基于地理信息系統(tǒng)的植保無(wú)人機(jī)作業(yè)管理云平臺(tái)研究

龔曉嵐，巨凱鋒

（北京靈圖軟件技術(shù)有限公司，北京 100083）

0 引 言

農(nóng)林植保無(wú)人機(jī)利用無(wú)人機(jī)搭載噴藥裝置，通過(guò)集成通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感技術(shù)以及地理信息定位技術(shù)等多種相關(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)作物的定量精準(zhǔn)噴藥，是一種技術(shù)集成度很高的智能農(nóng)業(yè)設(shè)備[1]。相對(duì)于傳統(tǒng)的植保作業(yè)，農(nóng)林植保無(wú)人機(jī)能夠減少人員與農(nóng)藥直接接觸的機(jī)會(huì)，具有噴灑效果好、噴霧效率高、不受地形限制、省藥省水減少污染等優(yōu)勢(shì)，能夠降低人力成本，省時(shí)高效[2]。同時(shí)，由于應(yīng)用了通信技術(shù)、地理信息定位技術(shù)，無(wú)人機(jī)的數(shù)字作業(yè)和管理也迎來(lái)了更多的機(jī)遇[3-4]。植保無(wú)人機(jī)的作業(yè)包括作業(yè)地塊規(guī)劃、飛行調(diào)度、施藥等各個(gè)環(huán)節(jié)，都會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，其中相當(dāng)一部分是包含了位置信息的數(shù)據(jù)。通過(guò)地理信息系統(tǒng)技術(shù)，可以對(duì)植保無(wú)人機(jī)作業(yè)相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整合和利用，實(shí)現(xiàn)對(duì)植保無(wú)人機(jī)作業(yè)的監(jiān)控和管理。

1 植保無(wú)人機(jī)監(jiān)控管理現(xiàn)狀

隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的推進(jìn)，農(nóng)林植保無(wú)人機(jī)逐步在水稻、玉米、小麥、棉花、林木等領(lǐng)域開(kāi)展航空施藥應(yīng)用，適用于平原、丘陵、山地等多種環(huán)境，為農(nóng)業(yè)植保的統(tǒng)防統(tǒng)治做出了貢獻(xiàn)[5]。植保無(wú)人機(jī)除了可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)施藥外，還被逐步應(yīng)用于農(nóng)田信息快速分析及診斷、農(nóng)田無(wú)人巡查、病蟲(chóng)草害監(jiān)測(cè)、作業(yè)生產(chǎn)情況評(píng)估、產(chǎn)量預(yù)測(cè)等環(huán)節(jié)[6-8]。2021 年，我國(guó)植保無(wú)人機(jī)保有量預(yù)估達(dá)到16 萬(wàn)架，作業(yè)面積也高達(dá)14 億畝[9]，植保無(wú)人機(jī)成為我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中新的產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略，也為無(wú)人機(jī)應(yīng)用打開(kāi)了巨大的市場(chǎng)前景。

地理信息系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)軟硬件，對(duì)地理位置相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲(chǔ)存、管理、運(yùn)算、分析和展示的技術(shù)系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，王娜等人[10]提出了基于地理信息的農(nóng)機(jī)調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，再結(jié)合導(dǎo)航電子地圖和路徑規(guī)劃算法，實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)作業(yè)狀態(tài)動(dòng)態(tài)信息的可視化以及調(diào)度系統(tǒng)的優(yōu)化。

