植保無人機飛行操控學(xué)習(xí)任務(wù)一

植保無人機作業(yè)模式掌握植保無人機手動作業(yè)模式。掌握植保無人機AB點模式作業(yè)方法。掌握植保無人機全自主模式作業(yè)方法。對三種作業(yè)模式對比，了解各模式特點。知識目標(biāo)本任務(wù)將介紹植保無人機是如何進(jìn)行農(nóng)林作業(yè)的，主要介紹植保無人機的三種作業(yè)模式，即手動模式作業(yè)、AB點模式作業(yè)、全自主模式作業(yè)。手動模式作業(yè)：學(xué)習(xí)不用提前測繪圈地，直接利用無人機飛手進(jìn)行直接的控制操縱，在田間進(jìn)行植保作業(yè)活動，對操作人員的無人機飛行能力要求較高。學(xué)習(xí)手動操作無人機作業(yè)的飛行路線及方式。AB點模式作業(yè)：學(xué)習(xí)不提前測繪圈地，利用飛機直接手動飛行確定A、B兩點，設(shè)置邊界，自動生成AB重復(fù)往返路線，進(jìn)行作業(yè)。重點學(xué)習(xí)如何設(shè)置AB點，如何規(guī)劃無人機作業(yè)航線。全自主模式作業(yè)：提前測繪規(guī)劃的作業(yè)地塊，學(xué)習(xí)無人機參數(shù)設(shè)置與航線規(guī)劃，了解掌握自主作業(yè)流程。任務(wù)描述知識點1：手動作業(yè)模式植保無人機手動作業(yè)定義：通過人工操作遙控器控制飛行航跡和作業(yè)任務(wù)等的作業(yè)控制模式。手動作業(yè)模式是早期最為常見的方式，所有的操作都由植保飛手來完成，智能化程度較低。手動作業(yè)飛手視線距離有限，操作無人機飛行較遠(yuǎn)距離，則無法有效判斷無人機位置。長時間的作業(yè)，飛手的專注度會下降，身心都會出現(xiàn)疲勞，飛行路線會偏移，出現(xiàn)漏噴或重噴。此刻就需要觀察員，其作用就是輔助飛手，保持航線的精確，協(xié)助飛手判斷無人機飛行位置，協(xié)助植保作業(yè)等。已到地塊邊界觀察員飛手知識點1：手動作業(yè)模式手動作業(yè)飛行操作多用到直線飛行與定點環(huán)繞兩種飛行操作。手動操作植保無人機直線飛行：在無風(fēng)天氣比較簡單，操縱無人機調(diào)整好飛行方向，輕推遙控器前進(jìn)遙桿，使飛機勻速向前飛行。手動作業(yè)飛行定點環(huán)繞：環(huán)繞模式主要應(yīng)用場景是果樹的植保作業(yè)，一般使用環(huán)繞模式的植保無人機的噴頭大多是壓力噴頭，正常從果樹上方飛過藥液并不能穿透果樹，所以需要在果樹上方進(jìn)行自旋噴灑或設(shè)置一個半徑進(jìn)行環(huán)繞噴灑作業(yè)。但在果樹花期、掛果期或進(jìn)行無人機授粉，無人機懸停易造成落花落果造成經(jīng)濟損失。所以，對于植保作業(yè)的模式判斷，要根據(jù)地塊作物具體特點進(jìn)行確認(rèn)。手動環(huán)繞模式作業(yè)方法有兩種，第一種是將植保無人機飛到果樹上方一定距離后，打開遙控器噴灑開關(guān)，通過操控遙控器的偏航搖桿來讓無人機做自旋動作來實現(xiàn)手動自旋模式噴灑作業(yè)；第二種是以果樹為原點，讓無人機按一定的半徑飛出圓形來實現(xiàn)環(huán)繞噴灑，具體是要通過操控遙控器的偏航、俯仰和副翼的搖桿來實現(xiàn)此功能，難度較大。知識點2：AB點模式作業(yè)植保無人機AB點作業(yè)模式簡單方便，以兩點形成直線的方式快速生成作業(yè)航線，具有飛手工作強度低、噴灑較為均勻的特點，如圖2-11所示。這種作業(yè)模式的產(chǎn)生，解決了植保飛手勞動強度特別高的難題。知識點2：AB點模式作業(yè)植保無人機AB點模式作業(yè)定義：以AB點形成一條直線，以這條直線形成航線的自動作業(yè)方式。需要飛手具有較高操作能力，利用FPV（無人機上攝像頭）來觀測地塊邊界及障礙物，使無人機飛到指定地塊邊界點，確定A、B兩點位置，確定AB路線復(fù)制方向與邊界線；無人機沿著AB航線無線復(fù)制延伸作業(yè)。知識點3：自主作業(yè)模式植保無人機全自主模式作業(yè)定義：對作業(yè)區(qū)域進(jìn)行整體測繪，使植保無人機在規(guī)劃區(qū)域進(jìn)行自動作業(yè)。通過航線規(guī)劃，能夠適應(yīng)絕大多數(shù)地形，并且全程自主作業(yè)，進(jìn)一步降低了植保飛手工作強度，實現(xiàn)了全自主作業(yè)，如圖所示。植保飛手需要更多的掌握軟件使用技巧以及航線規(guī)劃知識，而不像以往需要植保飛手擁有良好的飛行操作能力。學(xué)習(xí)任務(wù)2

