CN105225540A - 无人飞行器的飞行区域监控装置及其监控方法 - Google Patents

Abstract

一种无人飞行器飞行区域监控装置及其监控方法，该装置包括设在无人飞行器(1)上的飞行状态模块(2)和对应至少一个无人飞行器(1)的云端服务器(4)。飞行状态模块(2)测量无人飞行器(1)的飞行状态信息且发送飞行状态信息和无人飞行器(1)唯一对应的识别码到云端服务器(4)；无人飞行器(1)发送预定的无人飞行器(1)的路线信息到云端服务器(4)；云端服务器(4)包括存储模块(5)、验证模块(6)和监控模块(7)，验证模块(6)验证所接收的识别码，当所述识别码验证通过时，验证模块(6)验证路线信息且当路线信息验证通过时，监控模块(7)接收飞行状态信息且将其与路线信息进行比较以监控无人飞行器(1)。

Description

无人飞行器的飞行区域监控装置及其监控方法

技术领域

本发明属于航空领域，特别是涉及一种无人飞行器的飞行区域监控装置及其监控方法。

背景技术

随着小微型无人飞行器，尤其是多旋翼式无人飞行器开始得到广泛应用，带来了一个问题就是无人飞行器在空间范围内的活动，基本没有得到任何管理与控制。虽然有的较大型无人飞行器生产商在其所生产的无人飞行器中内置了关于禁飞区域的相关数据和管理程序，但是毕竟无人飞行器生产厂家繁多，并且还有大量发烧友能够自行采购原配件组装高性能的无人飞行器，因此无人飞行器的空中飞行过程，仍然是不受控的。并且，随着多旋翼式无人飞行器的热门，反过来又带动了固定翼式飞行器的发展，现在利用空中飞行器进行飞行活动，并完成航拍、计量、监测、喷洒等任务的行为越来越多。这种不受控的空间飞行器数量的增长，将明显导致对空域安全的威胁，比如：在空间范围内活动物体的相互撞击，再如：空中飞行的飞行器当遇到故障发生停车时，将从空中坠毁，对地面目标造成潜在伤害威胁等。另外，随着飞行器性能的提升，小微型无人飞行器能够自由活动的空间范围也越来越大，如果是在民用航空的相关区域活动，甚至可能直接威胁到民航飞机的空中安全，严重时，对民航乘客的生命造成威胁。无人飞行器所涉及和影响到的空域飞行安全问题开始凸显。由于飞行器在空中发生碰撞或者坠机所导致的危害和后果某种程度上更甚于地面交通事故，因此对于飞行器的空中安全飞行成为一个很重要的话题。

当前对于飞行器的空中飞行管理还比较孤立，没有从整体环境、系统的角度来考虑问题。当前的飞行管理主要来自于禁飞区域设定的思路，这种方式严格确立了飞行器的飞行范围，但是管理方式不灵活，并且也难以整体把控所有飞行器的飞行情况，进行合理的空域资源调配。

专利文献CN104809918公开了一种无人飞行器飞行管理方法，其包括手机APP，授权服务器，手机APP需要事先在授权服务器注册；无人飞行器控制盒内具有不可被任何设备读取的字符串密匙，且在授权服务器里也存储有相同的字符串密匙，步骤是：

(1)、手机APP向授权服务器发出飞行计划申请，申请中含飞行空域描述；

(2)、授权服务器将飞行空域描述连同字符串密匙加密，比如哈希加密，形成空域密匙，然后将空域密匙回复给手机APP；

(3)、手机APP将飞行空域描述与空域密匙传送给无人飞行器；

(4)、无人飞行器控制盒将飞行空域描述与字符串密匙按授权服务器相同加密方式加密，比如相同的哈希加密，将此加密结果与手机APP传送过来的空域密匙比较，如果相符则许可无人飞行器起飞，否则不允许无人飞行器起飞；

所述空域是由若干经纬度点限制的平面区域及上下海拔高度界定的，或由指定起点、终点、空域宽度、空域高度界定的。该专利克服了“事前将飞行空域限制数据写入无人飞行器的控制盒内”的不足。但该专利无法确认无人飞行器是否实时处于飞行空域，无法有效地对无人飞行器进行管理和提供相关允许空域信息和避免与其他飞行器碰撞的作用。

