CN106501829A

CN106501829A - 一种无人机导航方法和装置

Info

Publication number: CN106501829A
Application number: CN201610851463.8A
Authority: CN
Inventors: 汪方
Original assignee: Beijing Baidu Netcom Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Baidu Netcom Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2016-09-26
Filing date: 2016-09-26
Publication date: 2017-03-15

Abstract

本发明实施例公开了一种无人机导航方法和装置。其中方法包括依据三维地图模型确定无人机的飞行轨迹；通过所述无人机的飞行控制系统控制所述无人机沿所述飞行轨迹飞行。本发明实施例解决了无人机在复杂环境下飞行安全性低，导航受限的问题，提高了无人机的飞行安全性和环境适应性。

Description

一种无人机导航方法和装置

技术领域

本发明实施例涉及无人机技术，尤其涉及一种无人机导航方法和装置。

背景技术

随着无人机技术的发展，无人机可应用的场景越来越多，飞行环境也越来越复杂。

现有技术中，无人机在飞行时主要依赖卫星导航或自身集成的视觉识别系统进行飞行控制。无人机在依赖卫星导航进行飞行时，主要是通过用户自定义地理坐标航点，再利用无人机的GPS模块和飞行控制系统控制无人机飞往该指定航点。无人机在通过视觉识别系统进行飞行时，主要是通过无人机自身搭载的摄像头以及激光测距仪等传感设备结合图像识别技术对障碍物进行感知并进行绕飞以实现飞行控制。

上述方案中，在利用卫星导航时并未考虑建筑物较多时飞行环境较复杂的情形，因此无法保证无人机的飞行安全，而利用视觉识别系统进行飞行控制时，由于视觉识别系统的局限性(如：需要丰富的地面纹理特征、充足的光照条件和能见度等)导致识别距离较短以致无人机无法及时进行障碍物躲避而存在飞行隐患。

发明内容

本发明提供一种无人机导航方法和装置，使得无人机在复杂环境下飞行的安全性大幅增加，在执行飞行任务时，飞行效率也显著提高。

第一方面，本发明实施例提供了一种无人机导航方法，该方法包括：

依据三维地图模型确定无人机的飞行轨迹；

通过所述无人机的飞行控制系统控制所述无人机沿所述飞行轨迹飞行。

第二方面，本发明实施例还提供了一种无人机导航装置，该装置包括：

飞行轨迹确定模块,用于依据三维地图模型确定无人机的飞行轨迹；

飞行轨迹控制模块,用于通过所述无人机的飞行控制系统控制所述无人机沿所述飞行轨迹飞行。

本发明实施例根据三维地图模块确定飞行轨迹，通过无人机的飞行控制系统控制无人机根据飞行轨迹飞行，解决了无人机在复杂环境下飞行安全性低，导航受限的问题，提高了无人机的飞行安全性和环境适应性。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种无人机导航方法的流程图；

图2是本发明实施例二提供的一种无人机导航方法的流程图；

图3是本发明实施例二提供的一种无人机飞行轨迹的示意图；

图4是本发明实施例三提供的一种无人机导航方法的流程图；

图5是本发明实施例四提供的一种无人机导航方法的流程图；

图6是本发明实施例五提供的一种无人机导航装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种无人机导航方法的流程图，本实施例可适用于在复杂环境下，对无人机进行飞行导航的情况，该方法可以由本发明实施例提供的无人机导航装置来执行，该装置可以采用软件和/或硬件的方式来实现，该装置可集成于无人机中，具体包括如下步骤：

S110、依据三维地图模型确定无人机的飞行轨迹。

其中，三维地图模型指的是按照比例以三维立体形式直接或间接表示现实世界或其中一部分的立体形态或各种地理现象，在本实施例中三维地图模型为无人机飞行区域的地图模型，例如可以是任意城市或其中一部分的三维地图模型，其中包括建筑、街道或者树木等的立体图形。三维地图模型可以从三维电子地图数据库中得到，也可以根据拍摄获取的现实地理信息为基础，经过虚拟处理得到。

