CN103412575B - 一种无人直升机航线控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种无人直升机航线控制装置，应用在无人直升机的地面控制系统上，所述装置包括：航线规划单元，用于根据无人直升机的计划作业区域和预定作业宽度规划所述无人直升机的最优作业航线；航线监测单元，用于接收无人直升机的实时飞行坐标参数，根据所述实时飞行坐标参数生成所述无人直升机的实际作业航线；偏航提示单元，用于定期比较所述实际作业航线和最优作业航线，如果所述实际作业航线偏离所述最优作业航线，则发送偏航提示信息给无人直升机。本发明还提供一种无人直升机航线辅助控制装置，应用在无人直升机上，用来辅助所述航线控制装置。通过本发明，操控员可及时了解无人直升机作业航线的偏差，并通过调整提高其作业的精准度。
Description
技术领域
本发明涉及无人直升机领域，尤其涉及一种无人直升机航线控制、辅助控制装置。
背景技术
随着农业自动化的发展，越来越多的机械化设施被应用到农业的生产和经营中。以飞机喷洒为例，使用有人飞机进行农药喷洒在农业生产已经有相当长的应用历史了，但是这一技术有着天然的安全性缺陷。使用飞机进行农药喷洒，意味着飞行员必须进行低空飞行，然而长时间低空飞行对飞行员的人身安全有着巨大的威胁，飞机飞行速度快，一旦出现些许意外，很可能导致飞机坠毁，人员伤亡。另外，在我国农业生产现状中，由于许多耕地的经营者并没有面积非常大的耕地，使用有人飞机成本费用太高，各个地方也没有大量可供有人飞机使用的跑道。
无人直升机可以非常好地规避上述缺点。相比于人工喷洒农药，无人直升机不但作业的速度快，喷洒均匀，还能避免农药对传统作业人员的毒害，并大大减轻作业人员的劳动强度。相对于有人飞机喷洒来说，无人直升机喷洒农药不会涉及飞行员人身安全问题，也不会受到起飞条件的限制。
目前，无人直升机喷洒作业，通常是由专业的喷洒服务商为耕地经营者提供喷洒服务，服务商向经营者收取一定的费用。然而无人直升机的作业航线通常由操控员在地面通过遥控装置进行指挥，然而由于光线、天气等原因，操控员的视觉会产生误差，难以避免地会造成无人直升机的实际飞行航线偏离预定飞行航线的状况，导致部分耕地未能喷洒到农药，而操控员也未能及 时察觉到航线的偏离，从而影响服务商的服务质量。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种无人直升机航线控制、辅助控制装置。
具体地，所述无人直升机航线控制装置，应用在无人直升机的地面控制系统上，所述装置包括：
航线规划单元，用于根据无人直升机的计划作业区域和预定作业宽度规划所述无人直升机的最优作业航线；
航线监测单元，用于接收无人直升机的实时飞行坐标参数，根据所述实时飞行坐标参数生成所述无人直升机的实际作业航线；
偏航提示单元，用于定期比较所述实际作业航线和最优作业航线，如果所述实际作业航线偏离所述最优作业航线，则发送偏航提示信息给无人直升机。
优选地，所述航线规划单元，还包括：以所述最优作业航线的起点为原点，所述无人直升机的初始飞行方向为y轴正向，建立平面直角坐标系；
所述偏航提示单元，还包括：比较所述实际作业航线的坐标参数在x轴上的映射x1与所述最优作业航线的坐标参数在x轴上的映射x2的大小，如果所述x1小于所述x2，则所述实际作业航线相对于所述最优作业航线向左偏离，发送左偏航提示信息给无人机；如果所述x1大于所述x2，则所述实际作业航线相对于所述最优作业航线向右偏离，发送右偏航提示信息给无人机。
优选地，所述偏航提示单元，进一步用于计算所述实际作业航线相对于所述最优作业航线的偏离等级，并根据所述偏离等级发送不同等级的偏航提示信息给无人直升机。
优选地，所述装置还包括：语音提示单元，用于在所述实际作业航线偏离所述最优作业航线时，输出语音偏航提示。
优选地，所述偏航提示单元，进一步包括，如果所述实际作业航线相对 于所述最优作业航线的偏离大于等于预设的容忍值，则发送偏航提示信息给无人直升机。
优选地，所述偏航提示单元，进一步包括，如果所述实际作业航线相对于所述最优作业航线的偏离小于所述预设的容忍值，则发送航线正确信息给无人直升机。
所述无人直升机航线辅助控制装置，应用在无人直升机上，所述装置包括：定位模块、定位反馈单元、偏航响应单元、显示灯，
