2. 无人船任务规划核心概念

在 QGroundControl 中为无人船规划任务，本质上是在“告诉船怎么走、走到哪、遇到什么情况怎么办”。这一节把任务规划中最常用的八个概念串起来：航线、航点、航段、区域扫描、返回点、地理围栏、任务协议（MAVLink）与船体运动约束。理解它们之间的层次关系，比记住界面按钮更重要——因为绝大多数“任务上传失败”“船不按预期转弯”“自动返航点错位”的问题，都源于对这些概念边界认识不清。

从“任务”到“航段”：任务的层级结构

航线（Route）是整条任务的空间骨架，由若干有序航点连接而成，描述船从起点出发、经过哪些位置、最终到哪里。航点（Waypoint）是航线上的一个带坐标的定位点，通常还携带高度/深度、悬停或停留时间、航向、速度等属性。对无人船而言，高度字段一般无意义，真正起作用的是经纬度、目标速度、停留时间和航向模式。航段（Leg）是相邻两个航点之间的那一段路径，它是速度控制、转弯行为和到达判定的实际作用单元。换句话说：航点是“点”，航段是“线”，航线是“线串成的整体”。

这个层级关系直接决定了参数写在哪里。例如把巡航速度设在航点上，实际影响的是“以该航点为终点的航段”的行驶速度；把转弯半径设在航点上，影响的是到达该点后转向下一航段的平滑程度。规划时若把速度全部堆在第一个航点，后续航段可能仍按默认速度执行，船的实际节奏就会与预期不符。

区域扫描：把“面”拆成“线”

当任务不是“从 A 到 B”，而是“把某片水域走一遍”时，就要用到区域扫描。QGroundControl 的测绘（Survey）功能会把一个多边形区域按设定的航线间距自动拆成若干条平行航段，再首尾相连成一条往返折线。这里的关键参数是航线间距和扫描角度：间距决定覆盖密度，角度决定平行线的走向。对无人船而言，间距应结合船载传感器的有效幅宽来定——若侧扫声呐单侧有效幅宽约 20 米，双侧覆盖约 40 米，为保证重叠，间距通常取 30～35 米，而不是随意填一个数。间距过大则漏扫，过小则任务时长成倍增加、电量吃紧。

扫描区的边界必须落在地理围栏之内。地理围栏是一组多边形或圆形边界，用于限定船允许活动的范围。它有两种典型用法：一是“禁止进入”，把航道外的浅滩、养殖区、桥墩划为禁入区；二是“限制高度/距离”，对船而言主要是水平距离限制。规划时若扫描区与围栏重叠，船在边界附近会触发围栏保护而暂停或返航，导致扫描中断。因此正确顺序是：先画围栏，再在围栏内部画扫描区，最后检查扫描折线是否越界。

返回点：失联与低电时的“安全归宿”

返回点（Return Point）是任务异常时的默认归宿，常见触发条件包括遥控失联、电量低于阈值、任务完成或操作员手动触发返航。返回点通常设为起点或码头，但更稳妥的做法是把它设在围栏内部、水深足够、便于回收的位置，而不是简单沿用第一个航点。若起点恰在浅水区或围栏边缘，返航时反而容易搁浅或触发围栏。规划时应在参数中确认返航高度/返航速度对船是否适用，并明确“返航后是否自动 disarm（上锁）”，避免船到点后螺旋桨仍在转动。

MAVLink：任务如何真正“装进”船里

界面上画好的航线并不会自动生效，它要通过MAVLink 任务协议上传到船上的飞控。典型交互是：地面站先发 MISSION_COUNT 告知航点总数，飞控回复请求后，地面站逐条发送 MISSION_ITEM_INT（包含序号、坐标系、经纬度、目标速度等字段），全部发完后飞控回 MISSION_ACK 表示接收成功。理解这一点，就能解释常见故障：若上传中途丢包，飞控可能只收到部分航点，界面显示“上传失败”或任务条数不符；此时应重新上传并核对航点数量，而不是怀疑坐标画错。另外，航点序号从 0 开始，序号 0 常被用作“Home/起点”，修改时不要误删。

船体运动约束：让航线“可被执行”

无人船不是多旋翼，不能原地转向、不能急停急转。规划时必须把船体运动约束纳入考虑：最小转弯半径决定了两条相邻航段的夹角不能过锐，否则船会画大弧偏离航线甚至冲出围栏；最大速度与加速度决定了长航段的耗时估算；吃水深度决定了能否通过浅水区。一个实用的检查方法是：对每个航点的转向角做估算，若相邻航段夹角接近 90° 甚至更锐，应在中间插入过渡航点，把急转弯拆成两个缓转弯。速度方面，若某航段较短（例如 30 米）而设定速度较高（例如 5 m/s），船可能还没加速到目标速度就要减速，实际平均速度远低于设定值，任务耗时估算会明显偏乐观。

把八个概念放在一起看，它们其实回答的是三个问题：去哪（航线、航点、航段、区域扫描）、不能去哪、出事回哪（地理围栏、返回点）、怎么去才可行（MAVLink 传输、船体运动约束）。规划时先想清楚这三层，再动手在界面上落点，任务的成功率会高得多。