CN103149893B - 机动自组织态势监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机动自组织态势监测系统，包括：空中机动平台、地面机动平台、无线自组织网络通信设备、无线数传网络通信设备、探测设备和中心控制站；所述中心控制站通过所述无线数传网络与所述地面机动平台连接，所述地面机动平台通过所述无线自组织网络与所述空中机动平台连接；所述空中机动平台和所述地面机动平台都安装有自主控制器且都连接有所述探测设备。该系统既具备配置灵活、通用性强和可扩展性好的优点，同时，该系统能够进行危险目标的自主探测，降低远程控制中心的任务负载，增加系统的可靠性和安全性。

Description

机动自组织态势监测系统

技术领域

本发明涉及危险目标状态监视与监控技术领域，尤其涉及一种主要由自主控制的机动平台构成的机动自组织态势监测系统。

背景技术

危险目标和环境附近对人员具有一定的威胁性，难以通过人员接近对目标态势进行判读。现阶段一般采用远程态势监视系统，对目标进行监视探测。由远程控制人员通过监测设备传回的数据，进行危险目标的态势判读。

目前，国内外进行危险目标监视时，一般采用如下两种系统构造和运行方式：(一)预设固定监视设备，遥控操作。在一些已知的发生危险概率较大的区域或地点，如油料储备库、化学危险品仓库等，采取安装固定摄像头、烟雾探测器和红外热传感器等监视设备，形成对危险区域的状态监视网络，通过有线或无线局域网进行信息传输，由控制中心汇总和控制。操作人员可以在操作中心通过控制台对监控设备进行控制，以便对危险目标进行探测。这种方式可以完成对危险目标的持续观测，但是这种方式难以适应危险目标的状态变化，如发生爆炸会损坏炸点附近的监测设备，监测系统瘫痪。于此同时，遥控操作对控制人员要求较高，固定安装探测节点会导致较高的安装和维护成本。(二)采用移动平台，程控或遥控监视。固定监视设备对常态监视具有一定的优势，但难以适应突发性状态监视。带有监视设备的移动平台，可以随时随地部署，将监视设备运送至危险目标附近，采集信息后记录或回传控制中心，由控制人员进行危险目标态势判读。移动平台作为监视设备的载体，采用遥控或预设程序控制，负责将态势监测的应用载荷运送到指定的位置，对危险目标进行跟踪监视，这些目标可以是临时危险目标，如火灾爆炸现场、交通事故现场等。这种方式可以实时控制移动平台，以应对危险目标的态势变化。由于单个移动平台探测能力有限，可采用多个移动平台组合探测方式。在移动平台数量较多的情况下，程控或遥控中心负载会较重，对程控或遥控中心的能力和鲁棒性提出了较高的要求。于此同时，采用中心控制方式，一旦控制系统故障，将导致整体系统失效，具有较大风险性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机动自组织态势监测系统，该系统既具备配置灵活、通用性强和可扩展性好的优点，同时，该系统能够进行危险目标的自主探测，降低远程控制中心的任务负载，增加系统的可靠性和安全性，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种机动自组织态势监测系统，包括：空中机动平台、地面机动平台、无线自组织网络通信设备、无线数传网络通信设备、探测设备和中心控制站；所述中心控制站通过所述无线数传网络与所述地面机动平台连接，所述地面机动平台通过所述无线自组织网络与所述空中机动平台连接；所述空中机动平台和所述地面机动平台都安装有自主控制器且都连接有所述探测设备。

优选的，所述机动自组织态势监测系统包括一个以上所述空中机动平台，和一个以上所述地面机动平台；当所述空中机动平台的数量超过一个时，所述空中机动平台之间通过所述无线自组织网络连接；当所述地面机动平台的数量超过一个时，所述地面机动平台之间通过所述无线自组织网络连接；所述探测设备是可见光探测设备和/或红外探测设备。

优选的，

所述自主控制器，用于根据所述无线自组织网络通信设备收到的临近的所述空中机动平台和/或所述地面机动平台的位置及状态信息，和根据所述无线数传网络通信设备收到的中心控制信息，进行机动路径规划，并控制所述空中机动平台和/或所述地面机动平台按路径完成机动，还用于根据任务指令控制所述探测设备对准危险目标进行探测；

