CN107276661A - 一种基于无人机群搜救的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无人机群搜救的方法及系统，首先利用无人机群模拟的个人无线网络，搜索遇险人员个人移动终端的注册或驻留信息，并通过机间通信模块组成的无人机自组织网络，交互不同无人机搜索到的信息，此后根据多个无人机独立获取的遇险人员信息，计算并确认遇险人员身份和地理位置等信息，最后通过回传无人机配备的远距离回传模块将合并后的信息发回给救援中心地面站。本发明通过利用无人机群配备的多种不同的通信模块，实现了对多名遇险人员进行大范围精准、高效的救援搜索目的。

Description

一种基于无人机群搜救的方法及系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种基于无人机群搜救的方法及系统。

背景技术

随着自助游的不断发展，各种探险、穿越活动越来越普及，游客、“驴友”遇险和失踪的事件频繁发生。

然而，由于这类事件通常发生在人迹罕至的野外或山区等没有无线网络覆盖的区域，所以遇险人员无法通过手机等常用个人移动终端向外界求救。同时，目前的搜救工作主要依靠救援人员拉网式的人工搜救方式，效率较低，并难以发现遇险人员。

而随着技术的发展，现有无人机的滞空时间，飞行半径，以及起飞重量都有了显著的提高，使用无人机进行遇险人员的搜救成为了可能。现有无人机搜救主要分为两个方向：1、利用无人机携带的摄像机，通过图像的方式进行搜救；2、通过无线传输的方式进行搜救。其中第一种方式效率和精度就较低，并且无法在植被和地形较复杂的地区进行搜救。

第二种方式，目前已知的有：中国专利公开文件CN201610551212.8“基于无人机的救援方法及装置”，该发明公开了一种基于无人机的求救方法和装置，其特点是遇险人员自己携带无人机，当遇险后释放无人机向外界进行求援。其不足之处是：遇险人员需要自己携带无人机，并且求救范围限定在所携带无人机的飞行半径之内，不利于针对遇险人员展开救援。

中国专利公开文件CN201610557419.6“一种无人机及无人机搜救定位方法”，该发明公开了一种利用无线信号强度进行搜救的无人机方法，其特点是根据无人机不同定向天线收到的遇险人员发送的无线信号强度，判断遇险人员的地理位置。其不足之处是：使用单个无人机通过定向天线判断遇险人员位置，一方面精度过低，另一方面定向天线会减小搜索面积；同时单纯使用无线信号强度判断遇险人员信息，无法区分该信号的来源是遇险人员发出的，还是搜救人员发出的，即误判概率较高；此外，单个无人机搜救的范围较小，不适用于大范围搜救活动。

综上所述，现有技术在利用无人机搜救时精度较低，搜救范围较小，回传距离较近，效率较低，需要发明一种新的方法及系统，提高无人机搜救的准度、精度和效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于无人机群搜救的方法及系统，以克服上述现有技术存在的缺陷，本发明解决了现有无人机搜救系统搜索范围小、定位精度低、遇险人员信息无法确认等问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于无人机群搜救的方法，包括以下步骤：

步骤1：通过搜索无人机群联合布设无线网络，并对遇险人员可能存在的区域进行扫描，当扫描到信号并确认为遇险人员后，通知周围其他搜索无人机向遇险人员可能存在的区域飞行；

步骤2：搜索无人机群交互各自收到的遇险人员无线信号信息；

步骤3：搜索无人机利用收到的信息估算遇险人员身份及数量、地理位置信息；

步骤4：搜索无人机群利用机间通信通过回传无人机融合交互信息并将遇险人员信息回传至后方救援中心地面站；

步骤5：地面站整合处理回传无人机的回传数据，确定施救方案。

进一步地，步骤1中通过搜索无人机群联合布设无线网络是指：搜索无人机群飞往遇险人员可能滞留的区域，利用自身携带的无线微基站设备扫描该区域无线信号。

进一步地，搜索无人机利用无线微基站设备扫描的方法为：搜索无人机通过模拟各种个人移动通信基站信号，实现在可能的遇险区域内模拟移动网络覆盖；遇险人员携带的个人移动终端设备搜索到移动网络后，将发起注册流程；搜索无人机根据收到的注册信息判断该区域遇险人员的身份与数量信息；

