植保无人机喷施作业方法和系统与流程

本发明涉及植保作业技术领域，特别是涉及一种植保无人机喷施作业方法和系统。

背景技术：

随着科学技术的进步以及人们对工作效率的要求，越来越多的地面植保机械应用到植物保护过程中。传统的地面植保机械需要占用一定的地面空间，从而使得农田等区域的利用率降低，且地面植保机械的灵活性不高。随着无人机技术的不断发展，也逐渐开始有无人机用于植保喷施作业过程中，但是其作业效率较低。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种作业效率较高的植保无人机喷施作业方法和系统。

一种植保无人机喷施作业方法，包括：获取目标作业区域的gps信息；所述gps信息至少包括所述目标作业区域的边界位置信息；根据所述目标作业区域的gps信息确定编队飞行的无人机数量以及无人机的喷施幅度；设置编队飞行的无人机中的一无人机为主植保机，其余无人机为从植保机；根据所述gps信息、无人机数量以及无人机的喷施幅度生成所述主植保机的作业路径；根据所述主植保机的作业路径生成从植保机的作业路径；控制各无人机按照对应的作业路径进行喷施作业。

在其中一个实施例中，所述获取目标作业区域的gps信息的步骤是采用测绘仪或者图像采集装置获取目标作业区域的gps信息。

在其中一个实施例中，所述获取目标作业区域的gps信息的步骤还包括获取目标作业区域的植被生长信息的步骤；所述获取目标作业区域的gps信息的步骤之后还包括根据所述植被生长信息以及无人机的喷施幅度确定无人机的飞行高度的步骤；所述控制各无人机按照对应的作业路径进行喷施作业的步骤为， 控制各无人机按照对应的作业路径以及飞行高度进行喷施作业。

在其中一个实施例中，所述根据所述目标作业区域的gps信息确定编队飞行的无人机数量以及无人机的喷施幅度的步骤中，所述目标作业区域为矩形；所述gps信息包括目标作业区域的长度信息和宽度信息；所述步骤具体包括：获取无人机的药箱存储容量；根据所述药箱存储容量生成无人机的喷施幅度和单次作业行驶路程的对应关系表；所述单次作业行驶路程为目标作业区域的长度或者宽度的整数倍；根据所述对应关系表确定各无人机的喷施幅度；根据所述目标作业区域的gps信息、无人机的喷施幅度以及单次作业行驶路程确定无人机的数量。

在其中一个实施例中，所述控制各无人机按照对应的作业路径进行喷施作业的步骤中，各无人机为同步起飞或者以预设时间间隔相继起飞；所述预设时间间隔大于等于无人机换药箱或者电池的时间。

一种植保无人机喷施作业系统，包括多架无人机；所述无人机上设置有药箱以及电池，所述植保无人机喷施作业系统还包括：获取模块，用于获取目标作业区域的gps信息；所述gps信息至少包括所述目标作业区域的边界位置信息；编队设置模块，用于根据所述目标作业区域的gps信息确定编队飞行的无人机数量以及无人机的喷施幅度；所述编队设置模块还用于设置编队飞行的无人机中的一无人机为主植保机，其余无人机为从植保机；第一路径设置模块，用于根据所述gps信息、无人机数量以及无人机的喷施幅度确定所述主植保机的作业路径；第二路径设置模块，用于根据所述主植保机的作业路径确定从植保机的作业路径；以及飞行控制模块，用于控制各无人机按照对应的作业路径进行喷施作业。

在其中一个实施例中，所述获取模块包括测绘仪或者图像采集装置。

在其中一个实施例中，所述获取模块还用于获取目标作业区域的植被生长信息；所述编队设置模块还用于根据所述植被生长信息以及无人机的喷施幅度确定无人机的飞行高度；所述飞行控制模块用于控制各无人机按照对应的作业路径以及飞行高度进行喷施作业。