专利文献CN104570872公开了一种无人飞行器远程监控与管制方法，其包括无人飞行器，所述的无人飞行器包括无人飞行器本体与设置在无人飞行器上的自动驾驶仪，所述的自动驾驶仪通过无线传输链路与遥控器连接；所述的遥控器用于控制无人飞行器，包括遥控器本体和安装在遥控器本体上的无线传输模块，其每隔一段时间就会往将所接收到的数据包向外界发送；所述的遥控器通过有线或无线方式和地面站连接，所述的地面站为总操作站，主要由操作主机构成，无人飞行器只听从遥控器发出的指令；所述的无线传输模块与航空管制部门和服务站通过无线传输的方式连接；当无人飞行器加电后，会进行加电初始化，同时控制自动驾驶仪通过预先设置好的程序进行搜星定位，并将筛选的数据发回给遥控器，遥控器会将这些信息和遥控器的加电初始化信息打包发回给航空管制部门的接收器和服务站的接收器；当航空管制部门发现无人飞行器为非法起飞需要迫降时，航空管制部门能发送控制指令到遥控器上，遥控器接收到航空管制部门的指令后锁定通过其他途径进入遥控器的数据，使其不发生任何效用，此时遥控器只听从航空管制部门的指令，直到航空管制部门发出结束控制指令为止；当无人飞行器操作者需要服务站远程协助时，首先通知服务站，服务站接收到信息后发送控制指令到遥控器上，遥控器接收到指令后也会锁定除航空管制部门外通过其他途径进入遥控器的数据，使其不发生任何效用，此时遥控器只听从服务站的指令，直到服务站发出结束控制指令为止。该专利实现了航空管制部门可以对飞行中的无人飞行器进行监控，确定无人飞行器的飞行地点、飞行高度及无人飞行器本身是否存在安全隐患，判断是否安全飞行，如果有需要，可以对无人飞行器进行远程迫降。但该专利结构复杂，需要人为控制且更新和升级缓慢且不方便，该专利无法在起飞前便介入验证，航空安全性较低且无法实时监控无人飞行器的飞行。

因此，本领域急需一种能够根据需要及时更新和升级可飞空域数据和管理策略而不泄露如禁飞区域的敏感数据的无人飞行器飞行区域监控装置及其监控方法，且该装置和方法能够进行身份合法性验证和飞行区域验证的双重验证，以及实时监控无人飞行器的飞行和提供无人飞行器可飞区域的相关信息和避免与其他无人飞行器碰撞。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

本申请人注意到上述问题并提供了如下方案，通过由无线通信方式连接的控制飞行器、无人飞行器、云端服务器所构成的装置，能够有效解决飞行安全监控问题，并且能够实时监控和记录所有飞行器的飞行过程，在宏观层面解决空域资源运用问题。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。

根据本发明的一方面，本发明公开的一种无人飞行器的飞行区域监控装置包括设在所述无人飞行器上的飞行状态模块和对应至少一个所述无人飞行器的云端服务器。

所述飞行状态模块测量所述无人飞行器的飞行状态信息且发送所述飞行状态信息和所述无人飞行器唯一对应的识别码到所述云端服务器。

所述无人飞行器发送预定的无人飞行器的路线信息到所述云端服务器。

例如，所述无人飞行器在起飞前手动设置预定的路线信息，该预定的路线信息可以包括飞行时间、飞行路线等。所述云端服务器包括存储模块、验证模块和监控模块，所述存储模块存储识别码数据和飞行区域数据；所述验证模块验证所接收的所述识别码，当所述识别码验证通过时，所述验证模块验证所述路线信息且当所述路线信息验证通过时，所述监控模块接收所述飞行状态信息且将其与所述路线信息进行比较以监控所述无人飞行器。

根据本发明的又一方面，本发明公开的一种无人飞行器的飞行区域监控装置包括设在所述无人飞行器上的飞行状态模块、控制所述无人飞行器飞行的飞行控制器和对应至少一组所述无人飞行器及其飞行控制器的云端服务器。

所述飞行状态模块测量所述无人飞行器的飞行状态信息且发送所述飞行状态信息和所述无人飞行器唯一对应的识别码到所述云端服务器。

所述飞行控制器发送预定的无人飞行器的路线信息到所述云端服务器。

所述云端服务器包括存储模块、验证模块和监控模块，所述存储模块存储识别码数据和飞行区域数据；所述验证模块验证所接收的所述识别码，当所述识别码验证通过时，所述验证模块验证所述路线信息且当所述路线信息验证通过时，所述监控模块接收所述飞行状态信息且将其与所述路线信息进行比较以监控所述无人飞行器。

优选地，当所述路线信息验证通过时，所述云端服务器发送一组密匙到所述无人飞行器和飞行控制器，所述飞行控制器利用所述密匙与所述无人飞行器通信且根据所述路线信息控制所述无人飞行器的飞行。

优选地，当所述无人飞行器起飞后，所述飞行状态模块实时发送所述飞行状态信息到所述云端服务器。

优选地，所述飞行状态模块由选自电子罗盘、高度计、GPS单元、加速度计、重力传感器和陀螺仪组成的组中的一个或多个组成。

优选地，在所述无人飞行器上设置的所述无线通信模块由选自具有不同优选级的无线局域网模块、移动通信网络模块、平流层通信网络模块和卫星网络通信模块组成的组中的一个或多个组成。

