无人机测绘、喷药和监控联合作业方法及系统

摘要

本发明提供一种无人机测绘、喷药和监控联合作业方法及系统，包括：根据地图选取位于作业地面边界以及障碍物周围的校位点；释放第一无人机，在校位点上采集GPS定位信息，并接收RTK基站发送的差分校正信息，对GPS定位信息进行RTK差分校正，得到校正后的位置信息；将校正后的位置信息传输至指挥端；根据校正后的位置信息，设定计划航线；释放第二无人机，按计划航线自动飞行并进行喷药作业；释放与系留装置连接的第三无人机，第三无人机用于监控第二无人机的喷药作业。该装置用于执行上述方法，包括测绘单元、指挥单元、喷药单元和监控单元。本发明能够实现大规模自动喷药。

说明书

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体是一种无人机测绘、喷药和监控联合作业的方法及系统。

背景技术

随着农业科技的发展，农业机械化程度不断提高。目前，无人机在农业领域的应用主要集中在喷药上。无人机喷药与传统的人工喷药作业相比，显著减轻了作业者的劳动强度，降低了农药对作业人员的危害，环境适用性高，作业速度快，节省农药，减少了农药残留和环境污染。

在使用无人机进行喷药前，一般需要对作业地面进行测绘，获得精确的位置信息。目前较先进的技术是通过RTK手持地面测绘端进行测绘，再结合无人机进行喷药。其中，RTK手持地面测绘端能够接收GPS定位信息以及RTK基站发送的差分校正信息。RTK基站具有固定坐标，RTK基站与RTK手持地面测绘端同时接收相同卫星的信号，并实时地将测量的载波相位观测值、伪距观测值、基准站坐标等差分校正信息发送至RTK手持地面测绘端。RTK手持地面测绘端利用由GPS定位信息以及差分校正信息，可以计算得到RTK手持地面测绘端的精确位置。RTK手持地面测绘端需要人工手持测绘设备,步行完成测绘，存在测绘时间长、人力消耗大等缺点，尤其容易受地形和测绘面积限制，不能满足大农场测绘的需要。

目前无人机进行喷药时，一般需要飞手操作，对飞手的依赖性很大，受限于飞手的技术和作业面积，无法满足大农场自动化喷药的需要。对于人口密度较低的国家或地区，农场面积相对较大，例如在美国，农场数量为2109303个，平均面积为9.95公顷；又例如在欧盟，农场数量为12200000个，平均面积为14.27公顷；在澳大利亚，农场数量为134148个，平均面积为143.75公顷。对于大农场，现有的无人机喷药方案，无法实现高效、自动化喷药。

此外，在无人机喷药时，为了防止药物对人体的伤害，地面人员需要与喷药现场保持安全距离。为了避免无人机喷向地面人员或地面人员误入喷药现场，还需对无人机的喷药作业进行监控。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种适用于大农场自动喷药的无人机测绘、喷药和监控联合作业的方法。

本发明的另一目的是提供一种适用于大农场自动喷药的无人机测绘、喷药和监控联合作业的系统。

为了实现上述的主要目的，本发明提供的无人机测绘、喷药和监控联合作业方法，包括：根据地图选取位于作业地面边界以及障碍物周围的校位点；释放第一无人机，在校位点上采集GPS定位信息，并接收RTK基站发送的差分校正信息，对GPS定位信息进行RTK差分校正，得到校正后的位置信息；将校正后的位置信息传输至指挥端；根据校正后的位置信息，设定计划航线；释放第二无人机，按计划航线自动飞行并进行喷药作业；释放与系留装置连接的第三无人机，第三无人机用于监控第二无人机的喷药作业。

