無人機測繪、噴藥和監控聯合作業方法及系統與流程

2023-09-17 02:24:30

本發明涉及無人機技術領域，具體是一種無人機測繪、噴藥和監控聯合作業的方法及系統。

背景技術：

隨著農業科技的發展，農業機械化程度不斷提高。目前，無人機在農業領域的應用主要集中在噴藥上。無人機噴藥與傳統的人工噴藥作業相比，顯著減輕了作業者的勞動強度，降低了農藥對作業人員的危害，環境適用性高，作業速度快，節省農藥，減少了農藥殘留和環境汙染。

在使用無人機進行噴藥前，一般需要對作業地面進行測繪，獲得精確的位置信息。目前較先進的技術是通過RTK手持地面測繪端進行測繪，再結合無人機進行噴藥。其中，RTK手持地面測繪端能夠接收GPS定位信息以及RTK基站發送的差分校正信息。RTK基站具有固定坐標，RTK基站與RTK手持地面測繪端同時接收相同衛星的信號，並實時地將測量的載波相位觀測值、偽距觀測值、基準站坐標等差分校正信息發送至RTK手持地面測繪端。RTK手持地面測繪端利用由GPS定位信息以及差分校正信息，可以計算得到RTK手持地面測繪端的精確位置。RTK手持地面測繪端需要人工手持測繪設備,步行完成測繪，存在測繪時間長、人力消耗大等缺點，尤其容易受地形和測繪面積限制，不能滿足大農場測繪的需要。

目前無人機進行噴藥時，一般需要飛手操作，對飛手的依賴性很大，受限於飛手的技術和作業面積，無法滿足大農場自動化噴藥的需要。對於人口密度較低的國家或地區，農場面積相對較大，例如在美國，農場數量為2109303個，平均面積為9.95公頃；又例如在歐盟，農場數量為12200000個，平均面積為14.27公頃；在澳大利亞，農場數量為134148個，平均面積為143.75公頃。對於大農場，現有的無人機噴藥方案，無法實現高效、自動化噴藥。

此外，在無人機噴藥時，為了防止藥物對人體的傷害，地面人員需要與噴藥現場保持安全距離。為了避免無人機噴向地面人員或地面人員誤入噴藥現場，還需對無人機的噴藥作業進行監控。

技術實現要素：

本發明的主要目的是提供一種適用於大農場自動噴藥的無人機測繪、噴藥和監控聯合作業的方法。

本發明的另一目的是提供一種適用於大農場自動噴藥的無人機測繪、噴藥和監控聯合作業的系統。

為了實現上述的主要目的，本發明提供的無人機測繪、噴藥和監控聯合作業方法，包括：根據地圖選取位於作業地面邊界以及障礙物周圍的校位點；釋放第一無人機，在校位點上採集GPS定位信息，並接收RTK基站發送的差分校正信息，對GPS定位信息進行RTK差分校正，得到校正後的位置信息；將校正後的位置信息傳輸至指揮端；根據校正後的位置信息，設定計劃航線；釋放第二無人機，按計劃航線自動飛行並進行噴藥作業；釋放與系留裝置連接的第三無人機，第三無人機用於監控第二無人機的噴藥作業。

在使用第二無人機進行噴藥前，使用第一無人機進行測繪。在第一無人機上利用GPS定位信息和RTK基站發送的差分校正信息，通過校正能夠獲得精確的校位點的位置信息例如位置坐標，其位置誤差範圍可以在1cm範圍內。第一無人機能夠自動完成測繪，縮短了測繪時間，減少了人力消耗。第二無人機按照計劃航線自動飛行進行噴藥，無需飛手操作，可以實現高效、自動化噴藥，尤其適用於大農場噴藥。第三無人機用於監控第二無人機的噴藥作業，當作業地面出現人員或第二無人機出現故障、偏離計劃航道時，在第三無人機上可以發出警報、控制第二無人機停止噴藥或調整第二無人機的航線，保證地面人員的安全。第三無人機與系留裝置連接，能夠有效地為第三無人機提供電力，且將監控信息實時快速地傳輸到地面監控站。