优选地，所述监控模块判断所述无人飞行器偏离所述路线信息时，所述云端服务器发出警告。

优选地，所述监控模块判断所述无人飞行器偏离所述路线信息时，所述云端服务器通过密匙中止所述飞行控制器与所述无人飞行器的通信。

更优选地，所述无人飞行器在不同的方向上配置超声波探测传感器。

根据本发明的另一方面，本发明公开的一种使用无人飞行器的飞行区域监控装置的监控方法，其包括以下步骤。

第一步骤中，所述飞行状态模块测量所述无人飞行器的飞行状态信息且发送所述飞行状态信息和所述无人飞行器唯一对应的识别码到所述云端服务器。

第二步骤中，所述无人飞行器发送预定的路线信息到所述云端服务器，所述验证模块验证所接收的所述识别码，当所述识别码验证通过时，所述验证模块验证所述路线信息。

第三步骤中，当所述路线信息验证通过时，所述监控模块接收所述飞行状态信息且将其与所述路线信息进行比较以监控所述无人飞行器。

根据本发明的又一方面，本发明公开的一种使用无人飞行器的飞行区域监控装置的监控方法，其包括以下步骤。第一步骤中，所述飞行状态模块测量所述无人飞行器的飞行状态信息且发送所述飞行状态信息和所述无人飞行器唯一对应的识别码到所述云端服务器。

第二步骤中，所述飞行控制器发送预定的无人飞行器的路线信息到所述云端服务器，所述验证模块验证所接收的所述识别码，当所述识别码验证通过时，所述验证模块验证所述路线信息。

第三步骤中，当所述路线信息验证通过时，所述云端服务器发送一组密匙到所述无人飞行器和飞行控制器，所述飞行控制器利用所述密匙与所述无人飞行器通信且根据所述路线信息控制所述无人飞行器的飞行。

第四步骤中，所述监控模块接收所述飞行状态信息且将其与所述路线信息进行比较以监控所述无人飞行器。

优选地，在第二步骤中，所述验证模块通过比较所述路线信息与存储在所述存储模块中的飞行区域数据以验证所述路线信息，所述飞行区域数据包括允许飞行的飞行区域、飞行路线和飞行时间。

优选地，进一步包括第五步骤，其中，所述监控模块判断所述无人飞行器偏离所述路线信息时，所述云端服务器发出警告。

本发明的技术方案解决了以下技术问题：针对每一台无人飞行器设立唯一对应的识别码，让每一台无人飞行器都有了“身份”；规范了每一台无人飞行器在起飞之前的身份验证过程，避免无身份的无人飞行器黑飞；针对无人飞行器的飞行过程进行管理，根据飞行器的类别和用途，让飞行器向云端服务器申报其飞行范围和/或飞行路线信息，获取云端服务器的授权；在同一装置架构下，可针对多台无人飞行器同行进行注册与授权的验证；在同一装置架构下，可支持飞行控制器与无人飞行器的异地控制，飞行控制器可以通过云端服务器向远程租用的无人飞行器进行协商，经过验证后，按照装置允许的路线进行飞行控制；在无人飞行器的飞行过程中，实时根据其飞行状态模块发送的飞行状态信息来监控器飞行过程是否与飞行计划一致；所有无人飞行器的身份、飞行过程、飞行数据都集中在一个装置的云端服务器进行汇总，能够有效的调配空域资源，避免了空域管理简单化、离散化导致的低效率。

本发明提出的方案能够利用云端服务器减轻无人飞行器处理数据的压力负载，且能够根据需要实时更新和升级飞行区域数据，避免了暴露敏感数据且本发明可以在对无人飞行器操控前，进行无人飞行器身份合法性验证和飞行区域验证的两层验证，进一步加强了航空安全，本发明提出的方案能够利用云端服务器实时监控无人飞行器的飞行，如果接近禁飞区，或超出申请飞行区域；云端服务器将通过数据通道向无人机控制端发出告警；如果控制端未做出反应，无人机继续违规飞行，云端服务器将进行强制控制，包括:减速、降低高度、降落或返航等操作。本发明还提供了飞行区域的地图信息，确保选择适当的飞行任务实施地点和提供了预定范围内的无人飞行器的位置信息以保障飞行安全性。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的无人飞行器的飞行区域监控装置的结构示意图。

图2是根据本发明又一个实施例无人飞行器的飞行区域监控装置的结构示意图。

图3是根据本发明另一个实施例无人飞行器的飞行区域监控装置的结构示意图。

图4是根据本发明一个实施例的使用无人飞行器的飞行区域监控装置的监控方法的步骤示意图。

图5是根据本发明另一个实施例的使用无人飞行器的飞行区域监控装置的监控方法的步骤示意图。以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。

具体实施方式

以下详细描述实际上仅是示例性的而并不意欲限制应用和使用。此外，并不意欲受以上技术领域、背景、简要概述或以下详细描述中呈现的任何明确或暗示的理论约束。如本文使用，术语“模块”或“单元”是指任何硬件、软件、固件、电子控制部件、处理逻辑和/或处理器设备单独地或者以任何组合，包括而不限于：专用集成电路ASIC、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器共享、专用或成组的和存储器、组合逻辑电路和/或提供所描述的功能性的其他适合的部件。此外，除非明确地具有相反的描述，否则词语“包括”及其不同的变型应被理解为隐含包括所述的部件但不排除任意其他部件。

本发明的实施例描述了一种无人飞行器的飞行区域监控装置，如图1所示的根据本发明的一个实施例的无人飞行器的飞行区域监控装置的示意图，一种无人飞行器的飞行区域监控装置包括设在所述无人飞行器1上的飞行状态模块2和对应至少一个所述无人飞行器1的云端服务器4。