在使用第二无人机进行喷药前，使用第一无人机进行测绘。在第一无人机上利用GPS定位信息和RTK基站发送的差分校正信息，通过校正能够获得精确的校位点的位置信息例如位置坐标，其位置误差范围可以在1cm范围内。第一无人机能够自动完成测绘，缩短了测绘时间，减少了人力消耗。第二无人机按照计划航线自动飞行进行喷药，无需飞手操作，可以实现高效、自动化喷药，尤其适用于大农场喷药。第三无人机用于监控第二无人机的喷药作业，当作业地面出现人员或第二无人机出现故障、偏离计划航道时，在第三无人机上可以发出警报、控制第二无人机停止喷药或调整第二无人机的航线，保证地面人员的安全。第三无人机与系留装置连接，能够有效地为第三无人机提供电力，且将监控信息实时快速地传输到地面监控站。

在一个优选的技术方案中，将校正后的位置信息传输至指挥端包括：将校正后的位置信息通过无线信号传输至指挥端。

在完成所有校位点的校正后，将校正后的位置信息通过无线信号传输给指挥端，可以使第一无人机靠近指挥端进行传输，无线信号可以是短程的无线信号，例如WiFi等。当第一无人机与指挥端相距较远时，校正后的位置信号还可以由第一无人机传输给RTK基站，再由RTK基站通过WiFi等无线信号传输给指挥端，实现远程传输。

一个优选的技术方案是，在释放第二无人机之前，将计划航线通过无线信号传输到第二无人机；在释放第二无人机之后，获取GPS定位信息，并接收RTK基站发送的差分校正信息，对GPS定位信息进行RTK差分校正，得到第二无人机的实际航线，根据计划航线校正实际航线。

在第二无人机起飞前，接收计划航线，起飞后按计划航线自动飞行。计划航线传输时，可以使第二无人机靠近指挥端，通过短程的低价的无线信号，例如WiFi等进行传输。当第二无人机离指挥端较远时，计划航线还可以由指挥端通过WiFi等无线信号传输至RTK基站，再由RTK基站传输至第二无人机，实现远程传输。

为了进一步提高航行精确度，在第二无人机上接收RTK基站发送的差分校正信息，再结合GPS定位信息，通过计算获得精确的实际航线，并且校正实际航线，使之与计划航线相符。精确控制第二无人机的实际航线，有利于使喷药更加均匀，同时避免意外发生。

一个优选的技术方案是，释放第二无人机，按计划航线自动飞行并进行喷药作业包括：设定第二无人机定高飞行和断点续喷，释放至少一个第二无人机。

设定第二无人机定高飞行和断点续喷，有利于保持第二无人机飞行稳定、喷药均匀。采用多个第二无人机联合飞行，特别适合于大农场的喷药作业，提高了喷药效率，同时也有利于合理地设置计划航线。

一个优选的技术方案是，监控喷药作业包括：存录第二无人机飞行时的录像和数据。

在第三无人机上还可以存录第二无人机飞行时的录像和数据，可以用于后续的备份和分析等。

为实现本发明的另一目的，本发明还提供了无人机测绘、喷药和监控联合作业系统，包括：指挥单元，用于在指挥端上根据地图选取位于作业地面边界以及障碍物周围的校位点；测绘单元，用于在第一无人机上实现采集校位点上的GPS定位信息，并接收RTK基站发送的差分校正信息，对GPS定位信息进行RTK差分校正，得到校正后的位置信息；将校正后的位置信息传输至指挥端；指挥单元还用于在指挥端上根据校正后的位置信息，设定计划航线；喷药单元，用于控制第二无人机按计划航线自动飞行并进行喷药作业；监控单元，用于在与系留装置连接的第三无人机上实现监控第二无人机的喷药作业。

测绘单元可以在第一无人机上实现位置信息获取，自动完成测绘，缩短测绘时间，减少人力消耗。喷药单元控制第二无人机按照指挥单元设好的计划航线自动飞行，可以实现高效、自动化喷药，尤其适用于大农场喷药。第三无人机用于监控第二无人机的喷药作业，让地面人员与喷药现场保持安全距离。

一个优选的技术方案是，测绘单元具体用于将校正后的位置信息通过无线信号传输给指挥端。

一个优选的技术方案是，指挥单元还用于在第二无人机释放之前，将计划航线通过无线信号传输到第二无人机；喷药单元还用于获取GPS定位信息，并接收RTK基站发送的差分校正信息，对GPS定位信息进行RTK差分校正，得到第二无人机的实际航线，根据计划航线校正实际航线。

