無人機監(jiān)管設(shè)備軟件設(shè)計

陸昱丞 王偉 劉茂豐

【摘要】? ? 當(dāng)今手機技術(shù)的不斷發(fā)展，手機、平板等終端設(shè)備在我們的生活中扮演越來越重要的角色。針對無人機監(jiān)管系統(tǒng)的應(yīng)用，設(shè)計并實現(xiàn)了基于Android系統(tǒng)設(shè)備的無人機管控用軟件。本設(shè)計能夠?qū)崟r獲取無人機當(dāng)前的作業(yè)狀態(tài)和傳感器數(shù)據(jù)，并將作業(yè)信息、動作指令等數(shù)據(jù)通過服務(wù)器端下發(fā)至無人機。論文介紹了軟件開發(fā)的設(shè)計平臺以及管控軟件的人機交互界面。

【關(guān)鍵詞】? ? 無人機監(jiān)管系統(tǒng)? ? Android? ? JAVA? ? ?航跡規(guī)劃

引言

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，無人機的應(yīng)用與研究在國內(nèi)成為一個熱門領(lǐng)域，許多公司和科研院所爭先恐后地加緊對無人機及其相關(guān)方面的研究與開發(fā)。使得無人機以及相關(guān)配套產(chǎn)品進入了一個告訴發(fā)展的時機。無人機監(jiān)管設(shè)備是在無人機不斷發(fā)展和應(yīng)用的過程中逐步提出的。為了讓無人機執(zhí)行相關(guān)作業(yè)任務(wù)更加高效、安全，開發(fā)者根據(jù)不同作業(yè)需求研究設(shè)計了相應(yīng)類型的監(jiān)管軟件，用來幫助作業(yè)人員對無人機各種作業(yè)數(shù)據(jù)以及無人機上各類傳感器狀態(tài)進行實時監(jiān)控。在當(dāng)前監(jiān)管設(shè)備市場中，Android系統(tǒng)的免費、開源特性，并且與iOS相比，開放了更多的應(yīng)用接口API，可以很自然地利用Android實現(xiàn)很多在iOS上比較難做的功能[1]。所以在市場上占有較大的份額，擁有了龐大的用戶群。所以android系統(tǒng)開發(fā)的管控設(shè)備有較為廣闊的市場前景。針對手機、平板等移動終端設(shè)備的監(jiān)管軟件開發(fā)，可以解決傳統(tǒng)電腦端上位機攜帶不便，操作復(fù)雜等問題，對于無人機行業(yè)發(fā)展有著積極地推動作用。

一、應(yīng)用開發(fā)平臺與工具

本應(yīng)用基于 Win10 平臺下的 Android 系統(tǒng)應(yīng)用程序開發(fā)，使用 Android Studio 開發(fā)平臺。Android Studio 是由谷歌公司推出的一個Android集成開發(fā)工具，基于IntelliJ IDEA. 類似 Eclipse ADT。集合了Eclipse+ADT的優(yōu)點，并且能夠?qū)崟r的展示界面布局效果。支持了多種插件，可直接在插件管理中下載所需的插件[2]。本應(yīng)用采用Android Studio中的 XML 文件設(shè)計相關(guān)代碼，完成人機交互界面設(shè)計，使用 Java語言實現(xiàn)應(yīng)用程序的各項功能需求。系統(tǒng)測試使用android系統(tǒng)的終端產(chǎn)品以及Android Studio 軟件平臺的模擬器[3]。

