本發(fā)明涉及一種農(nóng)用植保無人機(jī)避障噴施路徑規(guī)劃方法及無人機(jī)，屬于無人機(jī)路線規(guī)劃方法及控制方法領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

植保無人機(jī)噴施作業(yè)的區(qū)域一般面積較大，而無人機(jī)體積小，反應(yīng)靈活，所以一般植保無人機(jī)噴施的路線被規(guī)劃成來回往復(fù)的形如“Π”的形狀，其路線如圖3所示，圖3(a)是標(biāo)準(zhǔn)的矩形噴施區(qū)域，圖3(b)是一個(gè)不規(guī)則的噴施區(qū)域，但是他們規(guī)劃的路線都是來回往復(fù)的。這種來回往復(fù)的路線在沒有障礙的情況下噴施作業(yè)的效率和噴灑的均勻度(重噴和漏噴)都特別好。但是在實(shí)際應(yīng)用中這種無任何障礙的無人機(jī)噴灑作業(yè)幾乎不存在。植保無人機(jī)在噴施作業(yè)中很有可能遇到零散分布的樹木，信號(hào)塔，電線桿等障礙。這無可避免的會(huì)涉及到植保無人機(jī)的噴施過程的避障問題。

一般植保無人機(jī)在噴施作業(yè)中遇到的情況如圖4所示(其中圓形代表障礙)，在已經(jīng)離線規(guī)劃好的路線中分布著若干障礙，這些障礙的特點(diǎn)是比較小，也比較分散，在離線路線規(guī)劃其中很難將其排除，此時(shí)就要求無人機(jī)在噴施作業(yè)的過程中還要進(jìn)行障礙的躲避。

以無人機(jī)在噴施作業(yè)中只遇到一個(gè)障礙的情況為例，運(yùn)用傳統(tǒng)的避障算法所得到的避障路線如圖5所示。由圖5看出，無人機(jī)在避障的同時(shí)進(jìn)行噴灑作業(yè)，因?yàn)闊o人機(jī)在躲避障礙的時(shí)候不能停止噴施作業(yè)，所以就會(huì)導(dǎo)致有些區(qū)域噴灑不到農(nóng)藥(如上面的漏噴區(qū)域)，有些區(qū)域會(huì)在無人機(jī)回飛時(shí)噴灑兩遍(如上面的重復(fù)噴灑區(qū)域)。此避障過程會(huì)導(dǎo)致大面積的重噴和漏噴，下面就無人機(jī)噴施作業(yè)中的避障問題展開討論，并提出一種兼顧路徑長(zhǎng)短和多噴漏噴的方法。給出一種無人機(jī)在噴施作業(yè)中的避障策略，這種避障策略可以在路徑長(zhǎng)度增加不多的情況下，有效的減少多噴和漏噴的面積。圖5是以單障礙為例，當(dāng)遇到多個(gè)障礙時(shí)，傳統(tǒng)的避障算法將會(huì)導(dǎo)致更多的重噴和漏噴的面積。

文獻(xiàn)“《基于Dubins路徑的無人機(jī)避障規(guī)劃算法》，關(guān)震宇”提供了一種無人機(jī)避障規(guī)劃方法，但其未排除不需要躲避的障礙，并且不能返回原飛行路線上，從而導(dǎo)致其不能在減少重噴漏噴面積的基礎(chǔ)上選擇最佳路徑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的避障算法未能兼顧減少路徑長(zhǎng)短以及減少重噴漏噴的缺點(diǎn)，而提出一種新的用于植保無人機(jī)的避障路徑規(guī)劃方法及無人機(jī)。

一種用于植保無人機(jī)的避障噴施路徑長(zhǎng)度確定方法，所述方法用于規(guī)劃從起始點(diǎn)到終點(diǎn)的飛行路徑，所述飛行路徑包括M條噴施路徑以及N條轉(zhuǎn)彎路徑，其特征在于，確定第一條噴施路徑的方法包括：

