CN106840107B - 无人机群智能调度监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机群智能调度监测系统，在被监测区域的边缘或内部间隔设置有多个通讯平台，通讯平台设置有能与无人机进行图像信息传输的无线通讯设备，以及能与总服务器进行有线或无线传输的设备；对多个无人机所经过被监测区域的时间点和飞行路线进行协调。充电装置为有线充电装置或无线充电装置，通讯平台为固定式，或者为移动式通讯平台。本发明解决了大量图像信息实时传送问题，从而满足实施监测的目的。解决了无人机必须频繁充电才能保持正常飞行状态的问题。解决了多架次不同时刻各无人机无法有效调度问题，实现了合理分配飞行区域和飞行时间，避免重复监测和漏侧问题。

Description

无人机群智能调度监测系统

技术领域

本发明属于航拍监测管理技术领域，具体涉及一种无人机群智能调度监测系统。

背景技术

随着无人机技术的发展，其应用面越来越广，在民用领域及军用领域均体现出不可或缺的重要性, 尤其航空摄影和监测的应用越来越广泛，采用无人机作为航空摄影工具已成为目前发展的主流。无人机能够应用于航拍、森林防护、灾情勘察等监控应用场合。目前，适合民用的无人机基本都是多螺旋直升式无人机，配备有锂电池、GPS定位模块和飞行驱动模块，以及拍摄设备和存储设备。用户在使用无人机进行航拍等应用时，通常通过无人机对当前环境场景进行拍摄，并将拍摄到的环境图像保存在存储卡，在拍摄完毕后，从存储卡中取出无人机所拍摄到的环境图像，这种方式虽然能够拍摄到所需的环境图像，但是用户需要待无人机全程拍摄完毕后才能从存储卡上获取所需的环境图像，不能及时了解到无人机所拍摄的内容，不能实时对无人机进行监控和操作。由于各类自然灾害和突发事件频发，若不能及时了解事态进展，会严重限制对灾害的救援评估和对突发事件的控制处理，从而造成更为严重的人员伤亡和经济损失。

另一方面，无人机摄像形成的图像信息量非常庞大，在考虑设备成本和设备自重的情况下，现有无人机不能实现远距离传输，安装了无线通讯的无人机也只能在信号强的区域内通过wifi或蓝牙等方式传输数据。导致通讯延迟接收问题，不能实现互动，不能达到实时监测的目的。

再次，现有通过无人机进行无人监控的方式只能针对小范围区域的监控，当面临大范围和超远距离的监控时，无法自动实现多架次的区域和时间配合。而且无法避免盲区和重复监测的情况发生。然而，现有技术中用于实现范围广和无死角的监测方式，多见于提高多螺旋直升式无人机的里程性能，增加起飞架次进行频繁监控和同时监测。实际上，无论螺旋直升式无人机飞行里程如何增加，都有范围限制，最终必须及时返航充电。尤其是面临故障问题必须迫降或返航时，监测效果受到很大影响。因此迫切需要一种范围广、无死角、机动性强、信息同步性高的实时动态监控系统。

发明内容

本发明针对现有无人机管理存在的问题和不足，提出了一种范围广、无死角、机动性强、信息同步性高的无人机全景实时动态监控系统。

为实现上述目的采用如下技术方案：一种无人机群智能调度监测系统，包括无人机和总服务器，其特征是：在被监测区域的边缘或内部间隔设置有n个通讯平台，并对被监测区域等分成p个监测区；所述通讯平台设置有能与无人机进行图像信息传输的无线通讯设备，各通讯平台设置有与总服务器进行有线或无线传输的设备；所述通讯平台设置有无人机起降平台，以及无人机充电装置；所述无人机包括锂电池、GPS定位模块、飞行驱动模块、拍摄设备和无线通讯模块；每个通讯平台至少配备有一个无人机。当无人机靠近某通讯平台时，通过wifi与无人机建立局域网内的图像信息传输，确保快速高效传输数据；通讯平台1能够含有更完善的收发设备，以及通讯平台之间的短距离互相通讯功能，通过无线的方式将大量数据传输给服务器；当进行无线监测任务时，同时启动多个无人机进行监测，对多个无人机所经过被监测区域的时间点和飞行路线进行协调；各无人机与最接近通讯平台的有效距离满足图像信息传输距离要求时，将新存储的图像信息传输至最接近的通讯平台，由该通讯平台通过有线或无线网络将图像信息传输至总服务器，由总服务器对在飞状态的无人机进行监测和分析，或者发出广播。