二、軟件功能及界面設(shè)計

本應(yīng)用功能框圖（如圖1所示），本軟件設(shè)計登錄界面，登錄界面中還可以檢查當(dāng)前版本是否是最新版本，查看本軟件的使用說明，對該軟件進行語言設(shè)置，可以更改為英語、日語、簡體中文、繁體中文四種語言文字模式供各類用戶使用。本設(shè)計針對無人機不同作業(yè)需求設(shè)計了植保和航拍兩種作業(yè)模式供用戶選擇。兩種模式下共同調(diào)用相同的地圖加載模塊、功能設(shè)置模塊、作業(yè)信息檢測模塊、飛行控制模塊功能。當(dāng)用戶在登錄模式下（如圖2所示），若選擇植保模式登錄后，軟件會自動跳轉(zhuǎn)到植保模式下供用戶進行針對植保作業(yè)的路徑規(guī)劃以及調(diào)用植保作業(yè)方案列表。（如圖3所示）在植保作業(yè)模式下，作業(yè)人員新建作業(yè)任務(wù)并進入無人機作業(yè)路線規(guī)劃界面，此界面下，作業(yè)人員點擊地圖界面上任意位置將產(chǎn)生標(biāo)記點，當(dāng)標(biāo)記點大于單個時就會自動計算生成植保噴藥作業(yè)邊界范圍。作業(yè)人員在選取作業(yè)地塊的邊界點后，噴藥作業(yè)航跡將計算生成，航跡之間的水平距離根據(jù)用戶在軟件上設(shè)置噴藥幅度的值而變動，如果作業(yè)人員邊界點選取有誤，可在界面中選擇重繪路徑按鈕并重新設(shè)計邊界點[4]。軟件支持用戶將當(dāng)前方案保存以便下次作業(yè)時直接調(diào)用。正向和反向按鈕可供用戶對已經(jīng)生成的航跡進行圍繞中心進行旋轉(zhuǎn)直至到達作業(yè)所需的航跡跡要求。若邊界點內(nèi)出現(xiàn)障礙物，用戶可在軟件上設(shè)置障礙點位置，這樣在生成的作業(yè)航跡會產(chǎn)生障礙點，無人機在作業(yè)時會避開這些障礙點，從而實現(xiàn)安全作業(yè)。在無人機作業(yè)時，軟件的數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊可以通過網(wǎng)絡(luò)實時檢測無人機的作業(yè)信息，保證作業(yè)的安全可靠。

（如圖4所示）航拍模式下的作業(yè)路徑規(guī)劃同植保作業(yè)模型下的區(qū)別在不會生成作業(yè)噴藥軌跡。航拍作業(yè)模式下無人機根據(jù)用戶點擊地圖界面獲取到的任務(wù)點的連線航跡進行作業(yè)，（如圖5所示）用戶可利用軟件對整個航拍航跡進行作業(yè)高度、作業(yè)速度設(shè)置，也可選擇當(dāng)前目標(biāo)點是否拍照以及是否重復(fù)本次航拍作業(yè)任務(wù)等操作。植保模式和航拍模式在作業(yè)方案的存儲和列表的展示區(qū)別在于，植保模式下，本軟件會將用戶創(chuàng)建的作業(yè)方案存儲在本地端，也就是終端設(shè)備的內(nèi)存卡中，通過程序讀寫文件的方式在列表中展示方案名稱和作業(yè)方案數(shù)據(jù)，生成作業(yè)任務(wù)。而在航怕模式下，軟件則會將用戶創(chuàng)建的作業(yè)數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器，然后用戶通過點擊方案名稱，軟件通過請求服務(wù)器相應(yīng)作業(yè)數(shù)據(jù)，從而生成航拍作業(yè)任務(wù)。（如圖6）當(dāng)植保/航拍作業(yè)任務(wù)規(guī)劃完成之后，即可通過網(wǎng)絡(luò)將作業(yè)任務(wù)上傳至服務(wù)器端，再由服務(wù)器端將任務(wù)數(shù)據(jù)通過無人機上的4G通信模塊傳輸?shù)綗o人機飛行控制單元，從而實現(xiàn)無人機的自主作業(yè)。

三、結(jié)語

針對無人機在日常生活中的快速普及和配套終端設(shè)備開發(fā)技術(shù)的快速發(fā)展，移動端監(jiān)管無人機作業(yè)技術(shù)變得越來越成熟。本次設(shè)計完成了基于Android的無人機監(jiān)管設(shè)備軟件設(shè)計，相較于傳統(tǒng)PC端的無人機監(jiān)管系統(tǒng)，本設(shè)計具有操作簡便、界面簡潔、適用性廣等優(yōu)勢[5]。

參? 考? 文? 獻

[1] 單俊杰，賴水清.多無人機飛行控制系統(tǒng)設(shè)計與軌跡規(guī)劃[J].直升機技術(shù)， 2018，03：25-67.

[2]郭杰，王曉銀，滑亞慧.無人機航跡規(guī)劃與監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 [J]. 計算機測量與控制，2018，26（9）：72-77.

[3]劉靜超.基于 Android 的小型無人機地面站研究與設(shè)計[D].西京學(xué)院， 2016.

[4]劉小康.臨縣 MG-1 無人植保機應(yīng)用情況分析[J].農(nóng)業(yè)技術(shù)與裝備，2016，09：15-17+19.

[5]邢鎮(zhèn).小型無人機地面站軟件設(shè)計[D].南昌航空大學(xué)， 2018.