无人飞行器可以是各种类型的无人飞行器，包括固定翼、多旋翼等各种能够在空域范围内进行多自由度活动的飞行器。无人飞行器1可以包括飞行器本体、飞行控制模块和无线通信模块。

云端服务器4也就是云服务器，是一个服务器集群，有很多服务器，和通用的计算机架构类似，云端服务器4的构成包括处理器、硬盘、内存、系统总线等。云端服务器4能够提供简单高效、安全可靠、处理能力可弹性伸缩的计算服务。云端服务器4的处理器还可以包括：CPU，RAM内存，操作系统和应用软件。负责多任务调度，包括访问应用模块、无线通信功能、存储器读写和无人飞行器传感器数据处理等等。云端服务器4的硬盘或存储器可包括可快速读写的SDD硬盘以及可插入SD卡的移动读写装置，主要用于存储无人飞行器1设备数据和各类应用数据，例如：无人飞行器1设备码、硬件数据、出厂设置、视频媒体流、飞行状态数据等等。

飞行状态模块2测量所述无人飞行器1的飞行状态信息且发送所述飞行状态信息和所述无人飞行器1唯一对应的识别码到所述云端服务器4。

所述无人飞行器1发送预定的无人飞行器1的路线信息到所述云端服务器4。

所述云端服务器4包括存储模块5、验证模块6和监控模块7，所述存储模块5存储识别码数据和飞行区域数据；所述验证模块6验证所接收的所述识别码，当所述识别码验证通过时，所述验证模块6验证所述路线信息且当所述路线信息验证通过时，所述监控模块7接收所述飞行状态信息且将其与所述路线信息进行比较以监控所述无人飞行器1。

本发明的实施例描述了一种无人飞行器的飞行区域监控装置，如图2所示的根据本发明的又一个实施例的无人飞行器的飞行区域监控装置的示意图，一种无人飞行器的飞行区域监控装置包括设在所述无人飞行器1上的飞行状态模块2、控制所述无人飞行器1飞行的飞行控制器3和对应至少一组所述无人飞行器1及其飞行控制器3的云端服务器4。

所述飞行状态模块2测量所述无人飞行器1的飞行状态信息且发送所述飞行状态信息和所述无人飞行器1唯一对应的识别码到所述云端服务器4。在一个实施例中，飞行状态模块2由选自电子罗盘、高度计、GPS单元、加速度计、重力传感器和陀螺仪组成的组中的一个或多个组成。飞行状态模块2测量的飞行状态信息由所述无人飞行器1的方位信息、高度信息、位置信息、速度变化信息和飞行姿态信息组成的组中的一个或多个组成。其中，GPS单元通过高灵敏度GPS接收器，在捕获到有效的卫星信号时，该GPS单元用于确定无人飞行器当前的经纬度位置。陀螺仪通过传感器实时收集飞行器方位信息。加速度计通过传感器实时收集飞行器运行方向上的速度的变换。重力传感器通过传感器实时收集飞行器和地球水平面的差异，即飞行姿态信息。

所述云端服务器4含有飞行区域数据，飞行区域数据中存储了关于飞行区域的飞行许可权限的相关信息。相关信息至少包括无人飞行器1的唯一对应的识别码，每个识别码对应的飞行区域时间和空间范围。识别码可以代表无人飞行器的类别，因此，对于不同类别的飞行器，还可以给予不同的权限，比如军用、商用、民用的无人飞行器在同一区域可能获得不同情况的飞行许可权限；再如根据禁飞区的禁飞理由和飞行器的登记所述关系，也可能获得不同的权限。举例来说：如果用户在云端服务器4中登记了某片地段的开发权在该用户手中，排除其他任何飞行器在该地段进行飞行活动；同时用户也可以登记要求，如果是该用户本人所拥有的无人飞行器，则可以在该地段进行飞行活动。如此，事实上还实现了对于无人飞行器飞行许可权限的分类管理，而且这种权限管理方式的更新完全可以在云端服务器4一方进行，而无需对已经出厂的无人飞行器设备做任何额外更新和处理。

所述飞行控制器3发送预定的无人飞行器1的路线信息到所述云端服务器4。在一个实施例中，飞行控制器3利用APP或遥控终端，通过有线或无线通信网络连接至云端服务器4，通过账号和密码登陆云端服务器4后，可以查看到该账号下已签订购买或租用合约的无人飞行器状态。简单情况下，用户自购的无人飞行器1就是直接由该账号所属的识别码来识别。相对灵活一些的情况下，用户可能并不拥有自己的无人飞行器1，但是用户可以通过其独立账号去租用登录在本系统下的供租用的无人飞行器，经过网络注册后获得操控权，并取得无人飞行器使用的身份。在云端服务器4上，飞行控制器3可以向其申请无人飞行器的飞行航迹、飞行高度、飞行区域和飞行时间等的路线信息是否得到授权许可，根据无人飞行器类别和飞行高度、飞行目的不同，用户可以选择器申请方式。比如，对于小微型无人飞行器，仅适用于小范围内航拍的情形，用户可以向云端服务器4申请一个低飞行高度，小飞行范围，无固定飞行路线的飞行区域式授权许可；再如，对于需要在一定范围内完成巡线工作的较大无人飞行器1，则用户可以向云端服务器4申请一个中飞行高度、固定飞行路线的往返飞行航线式授权许可。云端服务器4验证飞行请求的路线信息，并授权无人飞行器飞行，同时分配一对密钥，用于建立一条飞行控制器3到无人飞行器1之间的端到端加密隧道通信链路，以便保证飞行控制器3是无人飞行器1的唯一控制者。

