农用无人机具有体积小、操纵灵活、稳定性高、对田块面积大小及地表状况适应性强等优点,近年来在我国得到快速发展。为满足自主飞行作业对作业路径的刚性需求,本文从农用电动旋翼无人机使用过程中遇到续航、负重不足等实际问题出发,针对凹多边形、孔洞多边形等非规则、复杂边界田块条件下旋翼无人机自主飞行作业的路径规划系列算法展开理论分析、设计编码和测试仿真研究。具体包括:（1）基于多边形扫描填充算法,获得二维任意复杂边界田块条件下的基础作业航线规划算法。采用改进射线法将一次导入的多个多边形边界进行分组后区分为不同田块,针对单个田块的内、外边界多边形,分别采用活性边表法以及线段布尔运算“减法”操作处理,获得预设航向条件下的基础作业航线。算例测试仿真试验表明,不同面积、内外边界数目、顶点数目、凹点数以及工作幅宽等算例,都可快速获得计算结果,算法耗时从157ms～807ms不等,算法通用性较强,计算效率较高。（2）研究了任意含障碍物田块边界条件下单机作业的最优航线规划算法。以最小航线间转移路径长度为优化目标,引入贪婪算法、凸多边形最小跨度法和步进旋转法,综合进行航线排序优化和航向优化,同时对障碍物区域采用安全边界相交性测试法进行处理。算例测试仿真试验表明,在不考虑障碍物影响时算法耗时从62ms到18.9s不等,相比于只进行航线排序优化的情况,同时进行航向和航线排序优化后,航线间转移路径长度下降了6.03%到29.62%不等。针对多作业区域提出4种不同作业航向及航线调度组合策略,测试算例耗时从15.9s到29.7s不等,对于转移路径的优化,较好结果相对于较差结果的提升效果从12.43%到27.30%不等,4种组合策略中“单田块方向最优×各田块集中调度（AOD×SBS）”与“单田块方向最优×跨田块穿插调度（DDDF×SBS）”优化效果较好。（3）从续航、负重等实际问题出发,考虑种肥药液和油电能源等消耗品的按需多次返航补给,进一步研究了任意含障碍物田块边界条件下单机按需补给作业的最优航线规划算法。针对变量喷播和恒量喷播2种喷播模式,提出2种补给方式和续作模式,在初始作业路径的基础上进一步给出4种不同组合补给续作优化策略下的多航次安排方案。算例测试仿真试验表明,航次优化算法耗时相较于未优化航次略有增加,从12.4s到33.1s不等,较好结果转移路径长度相对于较差结果的优化幅度从33.12%到57.14%不等,补给次数的最好优化效果从23次降到13次,总体来说同条件下“完全重置+断点续作（AR×GBC）”组合策略的表现较优。（4）针对大面积田块多机并行作业的需要,进一步研究了多无人机协同作业路径规划算法。综合考虑消耗品按需返航后的补给与续作、快速转移时的速度差异和障碍物周边的高度调整等实际应用需求后,引入Google OR-Tools组合优化开源软件工具包,提出完整求解算法方案,并对不同调度搜索策略算法进行对比试验研究。算例测试仿真试验表明,相比于等面积划分算法方案,该方案航线间转移路径长度下降了11.02%～56.90%,耗时69.3s～713.2s。运用Python编程语言,基于Matplotlib库和Py Qt5库,本文还对软件界面及人机交互过程进行了设计;为方便算法效果测试评估,在算法编码实现的基础上,还实现了对无人机作业过程的仿真动画模拟。试验表明,所设计的算法,通用性、可靠性高,计算效率和优化效果满足无人机作业路径离线规划优化的算法耗时要求和优化目标。