伴隨科技的發(fā)展，世界各個(gè)國(guó)家將云計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信、人工智能等技術(shù)應(yīng)用于無(wú)人機(jī)的云端管理，實(shí)現(xiàn)大區(qū)域范圍內(nèi)規(guī)?；療o(wú)人機(jī)的位置、飛行狀態(tài)、工作狀態(tài)的管理。譚均銘等人[11]闡述了美國(guó)、歐洲、新加坡及我國(guó)應(yīng)用地理信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)云端管理的現(xiàn)狀，研究了各國(guó)無(wú)人機(jī)監(jiān)管云平臺(tái)的建設(shè)框架。王家耀[12]提出無(wú)人機(jī)的運(yùn)行管理需要天地一體的地理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的信息交互與協(xié)同作業(yè)。黃瑞金等人[13]研發(fā)了無(wú)人機(jī)集群指揮管理平臺(tái)，設(shè)計(jì)了多無(wú)人機(jī)協(xié)同調(diào)度模型，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人機(jī)集群協(xié)作測(cè)繪全流程管理系統(tǒng)。張波等人[14]設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)航空服務(wù)的互聯(lián)網(wǎng)綜合服務(wù)平臺(tái)，平臺(tái)面向植保服務(wù)商和農(nóng)戶(hù)，提供多種農(nóng)林植物保護(hù)作業(yè)服務(wù)的訂單形成、作業(yè)、支付等功能。姜城等人[15]通過(guò)無(wú)人機(jī)遠(yuǎn)程視頻增強(qiáng)技術(shù)，構(gòu)建了無(wú)人機(jī)視頻數(shù)據(jù)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的地理信息系統(tǒng)，為無(wú)人機(jī)的監(jiān)控及相關(guān)工作提供了良好的位置服務(wù)。王昀等人[16]面向無(wú)人機(jī)飛手，搭建了無(wú)人機(jī)調(diào)度大數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了飛手和農(nóng)戶(hù)供需的無(wú)縫對(duì)接，提高了飛手的收益。

植保無(wú)人機(jī)主要由飛行平臺(tái)（直升機(jī)、固定翼、多軸飛行器）、飛控模塊和噴灑系統(tǒng)3 個(gè)部分組成，其中飛控模塊與噴灑系統(tǒng)是植保無(wú)人機(jī)的核心部分。飛控模塊是植保無(wú)人機(jī)的控制核心，由線路導(dǎo)航控制子模塊、高度控制子模塊、噴灑控制子模塊和植保綜合管理模塊組成[9]。國(guó)內(nèi)的全豐、大疆、極飛等知名的植保無(wú)人機(jī)企業(yè)都有各自的無(wú)人機(jī)飛控模塊，但飛控模塊的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和傳輸協(xié)議不統(tǒng)一，給無(wú)人機(jī)規(guī)?；慕y(tǒng)防統(tǒng)治管理造成了阻礙。為解決不同飛控模塊傳輸協(xié)議不統(tǒng)一的問(wèn)題，黑龍江省采用為植保無(wú)人機(jī)免費(fèi)加裝智能信息終端的方式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)全省植保無(wú)人機(jī)作業(yè)的數(shù)字化、可視化統(tǒng)一管理[3,17]。

綜上所述，植保無(wú)人機(jī)有巨大的市場(chǎng)應(yīng)用前景，也需要統(tǒng)一的監(jiān)管平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、可視化的管理。目前地理信息技術(shù)已經(jīng)在無(wú)人機(jī)監(jiān)控管理領(lǐng)域逐步開(kāi)始應(yīng)用，而無(wú)人機(jī)飛控模塊數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和傳輸協(xié)議不統(tǒng)一是制約無(wú)人機(jī)統(tǒng)一監(jiān)控的重要因素。目前植保無(wú)人機(jī)在作業(yè)地塊的統(tǒng)一規(guī)劃和管理方面的應(yīng)用仍較少。本文針對(duì)植保無(wú)人機(jī)飛控模塊回傳的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、回傳數(shù)據(jù)的位置信息與作業(yè)信息關(guān)聯(lián)性差、飛行軌跡展示方式單一等問(wèn)題，結(jié)合地理信息系統(tǒng)技術(shù)，對(duì)無(wú)人機(jī)的作業(yè)地塊進(jìn)行規(guī)劃和管理，并且將無(wú)人機(jī)的回傳數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，關(guān)聯(lián)無(wú)人機(jī)的噴灑作業(yè)信息和飛行軌跡信息，在地理信息平臺(tái)上對(duì)上述信息進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)和可視化展示，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)作業(yè)調(diào)度規(guī)劃管理、位置匹配、實(shí)時(shí)監(jiān)控、軌跡分析與作業(yè)統(tǒng)計(jì)分析等功能，從而充分發(fā)揮植保無(wú)人機(jī)回傳數(shù)據(jù)的作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)植保無(wú)人機(jī)作業(yè)統(tǒng)一的數(shù)字化、可視化監(jiān)管。

