[发明专利]一种适用于低空植保无人直升机作业边界提取方法

权利要求书

1.一种适用于低空植保的无人直升机作业边界提取方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1，将二维激光距离传感器和GPS传感器以及陀螺仪安装在无人直升机固定位置，具体为：将二维激光距离传感器安装在无人直升机左右对称面上且在喷雾系统之前，以保证二维激光距离传感器的激光扫描平面与无人直升机前进方向垂直，且对应1/2扫描平面的一根扫描线垂直于地面向下，GPS传感器和陀螺仪安装在二维激光距离传感器测量的范围外，GPS传感器和陀螺仪的重心与无人直升机重心重合，在二维激光距离传感器和GPS传感器以及陀螺仪与无人直升机机身固定处加装吸振缓冲装置且二维激光距离传感器和GPS传感器以及陀螺仪安装完成后，保证整个系统的重心在无人直升机左右对称面上且与无人直升机主旋翼同轴；

步骤2，分别测量GPS传感器和陀螺仪的安装位置与二维激光距离传感器安装位置的距离及转角信息，利用转换矩阵对二维激光信号进行校正，将激光信号、GPS信号和姿态信号转换到无人直升机坐标系下，具体为：以激光发射点为原点、无人直升机前进方向为X轴、Z轴垂直向下，XYZ组成右手直角坐标；

步骤3：利用二维激光传感器获取扫描范围内的植保作物冠层与二维激光发射中心的距离值，根据无人直升机作业的喷幅范围W和作业时的飞行高度H，由公式可得α的值，所以提取二维激光扫描角度应该大于2α，同时记录二维激光距离传感器、GPS传感器以及陀螺仪信号；

步骤4：对所获得的二维激光距离传感器、GPS传感器以及陀螺仪信号进行中值滤波处理，滤波中值选6～10，获得一帧激光信号值L(i)；

步骤5：对所获取的激光距离信号进行阈值提取，所述阈值提取算法如下；

(1)根据植保对象的特征以及非植保对象的特征，分别提取同一地貌的特征差值范围、不同地貌间的特征差值；所述特征为植保作物冠层的反射强度和距离二维激光发射中心的距离值；

(2)将不同飞行高度H及不同飞行速度V下对应不同地貌间的特征差值进行拟合，得到拟合函数F(H,V)；

(3)根据无人直升机作业飞行的高度及飞行的速度，结合拟合结果F(H,V)，根据公式T_h＝F(H,V)确定边界提取阈值T_h的大小；

(4)根据不同飞行高度H及不同飞行速度V下同一地貌的特征差值范围确定同一地貌提取阈值T_a，a为对应同一帧激光信号下，所包含地貌种类，a＝1,2,3…；

(5)最终确定阈值T(T_h,T_a)；

步骤6：无人直升机作业边界提取,具体边界提取算法如下：

(1)对L(i)逐一判断第i个点和第i+1个点的特征差值h(j)；

(2)判断h(j)与阈值T的大小，

若h(j)≥T_h，记录此点的值以及所对应的角度；

若h(j)<T_h，则不记录，并根据h(j)与T_a对应关系判断地貌情况；

(3)以h(j)为分割点，将激光信号L(i)分割为不同的区间，从而依据所分割的区间及区间所对应的地貌情况结合扫描角度对应的实际距离，保证最大的喷幅在区间内，从而确定作业区域。

2.根据权利要求1所述的一种适用于低空植保的无人直升机作业边界提取方法，其特征在于：所述的无人直升机作业喷幅由喷雾作业时具体喷头布置而定。

3.根据权利要求1所述的一种适用于低空植保的无人直升机作业边界提取方法，其特征在于：所述的无人直升机作业时飞行高度依具体类型的低空喷雾要求而定。