在其中一个实施例中，所述目标作业区域为矩形；所述获取模块获得到的 gps信息包括所述目标作业区域的长度信息和宽度信息；所述编队设置模块还包括：获取单元，用于获取无人机的药箱存储容量；生成单元，用于根据所述药箱存储容量生成无人机的喷施幅度和单次作业行驶路程的对应关系表；所述单次作业行驶路程为目标作业区域的长度或者宽度的整数倍；以及设置单元，用于根据所述对应关系表确定各无人机的喷施幅度；所述设置单元还用于根据所述目标作业区域的gps信息、无人机的喷施幅度以及单次作业行驶路程确定无人机的数量。

在其中一个实施例中，所述飞行控制模块用于控制各无人机同步起飞或者以预设时间间隔相继起飞；所述预设时间间隔大于等于无人机换药箱或者电池的时间。

上述植保无人机喷施作业方法和系统，采用多架无人机编队飞行作业的方法，可以大大提高作业效率。并且，喷施作业过程中通过主植保机的飞行状态来控制从植保机的飞行状态，可以确保无人机之间的相位位置稳定，不会发生相互碰撞，确保喷施作业工作能够顺利开展。

附图说明

图1为一实施例中的植保无人机喷施作业方法的流程图；

图2为图1中的步骤s120的具体流程图；

图3为一实施例中的无人机同步起飞进行喷施作业的示意图；

图4为一实施例中的无人机以预设时间间隔相继起飞进行喷施作业的示意图；

图5为一实施例中的植保无人机喷施作业系统的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种植保无人机喷施作业方法的流程图如图1所示。该植保无人机喷施作业 方法包括以下步骤：

s110，获取目标作业区域的gps信息。

目标作业区域的gps信息可以预先存储在系统中，也可以在喷施作业进行前由工作人员通过测绘仪或者图像采集装置获取gps信息。目标作业区域可以为农田、森林等。该gps信息主要包括目标作业区域的边界所在位置信息。在本实施例中，目标作业区域均为矩形或者接近于矩形的形状。因此，通过获取到的gps信息还可以确定出该目标作业区域的大小、长度和宽度。

在一实施例中，在获取目标作业区域的gps信息的同时，还会获取目标作业区域的植被生长信息。例如，可以通过图像采集装置采集目标作业区域中的植被生长信息。具体地，植被生长信息可以包括植被的高度、虫害情况以及当前所处的生长阶段等信息。

s120，根据目标作业区域的gps信息确定编队飞行的无人机数量以及无人机的喷施幅度。

在本实施例中，采用无人机编队飞行的方式进行喷施作业，可以减小无人机的飞行阻力，节约飞行用电，增加无人机续航能力，也就增加了无人机单次作业时间，从而提高了作业效率。无人机的数量和喷施幅度可以根据目标作业区域的大小进行确定。具体的，包括以下子步骤，如图2所示。

s122，获取无人机的药箱存储容量。

喷施过程中，无人机会携带药箱，药箱内存储有喷施作业所需要的喷施物质。药箱存储容量的大小也决定了无人机单次喷施作业的面积，因此在确定喷施幅度的前提下也决定了无人机单次作业行驶路程的长度。药箱存储容量可以根据需要进行设置。药箱内存储的喷施物质的浓度需要根据采集到的植被生长信息来进行确定。该工作可以由工作人员根据经验完成，或者通过预先存储的控制参数进行确定。

s124，根据药箱存储容量生成无人机的喷施幅度和单次作业行驶路程的对应关系表。

当药箱存储容量一定时，无人机单次作业行驶路程长度与喷施幅度成反比。喷施幅度是指无人机进行喷射时可以喷射到植被表面的最大宽度。在本实施例 中，喷射出来的喷施物质形成圆锥状，喷施幅度即为圆锥底面的最大宽度。无人机作业过程中，通常沿目标作业区域的长度或者宽度方向做直线飞行。由于喷施过程中，单位面积上需要喷施的药物的量是确定的，即一箱药物(或者无人机单次作业)所能喷施的植被面积是确定的。因此，无人机单次作业行驶路程长度会跟随喷施幅度的增大而减小，从而可以得出无人机单次作业行驶路程和喷施幅度的对应关系表。为尽量节省换药箱过程中的时间，对应关系表中的无人机单次作业行驶路程均为目标作业区域的长度(或者宽度)的整数倍，从而确保药箱内的药物喷施完毕时，无人机恰好处于作业区域的边界处而非中间位置，从而可以大大节省换药时间，提高作业效率。