一个优选的技术方案是，喷药单元还用于设定第二无人机定高飞行和断点续喷，控制至少一个第二无人机。

一个优选的技术方案是，监控单元还用于存录第二无人机飞行时的录像和数据。

附图说明

图1是本发明无人机测绘、喷药和监控联合作业方法实施例的流程图。

图2是本发明无人机测绘、喷药和监控联合作业方法实施例的一种工作情况下的工作示意图。

图3是本发明无人机测绘、喷药和监控联合作业系统实施例的结构框图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

无人机测绘、喷药和监控联合作业方法实施例：

本实施例的无人机测绘、喷药和监控联合作业方法，主要应用于农业领域，尤其是种植业和林业。本实施例的方法实施在范围确定的作业地面上。

下面结合图1和图2介绍本实施例的工作流程。

首先，执行步骤S101，根据地图在作业地面边界以及障碍物周围选取校位点。

在步骤S101中，根据现有的电子地图的信息，在作业地面边界处选择校位点，用于限定飞行范围。例如对于矩形的作业地面，可以选择矩形四个顶点作为校位点；对于不规则形状的作业地面，可以选择形状的多个顶点等作为校位点。如作业地面范围内设有障碍物，则需要在障碍物周围选择校位点，便于飞行时准确地避开。例如在作业地面范围内设有谷仓，则可以在谷仓周围选取校位点。

执行步骤S102，释放第一无人机201，在校位点上采集GPS定位信息，并接收RTK基站203发送的差分校正信息，对GPS定位信息进行RTK差分校正，得到校正后的位置信息；将校正后的位置信息传输至指挥端202。

在步骤S102中，使第一无人机201升空，快速到达校位点。如图2所示，在第一无人机201上接收RTK基站203发送的差分校正信息，结合在第一无人机201上接收的GPS定位信息，通过计算可以得到实时的精确的校位点坐标。差分校正信息的传输可以通过分别安装在第一无人机201和RTK基站203上的数传电台进行传输。第一无人机201可以按照事先设定的测绘航线飞行，自动完成测绘。必要时，只需要飞手少量的操作辅助第一无人机201在校对点上定位，即可完成测绘。

校正完成后，第一无人机201飞回指挥端202附件，通过无线信号将位置信息传输给指挥端202，无线信号可采用适用于短程传输的低价快速的WiFi信号。在本实施例的另一工作情况下，校正后的位置信号还可以由第一无人机传输给RTK基站，再由RTK基站传输给指挥端，实现远程传输。

接着，执行步骤S103，根据校正后的位置信息，设定计划航线。

如图2所示，在指挥端202上接收由第一无人机201发送的校正后的位置信息，结合现有的电子地图信息，自动设定计划航线，使得计划航线在作业地面范围内合理安排并且避开障碍物。

指挥端202可以是台式电脑，也可以是移动终端例如手机、平板电脑。

最后，执行步骤S104，释放第二无人机204，按计划航线自动飞行并进行喷药作业；释放与系留装置206连接的第三无人机205，第三无人机205用于监控第二无人机204的喷药作业。

如图2所示，在释放第二无人机204之前，在第二无人机204上接收由指挥端202发送的计划航线，计划航线优选采用适用于短程传输的低价、快速的WiFi信号进行传输。在本实施例的另一工作情况下，计划航线还可以由指挥端传输至RTK基站，再由基站传输至第二无人机，实现远程传输。

在第二无人机204飞行过程中，为了进一步提高航行精确度，在第二无人机204上接收RTK基站203发送的差分校正信息，再结合在第二无人机204上接收的GPS定位信号，通过计算获得精确的实际航线。校正实际航线，使之与计划航线相符。差分校正信息通过分别设在第二无人机204与RTK基站203上的数传电台进行传输。