所述定位反馈单元，用于从定位模块获取无人直升机的实时飞行坐标参数，并将所述实时飞行坐标参数传输给地面控制系统；
所述偏航响应单元，用于接收所述地面控制系统发送的偏航提示信息，并控制显示灯输出与所述偏航提示信息对应的偏航灯光显示。
优选地，所述显示灯有两个，分别位于无人直升机的左右两侧。
优选地，所述偏航响应单元，进一步包括如果接收的所述偏航提示信息是左偏航提示信息，则点亮无人直升机的左侧显示灯或者右侧显示灯，如果接收的所述偏航提示信息是右偏航提示信息，则点亮无人直升机的右侧显示灯或者左侧显示灯。
优选地，所述偏航响应单元，进一步包括接收不同等级的偏航提示信息，并控制显示灯输出与所述不同等级的偏航提示信息对应的不同闪烁频率的灯光。
优选地，所述偏航响应单元，进一步包括接收所述地面控制系统发送的航线正确信息，并在上次接收到的是偏航提示信息时，控制显示灯关闭偏航灯光显示。
由以上技术方案可见，本发明通过在无人直升机上设置有显示灯，同时通过地面控制系统监测无人直升机的实际作业航线，在实际作业航线有偏差的时候，通知显示灯输出对应的灯光提示，以此来提醒操控员无人直升机实际作业偏差的方向机程度，进而操控员可以及时作出相应的调整，提高无人直升机的作业精准度。
附图说明
图1是本发明一种实施例中无人直升机航线控制装置的逻辑结构图；
图2是本发明一种实施例中无人直升机航线辅助控制装置的结构图；
图3是本发明一种实施例中无人直升机航线控制的方法流程图；
图4是本发明一种实施例中最优作业航线的示意图；
图5是本发明一种实施例中实际作业航线偏航示意图。
具体实施方式
在实际应用中，由于操控员往往无法得知无人直升机的实际作业航线是否偏离预定的作业航线，这样，就无法对无人直升机的作业航线进行及时地调整，也就无法确保无人机的服务作业质量。
本发明提供一种相对通用的解决方案来解决上述问题。以计算机软件实现为例，但本发明不排除其他实现方式，比如可编程逻辑器件、固件甚至专用硬件。请参考图1，本发明提供一种无人直升机航线控制装置，应用在无人直升机的地面控制系统上。作为该逻辑装置的运行载体，所述无人直升机的地面控制系统的硬件环境通常至少包括CPU、内存、非易失性存储器。所述地面控制系统可以安装在笔记本电脑或者平板电脑上等电子设备上。所述装置在逻辑层面包括有：航线规划单元、航线监测单元、偏航提示单元、转向提示单元以及语音提示单元。
请参考图2，本发明还提供一种无人直升机航线辅助控制装置，应用在无人直升机上，所述装置包括：定位模块、定位反馈单元、偏航响应单元、转向响应单元、显示灯。其中所述定位模块包括GPS模块或北斗等其他定位模块，所述定位反馈单元、偏航响应单元以及转向响应单元作为逻辑装置运行在硬件环境至少包括CPU、内存、非易失性存储器的所述无人直升机上。
请参考图3，在本发明的一种实施方式中，所述无人直升机航线控制、辅助控制装置在运行过程中执行如下步骤：
步骤101，根据无人直升机的计划作业区域和预定作业宽度规划所述无人直升机的最优作业航线。本步骤由地面控制系统的航线规划单元执行。
步骤102，从定位模块获取无人直升机的实时飞行坐标参数，并将所述实时飞行坐标参数传输给地面控制系统。本步骤由无人直升机的定位反馈单元执行。
步骤103，接收无人直升机的实时飞行坐标参数，根据所述实时飞行坐标参数生成所述无人直升机的实际作业航线。本步骤由地面控制系统的航线监测单元执行。
步骤104，定期比较所述实际作业航线和最优作业航线，如果所述实际作业航线偏离所述最优作业航线，则发送偏航提示信息给无人直升机。本步骤由地面控制系统的偏航提示单元执行。
步骤105，接收所述地面控制系统发送的偏航提示信息，并控制显示灯输出与所述偏航提示信息对应的偏航灯光显示。本步骤由无人直升机的偏航响应单元执行。
上述步骤中，操控员首先将计划作业区域的坐标参数以及无人直升机的预定作业宽度输入到地面控制系统中，地面控制系统会为操作员规划出本次作业的最优作业航线，操作员按照所述最优作业航线操作无人直升机作业，就能够保证本次作业完全覆盖所述计划作业区域。
由于操控员人工操作无人直升机进行作业，实际作业航线难以避免地会和最优作业航线产生偏差，所以本发明提供了上述步骤102至步骤105，用在无人直升机偏航的时候为操控员提供相应的提醒。
具体地，航线规划单元以所述最优作业航线的起点为原点，所述无人直升机的初始飞行方向为y轴正向，建立平面直角坐标系，请进一步参考图4，ABCD四点所组成的矩形是计划作业区域，所述矩形区域内的迂回线是最优作业航线。
