无人机监管设备软件设计

陆昱丞 王伟 刘茂丰

【摘要】    当今手机技术的不断发展，手机、平板等终端设备在我们的生活中扮演越来越重要的角色。针对无人机监管系统的应用，设计并实现了基于Android系统设备的无人机管控用软件。本设计能够实时获取无人机当前的作业状态和传感器数据，并将作业信息、动作指令等数据通过服务器端下发至无人机。论文介绍了软件开发的设计平台以及管控软件的人机交互界面。

【关键词】    无人机监管系统    Android    JAVA     航迹规划

引言

随着社会经济的快速发展，无人机的应用与研究在国内成为一个热门领域，许多公司和科研院所争先恐后地加紧对无人机及其相关方面的研究与开发。使得无人机以及相关配套产品进入了一个告诉发展的时机。无人机监管设备是在无人机不断发展和应用的过程中逐步提出的。为了让无人机执行相关作业任务更加高效、安全，开发者根据不同作业需求研究设计了相应类型的监管软件，用来帮助作业人员对无人机各种作业数据以及无人机上各类传感器状态进行实时监控。在当前监管设备市场中，Android系统的免费、开源特性，并且与iOS相比，开放了更多的应用接口API，可以很自然地利用Android实现很多在iOS上比较难做的功能[1]。所以在市场上占有较大的份额，拥有了庞大的用户群。所以android系统开发的管控设备有较为广阔的市场前景。针对手机、平板等移动终端设备的监管软件开发，可以解决传统电脑端上位机携带不便，操作复杂等问題，对于无人机行业发展有着积极地推动作用。

一、应用开发平台与工具

本应用基于 Win10 平台下的 Android 系统应用程序开发，使用 Android Studio 开发平台。Android Studio 是由谷歌公司推出的一个Android集成开发工具，基于IntelliJ IDEA. 类似 Eclipse ADT。集合了Eclipse+ADT的优点，并且能够实时的展示界面布局效果。支持了多种插件，可直接在插件管理中下载所需的插件[2]。本应用采用Android Studio中的 XML 文件设计相关代码，完成人机交互界面设计，使用 Java语言实现应用程序的各项功能需求。系统测试使用android系统的终端产品以及Android Studio 软件平台的模拟器[3]。

二、软件功能及界面设计

本应用功能框图（如图1所示），本软件设计登录界面，登录界面中还可以检查当前版本是否是最新版本，查看本软件的使用说明，对该软件进行语言设置，可以更改为英语、日语、简体中文、繁体中文四种语言文字模式供各类用户使用。本设计针对无人机不同作业需求设计了植保和航拍两种作业模式供用户选择。两种模式下共同调用相同的地图加载模块、功能设置模块、作业信息检测模块、飞行控制模块功能。当用户在登录模式下（如图2所示），若选择植保模式登录后，软件会自动跳转到植保模式下供用户进行针对植保作业的路径规划以及调用植保作业方案列表。（如图3所示）在植保作业模式下，作业人员新建作业任务并进入无人机作业路线规划界面，此界面下，作业人员点击地图界面上任意位置将产生标记点，当标记点大于单个时就会自动计算生成植保喷药作业边界范围。作业人员在选取作业地块的边界点后，喷药作业航迹将计算生成，航迹之间的水平距离根据用户在软件上设置喷药幅度的值而变动，如果作业人员边界点选取有误，可在界面中选择重绘路径按钮并重新设计边界点[4]。软件支持用户将当前方案保存以便下次作业时直接调用。正向和反向按钮可供用户对已经生成的航迹进行围绕中心进行旋转直至到达作业所需的航迹迹要求。若边界点内出现障碍物，用户可在软件上设置障碍点位置，这样在生成的作业航迹会产生障碍点，无人机在作业时会避开这些障碍点，从而实现安全作业。在无人机作业时，软件的数据监测模块可以通过网络实时检测无人机的作业信息，保证作业的安全可靠。

（如图4所示）航拍模式下的作业路径规划同植保作业模型下的区别在不会生成作业喷药轨迹。航拍作业模式下无人机根据用户点击地图界面获取到的任务点的连线航迹进行作业，（如图5所示）用户可利用软件对整个航拍航迹进行作业高度、作业速度设置，也可选择当前目标点是否拍照以及是否重复本次航拍作业任务等操作。植保模式和航拍模式在作业方案的存储和列表的展示区别在于，植保模式下，本软件会将用户创建的作业方案存储在本地端，也就是终端设备的内存卡中，通过程序读写文件的方式在列表中展示方案名称和作业方案数据，生成作业任务。而在航怕模式下，软件则会将用户创建的作业数据上传至服务器，然后用户通过点击方案名称，软件通过请求服务器相应作业数据，从而生成航拍作业任务。（如图6）当植保/航拍作业任务规划完成之后，即可通过网络将作业任务上传至服务器端，再由服务器端将任务数据通过无人机上的4G通信模块传输到无人机飞行控制单元，从而实现无人机的自主作业。

三、结语

针对无人机在日常生活中的快速普及和配套终端设备开发技术的快速发展，移动端监管无人机作业技术变得越来越成熟。本次设计完成了基于Android的无人机监管设备软件设计，相较于传统PC端的无人机监管系统，本设计具有操作简便、界面简洁、适用性广等优势[5]。

参  考  文  献

[1] 单俊杰，赖水清.多无人机飞行控制系统设计与轨迹规划[J].直升机技术， 2018，03：25-67.

[2]郭杰，王晓银，滑亚慧.无人机航迹规划与监控系统设计 [J]. 计算机测量与控制，2018，26（9）：72-77.

[3]刘静超.基于 Android 的小型无人机地面站研究与设计[D].西京学院， 2016.

[4]刘小康.临县 MG-1 无人植保机应用情况分析[J].农业技术与装备，2016，09：15-17+19.

[5]邢镇.小型无人机地面站软件设计[D].南昌航空大学， 2018.