所述充电装置为有线充电装置或无线充电装置。

所述有线充电装置，在无人机起降平台的中部设置有两个凹槽，凹槽内分别匹配安装有导电插槽，两个导电插槽通过导线与充电器及电源连接；在无人机起降平台的中部还设置有两个平行的导电弹片，两个平行的导电弹片的前端或中部设置有导电触头，当两个导电弹片被压下后，两导电触头分别能插入相应导电插槽内；在无人机起降平台的前边缘固定有柔性挡板，无人机起降平台的两侧设置有发散状的柔性挡板，两侧柔性挡板的最窄段大于或等于无人机两侧宽度；位于各柔性挡板上分别设置有电磁铁，无人机机体的前侧和两侧分别设置有导磁体，各导磁体与相应电磁铁位置对应；无人机的前侧底部分别设置有两个导电触片，两导电触片的宽度与所述两导电弹片宽度一致；所述电磁铁与控制器输出端连接，无线通讯设备的信号输出端与控制器信号输入端连接。所述无人机起降平台的前端和后端分别设置有前端信号发射器A和后端信号发射器B，所述无人机的机体前端和后端分别设置有前端信号接收器A’和后端信号接收器B’。

所述无线充电装置，在无人机起降平台的内部设置有内腔，内腔中安装有充电发射线圈，所述充电发射线圈通过继电器常开端与市电连接；在无人机底部的平行杆支架上卡装有底座，在底座内部设置有充电接收线圈，充电接收线圈的输出端依次连接整流电路和稳压电路后与无人机内的蓄电池充电器连接；同时，在无人机起降平台的内腔中设置有电磁铁圈，并在所述底座内部设置有磁铁装置；所述电磁铁圈与控制器输出端连接，无线通讯设备的信号输出端与控制器信号输入端连接，继电器的线圈控制端与控制器输出端连接。每当返航的无人机在附近区域时候，通过无人机本身的GPS坐标判断距离平台的位置，当所在的位置在设定的范围内时，平台会通过磁感线圈通电，把无人机吸引下来，无人机底部平行杆支架上的底座会吸附在平台表面的任意位置，由充电线圈进行充电，充电完成后停止供电，引力随之消失。位于无人机底部的平行杆支架上的底座设置有卡槽，卡槽上部设置有扣件，扣件的一端铰接在卡槽一侧壁，扣件的另一端通过锁紧件连接于卡槽另一侧壁。

所述通讯平台为固定式，或者为移动式通讯平台。所述移动式通讯平台包括含驱动力的车体和轨道，车体底部的轨道轮匹配安装于轨道上；所述车体内设置有无线通讯设备和GPS定位模块以及电源模块；无线通讯设备用于对服务器建立长距离通讯和对无人机建立短距离通讯；所述车体的侧面设置有无人机升降平台。所述无人机起降平台的前端和后端分别设置有前端信号发射器A和后端信号发射器B，所述无人机的机体前端和后端分别设置有前端信号接收器A’和后端信号接收器B’。前端信号发射器A作为前端引导信号源，后端信号发射器B作为后端引导信号源。

有益效果：本发明解决了无人机监控最主要的三个问题：一是解决了大量图像信息实时传送问题，从而满足实施监测的目的。二是解决了无人机必须频繁充电才能保持正常飞行状态的问题。三是解决了多架次不同时刻各无人机无法有效调度问题，实现了合理分配飞行区域和飞行时间，避免重复监测和漏侧问题。