步驟1)從第一條直線噴施路徑起，將當(dāng)前飛行路徑的起點(diǎn)和終點(diǎn)連接，形成一條用于表示原飛行路線的直線段；

步驟2)判斷所述直線段是否與障礙圓相交，若不相交，則按原路線直線飛行，若相交，則執(zhí)行步驟3)；所述障礙圓是用于表示障礙物位置和大小特征的模型；將與所述直線段相交的障礙圓稱為目標(biāo)障礙圓；

步驟3)比較無人機(jī)的最小轉(zhuǎn)彎半徑與所述障礙圓的半徑大?。?/p>

若障礙圓的半徑大于等于無人機(jī)的最小轉(zhuǎn)彎半徑，則執(zhí)行步驟4)；

若障礙圓的半徑小于無人機(jī)的最小轉(zhuǎn)彎半徑，則生成兩個(gè)所述障礙圓的內(nèi)切圓，以內(nèi)切圓代替所述障礙圓，然后執(zhí)行步驟4)；所述內(nèi)切圓的圓心位于所述直線段的經(jīng)過所述障礙圓圓心的垂線上，所述內(nèi)切圓的半徑等于所述最小轉(zhuǎn)彎圓的半徑；

步驟4)生成復(fù)數(shù)個(gè)與所述直線段與所述障礙圓同時(shí)相切的最小轉(zhuǎn)彎圓；所述最小轉(zhuǎn)彎圓的半徑為無人機(jī)的最小轉(zhuǎn)彎半徑；

步驟5)根據(jù)所述直線段、所述目標(biāo)障礙圓以及所述最小轉(zhuǎn)彎圓確定復(fù)數(shù)個(gè)可選的飛行路徑并計(jì)算路徑的長(zhǎng)度以及與所述的可選飛行路徑對(duì)應(yīng)的重噴漏噴面積，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理；

步驟6)將所述的復(fù)數(shù)個(gè)可選路徑作為初始種群，計(jì)算出適應(yīng)值的大?。?/p>

步驟7)使用遺傳算法的選擇、交叉、變異操作，當(dāng)滿足迭代次數(shù)或者滿足預(yù)定的適應(yīng)值大小條件時(shí)，輸出最佳的搜索路徑。

步驟8)計(jì)算無人機(jī)從當(dāng)前噴施路徑的終點(diǎn)飛行到下一條噴施路徑的起點(diǎn)所需經(jīng)過的轉(zhuǎn)彎路徑的長(zhǎng)度；

步驟9)：重復(fù)執(zhí)行步驟1)至步驟8)，通過每一次執(zhí)行得到的計(jì)算結(jié)果計(jì)算出總的飛行路徑長(zhǎng)度以及重噴漏噴面積。

本發(fā)明還包括一種無人機(jī)，包括：

路徑存儲(chǔ)裝置，用于預(yù)先存儲(chǔ)已規(guī)劃完成的預(yù)定飛行路徑信息；

障礙檢測(cè)裝置，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)周圍的障礙物信息，并預(yù)測(cè)是否會(huì)與障礙物碰撞；

判斷裝置，用于在障礙檢測(cè)模塊預(yù)測(cè)會(huì)與障礙物碰撞時(shí)，發(fā)出避障信號(hào)；

避障噴施路徑確定裝置，用于在未接收到避障信號(hào)時(shí)，從所述路徑存儲(chǔ)模塊中讀取所 述預(yù)定飛行路徑信息，并發(fā)送至飛行控制裝置；還用于在接收到避障信號(hào)時(shí)，實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求7或8中任意一項(xiàng)裝置所述的功能，并將所述最佳路徑信息發(fā)送至飛行控制裝置；

飛行控制裝置，用于根據(jù)接收到的路徑信息控制無人機(jī)進(jìn)行飛行。

本發(fā)明的有益效果為：使用Dubins路徑算法生成的避障路徑相比較于現(xiàn)有技術(shù)的避障算法更符合無人機(jī)的飛行特性；使用起點(diǎn)至終點(diǎn)的連線來排除不需要躲避的障礙，在多障礙噴施路徑選擇時(shí)采用啟發(fā)式的遺傳算法搜索路徑搜索最優(yōu)路徑時(shí)用時(shí)更少；在已知障礙的情況下，相比較現(xiàn)有技術(shù)可以大大減少重噴漏噴的面積，一般可以減少200％至400％。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的用于植保無人機(jī)的避障路徑規(guī)劃方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明的無人機(jī)的方框原理圖；

