CN107045804A - 无人机的实时分配和管控系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的无人机的实时分配和管控系统包括无人机和多个导航台，所述的无人机带有带有第一通信单元以及第一判断单元；以及所述的导航台以网格状按照适宜的间隔设在预定的开放空域的地面，当多架所述的无人机在预定的开放空域飞行时，使所述的导航台和所述的无人机通信，以获取无人机的准确位置信息，并根据当前空域区域每一航路的无人机数量，管控在开放空域飞行的多架无人机的具体航线。本发明还公开基于该系统的导航方法。本发明的系统和方法都不采用传统的GPS定位和各种地图，避免了现有技术中定位偏差，从而保证了飞行的精确度的控制，能够实现在开放空域内对多架无人机进行航线规划，能提高空域利用率，可广泛应用于物流运输等行业中。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种无人机的实时分配和管控系统及其方法，具体而言，本发明涉及一种为无人机进行航路分配和飞行管控的系统及其管制方法。利用本发明能够为多架无人机安排航线，以实现对多架无人机飞行的有效和即时的管控，实现为无人机规划飞行路线，并根据航路各段的无人机运行情况，为每架无人机调整飞行计划，以有效利用空域，以提高无人机的使用效益和安全性。
【背景技术】
现有多轴飞行器或者直升机的技术已经比较成熟，但是，目前对多架无人机在同一空域飞行依然没有较为有效的实时分配和管控系统及其方法。
现有技术中已经有基于多架无人机的导航机任务协同方法，例如申请号为CN201210122059.9的中国发明专利提出了一种基于语义文本传输的无人机集群可视导航任务协同方法和系统，该方法包括：确定无人机集群中无人机数目并建立面向任务的可视导航；确定每架无人机的任务分工；每架无人机通过其机载的视觉传感设备获得可视导航信息和/或通过通信从其它无人机或设备获得可视导航所需的视频图像信息，并在其机载的图像理解设备中进行融合处理生成语义文本文件；发送方无人机将语义文本文件压缩并发送给接收方无人机；以及接收方无人机根据接收到的压缩后信息，融合自身获得的信息，生成所需的可视导航飞行控制指令。但是该发明无法实现对多架无人机安排航行计划，也不能根据航路状况实施调整每架无人机的飞行姿态。
基于此，迫切需要一种利用导航台和设于无人机上的通信模块以实现对无人机进行及时的导航和航线规划，以提高无人机运行安全性的导航规划系统及管制方法。
【发明内容】
本发明的目的在于解决上述的技术问题，提供一种创新的无人机的实时分配和管控系统和管制方法，利用导航台和设于无人机上的通信模块以实现对无人机飞行的即时管控，以实现为无人机进行航路规划，并控制无人机绕过拥堵航段，从而提高空域的利用率。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
无人机的实时分配和管控系统，所述的系统包括无人机和多个导航台，其中：
所述的无人机带有第一通信单元；
所述的导航台根据预定的航线，以网格状间隔地设在所述航线经过的空域内，当多架所述的无人机在预定的航线飞行时，使所述的导航台和所述的无人机的第一通信单元通信，以获取无人机的准确位置信息；
所述的导航台根据当前空域内的不同航线上的无人机的密度和当前无人机的准确位置信息，确定在当前空域飞行的多架无人机的实时航线，以保证无人机的安全飞行。
根据本发明的无人机的实时分配和管控系统，所述的无人机上还包括第一判断单元，该第一判断单元和所述的第一通信单元通信，并用以获取并计算出无人机当前的准确位置信息以及航速，并控制当前无人机的飞行状态。
根据本发明的无人机的实时分配和管控系统，所述的第一判断单元中存储有无人机在各种输出指令下相应的飞行速度以及飞行姿态；
所述的第一判断单元将得到的无人机当前的准确位置信息以及航速与其在所述第一判断单元中调取的对无人机的控制指令相比较，以判断当前无人机的飞行姿态是否发生异常。
根据本发明的无人机的实时分配和管控系统，所述的每个导航台包括：
第二通信单元，与所述第一通信单元通信；
第二判断单元，与所述的第二通信单元通信，并将当前的导航台的位置信息发送到所述的第一判断单元，以使所述的第一判断单元计算出无人机当前的准确位置信息；
所述第二判断单元基于预先存储在所述第二判断单元中的基础数据，根据当前空域每一航路的无人机数量，管控在开放空域飞行的多架无人机的具体航线。
