植保无人机的航迹规划方法及装置

1.一种植保无人机的航迹规划方法，其特征在于，包括：
将待作业区域拟合为凸多边形，根据所述凸多边形建立坐标系，并利用边长为d的栅格对所述凸多边形对应的区域进行划分，得到由多个栅格区域组成的矩形区域，其中，所述凸多边形在所述坐标系中的横坐标不小于0，所述凸多边形在所述坐标系中的纵坐标大于0，所述坐标系的横轴与所述凸多边形的最长边平行，所述最长边在所述坐标系中的纵坐标为d，所述最长边的一个端点在所述坐标系的纵轴上，所述矩形区域在所述坐标系中的横坐标不小于0，所述矩形区域在所述坐标系中的纵坐标大于0，所述矩形区域的短边边界的长度为hd，所述矩形区域的一条短边边界位于所述纵轴上，所述矩形区域的长边边界的长度为fd，所述矩形区域的一条长边边界与所述横轴的距离为d，d为植保无人机的喷施幅度的一半，h和f为正整数；
根据所述矩形区域得到植保无人机的作业路径，并计算所述作业路径的长度G，其中，所述作业路径由所述矩形区域中与所述纵轴平行且与所述纵轴的距离为d的奇数倍的第一线段，以及连接所述第一线段中相邻线段的第二线段组成，任一第一线段与任一第二线段垂直，所述作业路径的起始点为与所述纵轴的距离为d的第一线段的端点中与所述坐标系的原点距离较近的端点；
计算植保无人机单架次作业的最大路径长度Gm，根据所述G和Gm计算植保无人机的中途返航次数，并计算所述中途返航次数所对应的植保无人机各架次中途返航点的坐标的有效解；
从植保无人机各架次中途返航点的坐标的有效解中选取最优解，以所述坐标系的原点为起始点，根据所述最优解和作业路径得到植保无人机的飞行航迹，其中，该最优解所对应的中途返航路线总长度为所述有效解所对应的中途返航路线总长度中的最小值；
所述根据所述G和Gm计算植保无人机的中途返航次数，包括：
比较所述G和Gm的大小，若所述Gm小于G，则计算G/Gm的值；
判断所述G/Gm的值是否为整数，若不为整数，则确定出所述植保无人机的中途返航次数为[G/Gm]；
所述计算所述中途返航次数所对应的植保无人机各架次中途返航点的坐标的有效解，包括：
在所述作业路径上选取[G/Gm]个第一中途返航点，其中，所述第一中途返航点与所述作业路径的起始点的距离为所述Gm的第一数值倍，所述第一数值为大于0的整数；
将所述第一中途返航点沿着所述作业路径的反方向移动第二数值的距离，得到第二中途返航点，并将所述第一中途返航点和第二中途返航点作为所述植保无人机各架次中途返航点的坐标的有效解，其中，在所述作业路径上，所述第二中途返航点、所述作业路径的原点，以及所述作业路径的终点中任意相邻的两点之间的作业路径的长度大于0，且不大于Gm。
2.根据权利要求1所述的植保无人机的航迹规划方法，其特征在于，所述最大路径长度Gm的计算公式为Gm＝vtm，其中，v为植保无人机作业飞行速度，tm为植保无人机最大喷雾时间。
3.根据权利要求1所述的植保无人机的航迹规划方法，其特征在于，还包括：
根据所述最优解计算植保无人机各架次的作业路径，根据所述各架次的作业路径为植保无人机各架次作业分配喷药量。
4.一种植保无人机的航迹规划装置，其特征在于，包括：
划分单元，用于将待作业区域拟合为凸多边形，根据所述凸多边形建立坐标系，并利用边长为d的栅格对所述凸多边形对应的区域进行划分，得到由多个栅格区域组成的矩形区域，其中，所述凸多边形在所述坐标系中的横坐标不小于0，所述凸多边形在所述坐标系中的纵坐标大于0，所述坐标系的横轴与所述凸多边形的最长边平行，所述最长边在所述坐标系中的纵坐标为d，所述最长边的一个端点在所述坐标系的纵轴上，所述矩形区域在所述坐标系中的横坐标不小于0，所述矩形区域在所述坐标系中的纵坐标大于0，所述矩形区域的短边边界的长度为hd，所述矩形区域的一条短边边界位于所述纵轴上，所述矩形区域的长边边界的长度为fd，所述矩形区域的一条长边边界与所述横轴的距离为d，d为植保无人机的喷施幅度的一半，h和f为正整数；
