笔记 | 全方位解码地形模块
笔记 | 全方位解码地形模块
植保资讯
2018-11-05 21:33
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笔记 | 全方位解码地形模块

5 月 10 日晚,极飞科技高级软件工程师陈有生为大家分享了地形模块方面的知识,现将课程精华整理如下:

击下方收听完整音频:


地形模块组成

地形模块由仿地+对地视觉两部分组成,仿地功能主要是让飞机能沿着地形起伏飞行,对地视觉功能主要是在 GPS 定位系统出现信号遮挡、干扰等异常时,为飞机提供辅助定位功能,确保飞行安全。

仿地是一种垂直方向的定位,会随着地势高低的起伏而相应变化;而对地视觉是一种水平方向的定位,能让飞机水平位置保持稳定。

地形模块使用场景

通常在水面、稻田或者地面平整的小地块,可使用 GPS 来定高,其他地方建议用仿地模式来定高,因为像在河南、新疆、东北地区都是大块地形有三四百米长,有个 2~6 米的地势落差是很正常的,但是视觉上根本看不出来,如果使用 GPS 定高飞行,很大可能使飞机触地而导致炸机。

如果飞机起飞点离田地很远,地形很复杂,该怎么使用定高呢?

这种情况下,我们先打开地面站 APP,选择辅助点功能,先定一个辅助点,然后让飞机通过辅助点到达作业地块,辅助点高度,可以选择定得很高。例如,要绕开电线、一排树、凹沟,先选择一个辅助点,让飞机到达指定作业地点,到达后再选择合适的仿地飞行模式。

仿地——灵敏度飞行模式

仿地飞行有四个模式设置,分别是低灵敏度模式、中灵敏度模式、高灵敏度模式和高杆植物模式(2018款新添加功能)。

灵敏度是指飞机对地形的跟踪能力。

灵敏度越高,飞机跟随地形变化越强,同时也会导致飞机起伏大。这种模式下,假设飞机遇到一个坡度,飞行高度会立马上升,遇到一个凹槽,便会立马下降。

飞机在低灵敏度模式下, 遇到坡度,则缓慢地上升,遇到凹槽,则缓慢下降。

中灵敏度则介于高与低之间,适用于 70% 的飞行情况,所以我们的飞机默认的模式是中灵敏度。

像在新疆、东北、河南等坡度小的地区,建议适用低灵敏模式,假如地形有一点小起伏,可以选择中灵敏度模式。

在南方丘陵地区,坡度上下起伏大,就要选择高灵敏度模式,因为坡度很大,选择中低灵敏度的话,飞机可能爬不上坡而导致炸机。

不是选了高灵敏度,所有的坡飞机都能爬上去,因为飞机爬坡能力有限,比如我们的水平速度是6m/s的速度 最大的坡度为15°~20° ,若超过了这个坡度,飞机依然爬不上去。这时候我们需要降低飞机的飞行速度,如:可以将飞机降到 4~5m/s,甚至更低。

仿地——高杆植物模式

实际作业中,我们会遇到像玉米、甘蔗、葵花、高粱等高杆作物中间发生大面积倒伏,如果按正常灵敏度模式飞行,飞机飞行高度会立马降下来,但降下来后,飞机可能就无法立马飞过前面的高杆作物而导致碰撞、炸机。

极飞2018款植保无人机针对这些高杆作物作业进行了优化,创新推出了高杆植物模式,采用这种模式后,在遇到上述情况时,我们的飞机就会以非常缓慢甚至肉眼都无法察觉的下降速度下降,安全飞过去。

但不排除一种情况,就是当作物中间的倒伏较大的时候,飞机可能无法识别作物是否发生倒伏导致高度差还是地形的高度差。

那么如何飞过去呢?

将飞行速度调至大于倒伏长度的1/2倍距离,如倒伏长度为 10 米,那么飞机的飞行速度在 5M/s 以上,就可以安全飞过。

另外,在复杂的地形里,发生中间倒伏情况,我们就需要用前面提到的辅助定高功能了。

假如,飞机地面起飞,3 米的飞行高度,植物高度也是 3 米的话,飞机是飞不过去的,这时我们可以设置一个 5 米高的辅助点,让飞机到 5 米高的航线时再下降到 3 米,同时辅助的设置周围必须要有植物覆盖,假如辅助点设置在倒伏区域,飞机还是会撞上作物。

建议高杆植物模式的仿地高度设置为大于等于植株的高度。如植物覆盖较迷,且高度均匀,无倒伏现象,则可将仿地高度设置的更低。

对地视觉功能注意事项

对地视觉功能的工作原理是:通过摄像头连续拍摄地面照片,然后提取照片上的特征点,来对比前后两张图片特征点移动的位置,来确定飞机的速度,再根据速度的积分来确定飞机所在的位置。

同时,为了飞机能够在晚上进行作业,我们在飞机还增加了一个红外线补光LED 功能,这样飞机在夜黑也能拍出便于识别定位的高清的照片。

当定位系统异常时,飞机会原地悬停 2 分钟等到卫星恢复,如果卫星信号还没恢复,飞机就会自动迫降,地面站也会自动提醒飞机多少秒后迫降。当地面不具备迫降条件时,地面站还会提供一个指点飞行功能,把飞机指定到一个最近的安全地点进行降落,指点飞行时勿将飞机指到水面等无纹理的环境。

维护:对地视觉功能使用的前提是能够准确抓取到地面的特征点,如果镜头弄脏了的话一定要及时清理,保持镜头和 LED 补光灯的干净。

互动问答

问:当GPS出现异常不能定位时,飞控报告仿地模块异常,飞机异常是什么原因?

答:飞机在起飞前一般都会进行自检,起飞高度如果跟设定高度相差很大的话,那可能是雷达、超声波出了问题,此时飞机起飞会报仿地模块异常。另外在飞行过程中报对地视觉失效,请清理镜头,则说明对地视觉异常,可能的原因是对地视觉镜头被遮挡,或者为飞机飞到无纹理的地表,如水面等。

问:现在小麦打过药了,如果以后玉米长高了还用踩点规划航线吗?

答:可以的,因为地块的地理位置没有变,只是作物的高度发生变化,我们只需将模式调至高杆作业模式,重新设置好飞行高度就行了。

问:如果水田中不同高度植物套作怎么办?

答:不同高度作物对于使用仿地飞行是没有影响的,飞机设置好一定高度就可以正常飞。

问:梯田可以做吗,需要仿地高度大于田坎高度+果树高度吗?

答:可以的,仿地设置高度需要大于梯田高度,但建议大家不要将飞行速度设置得过快。

问:如果稻田作业 GPS突然离线 连接不上来该怎么合理处理?

答:如果稻田作业 GPS 突然离线,地面站提示对地视觉工作不正常的话,那只能迫降,若对地视觉正常,可以使用指点飞行功能,在最近的安全地点降落。

问:我打小麦地,仿地模块不算太脏。然后重新起来就飞不起来了?

答:偶尔一次两次的你可以重新上电后再飞,如果还是飞不起来那就是雷达或超声波出现问题了,需要送保障中心保修。

问:开着仿地模式飞行中飞机飞行失控由设定仿地2.2米飞到好高,差不多有三十米左右高是什么原因?

答:原因有很多,大概有2个原因,一是 GPS 本身高度异常;二可能是 IMU 如,陀螺仪、角速度出现问题。