所述搜索无人机模拟各种个人移动通信基站信号具体为：搜索无人机通过自身配备的无线微基站收发设备，模拟不同运营商的2G、3G、4G蜂窝网基站信号以及WiFi接入点信号。

进一步地，所述的通知周围其他搜索无人机向遇险人员可能存在的区域飞行的具体方法为：已经搜索到遇险人员的搜索无人机通过机间通信方式向周围邻近搜索无人机发出遇险人员数量，以及该搜索无人机所在的地理位置信息，收到这一消息的搜索无人机向这一区域移动，并在周围区域利用自身设备模拟的无线网络对遇险人员进行扫描；

所述的机间通信方式具体指：搜索无人机和回传无人机配备的短距离通信方式，并且所有无人机通过该通信方式组成无线自组织网络，无人机间信息传递均通过该无线自组织网络传输。

进一步地，步骤3中估算遇险人员地理位置的具体方法为：所有搜索到遇险人员的搜索无人机通过机间通信方式交互遇险人员信息，并将不同搜索无人机自身地理位置和所收到的遇险人员信号强度发送至回传无人机，回传无人机融合收到信息并估算出遇险人员地理位置。

进一步地，步骤3中估算遇险人员身份及数量的方法为：搜索无人机通过自身携带的无线微基站设备接收个人移动终端发出的注册和驻留信息，并根据该注册和驻留信息判断信息发出者是否为遇险人员；

所述注册和驻留信息包括个人移动终端的MAC地址、IMSI号码、手机号码；所述的个人移动终端设备指配备蜂窝网和无线局域网端口的设备，包括智能手机、笔记本电脑、平板电脑以及随身WiFi设备。

一种基于无人机群搜救的系统，包括回传无人机、地面站以及若干搜索无人机，且搜索无人机和搜索无人机之间以及搜索无人机和回传无人机之间通过机间通信方式进行信息交互，回传无人机和地面站之间通过无线方式传输信息；

其中：搜索无人机：用于模拟现有常用个人移动网络，对遇险人员可能存在的区域进行扫描，通过搜索遇险人员所携带的个人移动终端设备的注册和驻留信息，确认遇险人员身份及数量，同时交互不同搜索无人机获得的信息；

回传无人机：用于融合不同搜索无人机获得的信息并初步估算遇险人员所处的地理位置信息，并将信息回传至地面站；

地面站：用于接收回传无人机传输回来的遇险人员信息，并对该信息进行整合处理，最终计算出遇险人员可能的地理位置信息。

进一步地，所述搜索无人机包括无线微基站模拟模块、机间通信模块、地理位置获取模块以及遇险人员身份分析模块，且无线微基站模拟模块、机间通信模块和地理位置获取模块与遇险人员身份分析模块之间进行信息交互；

其中，无线微基站模拟模块：用于模拟不同运营商的2G、3G、4G蜂窝网基站信号，以及模拟WiFi接入点信号，并且能够支持通用个人移动终端设备的注册和驻留；

机间通信模块：用于提供搜索无人机与搜索无人机之间或搜索无人机与回传无人机之间的短距离通信方式，通过该通信方式，所有无人机组成无线自组织网络，无人机之间的信息传递均通过该无线自组组网络传输；