2 平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

植保無(wú)人機(jī)作業(yè)管理云平臺(tái)采用面向服務(wù)（Service Oriented Architecture, SOA）的體系架構(gòu)，分為3 層結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)訪問(wèn)層、中間業(yè)務(wù)邏輯服務(wù)層和應(yīng)用層，具體架構(gòu)如圖1所示。其中，數(shù)據(jù)層用于獲取和存儲(chǔ)植保無(wú)人機(jī)作業(yè)相關(guān)的數(shù)據(jù)，包括基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)、作業(yè)地塊數(shù)據(jù)、無(wú)人機(jī)飛行回傳的數(shù)據(jù)及設(shè)備和操作人員或管理人員數(shù)據(jù)。服務(wù)層提供數(shù)據(jù)服務(wù)和應(yīng)用服務(wù)，包括數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)查詢(xún)、地圖展示、生成圖表、位置匹配、軌跡回放、作業(yè)參數(shù)管理、地塊數(shù)據(jù)管理、錯(cuò)誤報(bào)警等相關(guān)功能，并支持應(yīng)用層的服務(wù)調(diào)用。應(yīng)用層主要實(shí)現(xiàn)注冊(cè)管理、設(shè)備管理、地塊管理、航線管理、無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控以及作業(yè)任務(wù)分析統(tǒng)計(jì)等功能。

圖1 植保無(wú)人機(jī)作業(yè)管理云平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

3 平臺(tái)功能實(shí)現(xiàn)與關(guān)鍵技術(shù)

3.1 回傳數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理

目前植保無(wú)人機(jī)飛控模塊在回傳數(shù)據(jù)時(shí)，回傳機(jī)制和回傳數(shù)據(jù)的格式、參數(shù)名稱(chēng)定義都由各飛控廠商自定義，有的采用WebSocket 推送，有的采用接口請(qǐng)求；回傳的位置數(shù)據(jù)坐標(biāo)系，有的采用WGS84 坐標(biāo)系，有的采用GCJ02 坐標(biāo)系。植保無(wú)人機(jī)通用參數(shù)，例如速度、高度、噴幅、流量、每畝用藥量等字段定義也各不相同，并且沒(méi)有與位置數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。由于回傳數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)字段不統(tǒng)一、傳輸方式不統(tǒng)一，導(dǎo)致了回傳的位置數(shù)據(jù)偏移問(wèn)題，給數(shù)據(jù)的統(tǒng)一分析、統(tǒng)計(jì)、展示等應(yīng)用帶來(lái)了很多的不便。針對(duì)上述問(wèn)題平臺(tái)首先需要對(duì)回傳數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，通過(guò)對(duì)回傳數(shù)據(jù)的對(duì)接服務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系統(tǒng)一、屬性關(guān)聯(lián)與位置匹配，實(shí)現(xiàn)飛控回傳數(shù)據(jù)的整合。

首先，判斷不同的飛控回傳數(shù)據(jù)的機(jī)制，在推送模式建立連接后進(jìn)入推送流程，依據(jù)回傳機(jī)制接收數(shù)據(jù)；接口模式依據(jù)接口定義采用輪巡進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取。其次，針對(duì)飛控回傳的位置數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，依據(jù)坐標(biāo)系判斷，將WGS84轉(zhuǎn)換為GCJ02。第三，將回傳數(shù)據(jù)的位置信息、飛行狀態(tài)、作業(yè)狀態(tài)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。第四，將回傳的位置信息進(jìn)行位置匹配，匹配到具體的縣級(jí)行政區(qū)域。最后，將標(biāo)準(zhǔn)化處理后的數(shù)據(jù)，包括采用GCJ02 坐標(biāo)系的飛行位置信息、飛行時(shí)關(guān)聯(lián)的作業(yè)區(qū)域、飛行速度、高度、噴藥量等信息存儲(chǔ)到飛行回傳數(shù)據(jù)庫(kù)。