圖3(a)為無人機(jī)在無障礙的矩形區(qū)域進(jìn)行噴施的路線示意圖；

圖3(b)為無人機(jī)在無障礙的不規(guī)則區(qū)域進(jìn)行噴施的路線示意圖；

圖4(a)為無人機(jī)在有障礙的矩形區(qū)域進(jìn)行噴施的路線示意圖；

圖4(b)為無人機(jī)在有障礙的不規(guī)則區(qū)域進(jìn)行噴施的路線示意圖；

圖5為現(xiàn)有技術(shù)的避障算法的避障路線圖；

圖6為本發(fā)明的障礙圓及障礙圓區(qū)域半徑的示意圖；

圖7為本發(fā)明的第一條飛行路徑上具有多障礙圓的實(shí)施例的示意圖；

圖8為本發(fā)明的通過遺傳算法和Dunbins路徑最終確定的避障路徑的示意圖；

圖9為當(dāng)無人機(jī)的最小轉(zhuǎn)彎半徑小于噴施半徑時(shí)的飛行路線示意圖；

圖10為使用本發(fā)明的方法得到的避障路線的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；

圖11為本發(fā)明的障礙圓與最小轉(zhuǎn)彎圓構(gòu)成的三角形區(qū)域的示意圖；

圖12為本發(fā)明的無人機(jī)的避障流程圖；

圖13為本發(fā)明的當(dāng)障礙圓半徑小于最小轉(zhuǎn)彎半徑時(shí)的示意圖；

圖14為圖13的局部放大圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：本實(shí)施方式的用于植保無人機(jī)的避障路徑規(guī)劃方法，方法用于規(guī)劃飛行路徑，飛行路徑包括至少一條直線噴施路徑以及至少一條轉(zhuǎn)彎路徑，每一條直線噴施路徑包括一個(gè)起點(diǎn)和一個(gè)終點(diǎn)，每一條轉(zhuǎn)彎路徑表示從一個(gè)直線噴施路徑的終點(diǎn)飛行至下一個(gè)直線噴施路徑的起點(diǎn)的路徑，其特征在于，方法包括：

步驟1)從第一條直線噴施路徑起，將當(dāng)前飛行路徑的起點(diǎn)和終點(diǎn)連接，形成一條用 于表示原飛行路線的直線段；

步驟2)判斷直線段是否與障礙圓相交，若不相交，則按原路線直線飛行，若相交，則執(zhí)行步驟3)；障礙圓是用于表示障礙物位置和大小特征的模型；將與直線段相交的障礙圓稱為目標(biāo)障礙圓；

步驟3)比較無人機(jī)的最小轉(zhuǎn)彎半徑與障礙圓的半徑大小；

若障礙圓的半徑大于等于無人機(jī)的最小轉(zhuǎn)彎半徑，則執(zhí)行步驟4)；

若障礙圓的半徑小于無人機(jī)的最小轉(zhuǎn)彎半徑，則生成兩個(gè)障礙圓的內(nèi)切圓，以內(nèi)切圓代替障礙圓，然后執(zhí)行步驟4)；內(nèi)切圓的圓心位于直線段的經(jīng)過障礙圓圓心的垂線上，內(nèi)切圓的半徑等于最小轉(zhuǎn)彎圓的半徑；

步驟4)生成復(fù)數(shù)個(gè)與直線段與障礙圓同時(shí)相切的最小轉(zhuǎn)彎圓；最小轉(zhuǎn)彎圓的半徑為無人機(jī)的最小轉(zhuǎn)彎半徑；

步驟5)根據(jù)直線段、目標(biāo)障礙圓以及最小轉(zhuǎn)彎圓確定復(fù)數(shù)個(gè)可選的飛行路徑并計(jì)算路徑的長(zhǎng)度以及與可選飛行路徑對(duì)應(yīng)的重噴漏噴面積，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理；