无人机的飞行轨迹指的是无人机从起始点到目的地的飞行过程中的飞行路径，包括无人机飞行的路线以及各时刻的飞行高度等。

示例性的，当无人机的起始点为A，目的地为B时，建立A点到B点范围内的三维地图模型，根据该三维地图模型确定无人机的飞行轨迹。本实施例中，确定无人机的飞行轨迹能够在一定程度上避免无人机飞行过程中的突发情况，提高飞行效率。

S120、通过所述无人机的飞行控制系统控制所述无人机沿所述飞行轨迹飞行。

其中，飞行控制系统(flight control system)是在无人机在飞行过程中，对无人机的构形、飞行姿态和运动参数实施控制的系统。示例性的，根据已确定的飞行轨迹，飞行控制系统本身发出控制指令，控制无人机的沿着飞行轨迹飞行，例如可以包括无人机的俯仰、滚转、偏航控制或者增升和阻升控制等。当无人机到达目的地时，飞行控制系统可以控制无人机自动降落。飞行控制系统定位精度高，在无人机飞行过程中能够更加精确的对机体进行定位。

本实施例中无人机根据确定的飞行轨迹飞行，区别于无人机根据GPS导航与无人机视觉导航飞行，能够保证无人机在空中的飞行安全。

本实施例的技术方案，根据三维地图模块确定飞行轨迹，通过无人机的飞行控制系统控制无人机根据飞行轨迹飞行，解决了无人机在复杂环境下飞行安全性低，导航受限的问题，提高了无人机的飞行安全性和环境适应性。

实施例二

图2为本发明实施例二提供的无人机导航方法的流程图，本实施例在上述各实施例的基础上，优选是将依据三维地图模型确定无人机的飞行轨迹进一步优化为依据三维地图模型以及最短路径算法确定无人机的飞行轨迹。相应的，该方法具体包括：

S210、依据三维地图模型以及最短路径算法确定无人机的飞行轨迹。

其中，在三维地图模型中，无人机的起始点与目的地之间满足通路的飞行轨迹有多个时，可通过计算确定无人机的最短飞行轨迹。该最短飞行轨迹可根据三维地图模型，通过最短路径算法得到。其中，最短路径算法指的是计算起始点到其他节点的最短路径的算法，最短路径算法的原理为以起始点为中心向外层进行层扩展，直到扩到终点为止。示例性的，最短路径算法可以为Dijkstra算法、SPFA算法、Bellman-Ford算法、Floyd-Warshall算法或者johnson算法等。

示例性的，图3为无人机飞行轨迹示意图，包括无人机飞行区域的地图模型和无人机的飞行轨迹。其中，地图模型包括多个建筑物340，和建筑物340之间的空隙；无人机从起始点到目的地的飞行轨迹至少包括飞行轨迹310、320和330。根据最短路径算法，飞行轨迹310和330为起始点到终点的最短路径，可以将飞行轨迹310或者330确定为无人机的最短飞行轨迹。

S220、通过所述无人机的飞行控制系统控制所述无人机沿所述飞行轨迹飞行。

本实施例中，无人机的飞行控制系统根据确定的最短飞行轨迹，控制无人机沿着飞行轨迹301或者330飞行，飞行时长最短。

本实施例的技术方案，通过在三维地图模型中根据最短路径算法确定无人机在飞行区域内的最短飞行轨迹，飞行控制系统控制无人机沿着最短飞行轨迹飞行，避免了无人机的飞行时长过长，达到了缩短飞行时间，提高飞行效率的效果。

实施例三

图4所示为本发明实施例三提供的无人机导航方法的流程图，本实施例在上述各实施例的基础上，优选是在在依据三维地图模型以及最短路径算法确定无人机的飞行轨迹之前，进一步增加了获取指定地图区域中的建筑物的位置信息及高度信息，确定包含所述建筑物的位置信息及高度信息的三维地图模型。相应的，该方法具体包括：