路径计算单元，用于根据所述矩形区域得到植保无人机的作业路径，并计算所述作业路径的长度G，其中，所述作业路径由所述矩形区域中与所述纵轴平行且与所述纵轴的距离为d的奇数倍的第一线段，以及连接所述第一线段中相邻线段的第二线段组成，任一第一线段与任一第二线段垂直，所述作业路径的起始点为与所述纵轴的距离为d的第一线段的端点中与所述坐标系的原点距离较近的端点；
有效解计算单元，用于计算植保无人机单架次作业的最大路径长度Gm，根据所述G和Gm计算植保无人机的中途返航次数，并计算所述中途返航次数所对应的植保无人机各架次中途返航点的坐标的有效解；
飞行航迹计算单元，用于从植保无人机各架次中途返航点的坐标的有效解中选取最优解，以所述坐标系的原点为起始点，根据所述最优解和作业路径得到植保无人机的飞行航迹，其中，该最优解所对应的中途返航路线总长度为所述有效解所对应的中途返航路线总长度中的最小值；
所述有效解计算单元，包括：
比较子单元，用于比较所述G和Gm的大小，若所述Gm小于G，则计算G/Gm的值；
判断子单元，用于判断所述G/Gm的值是否为整数，若不为整数，则确定出所述植保无人机的中途返航次数为[G/Gm]；
所述有效解计算单元，包括：
第一选取子单元，用于在所述作业路径上选取[G/Gm]个第一中途返航点，其中，所述第一中途返航点与所述作业路径的起始点的距离为所述Gm的第一数值倍，所述第一数值为大于0的整数；
第二选取子单元，用于将所述第一中途返航点沿着所述作业路径的反方向移动第二数值的距离，得到第二中途返航点，并将所述第一中途返航点和第二中途返航点作为所述植保无人机各架次中途返航点的坐标的有效解，其中，在所述作业路径上，所述第二中途返航点、所述作业路径的原点，以及所述作业路径的终点中任意相邻的两点之间的作业路径的长度大于0，且不大于Gm。
5.根据权利要求4所述的植保无人机的航迹规划装置，其特征在于，所述有效解计算单元，还用于按照公式Gm＝vtm计算最大路径长度Gm，其中，v为植保无人机作业飞行速度，tm为植保无人机最大喷雾时间。
6.根据权利要求4所述的植保无人机的航迹规划装置，其特征在于，还用于根据所述最优解计算植保无人机各架次的作业路径，根据所述各架次的作业路径为植保无人机各架次作业分配喷药量。

植保无人机的航迹规划方法及装置\n技术领域\n[0001] 本发明涉及无人机的航线规划领域，具体涉及一种植保无人机的航迹规划方法及装置。\n背景技术\n[0002] 军事方面，无人机的航线规划已经有比较深入的研究，商业方面，随着无人机自主配送服务逐渐在物流业中兴起，无人机配送航线规划方法也已得到应用，主要是根据配送点的位置规划出较优的遍历航线。在农业方面，关于无人机的航线规划研究却相对较少，随着GIS(地理信息系统)与GPS技术的普及和传感技术的发展，具有自主作业功能的植保无人机系统势必成为发展趋势，对于植保无人机航线规划的研究也就显得尤为必要。\n[0003] 目前对于植保无人机的研究还大多集中于远程控制飞行作业、分析人工遥控的问题和改进措施上，而对于自主作业无人机的航线规划研究则很少。目前大部分的植保无人机都是基于目视遥控的，这种方式对人为因素依赖过大，实际效果并不理想，人为即时规划的航线往往与理论航线偏离严重，使无人机的作业遗漏率和重复率偏高，而且驾驶员操纵负荷较大，控制时间延迟，且对数据链性能要求较高，技术难点较多。并且，传统植保无人机执行中途返航操作的依据主要是耗药量，当药液使用完全后即刻返航，但这种方式没有从能量角度考虑返航路线的规划，仅是每架次满载、药液喷完即刻返航，没有预先对返航点进行合理安排，从而会在非作业情况下无效消耗能量，降低作业效率，因而并不适合非人操控的自主植保无人机。\n发明内容\n[0004] 本发明的目的在于，提供一种植保无人机的航迹规划方法及装置，无需依赖操纵员进行操纵，能够在植保无人机作业之前对无人机的航线进行规划，并确定出各架次的中途返航点，从而能够提高植保无人机作业的精准性和作业效率，降低重复覆盖率、漏喷率与能量消耗。