s126，根据对应关系表确定各无人机的喷施幅度。

根据该对应关系，确定无人机的喷施幅度。每个无人机的喷施幅度可以根据实际需要进行适应性的调整。为提高作业效率，节省单次作业时间，无人机的喷施幅度宜接近其阈值喷施幅度，且选取的喷施幅度的整数倍宜等于目标作业区域的宽度(或者长度)。在一实施例中，可以使主植保机使用一个喷施幅度其余从植保机则使用另一喷施幅度。

s128，根据目标作业区域的gps信息、无人机的喷施幅度以及单次作业行驶路程确定无人机的数量。

当无人机的喷施幅度以及无人机的单次作业行驶路程确定后，即可以确定单架无人机的喷施面积，从而根据目标作业区域的大小确定由单架无人机进行喷施作业时所要进行的次数，进而根据次数确定无人机的数量。无人机的数量可以等于求得的次数，或者其整数倍等于求得的次数即可。无人机的数量可以根据需要进行灵活设置，可以为5架、10架等。

s130，设置编队飞行的无人机中的一无人机为主植保机，其余无人机为从植保机。

在本实施例中，采用主从式编队方式。确定无人机中的其中一无人机为主植保机，其余无人机为从植保机。主植保机通常选择位于编队边上(即靠近作业区域的边界)的无人机作为主植保机，其余则为从植保机。

s140，根据gps信息、无人机数量以及无人机的喷施幅度生成主植保机的 作业路径。

无人机的作业路径中的喷施作业路径通常平行于作业区域的长度方向或者宽度方向。无人机的作业路径是指无人机从起飞至降落的行驶路径。无人机的喷施作业路径是指无人机进行喷施作业时的路径。同一无人机的相邻喷施作业路径的宽度应该等于或者接近整个无人机编队总的喷施幅度。整个无人机编队总的喷施幅度即为各无人机的喷施幅度之和。因此，根据gps信息、无人机数量以及无人机的喷施幅度可以生成主植保机的作业路径。

s150，根据主植保机的作业路径生成从植保机的作业路径。

在本实施例中，从植保机的作业路径是相对于主植保机的作业路径来确定的，即从植保机需要以主植保机的飞行状态作为参考，是一种相对的飞行作业模式，从而可以避免无人机之间的相互碰撞，提高了作业效率。从植保机的喷施作业路径平行于主植保机的喷施作业路径，从而确保无人机的喷施范围能够覆盖整个目标作业区域。

s160，控制各无人机按照对应的作业路径进行喷施作业。

在确定无人机的作业路径后即可根据各无人机的作业路径对其进行飞行控制，控制其开展喷施作业。在本实施例中，在进行喷施作业之前，还需要确定无人机的飞行高度。无人机的喷射高度、喷射角度以及喷射速度共同影响喷施幅度。无人机的喷射高度以及喷射速度应与喷施物质的重量协调，从而确保喷施出来的物质能够准确地附着在植被表面而不会在空气压力的作用下漂至其他区域。无人机的喷射高度是以植被表面为参考面。因此无人机的飞行高度应该为无人机的喷射高度加上植被的高度。控制无人机按照预设的作业路径以及飞行高度以及速度进行喷射作业。

无人机可以同步起飞，或者以预设时间间隔相继起飞。预设时间间隔应该大于或者等于无人机换药箱或者电池的时间。在本实施例中，药箱和电池均为插拔式的。在提前准备好药箱和电池的情况下(药箱的喷施持续时间和电池的续航时间匹配)，更换一台无人机的在10秒左右，因此，预设时间间隔设置在10秒至15秒即可。在其他的实施例中，为确保时间足够，也可以将预设时间间隔设置为大于等于30秒。同步起飞时，需要同时进行药箱和电池的更换，因此 需要多台自助更换设备或者多个工作人员同时进行。按预设时间间隔起飞，则可以等待一架飞机更换完成后再更换第二架飞机，有利于降低设备成本以及人工成本，提高效率。