本发明具有图像信息实时传输功能，各无人机与最接近通讯平台的有效距离满足图像信息传输距离要求时，将新存储的图像信息传输至最接近的通讯平台。从而各无人机能够以最快的速度将大量图像信息转移给最近的通讯平台，并由该通讯平台及时将信息传递给总服务器。无需降落无需返航就能进行图像信息传输。

本发明适合大范围监测的功能，各通讯平台统一调度相互配合，无人机不断起落于各调度平台，不断更换和续航的无人机能实现不间断监测任务，实现远距离连续监测的特点。

本发明能够对各无人机补充电能，交替飞行从而实现连续监测。实现电能及时补充。

附图说明

图1是本发明的通讯平台航线路径示意图之一；

图2是本发明的通讯平台航线路径示意图之二；

图3是含有有线充电装置的无人机起降平台；

图4是图3的A-A剖面结构示意图；

图5是图3的电路连接框图；

图6是含有无线充电功能的无人机起降平台示意图；

图7是固定于无人机底部支架上的底座侧面结构示意图；

图8是图7的俯视示意图；

图9是本图6和图7中采用的电路连接框图；

图10是移动式通讯平台的结构示意图。

图中标号，1为通讯平台，2为被监测区域，3为无人机飞行线路，4为被分割的监测区，5为无人机起降平台，6为导电弹片，7为导电触头，8为凹槽，9为导电插槽，10为前边缘柔性挡板，11为两侧柔性挡板，12为电磁铁，13为插座，14为插头，20为前端引导信号源，21为后端引导信号源，22为移动式通讯平台的车体，23为轨道，30为卡槽，31为底座，32为扣件，33为充电接收线圈，34为磁铁装置，35为销轴，36为无人机底部的平行支架，37为无人机起降平台，38为充电发射线圈，39为电磁铁圈。

具体实施方式

实施例1：一种无人机群智能调度监测系统，参见图1或图2，图1是在被监测区域的边缘设置有多个通讯平台1，图2是将被检测区域2分成p个监测区。通讯平台1设置有能与无人机进行图像信息传输的无线通讯设备，由于无人机通过高清摄像机不断记录和存储大量数据，不易通过无线网络传输（无线网络传输不仅信号稳定性差，而且需要流量很大，成本很高）。当无人机靠近某通讯平台1时，可通过wifi与无人机建立局域网内的图像信息传输，确保快速高效传输数据。无人机采用多螺旋无人机，能够控制飞行速度并能滞留空中，无人机在经过通讯平台1的有效距离范围，适当降低飞行速度等待数据传输完成后再快速通过。相邻通讯平台1之间距离合适的话，无人机基本可实现实时传输，将携带的监测数据同步到最近的通讯平台1。

通讯平台1能与总服务器进行有线或无线传输的设备，通讯平台1能够含有更完善的收发设备，以及通讯平台1之间的短距离互相通讯功能，可以通过无线的方式将大量数据传输给服务器。

通讯平台1设置有无人机起降平台5，以及无人机充电装置。无人机包括锂电池、GPS定位模块、飞行驱动模块、拍摄设备和无线通讯模块。每个通讯平台1至少配备有一个无人机。

当进行无线监测任务时，同时启动多个无人机进行监测，对多个无人机所经过被监测区域的时间点和飞行路线进行协调。

各无人机与最接近通讯平台1的有效距离满足图像信息传输距离要求时，将新存储的图像信息传输至最接近的通讯平台1，由该通讯平台1通过有线或无线网络将图像信息传输至总服务器，由总服务器对在飞状态的无人机进行监测和分析，或者发出广播。