植保無人機測繪技術(shù)掌握植保無人機地圖打點測繪技術(shù)掌握植保無人機打點測繪技術(shù)。掌握使用RTK測繪器打點測繪技術(shù)。知識目標(biāo)解認(rèn)知測繪建模。掌握測繪打點圈地規(guī)劃地塊的方法。任務(wù)描述本部分內(nèi)容介紹到了植保無人機在測繪圈地所使用到的打點方式。打點是確定測繪地圖所圈定地塊的邊界點。通過閉合的多點位連接的閉合線段，規(guī)劃處植保無人機要作業(yè)的地塊形狀與面積，點位的確定有多種方式。學(xué)習(xí)本部分內(nèi)容，要掌握內(nèi)容中介紹到的四種測繪圈地方式，包括了：軟件地圖圈地打點：了解地圖上打點圈地的劣勢，地圖手動打點誤差值較大，理解其原因。掌握地圖打點快速作業(yè)優(yōu)勢。無人機飛行打點：了解無人機飛行打點的困難點，飛行打點利用了無人機那些優(yōu)勢。RTK測繪器打點：掌握使用測繪器的正確方法測繪建模：植保無人機針對復(fù)雜坡地作業(yè)的應(yīng)對方式，先建立仿地模形，再規(guī)劃植保作業(yè)路線。掌握不同打點方式的特點，學(xué)會正確的根據(jù)實際場景選擇打點方式，這些內(nèi)容是本部分學(xué)習(xí)的重點。植保無人機測繪方式一般不可交叉使用，因為不同方式所確定的數(shù)據(jù)在軟件中并不能兼容并擇優(yōu)處理。所以合理的選擇測繪打點方式，是提高植保作業(yè)能力的關(guān)鍵一步。知識點1：軟件地圖打點測繪測繪軟件地圖手動打點：根據(jù)測繪軟件提供的衛(wèi)星地圖，直接在手機測繪軟件上或遙控器可視界面軟件上，進(jìn)行人工手動打點圈地規(guī)劃地塊。1）用手機或遙控器打開地面測繪軟件，登錄賬號，如圖2-13中步驟1所示；2）在主界面功能欄點擊新建地塊，如圖2-13中步驟2所示；知識點1：軟件地圖打點測繪測繪軟件地圖手動打點：根據(jù)測繪軟件提供的衛(wèi)星地圖，直接在手機測繪軟件上或遙控器可視界面軟件上，進(jìn)行人工手動打點圈地規(guī)劃地塊。3）地塊測繪打點方式中選擇“手繪打點”，如圖2-14中步驟3所示；4）填寫好地塊地形、作物及類形信息后點擊下一步，如圖2-14中步驟4所示；知識點1：軟件地圖打點測繪5）進(jìn)入地圖手繪界面，屏幕出現(xiàn)“+”光標(biāo)，移動地圖，使光標(biāo)至地塊轉(zhuǎn)角處，點擊記錄最少3個邊界點，邊界點自動閉合形成繪制地塊，如圖2-15中步驟5所示；6）切換功能欄到“障礙物”，進(jìn)行障礙物測繪打點，如圖2-15中步驟6所示；7）地塊測繪完成后，點擊“保存”按鈕；8）保存成功，地塊新建完成。知識點2：無人機飛行打點測繪植保無人機無人機飛行打點測繪有兩種方式：1.無人機AB點打點測繪：飛手操作植保無人機，藥箱滿載，利用FPV來觀測地塊邊界及障礙物，飛機飛到指定地塊邊界點，確定打點位置A、B，AB航線飛行中要打開噴灑器，確定AB航線后，確定航線復(fù)制方向與邊線夾角，然后執(zhí)行作業(yè)；無人機AB點作業(yè)是飛機沿著AB航線無限復(fù)制延伸作業(yè)。