农业旅游观光飞行器的飞行预设路径生成方法与流程

本发明涉及低空飞行路径规划，具体涉及农业旅游观光飞行器的飞行预设路径生成方法。

背景技术：

1、农业旅游观光飞行器是应用于果园、花田、采摘园、农事体验区等农业旅游区域的低空飞行设备，可按照预设路径搭载游客或观光载荷进行景观巡览、花海俯瞰、果树冠层观赏及农事活动展示。现有飞行预设路径生成方法通常以地形高程、固定障碍物、观光点位、起降点以及常规禁飞区为主要依据，通过避开建筑物、树木、杆塔、电线等静态障碍物来规划飞行路径，并结合观光点位的空间分布保证一定的观赏连续性。

2、然而，在农业旅游区域中，尤其是在果树、油菜花、向日葵、草莓棚外露花区等作物花期场景下，园区常会布设授粉蜂箱以提高授粉效率。蜜蜂会在蜂箱与花源作物区域之间形成相对集中的往返飞行通道，该飞行通道并非固定物体，其范围会受到作物花期分布、开花强度、蜂箱位置、蜂箱巢门朝向、风向风速以及环境温湿度等因素影响。例如，在盛花期且温湿度适宜时，蜂群出巢数量增加，蜂群飞行通道的密度和宽度均会增大；在有风条件下，蜂群往返路径还会沿下风向发生偏移。现有路径规划方式通常仅能识别蜂箱本体位置，或者以蜂箱为中心设置固定半径避让区，无法准确表征蜂群在不同花期和微气象条件下形成的动态活动风险区域。

3、进一步地，农业旅游观光飞行器为提高观赏效果，常需要在花田上方、果树冠层附近或授粉作业区域周边进行低速巡航、悬停或绕飞。飞行器旋翼产生的下洗气流虽然可能未直接进入蜂群飞行通道，但仍可能在蜂群活动风险区域边缘形成扰动扩散，使蜂群发生偏航、聚集或惊扰扩散，进而影响授粉作业，甚至使蜂群靠近游客观光区域，引发游客被蜇伤、飞行器紧急避让失稳、观光路线中断等问题。该类风险具有范围小、变化快、与农业授粉作业强相关且难以通过普通障碍物检测发现的特点。

4、因此，现有技术至少存在如下不足：一是难以根据作物花期、蜂箱布设及巢门朝向确定蜂群实际往返通道；二是难以结合温湿度和风向风速对蜂群活动范围进行动态修正；三是未将观光飞行器旋翼下洗对蜂群的扰动扩散影响纳入路径预设过程；四是在避让蜂群活动风险的同时，难以兼顾农业景观观赏角度和观赏连续性。

5、由此，亟需一种农业旅游观光飞行器的飞行预设路径生成方法，以在路径生成阶段提前识别蜂群活动风险区域及蜂群惊扰禁入区，并生成兼顾蜂群避让安全和农业景观观赏效果的飞行预设路径。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种农业旅游观光飞行器的飞行预设路径生成方法，以解决背景技术中不足。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：农业旅游观光飞行器的飞行预设路径生成方法，包括：

3、获取农业旅游区域内的作物花期分布数据、授粉蜂箱位置数据、蜂箱巢门朝向数据、环境温湿度数据、风向风速数据以及观光点位数据；

4、根据所述作物花期分布数据和授粉蜂箱位置数据，确定各蜂箱对应的授粉作业区域，并根据蜂箱巢门朝向及风向风速，生成蜂群往返于蜂箱与授粉作业区域之间的蜂群飞行通道初始模型；

5、根据环境温湿度数据确定蜜蜂活跃度系数，以对蜂群飞行通道初始模型进行宽度修正和密度修正，得到蜂群活动风险区域；

6、获取观光飞行器的旋翼下洗参数，根据所述旋翼下洗参数计算飞行器经过所述蜂群活动风险区域时对蜂群的扰动扩散范围，并将所述扰动扩散范围叠加至蜂群活动风险区域，得到蜂群惊扰禁入区；