各无人机电量低至安全飞行电量范围时，就近选择合适的通讯平台1进行充电，并由该通讯平台1派出足电量的无人机代替充电无人机继续监测。

本实施采用有线充电装置，参见图3和图4，在无人机起降平台5的中部设置有两个凹槽8，凹槽8内分别匹配安装有导电插槽9，两个导电插槽9通过导线与充电器及电源连接；在无人机起降平台5的中部还设置有两个平行的导电弹片6，两个平行的导电弹片6的前端或中部设置有导电触头7，当两个导电弹片6被压下后，两导电触头7分别能插入相应导电插槽9内；在无人机起降平台5的前边缘固定有柔性挡板，无人机起降平台5的两侧设置有发散状的柔性挡板，两侧柔性挡板的最窄段大于或等于无人机两侧宽度；位于各柔性挡板上分别设置有电磁铁12，无人机机体的前侧和两侧分别设置有导磁体，各导磁体与相应电磁铁12位置对应；无人机的前侧底部分别设置有两个导电触片，两导电触片的宽度与所述两导电弹片6宽度一致。

参见图5，电磁铁12与控制器输出端连接，无线通讯设备的信号输出端与控制器信号输入端连接；当无人机发出降落信号且靠近无人机起降平台5时，通过控制器控制电磁铁12通电，对无人机进行定位，使无人机的两导电触片与无人机起降平台5的两导电弹片6贴合充电，当充电结束后停止充电，需要无人机执行起飞任务时，通过控制器控制电磁铁12断电，启动无人机起飞。所述无人机起降平台5的前端和后端分别设置有前端信号发射器A和后端信号发射器B，所述无人机的机体前端和后端分别设置有前端信号接收器A’和后端信号接收器B’。前端信号发射器A作为前端引导信号源，后端信号发射器B作为后端引导信号源。前端信号发射器A和信号发射器B的信号不同用于区分前后位。

实施例2：另一种无人机群智能调度监测系统，在实施例1基础上，将有线充电装置修改为无线充电装置，参见图6，在无人机起降平台7的内部设置有内腔，内腔中安装有充电发射线圈38，充电发射线圈38通过继电器常开端与市电连接，继电器的线圈是否通电要受控制器控制。

参见图7和图8，在无人机底部的平行杆支架上卡装有底座31，在底座31内部设置有充电接收线圈33。位于无人机底部的平行杆支架36上的底座31设置有卡槽30，卡槽30上部设置有扣件32，扣件32的一端通过销轴35铰接在卡槽30一侧壁，扣件32的另一端通过锁紧件连接于卡槽30另一侧壁。

参见图9，位于底座31内部的充电接收线圈33的输出端依次连接整流电路和稳压电路后与无人机内的蓄电池充电器连接。

另外，在无人机起降平台37的内腔中设置有电磁铁圈39，并在所述底座1内部设置有磁铁装置34。为了确保无人机支架上的底座落在充电发射线圈88的正上方，可以将底座1的长度L≥电磁铁圈直径D。

电磁铁圈39与控制器输出端连接，无线通讯设备的信号输出端与控制器信号输入端连接，继电器的线圈控制端与控制器输出端连接。

每当返航的无人机在附近区域时候，通过无人机本身的GPS坐标判断距离平台的位置，当所在的位置在设定的范围内时，平台会通过磁感线圈通电，把无人机吸引下来，无人机底部平行杆支架上的底座31会吸附在平台表面的任意位置，由充电线圈进行充电，充电完成后停止供电，引力随之消失。

实施例3：又一种无人机群智能调度监测系统，在实施例1或是实施例2的基础上做出改进，与实施例1或实施例2不同的是，实施例1或实施例2采用了通讯平台为固定式，本实施例采用了移动式通讯平台。

参见图8所示，移动式通讯平台包括含驱动力的车体和轨道23，移动式通讯平台的车体22底部的轨道轮匹配安装于轨道23上；所述车体内设置有无线通讯设备和GPS定位模块以及电源模块；无线通讯设备用于对服务器建立长距离通讯和对无人机建立短距离通讯；所述车体的侧面设置有无人机升降平台。所述无人机起降平台的前端和后端分别设置有前端信号发射器A和后端信号发射器B，所述无人机的机体前端和后端分别设置有前端信号接收器A’和后端信号接收器B’。

Claims (6)

