[发明专利]自主飞行农业无人机路径规划方法及系统

说明书

本发明公开了自主飞行农业无人机路径规划方法及系统，方法包括以下步骤：S1、对无人机作业区域，利用在线地图，标识作业区域的多边形顶点并生成XY‑平面坐标；S2、逆时针沿多边形作业区域，判断各条边的类型并标识为Back边或Front边或Skip边；S3、应用堆栈结构先进后出的原理，逆时针沿多边形作业区域读取边，若当前读取的边与堆栈顶的边分别属于Back和Front，以Y轴平行线分割线分割出这两条边共同x轴坐标部分，产生子区域，分割的剩余边压入堆栈；S4、对当前分割出的子区域进行作业飞行；S5、循环步骤S3‑S4，直至作业区域完成被分割为若干子区域并全部执行作业飞行。本发明方法能对任意多边形作业区域实现自主飞行规划的自动化。

技术领域

本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种自主飞行农业无人机路径规划方法及系统。

背景技术

当前的农业无人机路径规划是人工或半自动完成的；这是一个繁琐的过程，需要地面飞手长期曲折的训练，因此需要路径规划自动化。但自动化存在技术障碍，具体为不同地形、地面基础设施和作物生长变化造成不规则的作业农地形状；在不规则的作业农地形状下，基于计算机视觉的自动化算法缺乏稳健性。

而当前国际常用的开放硬件飞控器Pixhawk4系列，在NuttX操作系统上运行开放软件飞行控制器PX4，其飞行路径规划过程为，PX4将所需路径的信息发送到路径规划模块(PPM)，并从PPM接收路径点流；PX4使用TRAJECTORY_REPRESENTATION_WAYPOINTS消息发送所需的路径信息；PPM使用路点接口或Bezier轨迹接口发回路径的设置点；路点指定了下一个设定点目的点，而Bezier轨迹则描述了确切的机身运动，即一个随时间移动的设定点。

现有的PPM与农业无人机所需的自动路径规划之间存在很大的功能差距：农业无人机路径规划不应沿着作业农地边界生成路径的轨迹路点，而应自动生成在农地边界内的作业飞行路径。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出一种自主飞行农业无人机路径规划方法及系统，该方法实现农业无人机路径规划的自动化。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

自主飞行农业无人机路径规划方法，包括以下步骤：

S1、对无人机作业区域，利用在线地图，标识作业区域的多边形顶点并生成XY-平面坐标；

S2、逆时针沿多边形作业区域，判断各条边的类型并标识为Back边或Front边或Skip边；

S3、应用堆栈结构先进后出的原理，逆时针沿多边形作业区域读取边，若当前读取的边与堆栈顶的边分别属于Back和Front，以Y轴平行线分割线分割出这两条边共同x轴坐标部分，产生子区域，分割的剩余边压入堆栈；

S4、对当前分割出的子区域进行作业飞行；

S5、判断堆栈是否为空，为空则结束作业飞行，作业区域完成被分割为若干子区域并全部执行作业飞行；若不为空则跳转到步骤S3继续执行步骤S3及后续步骤。

进一步的，步骤S2中，判断作业区域各条边的类型具体为：

对于顶点P_i和P_i+1形成的边，进行如下判断：

若x_ix_i+1，则为Back边；

否则，若x_ix_i+1，则为Front边；

否则，x_i＝x_i+1，为Skip边，略去；