[发明专利]一种航空精准施药三维航线规划方法

说明书

本发明公开了一种航空精准施药三维航线规划方法，包括如下步骤：S1、明确施药区域；S2、结合喷幅对施药区域进行二维全覆盖航线规划；S3、结合航高对施药区域进行三维全覆盖航线规划。本发明通过等角度投影方法获取航空图，通过高斯‑克吕格投影方式构建施药区域的局部环境坐标系，再通过栅格法的反向应用明确了作业区域。通过牛耕往复法作为覆盖方法进行区域二维全覆盖航线规划。在区域二维全覆盖航线规划的基础上，结合直升机最佳航速下的爬升角和下降角，针对不可仿地飞行区域进行施药航高规划，最终实现三维全覆盖施药作业航线的规划。

技术领域

本发明涉及农林航空技术领域，尤其涉及一种航空精准施药三维航线规划方法。

背景技术

目前林业航空施药大多都是基于人为目视的作业方式，而目视规划航线的方式航线精度较低，并且不能实时校准，存在多施、漏施、重施等施药不均匀现象，以及航线冗余、耗时长、能耗药耗大等问题，导致作业效率较低、环境污染严重、作业成本高。由于林业地形复杂，并且在林业航空植保过程航速较大，基于无人机平台或者地面机械研发的区域全覆盖航线规划方法无法应用到林业航空方面，因此针对林业航空规划出合理的航线尤为重要。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种航空精准施药三维航线规划方法。可根据作业区域的形状和坡度宽度，自动规划出三维全覆盖航线，方法简单实用，且适应性较好。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种航空精准施药三维航线规划方法，包括如下步骤：

S1、明确施药区域；

S2、结合喷幅对施药区域进行二维全覆盖航线规划；

S3、结合航高对施药区域进行三维全覆盖航线规划。

作为对上述技术方案的改进，所述步骤S1中，所述明确施药区域包括区域建模和明确区域边界；所述区域建模是指采用牛耕单元分解法把施药区域分成多个无重叠部分的子区域方式先进行划分，并且保证每个子区域内都是待施药区域；所述明确区域边界是指用反向栅格法进行明确，保证明确后的区域边界无锯齿状。

所述区域建模为了规划出最优全覆盖施药航线，减少多喷、漏喷、重喷现象，提高覆盖范围的精准性，需要对作业区域进行分解建模。由于林业作业面积较大，在林区中存在不能施药的区域，本发明采用牛耕单元分解法把施药区域分成多个无重叠部分的子区域方式先进行划分，并且保证每个子区域内都是待施药区域。

作为对上述技术方案的改进，所述牛耕单元分解法，是用一条垂直于坐标系x轴的虚拟扫描线从地图的左边扫描到右边，通过判断扫描线的连通性变化来生成子区域；当扫描线经过障碍物时，连通性发生变化，产生子区域；在割线与障碍物顶点相切时划分子区域，如此划分下去，将地图分解为若干子区域和障碍物区。

作为对上述技术方案的改进，所述反向栅格法，是设置栅格为长宽一个喷幅单位的方格，然后将工作地图放置在直角坐标系中，将工作环境划分解成若干个均匀的方形网格，每个网格都有相关联的值表明是否被占用，根据网格是否被占用将环境划分为空闲区域和占用区域，把施药区域视为障碍物，得到作业区域的边界；连接各有效栅格的中心点，作为施药区域的边界线。

由于通过分解得到的子区域大多为不规则区域，若要实现规划的施药航线精准覆盖每个子区域，需要进一步对每个子区域的边界，本发明采用反向栅格法进行明确，本发明是对栅格法的反向应用。

作为对上述技术方案的改进，在使用反向栅格法时，当施药区域占栅格的面积小于四分之一时，视该栅格为无效栅格，反之则视为有效栅格。

为保证明确后的区域边界无锯齿状，需要进行平滑处理，即连接锯齿的两端，即得到明确边界后的施药区域。