所述空中机动平台，用于在空中飞行和悬停，承载自主控制器、无线自组织网络通信设备、无线数传网络通信设备和探测设备；

所述地面机动平台，用于在地面移动，承载自主控制器、无线自组织网络通信设备、无线数传网络通信设备和探测设备；

所述无线自组织网络通信设备，用于完成区域网络的自主构建，还用于根据不同任务需求传输所述空中机动平台和/或所述地面机动平台的位置及状态信息；

所述无线数传网络通信设备，用于在所中心控制站和各所述空中机动平台以及各所述地面机动平台之间传输数据，能够完成视频信号的点对点传输。

所述探测设备，用于进行可见光光谱和/或红外光谱的摄像、摄影，所述探测设备包括镜头、光学敏感元件、云台和电源供给设备；

所述中心控制站，是具备任务规划能力和通信能力的信息处理设备，所述中心控制站连接无线数传网络通信设备，用于通过无线数传网络向各所述空中机动平台以及各所述地面机动平台发送任务信息。

优选的，所述自主控制器采用PC104计算机，通过串口和/或USB接口连接机动平台控制单元、无线自组织网络通信设备、无线数传网络通信设备和探测设备。

优选的，所述空中机动平台包括：无人直升机、涵道式无人飞行器和旋翼式无人机中的一种或几种。

优选的，所述地面机动平台包括：2轮轮式无人驾驶车、4轮轮式无人驾驶车和履带式无人驾驶车中的一种或几种。

优选的，所述无线自组织网络通信设备是具备广播、点对点通信能力，采用IEEE802.11标准或IEEE802.15标准工作的无线通信设备。

优选的，所述无线数传网络通信设备是设置于各所述空中机动平台以及各所述地面机动平台上的无线网卡，和设置在所述中心控制站的无线路由器和/或无线网桥，所述无线网卡与所述无线路由器和/或无线网桥之间以以太网协议进行传输信息数据。

优选的，所述探测设备上设有宽视场变焦镜头，所述宽视场变焦镜头分别配置在可见光CCD和红外CCD上，由视频切换器切换各CCD所采集的信号。

优选的，所述中心控制站是移动工作站，所述移动工作站配置有以太网接口、USB接口和视频采集卡。

本发明的有益效果是：

空中和地面机动平台结合，能够完成全方位立体监视：空中平台机动性强，可以在复杂环境下对危险目标抵近监视；地面平台可靠性高，可携带复杂监测设备进行状态监视。机动平台之间，通过自组织网络通信，自主协同控制完成危险目标状态监视与监控的，减少了遥控操作，增强了系统的自适应能力，有利于增强系统安全性和鲁棒性。

附图说明

图1是本发明的自组织态势监视系统构成及运行示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明公开了一种机动自组织态势监测系统，包括：空中机动平台、地面机动平台、无线自组织网络通信设备、无线数传网络通信设备、探测设备和中心控制站；所述中心控制站通过所述无线数传网络与所述地面机动平台连接，所述地面机动平台通过所述无线自组织网络与所述空中机动平台连接；所述空中机动平台和所述地面机动平台都安装有自主控制器且都连接有所述探测设备。所述机动自组织态势监测系统通常包括一个以上所述空中机动平台，和一个以上所述地面机动平台，以便形成多角度监测；当所述空中机动平台的数量超过一个时，所述空中机动平台之间通过所述无线自组织网络连接；当所述地面机动平台的数量超过一个时，所述地面机动平台之间通过所述无线自组织网络连接；所述探测设备是可见光探测设备和/或红外探测设备。

所述自主控制器，用于根据所述无线自组织网络通信设备收到的临近的所述空中机动平台和/或所述地面机动平台的位置及状态信息，和根据所述无线数传网络通信设备收到的中心控制信息，进行机动路径规划，并控制所述空中机动平台和/或所述地面机动平台按路径完成机动，还用于根据任务指令控制所述探测设备对准危险目标进行探测；所述自主控制器采用PC104计算机，通过串口和/或USB接口连接机动平台控制单元、无线自组织网络通信设备、无线数传网络通信设备和探测设备。

所述空中机动平台，用于在空中飞行和悬停，承载自主控制器、无线自组织网络通信设备、无线数传网络通信设备和探测设备；所述空中机动平台包括：无人直升机、涵道式无人飞行器和旋翼式无人机中的一种或几种。

所述地面机动平台，用于在地面移动，承载自主控制器、无线自组织网络通信设备、无线数传网络通信设备和探测设备；所述地面机动平台包括：2轮轮式无人驾驶车、4轮轮式无人驾驶车和履带式无人驾驶车中的一种或几种。

所述无线自组织网络通信设备，用于完成区域网络的自主构建，还用于根据不同任务需求传输所述空中机动平台和/或所述地面机动平台的位置及状态信息；所述无线自组织网络通信设备是具备广播、点对点通信能力，采用IEEE802.11标准或IEEE802.15标准工作的无线通信设备。