S410、获取指定地图区域中的建筑物的位置信息及高度信息，确定包含所述建筑物的位置信息及高度信息的三维地图模型。

其中，指定地图区域指的是无人机的飞行区域；建筑物的位置信息指的是指定地图区域内的建筑物的位置坐标或者在指定地图区域内的相对位置；建筑物的高度信息指的是建筑物的最高点相对于地面或者水平面的距离，示例性的，建筑物的数据信息可从三维电子地图数据库中得到，也可以通过不同角度的拍摄和测量得到，其中建筑物的数据信息还可以包括占地面积。根据指定地图区域中的建筑物的数据信息可建立该区域的三维地图模型。

根据建筑物的位置与高度的数据信息确定无人机飞行区域的三维地图模型，可按比例展现该区域的现实地形，直观清晰的展现各建筑物间的空隙与通路，为规划无人机飞行轨迹提供基础。

S420、依据三维地图模型以及最短路径算法确定无人机的飞行轨迹。

本实施例中，当在三维地图模型中，无人机的起始点与目的地之间满足通路的飞行轨迹有多个时，可通过计算确定无人机的最优飞行轨迹，示例性的，无人机的最优飞行轨迹可以是满足飞行路径短、安全系数高、碰撞体积等至少一项要求。

可选的，步骤S420也可以为：

依据三维地图模型、最短路径算法以及无人机的参数信息确定所述无人机的飞行轨迹，所述参数信息包括所述无人机的碰撞体积和飞行时长。

其中，碰撞体积指的是两个物体不能相互穿过的部分；飞行时长指的是无人机能够飞行的最长时间飞行时长主要有无人机的动力源决定，示例性的，可以是无人机的电池、汽油或柴油等动力源能够支持无人机飞行的最长时间。

本实施例中，参见图3，无人机在该飞行区域内的飞行轨迹至少包括飞行轨迹310、320和330。根据最短路径算法，飞行轨迹310和330为起始点到终点的最短路径；考虑无人机的碰撞体积等参数信息，确定无人机在该区域的最优飞行轨迹，例如可以是飞行轨迹310。

无人机按照根据最短路径算法和参数信息确定的最优飞行轨迹飞行，能够保障无人机在飞行时长内完成飞行任务，并提高无人机在飞行过程中的安全系数。

S430、通过所述无人机的飞行控制系统控制所述无人机沿所述飞行轨迹飞行。

本实施例的技术方案，根据无人机飞行区域的建筑物数据信息建立该区域的三维地图模型，在该三维地图模型的基础上，根据最短路径算法和参数信息确定的最优飞行轨迹，保障无人机在飞行时长内完成飞行任务，并提高无人机在飞行过程中的安全系数。

实施例四

图5本发明实施例四提供的无人机导航方法的流程图，本实施例在上述各实施例的基础上，优选是将通过所述无人机的飞行控制系统控制所述无人机沿所述飞行轨迹飞行进一步优化为依据所述飞行轨迹的起始点对应的GPS坐标以及所述飞行轨迹距离所述起始点的相对位置确定和所述飞行轨迹对应的GPS坐标路径；通过所述无人机的飞行控制系统控制所述无人机沿所述GPS坐标路径飞行。相应的，该方法具体包括：

S510、依据三维地图模型确定无人机的飞行轨迹。

S520、依据所述飞行轨迹的起始点对应的GPS坐标以及所述飞行轨迹距离所述起始点的相对位置确定和所述飞行轨迹对应的GPS坐标路径。

其中，GPS坐标指的是在GPS定位系统中的一种位置坐标显示方式，由经度和纬度组成，一个坐标信息可以唯一确定地球上的一个点的位置。

在本实施例中，由于三维地图模型是按照比例显示现实的地形，无人机无法直接获取飞行过程中的路径坐标。将三维地图模型与GPS定位导航结合，把飞行轨迹中的各个点的位置转换为GPS坐标，使得无人机直接获取飞行过程中的路径坐标，提高定位精度。