所述云端服务器4包括存储模块5、验证模块6和监控模块7，所述存储模块5存储识别码数据和飞行区域数据；所述验证模块6验证所接收的所述识别码，当所述识别码验证通过时，所述验证模块6验证所述路线信息且当所述路线信息验证通过时，所述监控模块7接收所述飞行状态信息且将其与所述路线信息进行比较以监控所述无人飞行器1。

所述监控模块7判断所述无人飞行器1偏离所述路线信息时，所述云端服务器4发出警告。

在一个实施例中，云端服务器4进行无人飞行器的入网认证，通过无人飞行器上报的识别码确保无人飞行器的身份合法。验证的过程就是验证用户身份的合法性；鉴别完成后，根据无人飞行器1所在的GPS位置和预定飞行路线或区域信息，对无人飞行器1的飞行进行验证授权；授权完成后，无人飞行器1能够在规定区域或航线上进行控制飞行。在无人飞行器1验证授权以及飞行过程中，云端服务器4会监控无人飞行器1飞行路线是否符合无人飞行器1管理策略要求，是否存在禁飞航线，飞行过程中是否超出申请飞行区域。监控模块7记录并实时监测无人飞行器各项飞行数据，包括：GPS位置、飞行高度、飞行航向等等数据，该数据由无人飞行器各传感器采集，并向云端服务器4实时传送。云端服务器4定义禁飞区域，禁飞高度，禁飞时间等无人飞行器飞行区域管理的策略；按照各项管理规定，更新无人飞行器飞行区域管理策略。飞行航线管理平台实时调用可飞行区域策略平台的禁飞区域和禁飞高度信息。云端服务器4还提供全国地理信息数据，并周期性更新数据库为各管理性平台提供地图服务。

如图3所示的根据本发明的另一个实施例的无人飞行器的飞行区域监控装置的示意图，一种无人飞行器的飞行区域监控装置包括设在所述无人飞行器1上的飞行状态模块2、控制所述无人飞行器1飞行的飞行控制器3和对应至少一组所述无人飞行器1及其飞行控制器3的云端服务器4。所述飞行状态模块2测量所述无人飞行器1的飞行状态信息且发送所述飞行状态信息和所述无人飞行器1唯一对应的识别码到所述云端服务器4。

所述无人飞行器1在不同的方向上配置超声波探测传感器9。在一个实施例中，超声波探测传感器9探测无人飞行器1周围障碍物，在飞行方向的一定距离上探测到障碍物时，向飞行控制器3发出减速避障请求，当距离进一步缩小时，向飞行控制器3发出悬停或上升请求。

在所述无人飞行器1上设置的所述无线通信模块8由选自具有不同优选级的无线局域网模块、移动通信网络模块、平流层通信网络模块和卫星网络通信模块组成的组中的一个或多个组成。

在一个实施例中，移动通信网络模块主要由2G/3G/4G无线通信芯片组构成，负责通过移动通信网络接收云端服务器4发送的无人飞行器1信号同时将飞行状态模块2采集的飞行状态信息以及其他信息通过移动通信网络发送至云端服务器。无线局域网模块可以是蓝牙、ZigBee或Wi-Fi模块中的一个，无线局域网模块可通过2.4GHz通信频率建立短距离通信，在室内或低速移动的室外环境会优选该模块建立无人飞行器与云端服务器4之间的通信连接。平流层通信模块一般用充氦飞艇、气球作为安置转发站的平台，平台高度距地面17km～22km，无人飞行器1在大范围野外飞行时，可以优选平流层通信建立无人飞行器1与云端服务器4之间的通信连接。卫星通信模块利用卫星通信信道建立无人飞行器1与云端服务器4之间的通信连接，一般是在无其他可用无线通信网络的情况下，会使用卫星通信模块，作为应急通信。

在一个实施例中，依据无线网络成本或无线网络接入速度，选择无线传输网络，本申请设计以下为优先级方案，Wi-Fi网络：优先级为0；4G无线网络：优先级为1；3G无线网络：优先级为2；平流层通信网络：优先级为3；卫星通信网络：优先级为4；优先级别0-4，所选择无线网络优先级由高到低，即如果同时存在多种无线信号，且信号强度有效时，无人飞行器会首先选择Wi-Fi网络作为无线接入网络；当Wi-Fi信号强度无效时，无人飞行器会次优选择4G网络作为无线接入网络；依次类推。