AB點作業(yè)模式簡單直接作業(yè)，快速生成航線，飛手工作強度低。2.無人機飛行打點圈地：無人機飛到地塊邊界點，確定多個打點位置，形成閉合線段圈出地塊。知識點2：無人機飛行打點測繪以下舉例說明無人機飛行打點操作。1）提前準(zhǔn)備好無人機（空載狀態(tài)），打開遙控器上測繪軟件，登錄賬號，如圖2-16中步驟1所示；2）點擊“新建地塊”需求，在軟件中新建測繪地塊，如圖2-16中步驟2所示；知識點2：無人機飛行打點測繪3）地塊測繪打點方式選擇“飛行器打點”，如圖2-17中步驟3所示；4）點擊“確認(rèn)”可進(jìn)入無人機連接頁面（無人機已開機），如圖2-17中步驟4所示；知識點2：無人機飛行打點測繪5）進(jìn)入無人機連接頁面，點擊“掃描”搜索無人機，此時請與無人機保持在5米范圍內(nèi)，可快速搜索到無人機，如圖2-18中步驟5所示；6）選擇正確無人機進(jìn)行配對連接，連接成功后進(jìn)入新建地塊信息頁面，如圖2-18中步驟6所示；知識點2：無人機飛行打點測繪5）進(jìn)入無人機連接頁面，點擊“掃描”搜索無人機，此時請與無人機保持在5米范圍內(nèi)，可快速搜索到無人機，如圖2-18中步驟5所示；6）選擇正確無人機進(jìn)行配對連接，連接成功后進(jìn)入新建地塊信息頁面，如圖2-18中步驟6所示；知識點2：無人機飛行打點測繪7）填寫好地塊信息為地塊命名，地塊類形，作物種類，測繪精度后點擊下一步，如圖2-19中步驟7所示；8）手動起飛無人機，起飛至安全高度，肉眼觀察此高度飛往地塊邊界位置是否安全，先將FPV畫面調(diào)整為水平，點擊“水平”即可，如圖2-19中步驟8所示知識點2：無人機飛行打點測繪9）切換為垂直FPV畫面，找到打點位置后，將FPV畫面中心十字標(biāo)記對準(zhǔn)打點位置后懸停，再慢慢的下降高度，到達(dá)合適安全高度后等待無人機穩(wěn)定懸停后點擊“+”,添加邊界點，如圖2-20中步驟9所示；10）打點完成后先將無人機返航至安全區(qū)域降落后，點擊保存，生成地塊，避免電量過低返航，如圖2-20中步驟10所示。知識點3：測繪器打點測繪測繪器打點測繪：以RTK打點測繪器為定位系統(tǒng)，與手機藍(lán)牙配對后連接測繪軟件，手持打點器圍繞作業(yè)區(qū)域走動，并在測繪軟件上確定作業(yè)任務(wù)邊界點。因為RTK定位精度非常高，誤差值能在10cm左右，所以利用配有RTK定位系統(tǒng)的手持打點器進(jìn)行地塊測繪的精度更高，屬于高精度測繪，如圖2-21中所示知識點3：測繪器打點測繪1.新建地塊1）選擇高精度“測繪器打點”方式，新建地塊需求，并按照要求填寫地塊名稱，地形類形、作物類形與名稱，如圖2-23所示。知識點3：測繪器打點測繪2）地貌類形可選擇“平地”、“緩坡”、“陡坡”。作物類形可選擇低桿作物、高桿作物和樹木。不同類形的測繪軟件選擇設(shè)置可能不同，根據(jù)實際情況選擇適用類形即可，如圖2-24所示。知識點3：測繪器打點測繪3）作物名稱可直接輸入也可以選擇。確認(rèn)作業(yè)精度是否為“高精度”。知識點3：測繪器打點測繪