步驟6)將所述的復(fù)數(shù)個(gè)可選路徑作為初始種群，計(jì)算出適應(yīng)值的大??；

步驟7)使用遺傳算法的選擇、交叉、變異操作，當(dāng)滿足迭代次數(shù)或者滿足預(yù)定的適應(yīng)值大小條件時(shí)，輸出最佳的搜索路徑。

步驟8)計(jì)算無人機(jī)從當(dāng)前噴施路徑的終點(diǎn)飛行到下一條噴施路徑的起點(diǎn)所需經(jīng)過的轉(zhuǎn)彎路徑的長(zhǎng)度；

步驟9)：重復(fù)執(zhí)行步驟1)至步驟8)，通過每一次執(zhí)行得到的計(jì)算結(jié)果計(jì)算出總的飛行路徑長(zhǎng)度以及重噴漏噴面積。

步驟3)考慮到障礙圓的半徑小于無人機(jī)的最小轉(zhuǎn)彎半徑的情形，“小障礙”的表述意味著本發(fā)明主題的技術(shù)手段考慮到了障礙圓的半徑較小的情形。

圖13中出現(xiàn)了一個(gè)小于最小轉(zhuǎn)彎圓的障礙(虛線圓為最小轉(zhuǎn)彎圓)，此時(shí)的處理方法是：過此小障礙圓的圓心，做與ST垂直的直線，以最小轉(zhuǎn)彎圓的大小為大小，作此障礙圓的內(nèi)切圓，內(nèi)切圓的圓心落在之前做的垂線上，這樣的內(nèi)切圓有兩個(gè)，分別以這兩個(gè)內(nèi)切圓的切點(diǎn)加入到有向圖中，作為兩個(gè)頂點(diǎn)，進(jìn)行最佳路徑的搜索。當(dāng)障礙圓的半徑小于最小轉(zhuǎn)彎圓時(shí)，后續(xù)所有的計(jì)算中都使用內(nèi)切圓來代替障礙圓，或者說將內(nèi)切圓視為原障礙圓。

圖14是圖13的局部放大圖，從圖14中可以看出，障礙圓的內(nèi)切圓可以做出兩個(gè)，內(nèi)切圓的圓心均位于障礙圓圓心與直線段所確定的垂線上。

具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是：

步驟5)中每條可選路徑的飛行路徑的長(zhǎng)度通過如下公式計(jì)算：

其中N為單條路徑上必須躲避的障礙總數(shù)，N₁是障礙圓與最小轉(zhuǎn)彎圓異側(cè)的障礙圓個(gè)數(shù)，N₂是障礙圓與最小轉(zhuǎn)彎圓同側(cè)的障礙圓個(gè)數(shù)，且滿足N₁+N₂＝N；其中b為直線段的長(zhǎng)度；R_z為無人機(jī)的最小轉(zhuǎn)彎半徑；

當(dāng)障礙圓的半徑大于等于無人機(jī)的最小轉(zhuǎn)彎半徑時(shí)，L_d為障礙圓的圓心到直線段的距離，R_i為障礙圓的半徑；

當(dāng)障礙圓的半徑小于無人機(jī)的最小轉(zhuǎn)彎半徑時(shí)，L_d為內(nèi)切圓的圓心到直線段的距離，R_i代表最小轉(zhuǎn)彎半徑的大?。?/p>

障礙圓半徑R_i滿足公式R_i＝R_d+R_l，其中R_d為障礙圓的中心到最邊緣的距離，R_l為無人機(jī)需要與障礙物保持的安全距離。

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一或二不同的是：

步驟5)中每條所述可選路徑的重噴漏噴面積通過如下公式計(jì)算：

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一或二相同。

具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至三之一不同的是：

步驟8)用于根據(jù)如下公式計(jì)算轉(zhuǎn)彎路徑的長(zhǎng)度D_轉(zhuǎn)：

D_轉(zhuǎn)＝2R_p-2R_z+πR_z

其中R_p為無人機(jī)噴灑的半徑。

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至三之一相同。

具體實(shí)施方式五：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至四之一不同的是：

步驟9)中通過每一次執(zhí)行得到的計(jì)算結(jié)果計(jì)算出總的飛行路徑長(zhǎng)度具體為：

其中，M為直線噴施路徑的個(gè)數(shù)，K₁為所有直線噴施路徑中障礙圓與最小轉(zhuǎn)彎圓異側(cè)的障礙圓個(gè)數(shù)，K₂為所有直線噴施路徑中障礙圓與最小轉(zhuǎn)彎圓同側(cè)的障礙圓個(gè)數(shù)。