根据本发明所述的无人机的实时分配和管控系统，所述的无人机当前的准确位置信息为第一判断单元根据接收到的导航台无线电信号的时间差或者方位角计算得出。
在本发明的无人机的实时分配和管控系统的一个更优的实施例中，所述的导航台包括存储单元，以预先存储基础数据或者从服务器端获取基础数据后再存储在该存储单元中。
本发明的无人机的实时分配和管控方法，所述的方法包括以下步骤：
预先在规划的航路上以网格状间隔地设置多个可以通信的导航台，每个导航台发出的无线电信号包含该导航台的坐标位置，以及唯一的身份识别码；
多个导航台之间形成不同的交错航路，其中所述的每个导航台向多架无人机发送该导航台的位置信息；
无人机接收相应的导航台的位置信息，并根据接收到多个导航台信号的时间差以得到该架无人机当前的准确位置信息，并将该准确的位置信息发送到所述的导航台；
所述导航台接收到无人机的准确位置信息之后，判断该无人机当前所在航路的无人机数量，并根据预先存储在所述导航台中的基础数据，判断当前航路的无人机数量是否饱和，再根据判断结果与相应的导航台通信和发出警报，以实时调整当前无人机的具体航线，实现无人机在预定区域内的安全飞行。
根据本发明的无人机的实时分配和管控方法，所述的方法进一步包括管控开放空域飞行的多架无人机具体航线的方法，该方法包括以下步骤：
根据多个导航台接收到的无人机的位置信息，每个导航台和其它导航台联网通信，以得到当前每一航路的无人机数量；
所述导航台将每一航路的无人机数量和存储的基础数据相比较，以判断在该航路中间段的无人机的数量是否达到饱和，并根据判断结果控制无人机继续飞行或变换航线后继续飞行。
在本发明的一个实施例中，预先在规划的航路上以网格状间隔地设置多个导航台，多个导航台形成的航路以横向和纵向坐标来标示，管控开放空域飞行的多架无人机具体航线的方法结合坐标说明，包括以下步骤：
根据多个导航台接收到的无人机的位置信息，每个导航台和其他导航台联网通信得到当前每一航路的无人机数量；
导航台将每一航路的无人机数量和基础数据做比较，当判断开放空域的横向航路a中间段，即a2至a3(航路a2a3段)之间无人机数量过多时；
导航台发出指令，命令已经处于a1至a2航路的无人机改道，从a2点转向a2b2航路、经过b2b3航路、转至b3a3航路飞行，以绕过无人机数量过多的a2a3航路段。
根据本发明的无人机的实时分配和管控方法，所述的方法进一步包括安排无人机飞行任务计划导航规划方法，该方法包括以下步骤：
使无人机起飞前接收附近的导航台信息，以得到自身的位置信息，并使该无人机向距离其最近的导航台发出起飞请求，其中所述的起飞请求包括该无人机的起飞位置和将要前往的目的地位置；
导航台根据接收到的无人机的位置信息，判断当前每一航路的无人机数量；
当判断该无人机的起飞点至目的地的降落点的途中每一航路的无人机数量都未饱和时，所述导航台为该无人机制定最优的飞行计划，并发出指令允许无人机起飞；
所述的无人机在行过程中，其经过的每一个导航台都根据当前空域的状况不断控制该无人机的飞行，以实现最优的飞行计划。
根据本发明的无人机的实时分配和管控方法，所述的方法进一步包故障处理的方法，其具体为：
无人机上的第一判断装置获取并计算出无人机当前的准确位置信息以及航速，并与其输出的对无人机的控制指令相比较，以判断无人机的飞行姿态是否发生异常，当判断结果为飞行姿态发生异常，且无人机无法继续按计划飞行时；
无人机向导航台发出故障警告；
导航台根据该故障无人机的运行轨迹，判断其飞行区域内可能和其发生碰撞的其它无人机的名单；
导航台为名单中的可能和故障无人机发生碰撞的其它无人机规划出新的飞行计划；
导航台向名单中的可能和故障无人机发生碰撞的其它无人机发出新的飞行计划指令，以避免碰撞。
根据本发明的无人机的实时分配和管控方法，所述的方法进一步包括当多架无人机发生故障、以及为可能和故障无人机发生碰撞的其它无人机规划新的飞行计划有超时的情况下，导航台将向相应的无人机发出急停警报，以通知当前航路段的所有无人机停止前进，以避免碰撞。
本发明的系统和方法利用导航台的物理坐标来实现定位功能，避免了现有技术中的GPS定位和各种地图工具带来的位置偏差，从而保证了飞行的精确度的控制。本发明的系统和方法实现了对空域内各航线上无人机的实时分配和管控，能有效提高预定空域的利用率，避免拥堵和挤塞，可广泛应用于物流运输等行业中。
【附图说明】
以下结合附图对本发明作详细的说明，以更清楚地理解本发明的技术方案，其中：