在一個優選的技術方案中，將校正後的位置信息傳輸至指揮端包括：將校正後的位置信息通過無線信號傳輸至指揮端。

在完成所有校位點的校正後，將校正後的位置信息通過無線信號傳輸給指揮端，可以使第一無人機靠近指揮端進行傳輸，無線信號可以是短程的無線信號，例如WiFi等。當第一無人機與指揮端相距較遠時，校正後的位置信號還可以由第一無人機傳輸給RTK基站，再由RTK基站通過WiFi等無線信號傳輸給指揮端，實現遠程傳輸。

一個優選的技術方案是，在釋放第二無人機之前，將計劃航線通過無線信號傳輸到第二無人機；在釋放第二無人機之後，獲取GPS定位信息，並接收RTK基站發送的差分校正信息，對GPS定位信息進行RTK差分校正，得到第二無人機的實際航線，根據計劃航線校正實際航線。

在第二無人機起飛前，接收計劃航線，起飛後按計劃航線自動飛行。計劃航線傳輸時，可以使第二無人機靠近指揮端，通過短程的低價的無線信號，例如WiFi等進行傳輸。當第二無人機離指揮端較遠時，計劃航線還可以由指揮端通過WiFi等無線信號傳輸至RTK基站，再由RTK基站傳輸至第二無人機，實現遠程傳輸。

為了進一步提高航行精確度，在第二無人機上接收RTK基站發送的差分校正信息，再結合GPS定位信息，通過計算獲得精確的實際航線，並且校正實際航線，使之與計劃航線相符。精確控制第二無人機的實際航線，有利於使噴藥更加均勻，同時避免意外發生。

一個優選的技術方案是，釋放第二無人機，按計劃航線自動飛行並進行噴藥作業包括：設定第二無人機定高飛行和斷點續噴，釋放至少一個第二無人機。

設定第二無人機定高飛行和斷點續噴，有利於保持第二無人機飛行穩定、噴藥均勻。採用多個第二無人機聯合飛行，特別適合於大農場的噴藥作業，提高了噴藥效率，同時也有利於合理地設置計劃航線。

一個優選的技術方案是，監控噴藥作業包括：存錄第二無人機飛行時的錄像和數據。

在第三無人機上還可以存錄第二無人機飛行時的錄像和數據，可以用於後續的備份和分析等。

為實現本發明的另一目的，本發明還提供了無人機測繪、噴藥和監控聯合作業系統，包括：指揮單元，用於在指揮端上根據地圖選取位於作業地面邊界以及障礙物周圍的校位點；測繪單元，用於在第一無人機上實現採集校位點上的GPS定位信息，並接收RTK基站發送的差分校正信息，對GPS定位信息進行RTK差分校正，得到校正後的位置信息；將校正後的位置信息傳輸至指揮端；指揮單元還用於在指揮端上根據校正後的位置信息，設定計劃航線；噴藥單元，用於控制第二無人機按計劃航線自動飛行並進行噴藥作業；監控單元，用於在與系留裝置連接的第三無人機上實現監控第二無人機的噴藥作業。

測繪單元可以在第一無人機上實現位置信息獲取，自動完成測繪，縮短測繪時間，減少人力消耗。噴藥單元控制第二無人機按照指揮單元設好的計劃航線自動飛行，可以實現高效、自動化噴藥，尤其適用於大農場噴藥。第三無人機用於監控第二無人機的噴藥作業，讓地面人員與噴藥現場保持安全距離。

一個優選的技術方案是，測繪單元具體用於將校正後的位置信息通過無線信號傳輸給指揮端。

一個優選的技術方案是，指揮單元還用於在第二無人機釋放之前，將計劃航線通過無線信號傳輸到第二無人機；噴藥單元還用於獲取GPS定位信息，並接收RTK基站發送的差分校正信息，對GPS定位信息進行RTK差分校正，得到第二無人機的實際航線，根據計劃航線校正實際航線。

