無人機監管設備軟件設計

陸昱丞 王偉 劉茂豐

【摘要】? ? 當今手機技術的不斷發展，手機、平板等終端設備在我們的生活中扮演越來越重要的角色。針對無人機監管系統的應用，設計并實現了基于Android系統設備的無人機管控用軟件。本設計能夠實時獲取無人機當前的作業狀態和傳感器數據，并將作業信息、動作指令等數據通過服務器端下發至無人機。論文介紹了軟件開發的設計平臺以及管控軟件的人機交互界面。

【關鍵詞】? ? 無人機監管系統? ? Android? ? JAVA? ? ?航跡規劃

引言

隨著社會經濟的快速發展，無人機的應用與研究在國內成為一個熱門領域，許多公司和科研院所爭先恐后地加緊對無人機及其相關方面的研究與開發。使得無人機以及相關配套產品進入了一個告訴發展的時機。無人機監管設備是在無人機不斷發展和應用的過程中逐步提出的。為了讓無人機執行相關作業任務更加高效、安全，開發者根據不同作業需求研究設計了相應類型的監管軟件，用來幫助作業人員對無人機各種作業數據以及無人機上各類傳感器狀態進行實時監控。在當前監管設備市場中，Android系統的免費、開源特性，并且與iOS相比，開放了更多的應用接口API，可以很自然地利用Android實現很多在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系統開發的管控設備有較為廣闊的市場前景。針對手機、平板等移動終端設備的監管軟件開發，可以解決傳統電腦端上位機攜帶不便，操作復雜等問題，對于無人機行業發展有著積極地推動作用。

一、應用開發平臺與工具

本應用基于 Win10 平臺下的 Android 系統應用程序開發，使用 Android Studio 開發平臺。Android Studio 是由谷歌公司推出的一個Android集成開發工具，基于IntelliJ IDEA. 類似 Eclipse ADT。集合了Eclipse+ADT的優點，并且能夠實時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]。本應用采用Android Studio中的 XML 文件設計相關代碼，完成人機交互界面設計，使用 Java語言實現應用程序的各項功能需求。系統測試使用android系統的終端產品以及Android Studio 軟件平臺的模擬器[3]。

二、軟件功能及界面設計

本應用功能框圖（如圖1所示），本軟件設計登錄界面，登錄界面中還可以檢查當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。本設計針對無人機不同作業需求設計了植保和航拍兩種作業模式供用戶選擇。兩種模式下共同調用相同的地圖加載模塊、功能設置模塊、作業信息檢測模塊、飛行控制模塊功能。當用戶在登錄模式下（如圖2所示），若選擇植保模式登錄后，軟件會自動跳轉到植保模式下供用戶進行針對植保作業的路徑規劃以及調用植保作業方案列表。（如圖3所示）在植保作業模式下，作業人員新建作業任務并進入無人機作業路線規劃界面，此界面下，作業人員點擊地圖界面上任意位置將產生標記點，當標記點大于單個時就會自動計算生成植保噴藥作業邊界范圍。作業人員在選取作業地塊的邊界點后，噴藥作業航跡將計算生成，航跡之間的水平距離根據用戶在軟件上設置噴藥幅度的值而變動，如果作業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計邊界點[4]。軟件支持用戶將當前方案保存以便下次作業時直接調用。正向和反向按鈕可供用戶對已經生成的航跡進行圍繞中心進行旋轉直至到達作業所需的航跡跡要求。若邊界點內出現障礙物，用戶可在軟件上設置障礙點位置，這樣在生成的作業航跡會產生障礙點，無人機在作業時會避開這些障礙點，從而實現安全作業。在無人機作業時，軟件的數據監測模塊可以通過網絡實時檢測無人機的作業信息，保證作業的安全可靠。

（如圖4所示）航拍模式下的作業路徑規劃同植保作業模型下的區別在不會生成作業噴藥軌跡。航拍作業模式下無人機根據用戶點擊地圖界面獲取到的任務點的連線航跡進行作業，（如圖5所示）用戶可利用軟件對整個航拍航跡進行作業高度、作業速度設置，也可選擇當前目標點是否拍照以及是否重復本次航拍作業任務等操作。植保模式和航拍模式在作業方案的存儲和列表的展示區別在于，植保模式下，本軟件會將用戶創建的作業方案存儲在本地端，也就是終端設備的內存卡中，通過程序讀寫文件的方式在列表中展示方案名稱和作業方案數據，生成作業任務。而在航怕模式下，軟件則會將用戶創建的作業數據上傳至服務器，然后用戶通過點擊方案名稱，軟件通過請求服務器相應作業數據，從而生成航拍作業任務。（如圖6）當植保/航拍作業任務規劃完成之后，即可通過網絡將作業任務上傳至服務器端，再由服務器端將任務數據通過無人機上的4G通信模塊傳輸到無人機飛行控制單元，從而實現無人機的自主作業。

三、結語

針對無人機在日常生活中的快速普及和配套終端設備開發技術的快速發展，移動端監管無人機作業技術變得越來越成熟。本次設計完成了基于Android的無人機監管設備軟件設計，相較于傳統PC端的無人機監管系統，本設計具有操作簡便、界面簡潔、適用性廣等優勢[5]。

參? 考? 文? 獻

[1] 單俊杰，賴水清.多無人機飛行控制系統設計與軌跡規劃[J].直升機技術， 2018，03：25-67.

[2]郭杰，王曉銀，滑亞慧.無人機航跡規劃與監控系統設計 [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計[D].西京學院， 2016.

[4]劉小康.臨縣 MG-1 無人植保機應用情況分析[J].農業技術與裝備，2016，09：15-17+19.

[5]邢鎮.小型無人機地面站軟件設計[D].南昌航空大學， 2018.