[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

说明书

本发明公开了一种适用于低空植保的无人直升机作业边界提取方法，采用二维激光距离传感器结合GPS、陀螺仪等，能满足边界提取的任务，且重量轻，价格便宜，能针对不同植保对象、不同作业参数条件，选取不同的分割阈值，实现无人直升机作业边界的准确提取，可应用于低空植保的无人直升机作业。

技术领域：

本发明涉及植保机械领域，具体讲一种用于无人直升机低空喷雾作业边界提取的测量方法。本发明可以准确可靠地提取作业边界。

背景技术：

我国幅员辽阔，存在各种地形，而丘陵及山区等不适用于大型机械作业的地区，特别是大面积水田作业下的病虫害防治，无人机低空喷雾则被广泛使用。

对于无人直升机喷雾作业，对植保对象的重喷和漏喷会导致作业的准确性减小，农药与水的浪费加大，环境污染加剧，所以作业边界识别具有重要意义。边界识别一般由飞控操作人员目视控制无人直升机飞行。当作业环境条件不是很理想、无人直升机机作业距离较远时，会引起操作员的误判，对操作人员技术要求较高。而采用航线规划来设定无人直升机飞行的路线，虽然能减少作业的失误，但GPS传感器会随时间存在漂移现象，使系统产生误差的累计，造成判断不准。

采用图像法提取，虽然能很好识别边界，但图像的获取过程受到环境因素影响较大，且所获取的图像信息量大，处理时间较长，不利于无人直升机喷雾作业的实时控制要求。

三维激光探测，主要应用在高精度、远距离的机载、星载飞行器上，对地形地貌进行识别探测任务，主要原理是是对点云进行分割提取，虽然边界识别的精度很高，但不适用于低空、低速的无人直升机喷雾任务，且三维激光传感器重量大，造成无人直升机载药量降低，降低作业效率。三维激光传感器价格昂贵，不适合大面积推广。

综上所述，现有技术存在的问题是：操作员人为控制精度低、图像边界提取算法处理时间长且图像质量受环境影响大、三维激光精度高但重量大，都无法适用于低空植保无人直升机作业。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种适用于低空植保的无人直升机作业边界提取方法，以实现对低空植保无人直升机作业边界进行准确提取。

为了解决以上技术问题，本发明采用二维激光距离传感器结GPS、陀螺仪等传感器实现。二维激光距离传感器既能满足边界提取的任务，又重量轻，价格便宜。为了能针对不同植保对象、不同作业参数条件，选取不同的分割阈值，实现无人直升机作业边界的准确提取任务。具体技术方案如下：

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；