为了保持第二无人机204飞行稳定、喷药均匀，可以设定第二无人机204定高飞行和断点续喷。此外，还可以采用多个第二无人机204联合飞行，提高喷药效率。

在释放第二无人机204之前、同时或之后，释放第三无人机205。第三无人机205与系留装置206连接，系留装置206下端包括位于地面的控制站207。系留装置206能够有效地为第三无人机205提供电力，且能够将监控信息实时快速地传输到地面监控站207。

当作业地面出现人员或第二无人机204出现故障、偏离计划航线时，在第三无人机205上可以发出警报、控制第二无人机204停止喷药或调整第二无人机204的航线，保证地面人员的安全。进行监控时还可以存录第二无人机204飞行时的录像和数据，用于备份等。

无人机测绘、喷药和监控联合作业系统实施例：

下面结合图3介绍无人机测绘、喷药和监控联合作业系统实施例。在本实施例中，无人机测绘、喷药和监控联合作业系统包括测绘单元301、指挥单元302、喷药单元303和监控单元304。

指挥单元302可以是运行在指挥端上的程序，用于在指挥端上根据地图选取位于作业地面边界以及障碍物周围的校位点。

指挥单元302选取位于作业地面边界的校位点，在设计计划航线时可用于限定飞行范围。在障碍物周围选择校位点，在设计计划航线时可用于准确地避开障碍物。指挥单元302可根据电子地图的信息自动选取校位点。

测绘单元301可以是运行在第一无人机上的程序，用于在第一无人机上采集校位点上的GPS定位信息，并接收RTK基站发送的差分校正信息，对GPS定位信息进行RTK差分校正，得到校正后的位置信息；将校正后的位置信息传输至所述指挥端。

测绘单元301在第一无人机升空后，对作业地面进行测绘。测绘单元301接收RTK基站发送的差分信号，结合接收的GPS定位信号，通过计算可以得到实时的精确的校位点坐标。指挥单元302可将校位点信息发送至测绘单元301，第一无人机可以按照事先设定的测绘航线飞行至各个校位点，自动完成测绘。

测绘完成后，测绘单元301通过无线信号将校正后的位置信息传输给指挥端。

指挥单元302还用于在指挥端上根据校正后的位置信息，设定计划航线。

指挥端上的指挥单元302接收由测绘单元301发送的经校正的位置信息，并据此自动设定计划航线。

喷药单元303可以是运行在第二无人机上的程序，用于控制第二无人机按计划航线自动飞行并进行喷药作业。

喷药单元303接收由指挥单元302发送的计划航线。为了进一步提高航行精确度，喷药单元303接收RTK基站发送的差分校正信息，再结合接收的GPS定位信息，通过计算获得精确的实际航线，并校正实际航线，使之与计划航线相符。

为了保持第二无人机飞行稳定、喷药均匀，可以对喷药单元303进行设置，例如设置使第二无人机定高飞行和断点续喷。此外，喷药单元303可设置在多个第二无人机上，使多个第二无人机联合飞行，提高了喷药效率。

监控单元304可以是运行在第三无人机上的程序，用于在与系留装置连接的第三无人机上实现监控第二无人机的喷药作业。

为了实现对第二无人机的喷药作业的监控，在释放第二无人机之前、同时或之后，释放第三无人机。监控单元304通过系留装置与地面的监控站连接，将监控信息实时快速地传输到地面监控站，还可以存录第二无人机飞行时的录像和数据。当作业地面出现人员或第二无人机出现故障、偏离计划航线时，监控单元304可以发出警报、控制第二无人机停止喷药或调整第二无人机的航线。

可见，应用本发明的方法和系统，能够实现大农场的测绘、喷药以及监控联合作业。其中，测绘和喷药可以自动完成，缩短了作业时间，节省了人力消耗。利用第三无人机对喷药作业进行监控，提高了作业安全性。

当然，上述的方案只是本发明优选的实施方案，实际应用是还可以有更多的等效的变化，这些变化并不影响本发明的实施，也应该包括在本发明的保护范围内。