3.2 基于GiST 的位置匹配算法

植保無(wú)人機(jī)作業(yè)實(shí)時(shí)監(jiān)控管理的關(guān)鍵技術(shù)之一在于實(shí)現(xiàn)植保無(wú)人機(jī)回傳數(shù)據(jù)與其作業(yè)地塊位置的快速匹配。依據(jù)空間對(duì)象的位置、形狀或?qū)ο笾g的空間關(guān)系按一定的順序排列可以建立空間索引，這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能夠有效地提升空間數(shù)據(jù)的檢索效率[18]。楊澤等人[19]基于R 樹(shù)空間索引實(shí)現(xiàn)了植保無(wú)人機(jī)與植保作業(yè)的快速匹配。在實(shí)際應(yīng)用中，基于R 樹(shù)空間索引匹配算法在匹配運(yùn)算并發(fā)量較大時(shí)效率會(huì)明顯下降。為了克服這一缺點(diǎn)，本研究利用通用搜索樹(shù)（Generalized Search Trees, GiST）的索引機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人機(jī)回傳數(shù)據(jù)與作業(yè)地塊的快速位置匹配。

本平臺(tái)使用PostgreSQL 關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)以及它的空間擴(kuò)展PostGIS 來(lái)存儲(chǔ)空間數(shù)據(jù)，平臺(tái)先建立全國(guó)的省市區(qū)縣基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表，再對(duì)全國(guó)范圍進(jìn)行空間劃分，建立空間索引，以該索引作為判斷飛控模塊回傳的位置信息所在區(qū)域的依據(jù)。同時(shí)建立區(qū)縣內(nèi)作業(yè)地塊的空間索引。本平臺(tái)利用PostGIS中的ST_Within 函數(shù)的索引過(guò)濾功能進(jìn)行位置匹配，利用函數(shù)ST_Within（geometry A, geometry B）進(jìn)行區(qū)域判定，如果幾何A 完全在幾何B 內(nèi)，則返回true。在實(shí)際應(yīng)用中先將無(wú)人機(jī)回傳的位置數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)縣判定，再依據(jù)無(wú)人機(jī)的作業(yè)狀態(tài)判定其作業(yè)位置與計(jì)劃作業(yè)地塊的位置關(guān)系。

3.3 無(wú)人機(jī)作業(yè)地塊與航線管理

通過(guò)將作業(yè)地塊的位置、面積、方位、地塊內(nèi)有無(wú)障礙物、地塊內(nèi)作物類(lèi)型等信息登記到平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)作業(yè)地塊的精確管理；結(jié)合地理信息平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)作業(yè)地塊的可視化展示、地塊作業(yè)完成情況的統(tǒng)計(jì)等功能。

植保無(wú)人機(jī)的作業(yè)時(shí)長(zhǎng)受到無(wú)人機(jī)的電池容量、載重能力、地塊形狀、作物類(lèi)型等因素的約束[5]。在進(jìn)行無(wú)人機(jī)作業(yè)航線設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮植保作業(yè)的類(lèi)型、環(huán)境約束、無(wú)人機(jī)的飛機(jī)高度、作業(yè)時(shí)間、裝載藥量和電池的續(xù)航能力。

當(dāng)?shù)貕K形狀為矩形時(shí)，一般選擇牛耕往復(fù)法以減少轉(zhuǎn)彎次數(shù)；對(duì)于凸多邊形地塊，可劃分為多個(gè)規(guī)則的子區(qū)域，在子區(qū)域內(nèi)分別進(jìn)行航向角的優(yōu)化和飛行航線設(shè)計(jì)；對(duì)于凹多邊形地塊，可以將凹多邊形分割為多個(gè)子凸邊型，再分別進(jìn)行飛行航線設(shè)計(jì)[5]。對(duì)于包含障礙物的作業(yè)地塊，可以基于柵格法對(duì)目標(biāo)工作區(qū)域進(jìn)行路徑點(diǎn)采樣，獲得所有有效路徑點(diǎn)；同時(shí)結(jié)合混合粒子群算法對(duì)路徑點(diǎn)進(jìn)行排序，從而獲得有效的飛行航線[1]。對(duì)于三維作業(yè)區(qū)域，可采用基于改進(jìn)蟻群算法的航線規(guī)劃方法[20]。