一個優選的技術方案是，噴藥單元還用於設定第二無人機定高飛行和斷點續噴，控制至少一個第二無人機。

一個優選的技術方案是，監控單元還用於存錄第二無人機飛行時的錄像和數據。

附圖說明

圖1是本發明無人機測繪、噴藥和監控聯合作業方法實施例的流程圖。

圖2是本發明無人機測繪、噴藥和監控聯合作業方法實施例的一種工作情況下的工作示意圖。

圖3是本發明無人機測繪、噴藥和監控聯合作業系統實施例的結構框圖。

以下結合附圖及實施例對本發明作進一步說明。

具體實施方式

無人機測繪、噴藥和監控聯合作業方法實施例：

本實施例的無人機測繪、噴藥和監控聯合作業方法，主要應用於農業領域，尤其是種植業和林業。本實施例的方法實施在範圍確定的作業地面上。

下面結合圖1和圖2介紹本實施例的工作流程。

首先，執行步驟S101，根據地圖在作業地面邊界以及障礙物周圍選取校位點。

在步驟S101中，根據現有的電子地圖的信息，在作業地面邊界處選擇校位點，用於限定飛行範圍。例如對於矩形的作業地面，可以選擇矩形四個頂點作為校位點；對於不規則形狀的作業地面，可以選擇形狀的多個頂點等作為校位點。如作業地面範圍內設有障礙物，則需要在障礙物周圍選擇校位點，便於飛行時準確地避開。例如在作業地面範圍內設有穀倉，則可以在穀倉周圍選取校位點。

執行步驟S102，釋放第一無人機201，在校位點上採集GPS定位信息，並接收RTK基站203發送的差分校正信息，對GPS定位信息進行RTK差分校正，得到校正後的位置信息；將校正後的位置信息傳輸至指揮端202。

在步驟S102中，使第一無人機201升空，快速到達校位點。如圖2所示，在第一無人機201上接收RTK基站203發送的差分校正信息，結合在第一無人機201上接收的GPS定位信息，通過計算可以得到實時的精確的校位點坐標。差分校正信息的傳輸可以通過分別安裝在第一無人機201和RTK基站203上的數傳電臺進行傳輸。第一無人機201可以按照事先設定的測繪航線飛行，自動完成測繪。必要時，只需要飛手少量的操作輔助第一無人機201在校對點上定位，即可完成測繪。

校正完成後，第一無人機201飛回指揮端202附件，通過無線信號將位置信息傳輸給指揮端202，無線信號可採用適用於短程傳輸的低價快速的WiFi信號。在本實施例的另一工作情況下，校正後的位置信號還可以由第一無人機傳輸給RTK基站，再由RTK基站傳輸給指揮端，實現遠程傳輸。

接著，執行步驟S103，根據校正後的位置信息，設定計劃航線。

如圖2所示，在指揮端202上接收由第一無人機201發送的校正後的位置信息，結合現有的電子地圖信息，自動設定計劃航線，使得計劃航線在作業地面範圍內合理安排並且避開障礙物。

指揮端202可以是桌上型電腦，也可以是移動終端例如手機、平板電腦。

最後，執行步驟S104，釋放第二無人機204，按計劃航線自動飛行並進行噴藥作業；釋放與系留裝置206連接的第三無人機205，第三無人機205用於監控第二無人機204的噴藥作業。

如圖2所示，在釋放第二無人機204之前，在第二無人機204上接收由指揮端202發送的計劃航線，計劃航線優選採用適用於短程傳輸的低價、快速的WiFi信號進行傳輸。在本實施例的另一工作情況下，計劃航線還可以由指揮端傳輸至RTK基站，再由基站傳輸至第二無人機，實現遠程傳輸。

在第二無人機204飛行過程中，為了進一步提高航行精確度，在第二無人機204上接收RTK基站203發送的差分校正信息，再結合在第二無人機204上接收的GPS定位信號，通過計算獲得精確的實際航線。校正實際航線，使之與計劃航線相符。差分校正信息通過分別設在第二無人機204與RTK基站203上的數傳電臺進行傳輸。