图1所示为本发明的无人机的实时分配和管控系统的导航台以网格状间隔地设在所述航线经过的空域内的布置示意图；
图2所示为本发明的无人机的实时分配和管控系统的导航台之间形成航路的示意图；
图3所示为本发明的无人机的实时分配和管控系统的导航台的结构框图；
图4所示为本发明的无人机的实时分配和管控系统带有第一通信单元和第一判断单元的无人机的结构框图；以及
图5所示为本发明的无人机的实时分配和管控方法的流程图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例对本发明的无人机导航管制系统和导航管制方法做详细的说明：
如图1所示，本发明的无人机导航管制系统的导航台10以网格状按照适宜的间隔设在所述航线经过的空域内，所述导航台10的间隔，以实际能够通信为佳。如图2所示，多个导航台10之间形成交错的纵向航路1、2、3...4，以及横向航路a、b、c...d，或者也可以是其它类似的航路布置。
如图4所示，在本发明的无人机的实时分配和管控系统中，无人机20带有第一通信单元21，当多架所述的无人机20在预定的航线飞行时，使所述的导航台10和所述的无人机20的第一通信单元通信21，以获取无人机的准确位置信息。
所述的导航台10根据当前空域内的不同航线上的无人机20、21...2N的密度和当前无人机20的准确位置信息，确定在当前空域飞行的多架无人机的实时航线，以保证无人机的安全飞行。
进一步，所述的无人机20上还包括第一判断单元22，该第一判断单元22与所述的第一通信单元21通信，并用以获取并计算出无人机当前的准确位置信息以及航速，并控制当前无人机的飞行状态。
在本发明的无人机的实时分配和管控系统的一个实施例中，所述的第一判断单元22中存储有无人机在各种输出指令下相应的飞行速度以及飞行姿态；所述的第一判断单元22将得到的无人机当前的准确位置信息以及航速与其在所述第一判断单元中22调取的对无人机的控制指令相比较，以判断当前无人机的飞行姿态是否发生异常。如果飞行姿态发生异常，且无人机无法继续按计划飞行时，无人机向导航台发出故障警告，导航台根据该故障无人机的运行轨迹，判断其飞行区域内可能和其发生碰撞的其它无人机的名单，导航台为名单中的可能和故障无人机发生碰撞的其它无人机规划出新的飞行计划，导航台向名单中的可能和故障无人机发生碰撞的其它无人机发出新的飞行计划指令，以避免碰撞；如果飞行姿态发生没有异常，则无人机继续执行当前飞行计划。
如图3所示，所述的每个导航台10包括：第二通信单元11，与所述第一通信单元通信21；第二判断单元13，与所述的第二通信单元22通信，并将当前的导航台的位置信息发送到所述的第一判断单元22，以使所述的第一判断单元22计算出无人机当前的准确位置信息；所述第二判断单元13基于预先存储在所述第二判断单元中的基础数据，根据当前空域每一航路的无人机数量，管控在开放空域飞行的多架无人机的具体航线。
在本发明的一个实施例中，所述的无人机20当前的准确位置信息为第一判断单元21根据接收到的多个导航台10的无线电信号的时间差或者方位角计算得出。
如图3所示，在本发明的一个实施例中，所述的导航台10包括存储单元12，以预先存储基础数据或者从服务器端获取基础数据后再存储在该存储单元12中。
如图5所示，本发明的无人机的实时分配和管控方法，包括以下步骤：
S11，预先在规划的航路上以网格状间隔地设置多个可以通信的导航台，每个导航台发出的无线电信号包含该导航台的坐标位置，以及唯一的身份识别码；
S12，多个导航台之间形成不同的交错航路，其中所述的每个导航台向多架无人机发送该导航台的位置信息；
S13，无人机接收相应的导航台的位置信息，并根据接收到多个导航台信号的时间差以得到该架无人机当前的准确位置信息，并将该准确的位置信息发送到所述的导航台；
S14，所述导航台接收到无人机的准确位置信息之后，急停判断该无人机当前所在航路的无人机数量，并根据预先存储在所述导航台中的基础数据，判断当前航路的无人机数量是否饱和，再根据判断结果与相应的导航台通信和发出警报，以实时调整当前无人机的具体航线，实现无人机在预定区域内的安全飞行。
根据本发明的无人机的实时分配和管控方法，所述的方法进一步包括管控开放空域飞行的多架无人机具体航线的方法，该方法包括以下步骤：
根据多个导航台接收到的无人机的位置信息，每个导航台和其它导航台联网通信，以得到当前每一航路的无人机数量；