在一个实施例中，所述无线通信模块8还设有计时器。无线通信模块可以对通信连接进行计时，如下表所示，可根据不同的不同优选级的无线局域网模块、移动通信网络模块、平流层通信网络模块和卫星网络通信模块组成的组中的一个或多个设置不同的计时器。

在一个实施例中，本以移动通信网络模块为例说明，无人飞行器1与远端Internet网络之间的通信建立过程，即网络附着过程。

在无人飞行器1开机后，无人飞行器1的移动网络通信模块选择最优的移动通信网络2G/3G/4G建立无线通信连接，以选择4G网络接入为例，无人飞行器1携带的飞行状态模块2存储有该设备的识别码。无人飞行器1UAV通过EnodeB基站向MobilityManagementEntity(MME)移动管理实体发起附着请求消息。飞行状态模块2向HSS(HomeSubscriberServer)/AUC(authenticationcenter),即归属签约用户服务器/鉴权中心，发送带有无人飞行器1用户信息的识别请求消息。

HSS/AUC返回识别信息答复。飞行状态模块2收到消息后，通过EnodeB向无人飞行器1发送识别请求。无人飞行器1对识别请求作出响应，通过EnodeB向MME发送识别响应。MME核对识别响应数据与HSS/AUC返回的用户识别数据是否吻合，如果识别成功则协商加密方式，通过EnodeB向无人飞行器1发送安全模式请求；如果识别失败，则拒绝无人飞行器1接入移动通信网络。无人飞行器1回复加密协商结果，通过EnodeB向MME发送安全模式完成消息。完成识别和加密流程后，MME向HSS发送位置更新请求消息，HSS返回位置更新请求响应消息。确认无人飞行器1完成位置更新。MME将无人飞行器1请求连接的Internet网络做DNS解析，与DNS服务之间交互，DNSQuery和QueryResponse消息。MME利用解析的IP地址以及无人飞行器1对应的服务网关和分组数据网关，建立一条无人飞行器1至Internet网络之间的IP路由通道。MME在收到服务网关返回的消息后，通过EnodeB向无人飞行器1发送附着接受消息。无人飞行器1通过EnodeB向MME回复附着完成消息。至此，无人飞行器1完成了通过4G网络接入云端服务器的流程。

从协议来看，无人飞行器1至云端服务器4之间的数据通路，在EnodeB,服务网关和分组数据网关之间是通过GTP-U的隧道协议实现的，在其上层是无人飞行器1与分组数据网关之间的IP通路；如果无人飞行器1上分配的是公网IP地址，无人飞行器1可以直接DNS解析的云端服务器IP地址访问云端，并建立和云端服务器4之间的VPN通道；如果无人飞行器1分配的是运营商的私网IP地址，则可以通过部署在分组数据网关和Internet之间的网络地址转换NAT和防火墙，以云端服务器的IP地址为目的IP，实现无人飞行器1对Internet上云端服务器4的访问。

无人飞行器1通过Radius协议在Radius服务器上实现云端服务器4对无人飞行器1的身份验证。验证之后，无人飞行器1即完成了在云端服务器4上的注册过程，无人飞行器1将向云端服务器4实时回传自身的各类传感器数据，并接收云端服务器4发送的警告性提示和强制性控制指令。

在一个实施例中，携带移动通信网络模块的无人飞行器1具有SIM卡接口，在开机启动无人飞行器1后，无人飞行器1根据网络选择优先级和侦测到网络信号情况，选择一种可接入的无线网络，建立无人飞行器1与远端Internet网络之间的通信。其中SIM卡接口包括SIM卡插口和数据读取单元，SIM卡或USIM卡是用户在签订网络服务合同后由移动网络运营商发出的，该模块可读取SIM卡或USIM卡中用户信息，包括：用户签约信息，IMSI国际移动用户标识号码，鉴权三元组或五元组数据。

所述飞行控制器3发送预定的无人飞行器1的路线信息到所述云端服务器4。

所述云端服务器4包括存储模块5、验证模块6和监控模块7，所述存储模块5存储识别码数据和飞行区域数据；所述验证模块6验证所接收的所述识别码，当所述识别码验证通过时，所述验证模块6验证所述路线信息且当所述路线信息验证通过时，所述云端服务器4发送一组密匙到所述无人飞行器1和飞行控制器3，所述飞行控制器3利用所述密匙与所述无人飞行器1通信且根据所述路线信息控制所述无人飞行器1的飞行。

在一个实施例中，无人飞行器1能够与云端服务器4进行通信，则开始云端服务器4的注册和认证，发送识别码到验证模块6进行确定无人飞行器1的身份合法性，在身份认证成功后，无人飞行器1在云端服务器4中的状态会变为在线状态。

所述监控模块7接收所述飞行状态信息且将其与所述路线信息进行比较以监控所述无人飞行器1。监控模块7判断所述无人飞行器偏离所述路线信息时，所述云端服务器4通过密匙中止所述飞行控制器3与所述无人飞行器1的通信。