所述无线数传网络通信设备，用于在所中心控制站和各所述空中机动平台以及各所述地面机动平台之间传输数据，能够完成视频信号的点对点传输。所述无线数传网络通信设备是设置于各所述空中机动平台以及各所述地面机动平台上的无线网卡，和设置在所述中心控制站的无线路由器和/或无线网桥，所述无线网卡与所述无线路由器和/或无线网桥之间以以太网协议进行传输信息数据。

所述探测设备，用于进行可见光光谱和/或红外光谱的摄像、摄影，所述探测设备包括镜头、光学敏感元件、云台和电源供给设备；所述探测设备上设有宽视场变焦镜头，所述宽视场变焦镜头分别配置在可见光CCD和红外CCD上，由视频切换器切换各CCD所采集的信号。

所述中心控制站，是具备任务规划能力和通信能力的信息处理设备，所述中心控制站连接无线数传网络通信设备，用于通过无线数传网络向各所述空中机动平台以及各所述地面机动平台发送任务信息；所述中心控制站是移动工作站，所述移动工作站配置有以太网接口、USB接口和视频采集卡。

如图1所示，本发明主要应用于危险目标探测任务，本发明的自组织态势监视系统主要由多个机动探测平台构成探测集群，通过自组织网络进行探测任务的下达和平台状态信息的传递，由高速数传网络完成实施监测图像的传输。

各机动平台根据自身状态和相邻平台节点的状态，综合任务信息进行自身机动任务的规划，并机动到预定的探测点附近，建立探测姿态进行持续监视探测。

空中机动平台主要由无人直升机、自主控制器、可见光视频探测器、红外视频探测器、自组织通信设备和高速数传通信设备组成。当接到由高速数传网络传达的监测任务信息后，启动自组织网络通信设备向自组织网络汇报自身状态，并获取临近平台的状态。在判定自身与危险目标之间的关系后，可飞临目标点附近悬停，建立较好的观测视角，获得高清监测图像。飞行过程中与其它平台自动实时交互相互状态，避免碰撞并合理规划站位。

地面机动平台，主要由无人4轮轮式小车、自主控制器、可见光视频探测器、红外视频探测器、温度传感器、自组织通信设备和高速数传通信设备组成。轮式机动平台有一定的机动能力，可根据探测任务特点，对危险目标附近的路况进行预设，通过自主任务规划，制定行进路线。地面机动平台沿地面预设路线自主进行位置机动，获得平视监测图像。

当危险目标出现，需要进行监视探测时，由操作人员将危险目标附近的地图或地形情况输入中心控制站的任务规划系统，由任务规划系统规划机动平台部署的位置和探测预设坐标。操作人员将机动平台放置在部署点，启动机动平台。机动平台先与中心控制站通信，获取任务信息，然后建立自组织通信网络，获取相邻平台状态信息，并等待任务指令。当中心控制站发出探测指令后，空中、地面机动平台向预设的坐标点机动。机动过程中根据相邻平台的状态和危险目标信息的更新信息，机动平台自主调整机动路径。

当机动平台抵达预设坐标点后，建立观测姿态，等待视频传输信号。中心控制站可通过高速数传网选择不同的机动平台监控设备进行实时画面观测。当发现某一机动平台位置不佳时，可以调整预设坐标，下达给相应平台，由平台进一步调整位置。

机动平台所携带的探测设备，持续观测目标，并将目标方位信息通过自组织网络发布给相邻平台。接收到目标信息的机动平台，可根据自身监测状态和自身所处的位置，自主规划是否进行位置机动。在规划完成后，机动平台完成位置机动和姿态调整，直到获取最优图像。

机动自组织态势监测系统可适应危险目标移动、危险范围变化的情况，在自主控制器上安装危险目标判读系统，可有助于危险目标的识别和危险情况的躲避，可增加机动平台的任务执行能力和安全防护能力。

通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：

空中和地面机动平台结合，能够完成全方位立体监视：空中平台机动性强，可以在复杂环境下对危险目标抵近监视；地面平台可靠性高，可携带复杂监测设备进行状态监视。机动平台之间，通过自组织网络通信，自主协同控制完成危险目标状态监视与监控的，减少了遥控操作，增强了系统的自适应能力，有利于增强系统安全性和鲁棒性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种机动自组织态势监测系统，其特征在于，包括：空中机动平台、地面机动平台、无线自组织网络通信设备、无线数传网络通信设备、探测设备和中心控制站；所述中心控制站通过无线数传网络与所述地面机动平台连接，所述地面机动平台通过无线自组织网络与所述空中机动平台连接；所述空中机动平台和所述地面机动平台都安装有自主控制器且都连接有所述探测设备；所述机动自组织态势监测系统包括一个以上所述空中机动平台，和一个以上所述地面机动平台；当所述空中机动平台的数量超过一个时，所述空中机动平台之间通过所述无线自组织网络连接；当所述地面机动平台的数量超过一个时，所述地面机动平台之间通过所述无线自组织网络连接；所述探测设备是可见光探测设备和/或红外探测设备；