\n[0005] 为此目的，一方面，本发明提出一种植保无人机的航迹规划方法，包括：\n[0006] 将待作业区域拟合为凸多边形，根据所述凸多边形建立坐标系，并利用边长为d的栅格对所述凸多边形对应的区域进行划分，得到由多个栅格区域组成的矩形区域，其中，所述凸多边形在所述坐标系中的横坐标不小于0，所述凸多边形在所述坐标系中的纵坐标大于0，所述坐标系的横轴与所述凸多边形的最长边平行，所述最长边在所述坐标系中的纵坐标为d，所述最长边的一个端点在所述坐标系的纵轴上，所述矩形区域在所述坐标系中的横坐标不小于0，所述矩形区域在所述坐标系中的纵坐标大于0，所述矩形区域的短边边界的长度为hd，所述矩形区域的一条短边边界位于所述纵轴上，所述矩形区域的长边边界的长度为fd，所述矩形区域的一条长边边界与所述横轴的距离为d，d为植保无人机的喷施幅度的一半，h和f为正整数；\n[0007] 根据所述矩形区域得到植保无人机的作业路径，并计算所述作业路径的长度G，其中，所述作业路径由所述矩形区域中与所述纵轴平行且与所述纵轴的距离为d的奇数倍的第一线段，以及连接所述第一线段中相邻线段的第二线段组成，任一第一线段与任一第二线段垂直，所述作业路径的起始点为与所述纵轴的距离为d的第一线段的端点中与所述坐标系的原点距离较近的端点；\n[0008] 计算植保无人机单架次作业的最大路径长度Gm，根据所述G和Gm计算植保无人机的中途返航次数，并计算所述中途返航次数所对应的植保无人机各架次中途返航点的坐标的有效解；\n[0009] 从植保无人机各架次中途返航点的坐标的有效解中选取最优解，以所述坐标系的原点为起始点，根据所述最优解和作业路径得到植保无人机的飞行航迹，其中，该最优解所对应的中途返航路线总长度为所述有效解所对应的中途返航路线总长度中的最小值。\n[0010] 另一方面，本发明提出一种植保无人机的航迹规划装置，包括：\n[0011] 划分单元，用于将待作业区域拟合为凸多边形，根据所述凸多边形建立坐标系，并利用边长为d的栅格对所述凸多边形对应的区域进行划分，得到由多个栅格区域组成的矩形区域，其中，所述凸多边形在所述坐标系中的横坐标不小于0，所述凸多边形在所述坐标系中的纵坐标大于0，所述坐标系的横轴与所述凸多边形的最长边平行，所述最长边在所述坐标系中的纵坐标为d，所述最长边的一个端点在所述坐标系的纵轴上，所述矩形区域在所述坐标系中的横坐标不小于0，所述矩形区域在所述坐标系中的纵坐标大于0，所述矩形区域的短边边界的长度为hd，所述矩形区域的一条短边边界位于所述纵轴上，所述矩形区域的长边边界的长度为fd，所述矩形区域的一条长边边界与所述横轴的距离为d，d为植保无人机的喷施幅度的一半，h和f为正整数；\n[0012] 路径计算单元，用于根据所述矩形区域得到植保无人机的作业路径，并计算所述作业路径的长度G，其中，所述作业路径由所述矩形区域中与所述纵轴平行且与所述纵轴的距离为d的奇数倍的第一线段，以及连接所述第一线段中相邻线段的第二线段组成，任一第一线段与任一第二线段垂直，所述作业路径的起始点为与所述纵轴的距离为d的第一线段的端点中与所述坐标系的原点距离较近的端点；\n[0013] 有效解计算单元，用于计算植保无人机单架次作业的最大路径长度Gm，根据所述G和Gm计算植保无人机的中途返航次数，并计算所述中途返航次数所对应的植保无人机各架次中途返航点的坐标的有效解；\n[0014] 飞行航迹计算单元，用于从植保无人机各架次中途返航点的坐标的有效解中选取最优解，以所述坐标系的原点为起始点，根据所述最优解和作业路径得到植保无人机的飞行航迹，其中，该最优解所对应的中途返航路线总长度为所述有效解所对应的中途返航路线总长度中的最小值。