在一个实施例中，在飞行过程中，云端服务器4的监控模块7将实时监测飞行的各项数据，包括：飞行高度、航向、航速、能量消耗、GPS位置并对位置区域和航向进行判断，如果接近禁飞区，或超出申请飞行区域；云端服务器4将通过数据通道向无人飞行器1发出告警；如果飞行控制器3未做出反应，无人飞行器1继续违规飞行，云端服务器4将进行强制控制，包括:减速、降低高度、降落或返航等操作。

在一个实施例中，所述装置还可以包括摄像头模块，如机载相机负责采集高清视频和静态图片信息。所述无人飞行器1还可以包括媒体流处理模块，将视频或图片进行高效率压缩编码处理，使得图像或视频内容便于实时在各类无线通信网络中传输，回传至飞行控制器3或云端服务器4。

所述无人飞行器1还可以包括可扩展应用模块，该模块预留作为各类无人飞行器1的应用开发，开源的用户开发界面和软件开发工具SDK让开发人员可以轻松地调用无人飞行器1的应用程序接口，访问摄像头、无线通信功能、数据库和各类传感器原始数据。

参见图4所示的根据本发明一个实施例的使用根据所述的无人飞行器的飞行区域监控装置的监控方法，其包括以下步骤。

第一步骤S1中，所述飞行状态模块2测量所述无人飞行器1的飞行状态信息且发送所述飞行状态信息和所述无人飞行器唯一对应的识别码到所述云端服务器4。

第二步骤S2中，所述无人飞行器1发送预定的路线信息到所述云端服务器4，所述验证模块6验证所接收的所述识别码，当所述识别码验证通过时，所述验证模块6验证所述路线信息。

第三步骤S3中，当所述路线信息验证通过时，所述监控模块7接收所述飞行状态信息且将其与所述路线信息进行比较以监控所述无人飞行器1。

参见图5所示的根据本发明一个实施例的使用根据所述的无人飞行器的飞行区域监控装置的监控方法，其包括以下步骤。

第一步骤S1中，所述飞行状态模块2测量所述无人飞行器1的飞行状态信息且发送所述飞行状态信息和所述无人飞行器唯一对应的识别码到所述云端服务器4。

第二步骤S2中，所述飞行控制器3发送预定的无人飞行器1的路线信息到所述云端服务器4，所述验证模块6验证所接收的所述识别码，当所述识别码验证通过时，所述验证模块6验证所述路线信息。

第三步骤S3中，当所述路线信息验证通过时，所述云端服务器4发送一组密匙到所述无人飞行器1和飞行控制器3，所述飞行控制器3利用所述密匙与所述无人飞行器1通信且根据所述路线信息控制所述无人飞行器1的飞行。

第四步骤S4中，所述监控模块7接收所述飞行状态信息且将其与所述路线信息进行比较以监控所述无人飞行器1。

一个实施例中，在第二步骤S2中，所述验证模块6通过比较所述路线信息与存储在所述存储模块中的飞行区域数据以验证所述路线信息，所述飞行区域数据包括允许飞行的飞行区域、飞行路线和飞行时间。

一个实施例中，进一步包括第五步骤S5，其中，所述监控模块7判断所述无人飞行器1偏离所述路线信息时，所述云端服务器4发出警告。

在本方法中，将与无人飞行器唯一对应的识别码发送给云端服务器4进行识别，通过第二步骤确认无人飞行器1是否为在云端服务器4进行了注册的合法飞行器。经过身份合法性验证之后，本方法的飞行控制器3发送预定的无人飞行器1的路线信息到所述云端服务器4进行验证，确认路线信息是否为可飞行区域，简单情况下可仅仅对GPS信息所代表的经纬度信息进行判断，更为复杂的情况下，还可以结合飞行器上附带的高度计所给出的飞行高度信息来进行判断。如果云端服务器1判断该路线信息为可飞行区域，则返回验证指令，允许飞行器起飞，如果云端服务器1判断该地址为不可飞行区域，则返回验证指令，禁止飞行器起飞，并且给出相关警示信息。在飞行器获得可飞行的验证指令后，飞行器的操控者才能获得飞行器操控权限，操控飞行器正常起飞，飞行状态模块2发送飞行状态信息到云端服务器，监控模块7接收所述飞行状态信息且将其与所述路线信息进行比较以监控所述无人飞行器1。

本方法可以实时地持续地识别无人飞行器是否在该无人飞行器的飞行区域中飞行并且提供相关的飞行区域的地图信息和所述位置信息预定范围内的其他无人飞行器的位置信息以避免相撞，保障了航空的安全性。

尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。

Claims (10)

1.一种无人飞行器的飞行区域监控装置，其包括设在所述无人飞行器(1)上的飞行状态模块(2)和对应至少一个所述无人飞行器(1)的云端服务器(4)，其中，

所述飞行状态模块(2)测量所述无人飞行器(1)的飞行状态信息且发送所述飞行状态信息和所述无人飞行器(1)唯一对应的识别码到所述云端服务器(4)；

所述无人飞行器(1)发送预定的无人飞行器(1)的路线信息到所述云端服务器(4)；

所述云端服务器(4)包括存储模块(5)、验证模块(6)和监控模块(7)，所述存储模块(5)存储识别码数据和飞行区域数据；所述验证模块(6)验证所接收的所述识别码，当所述识别码验证通过时，所述验证模块(6)验证所述路线信息且当所述路线信息验证通过时，所述监控模块(7)接收所述飞行状态信息且将其与所述路线信息进行比较以监控所述无人飞行器(1)。