通過(guò)對(duì)作業(yè)地塊的精確管理，在航線設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮無(wú)人機(jī)作業(yè)的各種影響因素，減少現(xiàn)場(chǎng)打點(diǎn)劃定地塊的工作量，提高無(wú)人機(jī)的有效作業(yè)時(shí)間。

3.4 植保無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控功能

平臺(tái)服務(wù)層的錯(cuò)誤報(bào)警服務(wù)通過(guò)調(diào)用植保無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)回傳的作業(yè)數(shù)據(jù)，可以獲取單個(gè)無(wú)人機(jī)的飛行位置、飛行高度、當(dāng)前速度、噴幅等信息。對(duì)比該無(wú)人機(jī)計(jì)劃的飛行線路、噴幅等數(shù)據(jù)，如果出現(xiàn)異常，則向應(yīng)用層推送錯(cuò)誤報(bào)警，從而應(yīng)用層可以實(shí)時(shí)了解無(wú)人機(jī)是否出現(xiàn)異常作業(yè)。

平臺(tái)服務(wù)層的軌跡管理服務(wù)通過(guò)調(diào)用植保無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)回傳的位置信息，結(jié)合地圖展示服務(wù)可以將無(wú)人機(jī)的作業(yè)位置、當(dāng)前速度、高度、噴幅、作業(yè)面積等相關(guān)信息展示在地圖上，供用戶(hù)實(shí)時(shí)查看，從而了解實(shí)時(shí)的作業(yè)情況，如圖2 所示。

圖2 無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控地圖可視化展示

通過(guò)平臺(tái)的地圖展示功能，還可以查看當(dāng)前作業(yè)中的無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)位置，統(tǒng)計(jì)在線無(wú)人機(jī)數(shù)量、總作業(yè)時(shí)長(zhǎng)、總作業(yè)面積、總作業(yè)架次、地塊信息、地塊總面積。通過(guò)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)地監(jiān)控?zé)o人機(jī)的飛行軌跡和噴幅等信息，可以做到精準(zhǔn)施藥，避免重噴、漏噴、錯(cuò)噴等現(xiàn)象。

3.5 作業(yè)任務(wù)分析統(tǒng)計(jì)與展示功能

平臺(tái)服務(wù)層的軌跡管理服務(wù)通過(guò)調(diào)用植保無(wú)人機(jī)歷史軌跡信息，結(jié)合地圖展示服務(wù)，可以將植保無(wú)人機(jī)的飛行軌跡進(jìn)行動(dòng)畫(huà)展示或靜態(tài)展示。針對(duì)業(yè)務(wù)結(jié)算或有效作業(yè)質(zhì)量檢查，在展示飛行軌跡時(shí)可利用其關(guān)聯(lián)的相關(guān)作業(yè)參數(shù)分不同顏色進(jìn)行展示。例如根據(jù)無(wú)人機(jī)是否開(kāi)噴灑裝置，軌跡展示為不同顏色，以便了解噴灑作業(yè)質(zhì)量是否正常。分不同顏色對(duì)軌跡進(jìn)行展示的效果如圖3 所示。

圖3 分不同顏色查看軌跡回放的示例圖

利用無(wú)人機(jī)回傳的數(shù)據(jù)及服務(wù)層的統(tǒng)計(jì)分析服務(wù)，平臺(tái)可以按照任務(wù)、地塊、時(shí)間、機(jī)型等指標(biāo)進(jìn)行噴灑作業(yè)的統(tǒng)計(jì)，結(jié)合地圖展示服務(wù)或圖表生成服務(wù)向用戶(hù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)信息展示，從而讓用戶(hù)能直觀地了解植保無(wú)人機(jī)當(dāng)日的作業(yè)面積、飛行架次、飛行時(shí)長(zhǎng)、累計(jì)作業(yè)面積、報(bào)警數(shù)據(jù)、不同地區(qū)的作業(yè)面、任務(wù)完成情況等信息，以便植保無(wú)人機(jī)管理部門(mén)完善作業(yè)的區(qū)域部署以及任務(wù)調(diào)整。平臺(tái)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)展示效果如圖4 所示。