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至四之一相同。

具體實(shí)施方式六：步驟9)中通過每一次執(zhí)行得到的計(jì)算結(jié)果計(jì)算出總的重噴漏噴面積具體為：

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至五之一相同。

具體實(shí)施方式七：遺傳算法的染色體基因?qū)?yīng)于頂點(diǎn)，頂點(diǎn)的確定方法為：

過每個(gè)障礙圓的圓心，作直線段的垂線，垂線與障礙圓形成2個(gè)交點(diǎn)；將所有交點(diǎn)與飛行路徑的起點(diǎn)與終點(diǎn)的集合作為頂點(diǎn)的集合；

設(shè)K為障礙圓的個(gè)數(shù)，則頂點(diǎn)集中有2+2K個(gè)頂點(diǎn)；

染色體編碼從第1位到第2k+2位分別表示選擇原飛行路徑的起點(diǎn)、第1個(gè)障礙圓左側(cè)的路徑、選擇第1個(gè)障礙圓右側(cè)的路徑、選擇第2個(gè)障礙圓左側(cè)的路徑……選擇第k個(gè)圓的右側(cè)路徑、原飛行路徑的終點(diǎn)。

即這2+2K個(gè)頂點(diǎn)其中的2表示起點(diǎn)和終點(diǎn)，2K表示K個(gè)障礙圓都有左側(cè)的路徑和右側(cè)的路徑。規(guī)定頂點(diǎn)的概念是為了將無人機(jī)避障問題轉(zhuǎn)化為圖論，以便進(jìn)一步使用遺傳算法解決該問題。也就是說將每個(gè)障礙圓的左側(cè)路徑和右側(cè)路徑分別都視為一個(gè)圖論中的頂點(diǎn)，那么一組從起點(diǎn)經(jīng)過每個(gè)障礙圓的左側(cè)路徑或右側(cè)路徑，再到達(dá)終點(diǎn)的過程就可以用從起始點(diǎn)到每個(gè)頂點(diǎn)，最后再到終點(diǎn)的一組有向圖的路徑來表示。因此上述的頂點(diǎn)確定方式還有很多種，本實(shí)施方式僅舉出一個(gè)具體的例子，只要選取的頂點(diǎn)能夠唯一對(duì)應(yīng)一個(gè)障礙圓的左側(cè)路徑或右側(cè)路徑即可，本發(fā)明不做限制。

例如，在一個(gè)實(shí)施例中，染色體編碼如下

其中，D后面第一位代表第幾個(gè)障礙，第二位代表該障礙的左側(cè)或右側(cè)，左側(cè)為1，右側(cè)為2。例如，D12表示遇到第一個(gè)障礙時(shí)選取障礙圓右側(cè)的曲線作為飛行軌跡，D31表示遇到第三個(gè)障礙時(shí)選取障礙圓左側(cè)的曲線作為飛行軌跡。

因此，上述實(shí)施例的路徑可以表示為“起點(diǎn)→D11→D22→D32→終點(diǎn)”，其染色體描述為(1，2，5，7，8)。

適應(yīng)度函數(shù)為路徑的長(zhǎng)短和重噴漏噴面積歸一化之后和的倒數(shù)，適應(yīng)值越大則表示適應(yīng)度越好。

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至六之一相同。

具體實(shí)施方式八：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式七不同的是：

遺傳算法的適宜度函數(shù)為：

其中Fitness(i)為第i條路徑的適宜度，D(x_i)和S(x_i)分表代表路徑長(zhǎng)度歸一化后的數(shù)據(jù)以及重噴漏噴面積歸一化后的數(shù)據(jù)；β₁、β₂分別代表路徑長(zhǎng)度和重噴漏噴面積的權(quán)重；