2.高精度打點1）按要求將測繪器移動到地塊邊界點，等待定位數(shù)據(jù)都變綠色后再進(jìn)行打點。知識點3：測繪器打點測繪

2.高精度打點2）地塊測繪完成后，點擊“保存”按鈕。閱讀提示后，高精度地塊可以進(jìn)行帶燈夜航作業(yè)，如果需要進(jìn)行夜航，必須確保所有障礙物已測繪，點擊“確認(rèn)”。保存成功，需求內(nèi)地塊新建完成，如圖2-27所示。知識點4：測繪建模植保無人機對復(fù)雜地形進(jìn)行作業(yè)，會使用航拍機對作業(yè)區(qū)域的正射影像拍攝后，使用專業(yè)建圖軟件完成對作業(yè)區(qū)域的三維建圖，選定作業(yè)區(qū)域后，AI系統(tǒng)將自動識別作業(yè)區(qū)域內(nèi)作物及障礙物等物體屬性，并自動生成三維作業(yè)航線。知識點5：測繪方式的對比分析知識點5：測繪方式的對比分析知識點6：測繪圈地的規(guī)劃方法

1.規(guī)則地塊規(guī)劃方法（無障礙物）1)直接沿著規(guī)則地塊邊界進(jìn)行測繪點打點2)如果邊界邊上沒有障礙物，測量場地轉(zhuǎn)角點位置打點，飛機或手持測繪器打點，圈定地塊。地塊的圈定盡量做到規(guī)整、有效，利于之后的植保作業(yè)，如圖2-29所示。知識點6：測繪圈地的規(guī)劃方法

2.不規(guī)則地塊規(guī)劃方法（無障礙物）多邊形地塊測繪盡量在地塊轉(zhuǎn)折處添加測繪點。2)當(dāng)弧形地塊測繪時，沿著地塊邊界順序多添加測繪點（多點位可確保規(guī)劃圈出地塊更接近實際地塊），直到邊界線連接成弧形即可，如圖2-30所示。圈定弧形地塊是為了更精準(zhǔn)的確定作業(yè)面積，提高植保作業(yè)效率，也是為了防止作業(yè)到地塊之外，產(chǎn)生藥害與環(huán)境污染。知識點6：測繪圈地的規(guī)劃方法

3.邊界測繪方法（有障礙物）1)如果邊界上有單個障礙物（房屋、樹、電線桿等），如圖2-31中圖a所示進(jìn)行測繪，將障礙物圈出到地塊外部；如果邊界上兩個障礙物之間的距離小于6m，如圖2-31中圖b所示進(jìn)行測繪，將兩個障礙物同時圈出地塊；如果邊界上兩個障礙物之間的距離大于6m，如圖2-31中圖c所示進(jìn)行測繪，將障礙物分別圈出地塊。知識點6：測繪圈地的規(guī)劃方法

2)測繪時每條邊界與障礙物的間隙不能小于2m。3)兩測繪點之間的距離不能小于1m，否則可能出現(xiàn)打點不成功，不能成功加點。4)樹木打點方法：在地塊邊上有樹木存在的時候，沿著伸出來的樹枝垂直方向位置進(jìn)行測繪，其中兩條線段距離障礙物間隙不能小于2m。地塊邊障礙物測繪方法：當(dāng)?shù)貕K邊界上有障礙物的時候，在進(jìn)行測繪操作的時候，把障礙物規(guī)劃到邊界以外（房屋、樹木、電線桿等），一次性將障礙物圈出，提高作業(yè)效率，飛機執(zhí)行作業(yè)時也更加順暢連貫，如圖2-32所示（藍(lán)色邊界線參照樹木打點方法）。學(xué)習(xí)任務(wù)3

植保無人機手動飛行操控了解無線電信號傳輸。掌握遙控器功能的操作與使用。知識目標(biāo)掌握植保無人機手動飛行的基本技巧。知識點1：無線電介紹無線電即無線電波，是指在自由空間（包括空氣和真空）傳播的射頻頻段的電磁波，無線電波的波長越短、頻率越高，相同時間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒕驮蕉唷ＶR點1：無線電介紹無人機的天線采用全向天線，也采用具有增益的定向天線。全向天線，即在水平方向上表現(xiàn)為360°都均勻輻射，水平各個方位增益相同的天線，即水平方向360°覆蓋。水平方向增益的增加，是依靠垂直方向增益的減少來實現(xiàn)的。可以認(rèn)為，全向天線增益越大，水平方向上覆蓋的范圍也就越大，垂直方向上覆蓋的范圍越小，如圖2-34所示，全向天線輻射范圍像蘋果。知識點2：遙控器功能介紹1.遙控器的外觀和功能1）飛行模式切換2）左搖桿3）噴灑開關(guān)4）顯示屏5）電源開關(guān)6）狀態(tài)指示燈、電量指示燈