圖4 平臺(tái)分析統(tǒng)計(jì)展示功能

應(yīng)用分析統(tǒng)計(jì)功能還可以針對(duì)作業(yè)任務(wù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，通過(guò)制定任務(wù)要求與時(shí)限，根據(jù)每日實(shí)際完成的作業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，可以生成任務(wù)燃盡圖，如圖5 所示，從而監(jiān)控任務(wù)執(zhí)行情況，及時(shí)調(diào)整植保無(wú)人機(jī)作業(yè)數(shù)量和架次等參數(shù)。

圖5 任務(wù)統(tǒng)計(jì)示例

3.6 植保無(wú)人機(jī)操作人員注冊(cè)及設(shè)備管理功能

通過(guò)平臺(tái)的注冊(cè)管理模塊，可以對(duì)操作或管理人員進(jìn)行注冊(cè)，并登記植保無(wú)人機(jī)的各類(lèi)信息。通過(guò)為每個(gè)人員及每臺(tái)無(wú)人機(jī)分別分配唯一的ID 號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)不同類(lèi)型的人員權(quán)限管理，也可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的管理。

4 平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

在平臺(tái)實(shí)現(xiàn)時(shí)，應(yīng)用層采用傳統(tǒng)HTML+JavaScript 的響應(yīng)式框架Svelte 進(jìn)行開(kāi)發(fā)，地圖交互采用現(xiàn)有的SmartMapX地理信息平臺(tái)，服務(wù)層采用NodeJs+Sequlize 進(jìn)行搭建，數(shù)據(jù)層使用PostgreSQL 關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)以及其空間擴(kuò)展PostGIS進(jìn)行空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

平臺(tái)應(yīng)用于河南省某市植保無(wú)人機(jī)的監(jiān)控和管理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)植保無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)的注冊(cè)與接入、回傳數(shù)據(jù)的位置匹配、入庫(kù)、存儲(chǔ)、管理，以及植保無(wú)人機(jī)的航線管理、作業(yè)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、任務(wù)執(zhí)行的統(tǒng)計(jì)分析等功能。截止到2022 年8 月作業(yè)任務(wù)統(tǒng)計(jì)，該市植保無(wú)人機(jī)作業(yè)管理云平臺(tái)總計(jì)上線飛機(jī)3 580 架，平臺(tái)完成回傳數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理服務(wù)544 141 次，無(wú)人機(jī)總作業(yè)時(shí)長(zhǎng)為33 692.28 小時(shí)，總作業(yè)面積為4 243 440.85 畝。

以平臺(tái)在某縣作業(yè)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果為例，調(diào)取在該區(qū)域作業(yè)的500 架次飛行記錄，作業(yè)面積2 684.56 畝，總作業(yè)時(shí)長(zhǎng)50 小時(shí)47 分13 秒，其在平臺(tái)上的軌跡分色展示效果如圖6所示。

圖6 500 架次歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及軌跡展示

5 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)搭建基于地理信息系統(tǒng)的植保無(wú)人機(jī)作業(yè)管理云平臺(tái)，將植保無(wú)人機(jī)不同飛控模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，即統(tǒng)一位置信息坐標(biāo)系、將位置信息與植保作業(yè)信息相關(guān)聯(lián)，飛行軌跡信息匹配到作業(yè)地塊，便于不同類(lèi)型的飛控模塊數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ)、管理和利用；結(jié)合地理信息平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)作業(yè)地塊與航線的管理以及作業(yè)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、軌跡展示與任務(wù)統(tǒng)計(jì)分析等功能，實(shí)現(xiàn)了植保無(wú)人機(jī)作業(yè)管理的數(shù)字化和可視化，有利于無(wú)人機(jī)作業(yè)的大規(guī)模統(tǒng)防統(tǒng)治。平臺(tái)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用可以有效提高植保無(wú)人機(jī)作業(yè)的管理水平，提升農(nóng)林植保的作業(yè)效率，為相關(guān)的地理信息技術(shù)與無(wú)人機(jī)應(yīng)用提供了實(shí)例和參考。