基于计算机的凸多边形农田无人机喷洒作业航迹规划方法

摘要

本发明公开了一种基于计算机的凸多边形农田无人机喷洒作业航迹规划方法，包括：第一步，求解出多边形每条边的直线方程；找出多边形的最长边；分别求出农田边界的各端点到最长边的距离，并找出距离最长边最远的点；在最长边和该最远点之间选取一组与最长边平行且等间隔的平行线；对于每一条平行线求解出它与农田边界的两个交点并把结果集存入相应数组里；将每条平行线与多边形两个交点连成一条线段，这样可将这组平行线位于农田作业区域以外的部分截掉，得到一组位于农田作业区域以内的平行线段。然后规划出航迹线。本发明算法简洁，通用性好，可以提高无人直升机针对不规则农田执行喷洒作业的效率，降低飞行能耗。

主权项

一种基于计算机的凸多边形农田无人机喷洒作业航迹规划方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)从凸多边形农田的某一端点开始，获取凸多边形农田n个边界点，并按照顺序设各个边界点坐标依次为P₁(x₁,y₁)，P₂(x₂,y₂)，P₃(x₃,y₃)，…，P_n(x_n,y_n)，依次连接相邻的边界点，形成凸多边形农田边界；2)找出凸多边形农田边界的最长边；3)找出距离上述最长边距离最远的边界点；4)在上述最长边和距离最长边最远的边界点之间作一组与最长边平行且等间隔的平行线；5)从距离所述最长边最近的平行线开始，向距离最长边最远的边界点方向依次遍历所有平行线，确定各平行线与凸多边形农田边界的边之间的交点的坐标，并按照平行线与凸多边形农田边界的边相交的顺序，将经过距离最长边最远的边界点、且与所述最长边垂直的直线L两侧的交点坐标分别存入结果集L[i],R[i]；其中i为直线L某一侧的交点的数量；6)连接结果集L[i],R[i]中对应的两点，形成多条平行于最长边且交于凸多边形农田边界的平行线段，以某一平行线段的一个端点为起点，依次连接相邻线段同一端的端点，形成多段侧飞线段，则所述平行线段和侧飞线段形成S形的航迹线，即目标航迹线；7)利用下式求出由平行线段向侧飞线段的转角余弦数组cosα[]，以及由侧飞线段向平行线段的转角余弦数组cosβ[]：其中，VL[]为直线L左侧侧飞线段向量组，VR[]为直线L右侧侧飞线段向量组；当i为偶数时，求得的余弦值为直线L右侧平行线段与对应的侧飞线段的转角或者直线L右侧的侧飞线段与对应的平行线段的转角；当i为奇数时，求得的余弦值为直线L左侧平行线段与对应的侧飞线段的转角或者直线L左侧的侧飞线段与对应的平行线段的转角；8)根据反余弦公式求得各条平行线段与对应的侧飞线段的转角数组，以及各条侧飞线段与对应的平行线段的转角数组：$\left\{\begin{array}{c}\alpha \left(i\right)=\arccos \left(\cos \left(\alpha \left(i\right)\right)\right)\\ \beta \left(i\right)=\arccos \left(\cos \left(\beta \left(i\right)\right)\right)\end{array}\right.;$当i为偶数时，上述转角数组为直线L右侧的转角数组；当i为奇数时，上述转角数组为直线L左侧的转角数组；9)设无人直升机初始状态是沿平行线段从直线L左侧开始向直线L右侧飞行，则第i次由平行线段飞到各平行线与凸多边形农田边界的边之间的交点时，根据α[i]由平行线段向侧飞线段转向，然后沿侧飞线段飞行一段距离后，根据角度β[i]由侧飞线段向平行线段转向，然后继续沿下一条平行线段飞行，形成一条S形的飞行航迹，依此类推，最终形成完整的航迹规划。