航线监测单元根据无人直升机发送过来的实时飞行坐标参数在所述计划作业区域内生成其实际作业航线。偏航提示单元定期比较所述实际作业航线 和最优作业航线，比如每秒钟比较两次或者四次。具体地，偏航提示单元根据所述实际作业航线的坐标参数在x轴上的映射x1与所述最优作业航线的坐标参数在x轴上的映射x2的大小来判断所述无人直升机的作业航线是否有偏离。本发明中所述实际作业航线相对于所述最优作业航线的偏离方向都是以操控员的位置为基准判断。具体地，请进一步参考图4，在实际作业航线E点，所述无人直升机飞向操控员，E点的坐标参数在x轴上的映射是x1，所述最优作业航线的坐标参数在x轴上的映射是x2，如果所述x1小于x2，则所述实际作业航线相对于所述最优作业航线向左偏离，如果所述x1大于所述x2，则所述实际作业航线相对于所述最优作业航线向右偏离，符合操控员的观察方式。同样，在实际作业航线F点，所述无人直升机飞离操控员，F点的坐标参数在x轴上的映射小于所述最优作业航线在x轴上的映射时，所述实际作业航线相对于所述最优作业航线向左偏离，反之向右偏离。本发明选择的航线偏离的比较方法，相对直观、简便，又符合操控员的观察视角。
优选地，本发明设置偏航提示的容忍值，如果所述无人直升机的实际作业航线偏离最优作业航线超过所述容忍值，则以偏航情况处理，如果没有超过所述容忍值，则忽略不计。以无人直升机喷洒农药作业为例，如果所述无人直升机的预定作业宽度是6米，那么所述偏航提示容忍值可以设置为1米或其他数值，即只有在所述实际作业航线偏离所述最优作业航线的距离大于或等于1米时，才以偏航的情况处理。在本发明实现中，可以将所述容忍值输入地面控制系统，所述地面控制系统会根据计划作业区域与实际耕地的比例计算出x1与x2偏差的容忍值△x。
航线监测单元在所述实际作业航线相对于所述最优作业航线左偏离时，发送左偏航提示信息给无人在直升机，右偏离时，发送右偏航提示给无人直升机。所述无人直升机根据所述左、右偏航提示输出对应的偏航灯光显示来提醒操控员。
具体地，为了能够让操控员清晰地了解到无人直升机的作业偏离方向，本发明在所述无人直升机上安装有显示灯，所述显示灯可以在所述无人直升 机的左右两侧分别安装一个，也可以只安装一个左右带有箭头的显示灯。下面以左右分别安装一个为例。偏航响应单元根据左偏航提示信息点亮无人直升机的左侧显示灯，根据所述右偏航提示信息点亮无人直升机的右侧显示灯，这样就可以提醒操控员所述无人直升机的航线偏离方向。优选地，偏航响应单元根据左偏航提示信息点亮无人直升机的右侧显示灯，根据所述右偏航提示信息点亮无人直升机的左侧显示灯，这样，操控员看到显示灯的提示后，可以直接操作手柄控制所述无人直升机向亮灯的方向飞行，而不必选择与亮灯方向相反的方向，更符合操作习惯。
需要说明的是，不同于有人作业的飞机，所述无人直升机通常采用迂回的方式进行实际作业，在这个过程中所述无人直升机的机头与机尾的方向始终不发生改变，比如远离操控员飞行的时候机头在前向前飞行，回来的时候机头在后，机尾在前，这样更加便于操控员的操作控制。所述显示灯以机头的方向为基准设定方向，比如，机头左侧的显示灯为左灯，机头右侧的显示灯为右灯。
优选地，本发明还区分无人直升机的实际作业航线与最优作业航线的偏离等级。具体地，偏航提示单元计算所述实际作业航线相对于所述最优作业航线的偏离等级，并根据所述偏离等级发送不同等级的偏航提示信息给无人直升机。还以无人直升机的预定作业宽度是6米，偏航提示容忍值为1米为例，可以设置三个不同的偏离等级，比如，实际作业航线与最优作业航线的偏差可以分为：在1米到2米，2米到3米，3米以上。相应的，偏航响应单元根据所述不同等级的偏航提示信息控制显示灯输出与所述不同等级的偏航提示信息对应的不同闪烁频率的灯光。比如，偏差在1米到2米的范围时，所述显示灯的闪烁频率较低，偏差在3米以上时，所述显示灯的闪烁频率较高。这样，操控员就可以根据显示灯的闪烁频率来控制手柄选择对所述无人直升机方向调整的幅度。