S530、通过所述无人机的飞行控制系统控制所述无人机沿所述GPS坐标路径飞行。

本实施例中，无人机的飞行控制系统获取与飞行轨迹对应的GPS坐标路径，控制无人机沿着该GPS坐标路径飞行，提高了无人机飞行过程中的定位精度。

可选的，该方法还包括：

通过组合导航设备依据所述无人机在飞行过程中的实际GPS坐标进行实时校准，以使所述无人机沿所述GPS坐标路径精确飞行。

本实施例中，为了避免无人机的偏航情况出现，可在无人机的飞行过程中对无人机的航向进行实时校准，具体的，高精度组合导航系统可实现推测定位，为无人机飞行控制系统提供实时校准，提高无人机在复杂环境下的定位精度。

其中，组合导航指的是用GPS导航、无线电导航、天文导航等系统中的一个或几个与惯性导航组合在一起，形成的综合导航系统。单一的导航系统具有其独特的功能优势和局限性，组合导航系统将几种不同的导航系统组合在一起，利用多种信息源并集中控制，相互补充，导航的精度更高。组合导航一般以惯性导航系统为主，惯性导航系统能够提供比较多的导航参数，例如全姿态信息参数，示例性的，惯性导航系统能够不仅能够提供无人机的定位信息，还能够提供无人机在飞行过程中的航姿航向信息，包括俯仰、滚转或摇摆等信息。

可选的，该方法还包括：

通过所述无人机的视觉识别系统识别在所述GPS坐标路径上是否存在障碍物，若存在，则通过所述无人机的飞行控制系统控制所述无人机躲避所述障碍物。

本实施例中，由于三维电子地图数据库等的数据更新具有一定的时间效应，建立的三维地图模型与现实地理情况可能存在一定的差异。示例性的，临时在建筑物添加的广告牌、展示牌或临时搭建的建筑物等不能体现在三维地图模型中。若在无人机的飞行轨迹中出现此类障碍物会阻碍无人机的飞行或导致飞行任务失败，因此需要在飞行过程中实时的检测，避免障碍物影响无人机的飞行。

其中，视觉识别系统指的是通过图像输入设备获取无人机在飞行过程中的前方图像，识别并检测图像中出现的障碍物，来提醒无人机进行躲避。示例性的，图像输入设备可以是机载相机或CCD(Charge-coupled Device,电荷耦合原件)摄像头，检测障碍物可通过超声波传感器实现。

本实施例中，视觉识别系统能够检测无人机前方15米范围内的障碍物，当无人机沿着GPS坐标路径飞行时，能够躲避视觉识别系统检测到的障碍物，保证了无人机的飞行安全。

本实施例的技术方案，通过将三维地图模型中的飞行轨迹转换为GPS坐标路径，使得飞行控制系统直接获取飞行的路径的GPS坐标，提高了无人机飞行过程中的定位精度。

实施例五

图6为本发明实施例五提供的无人机导航装置的结构示意图，该装置适用于执行本发明实施例提供的无人机导航方法，该装置具体包括：

飞行轨迹确定模块610,用于依据三维地图模型确定无人机的飞行轨迹；

飞行轨迹控制模块620,用于通过所述无人机的飞行控制系统控制所述无人

机沿所述飞行轨迹飞行。

可选的，飞行轨迹确定模块610包括：

飞行轨迹确定单元612,用于依据三维地图模型以及最短路径算法确定无人机的飞行轨迹。

可选的，飞行轨迹确定模块610还包括：

三维地图模型获取单元611,用于在依据三维地图模型以及最短路径算法确定无人机的飞行轨迹之前，获取指定地图区域中的建筑物的位置信息及高度信息，确定包含所述建筑物的位置信息及高度信息的三维地图模型。

可选的，飞行轨迹确定单元612具体用于:

可选的，飞行轨迹控制模块620包括:

飞行轨迹坐标路径确定单元621,用于依据所述飞行轨迹的起始点对应的GPS坐标以及所述飞行轨迹距离所述起始点的相对位置确定和所述飞行轨迹对应的GPS坐标路径；

飞行轨迹控制单元622,用于通过所述无人机的飞行控制系统控制所述无人机沿所述GPS坐标路径飞行。

可选的，飞行轨迹控制模块620还包括：

坐标校准单元623,用于在通过所述无人机的飞行控制系统控制所述无人机沿所述GPS坐标路径飞行时,通过组合导航设备依据所述无人机在飞行过程中的实际GPS坐标进行实时校准，以使所述无人机沿所述GPS坐标路径精确飞行。

可选的，飞行轨迹控制模块620还包括：

障碍物识别单元624,用于在通过所述无人机的飞行控制系统控制所述无人机沿所述GPS坐标路径飞行时,通过所述无人机的视觉识别系统识别在所述GPS坐标路径上是否存在障碍物，若存在，则通过所述无人机的飞行控制系统控制所述无人机躲避所述障碍物。

本发明实施例提供的无人机导航装置可执行本发明任意实施例所提供的无人机导航方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims

1.一种无人机导航方法，其特征在于，包括：

依据三维地图模型确定无人机的飞行轨迹；

通过无人机的飞行控制系统控制无人机沿所述飞行轨迹飞行。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，依据三维地图模型确定无人机的飞行轨迹包括：

依据三维地图模型以及最短路径算法确定无人机的飞行轨迹。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在依据三维地图模型以及最短路径算法确定无人机的飞行轨迹之前，还包括：

获取指定地图区域中的建筑物的位置信息及高度信息，确定包含所述建筑物的位置信息及高度信息的三维地图模型。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，依据三维地图模型以及最短路径算法确定无人机的飞行轨迹包括：

5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，通过无人机的飞行控制系统控制无人机沿所述飞行轨迹飞行包括：

依据所述飞行轨迹的起始点对应的GPS坐标以及所述飞行轨迹距离所述起始点的相对位置确定和所述飞行轨迹对应的GPS坐标路径；

通过无人机的飞行控制系统控制无人机沿所述GPS坐标路径飞行。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过无人机的视觉识别系统识别在所述GPS坐标路径上是否存在障碍物，若存在，则通过所述无人机的飞行控制系统控制所述无人机躲避所述障碍物。

8.一种无人机导航装置，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述飞行轨迹确定模块包括：

飞行轨迹确定单元,用于依据三维地图模型以及最短路径算法确定无人机的飞行轨迹。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述飞行轨迹确定模块还包括：

三维地图模型获取单元，用于在依据三维地图模型以及最短路径算法确定无人机的飞行轨迹之前，获取指定地图区域中的建筑物的位置信息及高度信息，确定包含所述建筑物的位置信息及高度信息的三维地图模型。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述飞行轨迹确定单元具体用于：

12.根据权利要求8或11所述的装置，其特征在于，所述飞行轨迹控制模块包括:

飞行轨迹坐标路径确定单元,用于依据所述飞行轨迹的起始点对应的GPS坐标以及所述飞行轨迹距离所述起始点的相对位置确定和所述飞行轨迹对应的GPS坐标路径；

飞行轨迹控制单元，用于通过所述无人机的飞行控制系统控制所述无人机沿所述GPS坐标路径飞行。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述飞行轨迹控制模块还包括：

坐标校准单元，用于在通过所述无人机的飞行控制系统控制所述无人机沿所述GPS坐标路径飞行时，通过组合导航设备依据所述无人机在飞行过程中的实际GPS坐标进行实时校准，以使所述无人机沿所述GPS坐标路径精确飞行。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述飞行轨迹控制模块还包括：

障碍物识别单元，用于在通过所述无人机的飞行控制系统控制所述无人机沿所述GPS坐标路径飞行时，通过所述无人机的视觉识别系统识别在所述GPS坐标路径上是否存在障碍物，若存在，则通过所述无人机的飞行控制系统控制所述无人机躲避所述障碍物。