\n[0015] 本发明实施例所述的植保无人机的航迹规划方法及装置，当获取到无人机的作业区域后，构建待作业区域环境坐标图，利用栅格划分法快速得到无人机的作业路径，相对于传统的未经规划而直接依靠操作员视觉判断来设定作业航线，本发明提高了作业的精准性、降低了重复覆盖率与漏喷率，节约了能耗量和耗药量，同时，在植保无人机作业之前对无人机的航线进行规划，从而无需依赖操纵员进行操纵，解决了依赖操纵员进行航线操纵所产生的操纵负荷较大、控制时间延迟等问题，并且与药液耗尽即返航的返航线路规划策略相比，本发明在满足最小作业架次的条件下，通过合理地规划各架次的返航点，使无人机的工作总能耗最小，能够提高作业效率，节约能耗。\n附图说明\n[0016] 图1为本发明植保无人机的航迹规划方法一实施例的流程示意图；\n[0017] 图2为本发明植保无人机的航迹规划方法另一实施例中得到的包含多个栅格的矩形区域示意图；\n[0018] 图3为本发明植保无人机的航迹规划方法又一实施例中得到的植保无人机的作业路径示意图；\n[0019] 图4为本发明植保无人机的航迹规划装置一实施例的结构框图。\n具体实施方式\n[0020] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。\n[0021] 图1为本发明植保无人机的航迹规划方法一实施例的流程示意图，图2为本发明植保无人机的航迹规划方法另一实施例中得到的包含多个栅格的矩形区域示意图，图3为本发明植保无人机的航迹规划方法又一实施例中得到的植保无人机的作业路径示意图，参看图1，本实施例公开一种植保无人机的航迹规划方法，包括：\n[0022] S1、将待作业区域拟合为凸多边形，根据所述凸多边形建立坐标系，并利用边长为d的栅格对所述凸多边形对应的区域进行划分，得到由多个栅格区域组成的矩形区域，其中，所述凸多边形在所述坐标系中的横坐标不小于0，所述凸多边形在所述坐标系中的纵坐标大于0，所述坐标系的横轴与所述凸多边形的最长边平行，所述最长边在所述坐标系中的纵坐标为d，所述最长边的一个端点在所述坐标系的纵轴上，所述矩形区域在所述坐标系中的横坐标不小于0，所述矩形区域在所述坐标系中的纵坐标大于0，所述矩形区域的短边边界的长度为hd，所述矩形区域的一条短边边界位于所述纵轴上，所述矩形区域的长边边界的长度为fd，所述矩形区域的一条长边边界与所述横轴的距离为d，d为植保无人机的喷施幅度的一半，h和f为正整数；\n[0023] 所述利用边长为d的栅格对所述凸多边形对应的区域进行划分，得到由多个栅格区域组成的矩形区域，具体过程为：\n[0024] S10、利用边长为d的栅格覆盖所述凸多边形对应的区域，使所述凸多边形对应的区域全部落在栅格区域内，并且每一个栅格区域内均有所述凸多边形对应的区域的一部分；\n[0025] S11、再次利用最少的边长为d的栅格将步骤S10得到的栅格区域扩展为矩形区域；\n[0026] S2、根据所述矩形区域得到植保无人机的作业路径，并计算所述作业路径的长度G，其中，所述作业路径由所述矩形区域中与所述纵轴平行且与所述纵轴的距离为d的奇数倍的第一线段，以及连接所述第一线段中相邻线段的第二线段组成，任一第一线段与任一第二线段垂直，所述作业路径的起始点为与所述纵轴的距离为d的第一线段的端点中与所述坐标系的原点距离较近的端点；\n[0027] S3、计算植保无人机单架次作业的最大路径长度Gm，根据所述G和Gm计算植保无人机的中途返航次数，并计算所述中途返航次数所对应的植保无人机各架次中途返航点的坐标的有效解；\n[0028] S4、从植保无人机各架次中途返航点的坐标的有效解中选取最优解，以所述坐标系的原点为起始点，根据所述最优解和作业路径得到植保无人机的飞行航迹，其中，该最优解所对应的中途返航路线总长度为所述有效解所对应的中途返航路线总长度中的最小值。\n[0029] 本发明实施例中，自主作业植保无人机在工作之前，需要先确定作业区域的大小、形状和边界坐标，构建待作业区域环境坐标图，如图2所示是构建的待作业区域环境坐标图，粗实线为工作区域边界，长宽分别为fd和hd，将此待作业区域进行栅格法划分，栅格边长为d(d为1/2喷洒幅宽)，划分成f×h个栅格，由于作物种植方式和生长方式等原因，无人机是按照始终头朝前方的方向进行往复喷施，作业航线相互平行，且相邻的两条作业航线间距为2d。