7）右搖桿知識點2：遙控器功能介紹2.遙控器配對（對頻）過程知識點2：遙控器功能介紹3.遙控器手法美國手（左手油門）——左手油門和方向舵，右手升降舵和副翼日本手（右手油門）——左手升降舵和方向舵，右手油門和副翼中國手（反美國手）——左手升降舵和副翼，右手油門和方向舵目前大部分植保無人機廠家出廠默認(rèn)美國手。知識點2：遙控器功能介紹4.遙控器操作知識點3：植保無人機手動飛行操作1.極低空飛行植保作業(yè)最佳高度是在作物冠頂之上1m左右距離。對于苗期小麥等低矮作物，無人機應(yīng)在離地面兩米高度上飛行。飛行高度精度應(yīng)在分米級。知識點3：植保無人機手動飛行操作2.高精度直線飛行植保作業(yè)必須保持直線飛行，以保證不產(chǎn)生漏噴、重噴現(xiàn)象。飛行水平精度應(yīng)在分米級。3.慢速勻速飛行無人機植保的霧化效果很好，藥效與無人機的速度密切相關(guān)。一般應(yīng)該保持在4～6m/s的勻速飛行。知識點3：植保無人機手動飛行操作4.超目視飛行植保無人機目視飛行最遠(yuǎn)只能達(dá)到200m，對于寬幅大于500m的大田，將難以選擇起降加藥點，大田中間無法作業(yè)。從植保作業(yè)效率上講，無人機一個起落最好飛往返，回到起點加藥。植保作業(yè)必須具備超目視飛行能力，超目視飛行距離應(yīng)是無人機總作業(yè)距離的一半。5.避目障飛行對于高桿作物、果木、樹木等植保作業(yè)，目視飛行作業(yè)的視線受到阻礙，必須要有避目障操控飛行的有效手段。手動飛行距離較遠(yuǎn)時，很難判斷障礙物與飛機的距離，所以盡量在目視距離內(nèi)安全飛行。6.定點垂直起降大田地形復(fù)雜，加藥點難以選擇，無人機往往在狹窄空間起降，沒有跑道起降條件，必須具有定點垂直起降操控能力，如圖2-44所示為定點起降臺。實際作業(yè)中，作業(yè)飛手為了節(jié)省無人機起降與無人機進(jìn)出作業(yè)點的時間，往往會進(jìn)行手動操作。定點垂直起降的能力更體現(xiàn)了作業(yè)效率高低。知識點3：植保無人機手動飛行操作7.兩種手動環(huán)繞飛行第一種是將植保無人機飛到果樹上方一定距離后，打開遙控器噴灑開關(guān)，通過操控遙控器的偏航搖桿來讓無人機做自旋動作來實現(xiàn)手動自旋模式噴灑作業(yè)，如圖2-45所示；第二種是以果樹為原點，如圖2-46所示，讓無人機按一定的半徑飛出圓形來實現(xiàn)環(huán)繞噴灑，具體是要通過操控遙控器的偏航、俯仰和副翼的搖桿來實現(xiàn)此功能，難度較大。學(xué)習(xí)任務(wù)4

植保無人機自主飛行操控掌握地面站系統(tǒng)操作。掌握地面站系統(tǒng)中參數(shù)設(shè)置和航線規(guī)劃。了解植保無人機地面站系統(tǒng)組成。知識目標(biāo)掌握植保無人機全自主作業(yè)操作。

無人機地面站系統(tǒng)是遠(yuǎn)程控制無人機的地面基站，地面站是整個無人機系統(tǒng)重要的組成部分，它是地面操作人員直接與無人機交互的渠道。它包括了任務(wù)規(guī)劃、任務(wù)回放、實時監(jiān)測、數(shù)字地圖、通信數(shù)據(jù)鏈在內(nèi)的集控制、通信、數(shù)據(jù)處理于一體的綜合能力，是整個無人機系統(tǒng)的指揮控制中心。知識點1：地面站系統(tǒng)組成植保無人機地面站系統(tǒng)現(xiàn)在多形成了集成化軟件，能夠做到對植保無人機飛行作業(yè)的監(jiān)控功能，擁有地圖導(dǎo)航、航線規(guī)劃、數(shù)據(jù)保存回放、FPV（第一視角）等功能。滿足無人作業(yè)的飛行控制要求，通過傳感裝置采集圖像信息，達(dá)到自主避障等功能。植保無人機地面站軟件有飛行控制作業(yè)軟件與測繪軟件兩部分內(nèi)容，有些軟件也將兩者整合到一起，方便操縱者使用。下面舉例介紹地面站軟件包含的功能。1.作業(yè)飛行控制軟件（1）登陸軟件頁面，輸入賬戶名稱與密碼。知識點2：地面站系統(tǒng)軟件功能介紹（2）主界面樣式用戶界面模塊是地面植保作業(yè)人員與無人機交互的窗口。用戶界面是基于MFC框架的對話框，基于該對話框，添加了地圖操控的ActiveX控件、虛擬航空儀表控件、菜單和MFC基本控件