7、根据观光点位数据生成多个候选观光航段，并分别计算各候选观光航段与所述蜂群惊扰禁入区的交叠长度、最小间距以及观光可视角度，以确定各候选观光航段的蜂群惊扰风险值及观光保持值；

8、剔除蜂群惊扰风险值超过预设阈值的候选观光航段，并按照观光保持值对剩余候选观光航段进行连接，生成避开蜂群惊扰禁入区且满足农业景观观赏要求的飞行预设路径。

9、优选的，将农业旅游区域划分为多个网格单元，并为每一网格单元记录网格中心坐标、作物种类、花期阶段和开花强度值；为每一授粉蜂箱记录蜂箱编号、蜂箱坐标、蜂箱高度和巢门朝向角，并将所述巢门朝向角转换至与网格单元相同的坐标系；将环境温湿度数据、风向风速数据和观光点位数据按照采集时间和空间位置匹配至对应网格单元，得到农业旅游区域基础数据集。

10、优选的，确定各蜂箱对应的授粉作业区域，包括：

11、根据网格单元的花期阶段和开花强度值确定授粉吸引值，并将授粉吸引值大于预设授粉阈值的网格单元确定为候选授粉网格；根据授粉蜂箱位置数据计算各候选授粉网格与蜂箱之间的距离，并按照授粉吸引值和距离确定候选授粉网格对蜂箱的授粉归属值；将授粉归属值满足归属条件的候选授粉网格分配至对应蜂箱，并对同一蜂箱对应的候选授粉网格进行连通合并，得到所述授粉作业区域。

12、优选的，生成蜂群飞行通道初始模型，包括：

13、根据蜂箱巢门朝向角生成巢门方向单位向量，并在蜂箱坐标沿所述巢门方向单位向量延伸的位置确定离巢引导控制点；以蜂箱坐标、离巢引导控制点和授粉作业区域中心点为控制点，生成由蜂箱指向授粉作业区域的通道中心线；根据风向风速数据确定下风向偏移量，并利用所述下风向偏移量对通道中心线进行风偏修正，得到蜂群飞行通道初始模型。

14、优选的，确定蜜蜂活跃度系数，包括：

15、沿所述蜂群飞行通道初始模型的通道中心线设置多个通道采样点，并为每一通道采样点匹配对应位置和对应时间的环境温度值及相对湿度值；

16、根据同一蜂种和同一花期阶段下的历史出巢计数记录，确定适飞温度区间和滞飞湿度区间；

17、根据环境温度值相对于适飞温度区间的偏离程度，以及相对湿度值相对于滞飞湿度区间的接近程度，确定各通道采样点的局部蜜蜂活跃度系数。

18、优选的，得到蜂群活动风险区域，包括：

19、根据相邻通道采样点的局部蜜蜂活跃度系数差值，将蜂群飞行通道初始模型划分为活跃度连续升高通道段、活跃度连续降低通道段和平稳通道段；

20、对活跃度连续升高通道段增大通道宽度并提高蜂群密度权重，对活跃度连续降低通道段保留基础通道宽度并降低蜂群密度权重；

21、以分段修正后的通道宽度为水平边界，以分段修正后的蜂群密度权重为分段风险权重，生成蜂群活动风险区域。

22、优选的，计算飞行器经过所述蜂群活动风险区域时对蜂群的扰动扩散范围，包括：

23、获取旋翼下洗参数中的下洗速度、下洗作用半径和飞行高度，并以蜂群活动风险区域中各通道段的中心线法向方向及其反向分别作为飞行器经过方向；沿所述飞行器经过方向设置扰动计算截面，并在扰动计算截面内设置扰动计算点；根据扰动计算点到飞行器垂直投影点的水平距离、扰动计算点至旋翼平面的垂向距离、下洗速度和下洗作用半径，确定下洗扰动强度场。