所述导航台将每一航路的无人机数量和存储的基础数据相比较，以判断在该航路中间段的无人机的数量是否达到饱和，并根据判断结果控制无人机继续飞行或变换航线后继续飞行。例如，当判断结果为未饱和时，则指示无人机继续飞行，而当判断结果为饱和时，则导航台为无人机规划新的飞行计划，新的飞行计划采用航路更为通畅的空域，以避免拥堵。
例如，在本发明的一个实施例中，预先在规划的航路上以网格状间隔地设置多个导航台，多个导航台形成的航路以横向和纵向坐标来标示，管控开放空域飞行的多架无人机具体航线的方法结合坐标说明，包括以下步骤：
根据多个导航台接收到的无人机的位置信息，每个导航台和其他导航台联网通信得到当前每一航路的无人机数量；
导航台将每一航路的无人机数量和基础数据做比较，当判断开放空域的横向航路a中间段，即a2至a3(航路a2a3段)之间无人机数量过多时；
导航台发出指令，命令已经处于a1至a2航路的无人机改道，从a2点转向a2b2航路、经过b2b3航路、转至b3a3航路飞行，以绕过无人机数量过多的a2a3航路段。
根据本发明的无人机的实时分配和管控方法，所述的方法进一步包括安排无人机飞行任务计划导航规划方法，该方法包括以下步骤：
使无人机起飞前接收附近的导航台信息，以得到自身的位置信息，并使该无人机向距离其最近的导航台发出起飞请求，其中所述的起飞请求包括该无人机的起飞位置和将要前往的目的地位置；
导航台根据接收到的无人机的位置信息，判断当前每一航路的无人机数量；
当判断该无人机的起飞点至目的地的降落点的途中每一航路的无人机数量都未饱和时，所述导航台为该无人机制定最优的飞行计划，并发出指令允许无人机起飞。
进一步，在所述的无人机在行过程中，在该无人机经过的每一个导航台都可以根据当前空域的状况不断控制该无人机的飞行，以实现全程的最优飞行计划。其中，所述的最优飞机计划可以是飞行时间最短，飞行距离最短等，这些可以根据当前的实际情况进行制定，并进行合适的修改。
根据本发明的无人机的实时分配和管控方法，所述的方法进一步包括故障处理的方法，其具体为：
无人机上的第一判断装置获取并计算出无人机当前的准确位置信息以及航速，并与其输出的对无人机的控制指令相比较，以判断无人机的飞行姿态是否发生异常，当判断结果为飞行姿态发生异常，且无人机无法继续按计划飞行时；
无人机向导航台发出故障警告；
导航台根据该故障无人机的运行轨迹，判断其飞行区域内可能和其发生碰撞的其它无人机的名单；
导航台为名单中的可能和故障无人机发生碰撞的其它无人机规划出新的飞行计划；
导航台向名单中的可能和故障无人机发生碰撞的其它无人机发出新的飞行计划指令，以避免碰撞。
根据本发明的无人机的实时分配和管控方法，所述的方法进一步包括当多架无人机发生故障、以及为可能和故障无人机发生碰撞的其它无人机规划新的飞行计划有超时的情况下，导航台将向相应的无人机发出急停警报，以通知当前航路段的所有无人机停止前进，以避免碰撞。
本发明的系统和方法利用导航台的物理坐标来实现定位功能，避免了现有技术中的GPS定位和各种地图工具带来的位置偏差，从而保证了飞行的精确度的控制。本发明的系统和方法实现了对空域内各航线上无人机的实时分配和管控，能有效提高预定空域的利用率，避免拥堵和挤塞，可广泛应用于物流运输等行业中。
以上所揭露的仅为本发明的一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利要求的范围。任何人在本发明的权利要求的精神和原则之内所作的任何的等同变化和改变，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.无人机的实时分配和管控系统，其特征在于，所述的系统包括无人机和多个导航台，其中：
所述的无人机带有第一通信单元；
所述的导航台根据预定的航线，以网格状间隔地设在所述航线经过的空域内，当多架所述的无人机在预定的航线飞行时，使所述的导航台和所述的无人机的第一通信单元通信，以获取无人机的准确位置信息；
所述的导航台根据当前空域内的不同航线上的无人机的密度和当前无人机的准确位置信息，确定在当前空域飞行的多架无人机的实时航线，以保证无人机的安全飞行。
2.根据权利要求1所述的无人机的实时分配和管控系统，其特征在于，所述的无人机上还包括第一判断单元，该第一判断单元所述的第一通信单元通信，并用以获取并计算出无人机当前的准确位置信息以及航速，并控制当前无人机的飞行状态。
3.根据权利要求1所述的无人机的实时分配和管控系统，其特征在于，所述的第一判断单元中存储有无人机在各种输出指令下相应的飞行速度以及飞行姿态；