上述植保无人机喷施作业方法，采用多架无人机编队飞行作业的方法，可以大大提高作业效率。采用无人机编队飞行，可以减少飞行中的阻力，从而节省飞行用电，增加了无人机的续航能力，从而进一步提高了作业效率。并且，在喷施作业过程中通过主植保机的飞行状态来控制从植保机的飞行状态，可以确保无人机之间的相位位置稳定，不会发生相互碰撞，进一步提高了作业效率。

下面以一实际应用场景为例进行说明。现有1000亩的农田，单架飞机单次飞行20亩地。常用的单架无人机作业方式，需要50次起降作业，若每次起降都需要进行一次加药换电池的操作，则中间还需50次加药换电池的时间。采用本实施例中的无人机喷施作业方法，若使用10架飞机编队飞行作业，单次作业面积为200亩，则只需要起降5次起降作业，中间只需要5次的加药换电池时间，效率上有明显的提高。图3为采用同步起飞控制方法进行编队飞行时的喷施作业示意图，其中210为主植保机，其余为从植保机。图4则为采用预设时间间隔起飞方法进行编队飞行时的喷施作业示意图，其中310为主植保机。

本发明还提供一种植保无人机喷施作业系统，其结构示意图如图5所示。该植保无人机喷施作业系统包括多架无人机400以及控制系统500。无人机400中设置有药箱以及电池。电池用于提供无人机的飞行动力，药箱则用于存储喷施物质。控制系统500包括获取模块510、编队设置模块520、第一路径设置模块530、第二路径设置模块540以及飞行控制模块550。

获取模块510用于获取目标作业区域的gps信息。获取到的gps信息至少包括目标作业区域的边界位置信息。在一实施例中，获取模块510在获取目标作业区域的gps信息的同时，还会获取目标作业区域的植被生长信息。获取模块510包括测绘仪或者图像采集装置。

编队设置模块520用于根据目标作业区域的gps信息确定编队飞行的无人机数量以及无人机的喷施幅度。具体地，编队设置模块520包括获取单元、生成单元和设置单元。获取单元用于获取无人机的药箱存储容量。生成单元用于 根据药箱存储容量生成无人机的喷施幅度和单次作业行驶路程的对应关系表。单次作业行驶路程为目标作业区域的长度或者宽度的整数倍。设置单元用于根据对应关系表确定各无人机的喷施幅度，从而使得各无人机的喷施幅度之和的整数倍为目标作业区域的长度或者宽度。设置单元还用于根据目标作业区域的gps信息、无人机的喷施幅度以及单次作业行驶路程确定无人机的数量。编队设置模块520还用于设置编队飞行的无人机中的一无人机为主植保机，其余无人机为从植保机。在本实施例中，编队设置模块520还用于根据植被生长信息以及无人机的喷施幅度确定无人机的飞行高度。

第一路径设置模块530用于根据gps信息、无人机数量以及无人机的喷施幅度确定主植保机的作业路径。

第二路径设置模块540用于根据主植保机的作业路径确定从植保机的作业路径。

飞行控制模块550用于控制各无人机按照对应的作业路径进行喷施作业。飞行控制模块550用于控制各无人机同步起飞或者以预设时间间隔相继起飞。预设时间间隔大于等于无人机换药箱或者电池的时间。

上述植保无人机喷施作业系统，采用多架无人机编队飞行作业的方法，可以大大提高作业效率。并且采用无人机编队飞行，可以减少飞行中的阻力，从而节省飞行用电，增加了无人机的续航能力，从而进一步提高了作业效率。同时，并且，喷施作业过程中通过主植保机的飞行状态来控制从植保机的飞行状态，可以确保无人机之间的相位位置稳定，不会发生相互碰撞，进一步提高了作业效率。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权 利要求为准。