24、优选的，得到蜂群惊扰禁入区，包括：

25、根据蜂群活动风险区域中各通道段的分段风险权重，对下洗扰动强度场的基础扰动判定阈值进行反向修正，得到对应通道段的扰动判定阈值；截取下洗扰动强度场中与蜂群活动风险区域相交且下洗扰动强度大于或等于对应扰动判定阈值的空间外包络，作为扰动扩散范围；

26、将所述扰动扩散范围与蜂群活动风险区域进行并集叠加，保留叠加后区域的外侧边界，得到蜂群惊扰禁入区。

27、优选的，确定各候选观光航段的蜂群惊扰风险值及观光保持值，包括：

28、根据观光点位数据中的目标观赏对象坐标、推荐观赏方向、推荐观赏高度和允许观赏距离范围，生成多个观测航点，并连接相邻观光点位对应的观测航点得到多个候选观光航段；计算各候选观光航段与蜂群惊扰禁入区的交叠长度、最小间距和观光可视角度，并根据交叠长度和最小间距确定直接穿越量及边界贴近量；

29、根据所述直接穿越量、边界贴近量和连续惊扰放大权重确定蜂群惊扰风险值，并根据观光可视角度的有效程度和相邻观光可视角度的变化程度确定观光保持值。

30、优选的，生成飞行预设路径，包括：

31、根据风险剔除阈值与蜂群惊扰风险值之间的差值确定各候选观光航段的风险余量，并剔除风险余量小于0或者与蜂群惊扰禁入区存在交叠长度的候选观光航段；

32、根据剩余候选观光航段的观光保持值和风险余量确定链路优先值，并按照观光点位的先后顺序计算各观测航点的累计优先值；

33、从最后一个观光点位对应的累计优先值最大的观测航点开始回溯前驱航段，并将回溯得到的候选观光航段按照端点顺序拼接，生成飞行预设路径。

34、在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：

35、本发明并非将授粉蜂箱简单作为固定障碍物或以固定半径设置禁飞圈，而是将作物花期分布、蜂箱位置、蜂箱巢门朝向以及风向风速进行关联，先确定各蜂箱实际对应的授粉作业区域，再生成蜂群往返于蜂箱与授粉作业区域之间的蜂群飞行通道初始模型；进一步结合环境温湿度数据确定蜜蜂活跃度系数，对该通道进行分段宽度修正和密度修正，形成蜂群活动风险区域。由此，本发明能够反映蜂群在花期农业旅游场景中的真实活动方向、活动强度及随微气象变化产生的动态扩张状态，解决了现有飞行路径规划仅识别地物障碍、无法识别低空蜂群活动通道的问题。该手段直接使飞行预设路径在生成前即可避开蜂群高活动区域，降低飞行器近距离掠过蜂群通道导致蜂群偏航、聚集或进入游客观光区域的风险。

36、本发明进一步将观光飞行器的旋翼下洗参数引入蜂群避让边界生成过程，并不是单纯依据蜂群活动区域进行静态避让，而是根据下洗速度、下洗作用半径和飞行高度计算飞行器经过蜂群活动风险区域时可能形成的扰动扩散范围，再依据蜂群活动风险区域的分段风险权重对扰动判定阈值进行反向修正，将扰动扩散范围与蜂群活动风险区域叠加得到蜂群惊扰禁入区。该处理使禁入边界不仅包括蜂群当前活动范围，还包括飞行器气流可能触发蜂群惊扰的外扩范围，从源头上解决了低空观光飞行中飞行器未进入蜂群通道但下洗气流已扰动蜂群的隐蔽风险。同时，本发明在候选观光航段筛选时同时计算蜂群惊扰风险值和观光保持值，使最终路径在避开蜂群惊扰禁入区的同时保持景观观赏角度和观赏连续性。