[發(fā)明專利]一種無人機自動除草作業(yè)方法

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• 申請日: 2021-03-03
• 公開（公告）號: CN113126650A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李繼宇;劉知杰
• 申請（專利權(quán)）人: 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G05D1/08
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 羅偉富

1.一種無人機自動除草作業(yè)方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)采集待除草區(qū)域的信息，獲取待除草區(qū)域的邊界，其中，所述區(qū)域的信息包括農(nóng)田邊框的各頂點坐標、農(nóng)田長度與農(nóng)田寬度；

(2)根據(jù)農(nóng)田的邊框建立直角坐標系，根據(jù)除草區(qū)域的地圖邊界和大小，結(jié)合機載傳感器的檢測范圍和無人機的飛行高度，生成多個檢測點，使無人機在各個檢測點上都檢測一次，獲得整個區(qū)域的雜草信息；

(3)無人機飛至檢測點，利用安裝在無人機下方的傳感器獲取下方的雜草信息；通過算法識別數(shù)據(jù)中的雜草，獲取雜草的生長狀況，并計算出每一處雜草相對于無人機的位置和雜草的生長狀況信息；

(4)基于該點無人機RTK定位信息和雜草相對于無人機的位置，計算出雜草在農(nóng)田中的位置，并記錄雜草的位置；

(5)無人機遍歷剩下的檢測點，重復(fù)步驟(3)和(4)，遍歷所有檢測點，記錄整個計劃除草區(qū)域內(nèi)的所有雜草信息；

(6)根據(jù)雜草的位置和生長狀況，生成無人機除草順序，規(guī)劃無人機的飛行航線；

(7)除草無人機根據(jù)已規(guī)劃的航線依次飛到雜草生長處進行除草。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人機自動除草作業(yè)方法，其特征在于，在步驟(2)中，生成檢測點的算法包括以下步驟：

設(shè)農(nóng)田長度m，農(nóng)田寬度n；設(shè)傳感器探測一次能采集到的信息的區(qū)域長度為a，寬度為b；設(shè)c為小于m/a的最大整數(shù)，d為小于n/b的最大整數(shù)，則檢測點的坐標為：

P(a/2+ai,b/2+bj)i＝(0,1,2,3……,c)，j＝(0,1,2……,d)；

檢測點的數(shù)量為：(c+1)*(d+1)；

設(shè)檢測點在農(nóng)田中的坐標為(x,y)，則對于第k個檢測點，其坐標為：

y＝[(k-1)/(c+1)]*b+b/2；

當[(k-1)/(c+1)]mod 2＝0時，x＝{(k-1)mod(c+1)+1/2}*a；

當[(k-1)/(c+1)]mod 2＝1時，x＝{c-(k-1)mod(c+1)+1/2}*a。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人機自動除草作業(yè)方法，其特征在于，在步驟(3)中，獲取雜草信息的算法為：

使用深度學(xué)習(xí)算法，綜合各個傳感器的數(shù)據(jù)，識別數(shù)據(jù)中的雜草的位置信息，包括雜草相對于人機的機體坐標系的三維位置信息；

使用深度學(xué)習(xí)算法，綜合各個傳感器的數(shù)據(jù)，識別雜草的大小、數(shù)量、品種，對每一處雜草的生長狀況進行分級，最嚴重為十級，最輕微為一級。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人機自動除草作業(yè)方法，其特征在于，在步驟(4)中，記錄雜草位置的方法為：

依據(jù)農(nóng)田坐標系原點的全球定位數(shù)據(jù)和依據(jù)無人機RTK定位數(shù)據(jù)，計算出無人機相對于農(nóng)田坐標系的位置；

根據(jù)無人機在農(nóng)田坐標系中的位置和無人機的姿態(tài)數(shù)據(jù)，結(jié)合雜草相對于無人機的位置，計算出雜草生長處在農(nóng)田坐標系中的位置并記錄在記載計算機中。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人機自動除草作業(yè)方法，其特征在于，在步驟(6)中，規(guī)劃除草的飛行航線的方法為：

根據(jù)雜草的生長位置和雜草狀況的級別，計算出雜草質(zhì)量、除草所需的時間和能量；

按照用時最少和能量最小的原則，計算出最優(yōu)的除草順序，自動生成無人機的除草路徑。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人機自動除草作業(yè)方法，其特征在于，在步驟(7)中，無人機的除草工作包括以下步驟：

根據(jù)獲得的除草飛行航線，無人機飛到第一個除草點的正上方；

無人機放下腳架，同時垂直下降，降落在除草點上；

螺旋槳停轉(zhuǎn)，無人機依靠腳架支撐，除草機構(gòu)執(zhí)行除草操作，并將雜草收集到無人機上；

除草操作完成后，無人機收起腳架，垂直起飛至除草點上空懸停；

通過機載傳感器檢測該點雜草是否已完全清除，若雜草已清除，則飛至下一個除草點的上空，繼續(xù)執(zhí)行上述除草操作步驟；否則再次下降進行除草，直到該點雜草清除完畢；

待所有的除草點的雜草清除完完畢后，無人機返航。