通過主植保機的飛行狀態(tài)來控制從植保機的飛行狀態(tài)，可以確保無人機之間的相位位置穩(wěn)定，不會發(fā)生相互碰撞，進一步提高了作業(yè)效率。

下面以一實際應(yīng)用場景為例進行說明?，F(xiàn)有1000畝的農(nóng)田，單架飛機單次飛行20畝地。常用的單架無人機作業(yè)方式，需要50次起降作業(yè)，若每次起降都需要進行一次加藥換電池的操作，則中間還需50次加藥換電池的時間。采用本實施例中的無人機噴施作業(yè)方法，若使用10架飛機編隊飛行作業(yè)，單次作業(yè)面積為200畝，則只需要起降5次起降作業(yè)，中間只需要5次的加藥換電池時間，效率上有明顯的提高。圖3為采用同步起飛控制方法進行編隊飛行時的噴施作業(yè)示意圖，其中210為主植保機，其余為從植保機。圖4則為采用預(yù)設(shè)時間間隔起飛方法進行編隊飛行時的噴施作業(yè)示意圖，其中310為主植保機。

本發(fā)明還提供一種植保無人機噴施作業(yè)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。該植保無人機噴施作業(yè)系統(tǒng)包括多架無人機400以及控制系統(tǒng)500。無人機400中設(shè)置有藥箱以及電池。電池用于提供無人機的飛行動力，藥箱則用于存儲噴施物質(zhì)?？刂葡到y(tǒng)500包括獲取模塊510、編隊設(shè)置模塊520、第一路徑設(shè)置模塊530、第二路徑設(shè)置模塊540以及飛行控制模塊550。

獲取模塊510用于獲取目標作業(yè)區(qū)域的gps信息。獲取到的gps信息至少包括目標作業(yè)區(qū)域的邊界位置信息。在一實施例中，獲取模塊510在獲取目標作業(yè)區(qū)域的gps信息的同時，還會獲取目標作業(yè)區(qū)域的植被生長信息。獲取模塊510包括測繪儀或者圖像采集裝置。

編隊設(shè)置模塊520用于根據(jù)目標作業(yè)區(qū)域的gps信息確定編隊飛行的無人機數(shù)量以及無人機的噴施幅度。具體地，編隊設(shè)置模塊520包括獲取單元、生成單元和設(shè)置單元。獲取單元用于獲取無人機的藥箱存儲容量。生成單元用于 根據(jù)藥箱存儲容量生成無人機的噴施幅度和單次作業(yè)行駛路程的對應(yīng)關(guān)系表。單次作業(yè)行駛路程為目標作業(yè)區(qū)域的長度或者寬度的整數(shù)倍。設(shè)置單元用于根據(jù)對應(yīng)關(guān)系表確定各無人機的噴施幅度，從而使得各無人機的噴施幅度之和的整數(shù)倍為目標作業(yè)區(qū)域的長度或者寬度。設(shè)置單元還用于根據(jù)目標作業(yè)區(qū)域的gps信息、無人機的噴施幅度以及單次作業(yè)行駛路程確定無人機的數(shù)量。編隊設(shè)置模塊520還用于設(shè)置編隊飛行的無人機中的一無人機為主植保機，其余無人機為從植保機。在本實施例中，編隊設(shè)置模塊520還用于根據(jù)植被生長信息以及無人機的噴施幅度確定無人機的飛行高度。

第一路徑設(shè)置模塊530用于根據(jù)gps信息、無人機數(shù)量以及無人機的噴施幅度確定主植保機的作業(yè)路徑。

第二路徑設(shè)置模塊540用于根據(jù)主植保機的作業(yè)路徑確定從植保機的作業(yè)路徑。

飛行控制模塊550用于控制各無人機按照對應(yīng)的作業(yè)路徑進行噴施作業(yè)。飛行控制模塊550用于控制各無人機同步起飛或者以預(yù)設(shè)時間間隔相繼起飛。預(yù)設(shè)時間間隔大于等于無人機換藥箱或者電池的時間。

上述植保無人機噴施作業(yè)系統(tǒng)，采用多架無人機編隊飛行作業(yè)的方法，可以大大提高作業(yè)效率。并且采用無人機編隊飛行，可以減少飛行中的阻力，從而節(jié)省飛行用電，增加了無人機的續(xù)航能力，從而進一步提高了作業(yè)效率。同時，并且，噴施作業(yè)過程中通過主植保機的飛行狀態(tài)來控制從植保機的飛行狀態(tài)，可以確保無人機之間的相位位置穩(wěn)定，不會發(fā)生相互碰撞，進一步提高了作業(yè)效率。

以上所述實施例的各技術(shù)特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術(shù)特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當認為是本說明書記載的范圍。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán) 利要求為準。