然后根据喷施幅宽确定相应的作业路径，得到作业路径总长度来安排架次数和返航点。如图3所示，通过栅格划分法可快速得到无人机的作业航线，其中粗实线表示作业路径，箭头表示作业方向，l1为无人机从起始点第一次进入待作业区域的飞行航线，l2为无人机完成作业后的返航航线，s1、s2为可能的中途返航点，返航点与原点O的连线称为中途返航路线。当自主植保无人机的作业路径确定后，无人机的航线规划内容主要集中于对其中途返航路线的规划，即对中途返航点的规划，而中途返航点的选择不仅要考虑尽可能少的返航次数，而且往返途中的路径也要尽可能的达到最短(考虑无人机飞行距离与能耗成正比，即通过距离来反映无人机的能耗情况)。\n[0030] 设无人机作业飞行速度为v，最大喷雾时间为tm，G为作业路径的总长度，则单架次作业的最大路径长度为Gm＝vtm。\n[0031] 对于图3所示的作业路径，将整个作业路径表示为点集W，W由多个子点集组成，分别为W4k-3、W4k-2、W4k-1、W4k四种子点集，W表示为：\n[0032]\n[0033] 其中，m为正整数。\n[0034] 各子点集的表达式为\n[0035]\n[0036] 对于点集W中的任一点(xn,yn)，无人机到达此点时已完成的作业路径长度Gn的计算公式为：\n[0037]\n[0038] 将作业航线看作是一个大的点集W，每一个点都包含着相应的信息，包括无人机到达此点时已完成的作业路经长度、无人机的剩余能量和与起始点的距离，通过这些信息在最小架次和能耗的约束下，选取合适的返航点确定返航路线，使整个作业过程能耗最小。\n[0039] 当Gm≥G时，表明无人机无需中途返航就能完成整个区域工作，否则将需要至少一次中途返航，具体分为以下2种情况：\n[0040] 1)Gm可以被G整除，即G/Gm＝N，N为整数，说明经过N次满载喷施恰好可完成整个区域的作业，在最小返航次数N-1次的约束下，每架次植保无人机在药液耗尽时即刻返航，因此无需预先规划返航路线。\n[0041] 2)Gm不能被G整除，即N-1＜G/Gm＜N，N为整数且N≥2，说明经过N次施药可完成整个区域的作业，所需中途返航次数为N-1次，如果不经航线规划、单以药液耗尽为中途返航依据，当无人机到达第i个中途返航点(xi′,yi′)时，已完成的作业路径长度Gi′＝i·Gm,i＝1,\n2,…,N-1。如式(3)所示，由于Gi′的计算公式为分段函数，对于不同子点集的表达式并不相同，因此先假设(xi′,yi′)为子点集W4k-3的元素，即Gi′＝yi′+[2(k-1)(h+2)-1]d，且xi′＝(4k-3)d，求yi′的实数解，并验证(xi′,yi′)是否符合假设，如果符合，得到有效解，否则在其他子点集中继续求解判断，最终得到第i个返航点(xi′,yi′)的值，进而可得到n-1个返航点的坐标。\n[0042] 在保证最小架次数的情况下，以药液耗尽为返航依据得到的返航路径未必就是能耗最优或次优解，因为在满足最少返航次数N的条件下，返航点的选取并不唯一，只要满足式(4)即可。\n[0043] 如下式所示：\n[0044]\n[0045] 式中，Gk表示无人机在执行第k次返航操作时已完成的总作业距离，Gk+1－Gk表示无人机经过第k次中途返航后到下一次返航前所作业的距离。利用式(3)与式(4)得到返航点的选取区间，再由 得到中途返航路线总长度L的区间值，进而得到最小值\nLmin，其中(xk,yk)表示第k个返航点的可选值，Lmin对应的n个返航点即为返航路线规划的能耗最优解。\n[0046] 本发明实施例所述的植保无人机的航迹规划方法，当获取到无人机的作业区域后，构建待作业区域环境坐标图，利用栅格划分法快速得到无人机的作业路径，相对于传统的未经规划而直接依靠操作员视觉判断来设定作业航线，本发明提高了作业的精准性、降低了重复覆盖率与漏喷率，节约了能耗量和耗药量，同时，在植保无人机作业之前对无人机的航线进行规划，从而无需依赖操纵员进行操纵，解决了依赖操纵员进行航线操纵所产生的操纵负荷较大、控制时间延迟等问题，并且与药液耗尽即返航的返航线路规划策略相比，本发明在满足最小作业架次的条件下，通过合理地规划各架次的返航点，使无人机的工作总能耗最小，能够提高作业效率，节约能耗。