路徑長(zhǎng)度和重噴漏噴面積采用的數(shù)據(jù)歸一化函數(shù)為：

其中x為待處理的數(shù)據(jù)，x^*為經(jīng)過歸一化處理后的數(shù)據(jù)。即將路徑長(zhǎng)度或重噴漏噴面積作為x帶入上述公式，可以得到D(x_i)或S(x_i)。x^*在這里就是D(x_i)或S(x_i)。

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式七相同。

具體實(shí)施方式九：本實(shí)施方式提供一種無人機(jī)，如圖2所示，包括：

路徑存儲(chǔ)裝置11，用于預(yù)先存儲(chǔ)已規(guī)劃完成的預(yù)定飛行路徑信息；

障礙檢測(cè)裝置12，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)周圍的障礙物信息，并預(yù)測(cè)是否會(huì)與障礙物碰撞；

判斷裝置13，用于在障礙檢測(cè)模塊預(yù)測(cè)會(huì)與障礙物碰撞時(shí)，發(fā)出避障信號(hào)；

避障噴施路徑確定裝置14，用于在未接收到避障信號(hào)時(shí)，從路徑存儲(chǔ)模塊中讀取預(yù)定飛行路徑信息，并發(fā)送至飛行控制裝置；還用于在接收到避障信號(hào)時(shí)，實(shí)現(xiàn)如具體實(shí)施方式一至八中任意所述的方法所對(duì)應(yīng)的功能，并將最佳路徑信息發(fā)送至飛行控制裝置；

飛行控制裝置，用于根據(jù)接收到的路徑信息控制無人機(jī)進(jìn)行飛行。

<實(shí)施例>

本實(shí)施例主要涉及具體實(shí)施方式中出現(xiàn)公式的推導(dǎo)過程。

一、符號(hào)定義：

假設(shè)植保無人機(jī)在一塊具有若干個(gè)障礙的矩形地面上進(jìn)行噴施作業(yè)(其他情況也是相似)，假設(shè)矩形的長(zhǎng)為a，寬為b，無人機(jī)的起點(diǎn)命名為S，終點(diǎn)命名為T。無人機(jī)來回往復(fù)的路線一共M條。

植保無人機(jī)噴施作業(yè)時(shí)的相關(guān)參數(shù)為：植保無人機(jī)的噴灑半徑為R_p，飛行速度V，植保無人機(jī)的最小轉(zhuǎn)彎半徑R_z，障礙圓的中心到最邊緣的距離為R_d，植保無人機(jī)的與障礙物的安全飛行距離R_l，所以，障礙圓的障礙區(qū)域半徑R_i＝R_d+R_l。

部分定義如圖6所示。

二、數(shù)學(xué)分析

取圖4(a)中植保無人機(jī)來回往復(fù)路線上的第一條飛行路徑為例，在該路線上當(dāng)遇到多障礙時(shí)，處理方法如下：

如圖7所示，該路線上一共有五個(gè)大小位置不一的障礙，要得到較優(yōu)的避障路線一方面要考慮避障路徑的長(zhǎng)短，另一方面還要盡量減少重噴漏噴的面積。該問題的求解算法描述如下。

步驟一：過起點(diǎn)S終點(diǎn)P做一條直線段，此線段將障礙圓模型分為兩類

1類、障礙圓模型與直線不相交，說明該障礙圓不在原規(guī)劃的飛行路徑上，即不影響之前規(guī)劃的飛行路徑，在規(guī)劃路線時(shí)就不予考慮此類障礙；

2類、障礙圓模型與直線相交，即障礙圓在飛行路線上，阻擋正常飛行，規(guī)劃路線時(shí)主要考慮此類障礙；

步驟二：若所有障礙屬于1類障礙則按照原路線飛行，若出現(xiàn)障礙圓模型屬于2類障礙則采用的是Dubins路徑生成避障路線。方法是：首先確定障礙圓的位置和大小以及根據(jù)最小轉(zhuǎn)彎半徑生成最小轉(zhuǎn)彎圓；然后，以最小轉(zhuǎn)彎圓的大小為大小，做出同時(shí)與障礙圓和原路線ST相切的最小轉(zhuǎn)彎圓，這樣的最小轉(zhuǎn)彎圓一共可以生成四個(gè)，最后生成可飛路徑，由于上圖中有三個(gè)必須多必的障礙，所以會(huì)生成八條可飛路徑，逐一計(jì)算路徑的長(zhǎng)短即可選出最佳路徑。