為了保持第二無人機204飛行穩定、噴藥均勻，可以設定第二無人機204定高飛行和斷點續噴。此外，還可以採用多個第二無人機204聯合飛行，提高噴藥效率。

在釋放第二無人機204之前、同時或之後，釋放第三無人機205。第三無人機205與系留裝置206連接，系留裝置206下端包括位於地面的控制站207。系留裝置206能夠有效地為第三無人機205提供電力，且能夠將監控信息實時快速地傳輸到地面監控站207。

當作業地面出現人員或第二無人機204出現故障、偏離計劃航線時，在第三無人機205上可以發出警報、控制第二無人機204停止噴藥或調整第二無人機204的航線，保證地面人員的安全。進行監控時還可以存錄第二無人機204飛行時的錄像和數據，用於備份等。

無人機測繪、噴藥和監控聯合作業系統實施例：

下面結合圖3介紹無人機測繪、噴藥和監控聯合作業系統實施例。在本實施例中，無人機測繪、噴藥和監控聯合作業系統包括測繪單元301、指揮單元302、噴藥單元303和監控單元304。

指揮單元302可以是運行在指揮端上的程序，用於在指揮端上根據地圖選取位於作業地面邊界以及障礙物周圍的校位點。

指揮單元302選取位於作業地面邊界的校位點，在設計計劃航線時可用於限定飛行範圍。在障礙物周圍選擇校位點，在設計計劃航線時可用於準確地避開障礙物。指揮單元302可根據電子地圖的信息自動選取校位點。

測繪單元301可以是運行在第一無人機上的程序，用於在第一無人機上採集校位點上的GPS定位信息，並接收RTK基站發送的差分校正信息，對GPS定位信息進行RTK差分校正，得到校正後的位置信息；將校正後的位置信息傳輸至所述指揮端。

測繪單元301在第一無人機升空後，對作業地面進行測繪。測繪單元301接收RTK基站發送的差分信號，結合接收的GPS定位信號，通過計算可以得到實時的精確的校位點坐標。指揮單元302可將校位點信息發送至測繪單元301，第一無人機可以按照事先設定的測繪航線飛行至各個校位點，自動完成測繪。

測繪完成後，測繪單元301通過無線信號將校正後的位置信息傳輸給指揮端。

指揮單元302還用於在指揮端上根據校正後的位置信息，設定計劃航線。

指揮端上的指揮單元302接收由測繪單元301發送的經校正的位置信息，並據此自動設定計劃航線。

噴藥單元303可以是運行在第二無人機上的程序，用於控制第二無人機按計劃航線自動飛行並進行噴藥作業。

噴藥單元303接收由指揮單元302發送的計劃航線。為了進一步提高航行精確度，噴藥單元303接收RTK基站發送的差分校正信息，再結合接收的GPS定位信息，通過計算獲得精確的實際航線，並校正實際航線，使之與計劃航線相符。

為了保持第二無人機飛行穩定、噴藥均勻，可以對噴藥單元303進行設置，例如設置使第二無人機定高飛行和斷點續噴。此外，噴藥單元303可設置在多個第二無人機上，使多個第二無人機聯合飛行，提高了噴藥效率。

監控單元304可以是運行在第三無人機上的程序，用於在與系留裝置連接的第三無人機上實現監控第二無人機的噴藥作業。

為了實現對第二無人機的噴藥作業的監控，在釋放第二無人機之前、同時或之後，釋放第三無人機。監控單元304通過系留裝置與地面的監控站連接，將監控信息實時快速地傳輸到地面監控站，還可以存錄第二無人機飛行時的錄像和數據。當作業地面出現人員或第二無人機出現故障、偏離計劃航線時，監控單元304可以發出警報、控制第二無人機停止噴藥或調整第二無人機的航線。

可見，應用本發明的方法和系統，能夠實現大農場的測繪、噴藥以及監控聯合作業。其中，測繪和噴藥可以自動完成，縮短了作業時間，節省了人力消耗。利用第三無人機對噴藥作業進行監控，提高了作業安全性。

當然，上述的方案只是本發明優選的實施方案，實際應用是還可以有更多的等效的變化，這些變化並不影響本發明的實施，也應該包括在本發明的保護範圍內。