所述的第一判断单元将得到的无人机当前的准确位置信息以及航速与其在所述第一判断单元中调取的对无人机的控制指令相比较，以判断当前无人机的飞行姿态是否发生异常。
4.根据权利要求1所述的无人机的实时分配和管控系统，其特征在于，所述的每个导航台包括：
第二通信单元，与所述第一通信单元通信；
第二判断单元，与所述的第二通信单元通信，并将当前的导航台的位置信息发送到所述的第一判断单元，以使所述的第一判断单元计算出无人机当前的准确位置信息；
所述第二判断单元基于预先存储在所述第二判断单元中的基础数据，根据当前空域每一航路的无人机数量，管控在开放空域飞行的多架无人机的具体航线。
5.根据权利要求1-4中任一所述的无人机的实时分配和管控系统，其特征在于，所述的无人机当前的准确位置信息为第一判断单元根据接收到的导航台无线电信号的时间差或者方位角计算得出。
6.无人机的实时分配和管控方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
预先在规划的航路上以网格状间隔地设置多个可以通信的导航台，每个导航台发出的无线电信号包含该导航台的坐标位置，以及唯一的身份识别码；
多个导航台之间形成不同的交错航路，其中所述的每个导航台向多架无人机发送该导航台的位置信息；
无人机接收相应的导航台的位置信息，并根据接收到多个导航台信号的时间差以得到该架无人机当前的准确位置信息，并将该准确的位置信息发送到所述的导航台；
所述导航台接收到无人机的准确位置信息之后，急停判断该无人机当前所在航路的无人机数量，并根据预先存储在所述导航台中的基础数据，判断当前航路的无人机数量是否饱和，再根据判断结果与相应的导航台通信和发出警报，以实时调整当前无人机的具体航线，实现无人机在预定区域内的安全飞行。
7.根据权利要求6所述的无人机的实时分配和管控方法，其特征在于，所述的方法进一步包括管控开放空域飞行的多架无人机具体航线的方法，该方法包括以下步骤：
根据多个导航台接收到的无人机的位置信息，每个导航台和其它导航台联网通信，以得到当前每一航路的无人机数量；
所述导航台将每一航路的无人机数量和存储的基础数据相比较，以判断在该航路中间段的无人机的数量是否达到饱和，并根据判断结果控制无人机继续飞行或变换航线后继续飞行。
8.根据权利要求6或7所述的无人机的实时分配和管控方法，其特征在于，所述的方法进一步包括安排无人机飞行任务计划导航规划方法，该方法包括以下步骤：
使无人机起飞前接收附近的导航台信息，以得到自身的位置信息，并使该无人机向距离其最近的导航台发出起飞请求，其中所述的起飞请求包括该无人机的起飞位置和将要前往的目的地位置；
导航台根据接收到的无人机的位置信息，判断当前每一航路的无人机数量；
当判断该无人机的起飞点至目的地的降落点的途中每一航路的无人机数量都未饱和时，所述导航台为该无人机制定最优的飞行计划，并发出指令允许无人机起飞；
所述的无人机在行过程中，其经过的每一个导航台都根据当前空域的状况不断控制该无人机的飞行，以实现最优的飞行计划。
9.根据权利要求6所述的无人机的实时分配和管控方法，其特征在于，所述的方法进一步包括飞行故障处理的方法，其具体为：
无人机上的第一判断装置获取并计算出无人机当前的准确位置信息以及航速，并与其输出的对无人机的控制指令相比较，以判断无人机的飞行姿态是否发生异常，当判断结果为飞行姿态发生异常，且无人机无法继续按计划飞行时；
无人机向导航台发出故障警告；
导航台根据该故障无人机的运行轨迹，判断其飞行区域内可能和其发生碰撞的其它无人机的名单；
导航台为名单中的可能和故障无人机发生碰撞的其它无人机规划出新的飞行计划；
导航台向名单中的可能和故障无人机发生碰撞的其它无人机发出新的飞行计划指令，以避免碰撞。
10.根据权利要求9所述的无人机的实时分配和管控方法，其特征在于，所述的方法进一步包括当多架无人机发生故障、以及为可能和故障无人机发生碰撞的其它无人机规划新的飞行计划有超时的情况下，导航台将向相应的无人机发出急停警报，以通知当前航路段的所有无人机停止前进，以避免碰撞。
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| PB01 | Publication | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
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