上述步骤中，所述偏航提示单元通过定期的比较，在所述实际作业航线偏离所述最优作业航线的时候发送偏航提示信息给无人直升机，指示所述无 人直升机输出对应的偏航灯光提示。进一步地，所述偏航提示单元在所述实际作业航线相对于所述最优作业航线的偏离小于所述预设的容忍值时，发送航线正确信息给无人直升机。无人直升机的所述偏航响应单元，进一步地，接收所述地面控制系统发送的航线正确信息，并判断显示灯是否正在输出偏航灯光显示，如果是的话，控制显示灯关闭所述偏航灯光显示。如果上次接收到的就是航线正确信息，说明这期间无人直升机的航线没有并没有偏离所述最优作业航线的容忍值。
优选地，本发明还设置有语音提示功能。具体地，地面控制系统包括语音提示单元，用于在所述实际作业航线偏离所述最优作业航线时，输出语音偏航提示来进一步提醒操控员。由以上描述可以看出，本发明在无人直升机上安装显示灯，然后通过地面控制系统监测无人直升机的实际作业航线，在所述实际作业航线相对于最优作业航线产生偏差时，通知无人直升机输出对应的的灯光提示，让操控员直观得知具体的偏航情况，进而可以及时地选择调整策略调整无人直升机的飞行航线，进一步提高服务商无人直升机作业的精准度，提升经营者的满意度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (7)
1.一种无人直升机航线控制装置，应用在无人直升机的地面控制系统上，其特征在于，所述装置包括：
航线规划单元，用于根据无人直升机的计划作业区域和预定作业宽度规划所述无人直升机的最优作业航线；
航线监测单元，用于接收无人直升机的实时飞行坐标参数，根据所述实时飞行坐标参数生成所述无人直升机的实际作业航线；
偏航提示单元，用于定期比较所述实际作业航线和最优作业航线，如果所述实际作业航线偏离所述最优作业航线，则发送偏航提示信息给无人直升机；
其中，所述航线规划单元，还包括：以所述最优作业航线的起点为原点，所述无人直升机的初始飞行方向为y轴正向，建立平面直角坐标系；
所述偏航提示单元，还包括：比较所述实际作业航线的坐标参数在x轴上的映射x1与所述最优作业航线的坐标参数在x轴上的映射x2的大小，如果所述x1小于所述x2，则所述实际作业航线相对于所述最优作业航线向左偏离，发送左偏航提示信息给无人直升机；如果所述x1大于所述x2，则所述实际作业航线相对于所述最优作业航线向右偏离，发送右偏航提示信息给无人直升机；
所述偏航提示信息被无人直升机中的偏航响应单元接收，所述偏航响应单元用于控制无人直升机的显示灯输出与所述偏航提示信息对应的偏航灯光显示；
所述无人直升机的显示灯有两个，分别位于无人直升机的左右两侧；
如果所述偏航提示信息为左偏航提示信息，则所述偏航响应单元点亮无人直升机的左侧显示灯或者右侧显示灯，如果所述偏航提示信息为右偏航提示信息，则所述偏航响应单元点亮无人直升机的右侧显示灯或者左侧显示灯。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
语音提示单元，用于在所述实际作业航线偏离所述最优作业航线时，输出语音偏航提示。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述偏航提示单元，进一步包括，如果所述实际作业航线相对于所述最优作业航线的偏离大于等于预设的容忍值，则发送偏航提示信息给无人直升机。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述偏航提示单元，进一步用于计算所述实际作业航线相对于所述最优作业航线的偏离等级，并根据所述偏离等级发送不同等级的偏航提示信息给无人直升机。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，
所述不同等级的偏航提示信息被无人直升机中的偏航响应单元接收，所述偏航响应单元用于控制所述显示灯输出与所述不同等级的偏航提示信息对应的不同闪烁频率的灯光。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述偏航提示单元，进一步包括，如果所述实际作业航线相对于所述最优作业航线的偏离小于预设的容忍值，则发送航线正确信息给无人直升机。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，
所述航线正确信息被无人直升机中的偏航响应单元接收，所述偏航响应单元用于控制所述显示灯关闭偏航灯光显示。
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