1.一种无人机群智能调度监测系统，包括无人机和总服务器，其特征是：在被监测区域的边缘和内部间隔设置有n个通讯平台，并对被监测区域等分成p个监测区；所述通讯平台设置有能与无人机进行图像信息传输的无线通讯设备，各通讯平台设置有与总服务器进行有线或无线传输的设备；所述通讯平台设置有无人机起降平台，以及无人机充电装置；所述无人机包括锂电池、GPS定位模块、飞行驱动模块、拍摄设备和无线通讯模块；每个通讯平台至少配备有一个无人机；当无人机靠近某通讯平台时，通过wifi与无人机建立局域网内的图像信息传输，确保快速高效传输数据；通讯平台能够含有完善的收发设备，以及通讯平台之间的短距离互相通讯功能，通过有线或无线的方式将大量数据传输给总服务器；当进行无线监测任务时，同时启动多个无人机进行监测，对多个无人机所经过被监测区域的时间点和飞行路线进行协调；各无人机与最接近通讯平台的有效距离满足图像信息传输距离要求时，将新存储的图像信息传输至最接近的通讯平台，由该通讯平台通过有线或无线网络将图像信息传输至总服务器，由总服务器对在飞状态的无人机进行监测和分析，或者发出广播；所述通讯平台为固定式，或者为移动式通讯平台；所述移动式通讯平台包括含驱动力的车体和轨道，车体底部的轨道轮匹配安装于轨道上；所述车体内设置有无线通讯设备和GPS定位模块以及电源模块；无线通讯设备用于对总服务器建立长距离通讯和对无人机建立短距离通讯；所述车体的侧面设置有无人机升降平台；各无人机电量低至安全飞行电量范围时，就近选择合适的通讯平台进行充电，并由该通讯平台派出足电量的无人机代替充电无人机继续监测。

2.根据权利要求1所述的无人机群智能调度监测系统，其特征是：所述充电装置为有线充电装置或无线充电装置。

3.根据权利要求2所述的无人机群智能调度监测系统，其特征是：所述有线充电装置，在无人机起降平台的中部设置有两个凹槽，凹槽内分别匹配安装有导电插槽，两个导电插槽通过导线与充电器及电源连接；在无人机起降平台的中部还设置有两个平行的导电弹片，两个平行的导电弹片的前端或中部设置有导电触头，当两个导电弹片被压下后，两导电触头分别能插入相应导电插槽内；在无人机起降平台的前边缘固定有柔性挡板，无人机起降平台的两侧设置有发散状的柔性挡板，两侧柔性挡板的最窄段大于或等于无人机两侧宽度；位于各柔性挡板上分别设置有电磁铁，无人机机体的前侧和两侧分别设置有导磁体，各导磁体与相应电磁铁位置对应；无人机的前侧底部分别设置有两个导电触片，两导电触片的宽度与两导电弹片宽度一致；所述电磁铁与控制器输出端连接，无线通讯设备的信号输出端与控制器信号输入端连接。

4.根据权利要求3所述的无人机群智能调度监测系统，其特征是：所述无人机起降平台的前端和后端分别设置有前端信号发射器A和后端信号发射器B，所述无人机的机体前端和后端分别设置有前端信号接收器A’和后端信号接收器B’。

5.根据权利要求2所述的无人机群智能调度监测系统，其特征是：在无人机起降平台的内部设置有内腔，内腔中安装有充电发射线圈，所述充电发射线圈通过继电器常开端与市电连接；在无人机底部的平行杆支架上卡装有底座，在底座内部设置有充电接收线圈，充电接收线圈的输出端依次连接整流电路和稳压电路后与无人机内的蓄电池充电器连接；同时，在无人机起降平台的内腔中设置有电磁铁圈，并在所述底座内部设置有磁铁装置；所述电磁铁圈与控制器输出端连接，无线通讯设备的信号输出端与控制器信号输入端连接，继电器的线圈控制端与控制器输出端连接。

6.根据权利要求5所述的无人机群智能调度监测系统，其特征是位于无人机底部的平行杆支架上的底座设置有卡槽，卡槽上部设置有扣件，扣件的一端铰接在卡槽一侧壁，扣件的另一端通过锁紧件连接于卡槽另一侧壁。

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