2.根据权利要求1所述的无人飞行器的飞行区域监控装置，其特征在于：当所述无人飞行器(1)起飞后，所述飞行状态模块(2)实时发送所述飞行状态信息到所述云端服务器(4)。

3.根据权利要求1所述的无人飞行器的飞行区域监控装置，其特征在于：所述飞行状态模块(2)由选自电子罗盘、高度计、GPS单元、加速度计、重力传感器和陀螺仪组成的组中的一个或多个组成。

4.根据权利要求1所述的无人飞行器的飞行区域监控装置，其特征在于：所述监控模块(7)判断所述无人飞行器(1)偏离所述路线信息时，所述云端服务器(4)发出警告。

5.一种无人飞行器的飞行区域监控装置，其包括设在所述无人飞行器(1)上的飞行状态模块(2)、控制所述无人飞行器(1)飞行的飞行控制器(3)和对应至少一组所述无人飞行器(1)及其飞行控制器(3)的云端服务器(4)，其中，

所述飞行状态模块(2)测量所述无人飞行器(1)的飞行状态信息且发送所述飞行状态信息和所述无人飞行器(1)唯一对应的识别码到所述云端服务器(4)；

所述飞行控制器(3)发送预定的无人飞行器(1)的路线信息到所述云端服务器(4)；

所述云端服务器(4)包括存储模块(5)、验证模块(6)和监控模块(7)，所述存储模块(5)存储识别码数据和飞行区域数据；所述验证模块(6)验证所接收的所述识别码，当所述识别码验证通过时，所述验证模块(6)验证所述路线信息且当所述路线信息验证通过时，所述飞行控制器(3)根据所述路线信息控制所述无人飞行器(1)的飞行；所述监控模块(7)接收所述飞行状态信息且将其与所述路线信息进行比较以监控所述无人飞行器(1)。

6.根据权利要求5所述的无人飞行器的飞行区域监控装置，所述云端服务器(4)发送一组密匙到所述无人飞行器(1)和飞行控制器(3)，所述飞行控制器(3)利用所述密匙与所述无人飞行器(1)通信，所述监控模块(7)判断所述无人飞行器偏离所述路线信息时，所述云端服务器(4)通过密匙中止所述飞行控制器(3)与所述无人飞行器(1)的通信。

7.一种使用根据权利要求1－4中任一项所述的无人飞行器的飞行区域监控装置的监控方法，其包括以下步骤：

第一步骤(S1)中，所述飞行状态模块(2)测量所述无人飞行器(1)的飞行状态信息且发送所述飞行状态信息和所述无人飞行器唯一对应的识别码到所述云端服务器(4)；

第二步骤(S2)中，所述无人飞行器(1)发送预定的路线信息到所述云端服务器(4)，所述验证模块(6)验证所接收的所述识别码，当所述识别码验证通过时，所述验证模块(6)验证所述路线信息；

第三步骤(S3)中，当所述路线信息验证通过时，所述监控模块(7)接收所述飞行状态信息且将其与所述路线信息进行比较以监控所述无人飞行器(1)。

8.一种使用根据权利要求5－6中任一项所述的无人飞行器的飞行区域监控装置的监控方法，其包括以下步骤：

第一步骤(S1)中，所述飞行状态模块(2)测量所述无人飞行器(1)的飞行状态信息且发送所述飞行状态信息和所述无人飞行器唯一对应的识别码到所述云端服务器(4)；

第二步骤(S2)中，所述飞行控制器(3)发送预定的无人飞行器(1)的路线信息到所述云端服务器(4)，所述验证模块(6)验证所接收的所述识别码，当所述识别码验证通过时，所述验证模块(6)验证所述路线信息；

第三步骤(S3)中，当所述路线信息验证通过时，所述云端服务器(4)发送一组密匙到所述无人飞行器(1)和飞行控制器(3)，所述飞行控制器(3)利用所述密匙与所述无人飞行器(1)通信且根据所述路线信息控制所述无人飞行器(1)的飞行；

第四步骤(S4)中，所述监控模块(7)接收所述飞行状态信息且将其与所述路线信息进行比较以监控所述无人飞行器(1)。

9.根据权利要求8所述的监控方法，其特征在于：在第二步骤(S2)中，所述验证模块(6)通过比较所述路线信息与存储在所述存储模块中的飞行区域数据以验证所述路线信息，所述飞行区域数据包括允许飞行的飞行区域、飞行路线和飞行时间。

10.一种根据权利要求9所述的监控方法，其特征在于进一步包括第五步骤(S5)，其中，所述监控模块(7)判断所述无人飞行器(1)偏离所述路线信息时，所述云端服务器(4)发出警告。