\n[0047] 可选地，在本发明植保无人机的航迹规划方法的另一实施例中，所述最大路径长度Gm的计算公式为Gm＝vtm，其中，v为植保无人机作业飞行速度，tm为植保无人机最大喷雾时间。\n[0048] 可选地，在本发明植保无人机的航迹规划方法的另一实施例中，所述根据所述G和Gm计算植保无人机的中途返航次数，包括：\n[0049] 比较所述G和Gm的大小，若所述Gm小于G，则计算G/Gm的值；\n[0050] 判断所述G/Gm的值是否为整数，若不为整数，则确定出所述植保无人机的中途返航次数为[G/Gm]。\n[0051] 可选地，在本发明植保无人机的航迹规划方法的另一实施例中，所述计算所述中途返航次数所对应的植保无人机各架次中途返航点的坐标的有效解，包括：\n[0052] 在所述作业路径上选取[G/Gm]个第一中途返航点，其中，所述第一中途返航点与所述作业路径的起始点的距离为所述Gm的第一数值倍，所述第一数值为大于0的整数；\n[0053] 将所述第一中途返航点沿着所述作业路径的反方向移动第二数值的距离，得到第二中途返航点，并将所述第一中途返航点和第二中途返航点作为所述植保无人机各架次中途返航点的坐标的有效解，其中，在所述作业路径上，所述第二中途返航点、所述作业路径的原点，以及所述作业路径的终点中任意相邻的两点之间的作业路径的长度大于0，且不大于Gm。\n[0054] 本发明实施例中，第二中途返航点是将第一中途返航点沿着作业路径的反方向移动第二数值的距离得到的，也可以在作业路径上每个第一中途返航点的附近选取一个点作为第二中途返航点，只要满足在作业路径上，第二中途返航点、作业路径的原点，以及作业路径的终点中任意相邻的两点之间的作业路径的长度大于0，且不大于Gm即可。\n[0055] 本发明实施例所述的寻找第二中途返航点的方法，能够较快速地得到中途返航点的有效解。\n[0056] 可选地，在本发明植保无人机的航迹规划方法的另一实施例中，还包括：\n[0057] 根据所述最优解计算植保无人机各架次的作业路径，根据所述各架次的作业路径为植保无人机各架次作业分配喷药量。\n[0058] 本发明实施例中，根据各架次的作业路径为植保无人机各架次作业分配喷药量，较前述实施例，能够进一步节省能耗。\n[0059] 如图4所示，本实施例公开一种植保无人机的航迹规划装置，包括：\n[0060] 划分单元1，用于将待作业区域拟合为凸多边形，根据所述凸多边形建立坐标系，并利用边长为d的栅格对所述凸多边形对应的区域进行划分，得到由多个栅格区域组成的矩形区域，其中，所述凸多边形在所述坐标系中的横坐标不小于0，所述凸多边形在所述坐标系中的纵坐标大于0，所述坐标系的横轴与所述凸多边形的最长边平行，所述最长边在所述坐标系中的纵坐标为d，所述最长边的一个端点在所述坐标系的纵轴上，所述矩形区域在所述坐标系中的横坐标不小于0，所述矩形区域在所述坐标系中的纵坐标大于0，所述矩形区域的短边边界的长度为hd，所述矩形区域的一条短边边界位于所述纵轴上，所述矩形区域的长边边界的长度为fd，所述矩形区域的一条长边边界与所述横轴的距离为d，d为植保无人机的喷施幅度的一半，h和f为正整数；\n[0061] 路径计算单元2，用于根据所述矩形区域得到植保无人机的作业路径，并计算所述作业路径的长度G，其中，所述作业路径由所述矩形区域中与所述纵轴平行且与所述纵轴的距离为d的奇数倍的第一线段，以及连接所述第一线段中相邻线段的第二线段组成，任一第一线段与任一第二线段垂直，所述作业路径的起始点为与所述纵轴的距离为d的第一线段的端点中与所述坐标系的原点距离较近的端点；\n[0062] 有效解计算单元3，用于计算植保无人机单架次作业的最大路径长度Gm，根据所述G和Gm计算植保无人机的中途返航次数，并计算所述中途返航次数所对应的植保无人机各架次中途返航点的坐标的有效解；\n[0063] 飞行航迹计算单元4，用于从植保无人机各架次中途返航点的坐标的有效解中选取最优解，以所述坐标系的原点为起始点，根据所述最优解和作业路径得到植保无人机的飞行航迹，其中，该最优解所对应的中途返航路线总长度为所述有效解所对应的中途返航路线总长度中的最小值。