但是上述的只是三個(gè)障礙的情況，當(dāng)障礙一旦增加若干，則可飛路徑將會(huì)驟然增多，對(duì)于此類問題，本文采取的方法如下。

當(dāng)遇到多障礙時(shí)問題轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為多障礙環(huán)境下的避障問題，即找到一條從起點(diǎn)S到終點(diǎn)T的適合植保無人機(jī)噴施作業(yè)的飛行曲線路徑，即路徑S-(障礙圓1-障礙圓n)-T 的路徑，其求解可以歸納如下

在已知無人機(jī)出發(fā)點(diǎn)S，初始速度向量V，終點(diǎn)T，終點(diǎn)速度向量也是V，最小轉(zhuǎn)彎半徑Rz，障礙圓模型Dk(k＝0,1,2,3…n)的位置情況下，求解從點(diǎn)S到T，滿足植保無人機(jī)飛行最小轉(zhuǎn)彎半徑約束的可避開障礙的安全飛行路徑，即求取從起始點(diǎn)S到終點(diǎn)T滿足最小轉(zhuǎn)彎半徑約束的有向曲線。

由Dubins路徑的生成方法知，該曲線是一條與n(n＝[1,k])個(gè)障礙圓相切的曲線，如果將起始圓和終點(diǎn)圓作為一個(gè)有向圖的起點(diǎn)和終點(diǎn)，過障礙圓圓心Dk做直線且與飛行路線垂直，該直線與障礙圓有左右兩個(gè)交點(diǎn)，以這兩個(gè)交點(diǎn)作為圖中的各個(gè)頂點(diǎn)，則可構(gòu)建有向圖G＝(V,A),其中V為數(shù)量為2*k+2的非空頂點(diǎn)集，A為有向路徑的集合。則本題轉(zhuǎn)化為求有向路徑(S,T)＝(S,W,T)的問題，其中W為由該有向曲線遍歷的各個(gè)點(diǎn)組成的集合，W中各個(gè)點(diǎn)的順序表明了其被遍歷的順序。

運(yùn)用遺傳算法和Dubins路徑的方法最終搜索到無人機(jī)噴施作業(yè)中避障路徑如圖8所示。

如前述的圖5避障的過程，該算法的避障過程也會(huì)使植保無人機(jī)的噴施過程產(chǎn)生重噴和漏噴的情況，重噴面積是植保無人機(jī)在第二條回飛路徑上回飛噴施造成的，漏噴面積是躲避障礙時(shí)無法噴施到造成的，下面就其多障礙情況下產(chǎn)生的重噴漏噴的面積給予計(jì)算和推導(dǎo)。

如圖9所示，已知障礙圓D_k的圓心坐標(biāo)為(X_di,Y_di)，障礙圓模型的半徑R_i,生成的最小轉(zhuǎn)彎圓的圓心坐標(biāo)(X_zi，Y_zi),最小轉(zhuǎn)彎半徑都為R_z。障礙圓的中心點(diǎn)偏離原路線的距離為L(zhǎng)_i，可構(gòu)建如上圖所示的三角形區(qū)域。

由單條路徑推廣到整片區(qū)域，需要考慮到路徑之間的轉(zhuǎn)彎問題，假設(shè)植保無人機(jī)滿足R_p>＝R_z的條件，則轉(zhuǎn)彎時(shí)可以采取以下方法：植保無人機(jī)可以通過Dubins路徑生成形如“LCLCL”的曲線，做180°掉頭，直接飛行到下一條噴施路徑，常見的植保無人機(jī)噴施半徑大約是4-8米，此時(shí)要求植保無人機(jī)的最小轉(zhuǎn)彎半徑應(yīng)小于此值。其具體的飛行如圖10所示。

對(duì)于整片區(qū)域，綜合運(yùn)用以上方法得到的避障路線如圖11所示。

本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。