所述自主控制器，用于根据所述无线自组织网络通信设备收到的临近的所述空中机动平台和/或所述地面机动平台的位置及状态信息，和根据所述无线数传网络通信设备收到的中心控制信息，进行机动路径规划，并控制所述空中机动平台和/或所述地面机动平台按路径完成机动，还用于根据任务指令控制所述探测设备对准危险目标进行探测；

所述空中机动平台，用于在空中飞行和悬停，承载自主控制器、无线自组织网络通信设备、无线数传网络通信设备和探测设备；

所述地面机动平台，用于在地面移动，承载自主控制器、无线自组织网络通信设备、无线数传网络通信设备和探测设备；

所述无线自组织网络通信设备，用于完成区域网络的自主构建，还用于根据不同任务需求传输所述空中机动平台和/或所述地面机动平台的位置及状态信息；

所述无线数传网络通信设备，用于在所述中心控制站和各所述空中机动平台以及各所述地面机动平台之间传输数据，能够完成视频信号的点对点传输；

所述探测设备，用于进行可见光光谱和/或红外光谱的摄像、摄影，所述探测设备包括镜头、光学敏感元件、云台和电源供给设备；

所述中心控制站，是具备任务规划能力和通信能力的信息处理设备，所述中心控制站连接无线数传网络通信设备，用于通过无线数传网络向各所述空中机动平台以及各所述地面机动平台发送任务信息；

所述的机动自组织态势监测系统主要由多个所述空中机动平台和多个地面机动平台构成探测集群，通过所述无线自组织网络进行探测任务的下达和平台状态信息的传递，由所述无线数传网络完成实施监测图像的传输；

各所述机动平台根据自身状态和相邻机动平台节点的状态，综合任务信息进行自身机动任务的规划，并机动到预定的探测点附近，建立探测姿态进行持续监视探测；

所述空中机动平台包括：无人直升机、涵道式无人飞行器和旋翼式无人机中的一种或几种；所述空中机动平台接到由所述无线数传网络传达的监测任务信息后，启动无线自组织网络通信设备向自组织网络汇报自身状态，并获取临近空中机动平台的状态；在判定自身与危险目标之间的关系后，飞临目标点附近悬停，建立较好的观测视角，获得高清监测图像；飞行过程中与其它空中机动平台自动实时交互相互状态，避免碰撞并合理规划站位；

所述地面机动平台包括：2轮轮式无人驾驶车、4轮轮式无人驾驶车和履带式无人驾驶车中的一种或几种；所述地面机动平台接到监测任务信息后，根据探测任务特点，对危险目标附近的路况进行预设，通过自主任务规划，制定行进路线；所述地面机动平台沿地面预设路线自主进行位置机动，获得平视监测图像；

所述机动平台所携带的探测设备，持续观测危险目标，并将危险目标方位信息通过自组织网络发布给相邻机动平台；接收到目标信息的机动平台，根据自身监测状态和自身所处的位置，自主规划是否进行位置机动；在规划完成后，所述机动平台完成位置机动和姿态调整，直到获取最优图像。

2.根据权利要求1所述的机动自组织态势监测系统，其特征在于，所述无线自组织网络通信设备是具备广播、点对点通信能力，采用IEEE802.11标准或IEEE802.15标准工作的无线通信设备。

3.根据权利要求1所述的机动自组织态势监测系统，其特征在于，所述无线数传网络通信设备是设置于各所述空中机动平台以及各所述地面机动平台上的无线网卡，和设置在所述中心控制站的无线路由器和/或无线网桥，所述无线网卡与所述无线路由器和/或无线网桥之间以以太网协议进行传输信息数据。

4.根据权利要求1所述的机动自组织态势监测系统，其特征在于，所述探测设备上设有宽视场变焦镜头，所述宽视场变焦镜头分别配置在可见光CCD和红外CCD上，由视频切换器切换各CCD所采集的信号。

5.根据权利要求1所述的机动自组织态势监测系统，其特征在于，所述中心控制站是移动工作站，所述移动工作站配置有以太网接口、USB接口和视频采集卡。