\n[0064] 本发明实施例所述的植保无人机的航迹规划装置，当获取到无人机的作业区域后，构建待作业区域环境坐标图，利用栅格划分法快速得到无人机的作业路径，相对于传统的未经规划而直接依靠操作员视觉判断来设定作业航线，本发明提高了作业的精准性、降低了重复覆盖率与漏喷率，节约了能耗量和耗药量，同时，在植保无人机作业之前对无人机的航线进行规划，从而无需依赖操纵员进行操纵，解决了依赖操纵员进行航线操纵所产生的操纵负荷较大、控制时间延迟等问题，并且与药液耗尽即返航的返航线路规划策略相比，本发明在满足最小作业架次的条件下，通过合理地规划各架次的返航点，使无人机的工作总能耗最小，能够提高作业效率，节约能耗。\n[0065] 可选地，在本发明植保无人机的航迹规划装置的另一实施例中，所述有效解计算单元，还用于按照公式Gm＝vtm计算最大路径长度Gm，其中，v为植保无人机作业飞行速度，tm为植保无人机最大喷雾时间。\n[0066] 可选地，在本发明植保无人机的航迹规划装置的另一实施例中，所述有效解计算单元，包括：\n[0067] 比较子单元，用于比较所述G和Gm的大小，若所述Gm小于G，则计算G/Gm的值；\n[0068] 判断子单元，用于判断所述G/Gm的值是否为整数，若不为整数，则确定出所述植保无人机的中途返航次数为[G/Gm]。\n[0069] 可选地，在本发明植保无人机的航迹规划装置的另一实施例中，所述有效解计算单元，包括：\n[0070] 第一选取子单元，用于在所述作业路径上选取[G/Gm]个第一中途返航点，其中，所述第一中途返航点与所述作业路径的起始点的距离为所述Gm的第一数值倍，所述第一数值为大于0的整数；\n[0071] 第二选取子单元，用于将所述第一中途返航点沿着所述作业路径的反方向移动第二数值的距离，得到第二中途返航点，并将所述第一中途返航点和第二中途返航点作为所述植保无人机各架次中途返航点的坐标的有效解，其中，在所述作业路径上，所述第二中途返航点、所述作业路径的原点，以及所述作业路径的终点中任意相邻的两点之间的作业路径的长度大于0，且不大于Gm。\n[0072] 可选地，在本发明植保无人机的航迹规划装置的另一实施例中，还用于根据所述最优解计算植保无人机各架次的作业路径，根据所述各架次的作业路径为植保无人机各架次作业分配喷药量。\n[0073] 进行仿真实验，在一块210m×200m的矩形范围构建仿真作业区域，设选用的植保无人机最大作业距离Gm＝2500m，喷洒幅宽d＝5m，通过栅格划分法快速得到了无人机的作业路线，其长度G＝8605m。利用本发明进行进一步规划，得到了作业的最少架次数、各架次的喷药量和返航点的坐标，仿真结果表明，与未经算法规划、仅基于药液耗尽进行返航的情况相比，无人机在整个作业过程所节省的飞行距离占无人机单架次最大作业距离Gm的比重为12.89％，经多次仿真得到，随着作业面积增大，能量节省效果越明显。\n[0074] 本发明相较于现有技术，具有如下优点：\n[0075] 相对于传统的未经规划而直接依靠操作员视觉判断作业航线，提高了作业的精准性、降低了重复覆盖率与漏喷率，与药液耗尽即返航的返航线路规划策略相比，具有能耗的优化性，因为在作业前就已将作业架次、各架次喷药量和飞行航线计划好，减少了人力消耗，使作业管理变得更加方便，促进了自主作业无人机的发展，更切合精准农业的发展方向。\n[0076] 虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。