地理位置获取模块：用于外部授时与定位，包括北斗定位和GPS定位；

遇险人员身份分析模块：根据搜索无人机群收集到的遇险人员信号强度信息，对遇险人员的身份及数量进行分析确认。

进一步地，所述回传无人机包括远距离回传通信模块、机间通信模块以及遇险人员信息分析模块，且远距离回传通信模块和机间通信模块与遇险人员信息分析模块进行信息交互；

其中，远距离回传通信模块：用于支持回传无人机与地面站之间的无线信息传输，包括短波和超短波电台；

机间通信模块：用于提供搜索无人机与回传无人机之间的短距离通信方式；

遇险人员信息分析模块：用于融合不同搜索无人机获得的信息并初步估算遇险人员所处的地理位置信息。

进一步地，所述地面站包括远距离信息收发模块和救援数据处理模块，且距离信息收发模块和救援数据处理模块之间进行信息交互；

其中，远距离信息收发模块：用于接收回传无人机传输回来的遇险人员信息；

救援数据处理模块：用于对该遇险人员信息进行整合处理，最终计算出遇险人员可能的地理位置信息和数量。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明方法通过利用多个无人机分别模拟个人移动网络，利用遇险人员携带的个人移动终端的注册和驻留信息，实现对遇险人员身份、数量和位置的确定；同时利用分布式无人机群相互独立的特性，结合远距离通信设备，同时实现了大范围、高精度的搜索目的，有效的提高了遇险人员搜索和救援的广度、精度和效率，并能够解决多人同时遇险的问题，突破了现有系统的诸多限制。

本发明系统利用无线微基站模拟模块在无人机群上建立模拟个人无线网络，搜索遇险人员个人移动终端注册和驻留信号，并通过机间通信模块进行信息的交互，同时根据获得的信息通过地理位置获取模块计算出遇险人员数量及地理位置等信息，最终通过远距离传输模块将分析所得信息回传至搜救中心。

附图说明

图1是本发明的基于无人机群搜救方法及系统的示意图；

图2为本发明中搜索无人机的结构示意图；

图3为本发明中回传无人机的结构示意图；

图4为本发明中遇险人员信息确认的流程图。

其中，S101表示地面站、S102表示回传无人机、S103～S105表示搜救无人机、S107～S109表示遇险人员手机、S106表示搜救人员手机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明：

参见图1，为本发明实施例提出的一种基于无人机群搜救方法及系统的示意图。如图所示，发生人员遇险后，S102～S105组成的无人机群编队开始进行搜索。

在无人机编队中S103～S105为搜索无人机，其结构如图2所示。开始搜救后，搜索无人机利用无线微基站模拟模块，在其飞过的区域模拟GSM网络基站信号。当无人机飞临遇险人员所在区域时，由于没有其他无线网络的存在，遇险人员携带的手机在搜索到无人机产生的无线网络后，会主动发起注册流程。

如图1所示，无人机编队各自独立飞行进行搜索，搜索无人机S105首先收到搜救人员手机S106的手机注册信号。此时搜索无人机S105将进行人员信息的确认，执行如图4所示的流程，经判断发现所收到的注册信号对应的手机IMSI号不是遇险人员的，而是搜救人员的，所以忽略这一信号，继续搜索。

接下来，搜索无人机S105无人机收到了来自遇险人员手机S107的手机注册信号，并执行如图4所示的流程，经判断发现S107为遇险人员手机，则利用其配备的遇险人员信息分析模块，根据信号强度和搜索无人机S105自身位置估计遇险人员手机S107所在范围，并利用机间通信模块，通过机间无线自组织网络将信息发给搜索无人机S103和搜索无人机S104。

搜索无人机S103和搜索无人机S104收到信息后向搜索无人机S105所在位置靠近，在靠近的过程中，依次收到了遇险人员手机S108、遇险人员手机S109和遇险人员手机S107的信号，经判断遇险人员手机S108和遇险人员手机S109均为遇险人员的手机。此时搜索无人机S103～S105利用机间链路相互交换自身地理位置及所收到的不同手机的信号强度，并利用其配备的遇险人员信息分析模块，通过所收到的这些信息，进一步精确估计每个遇险人员手机的地理位置。

估算完成后，每个搜索无人机利用机间链路将信息发送至回传无人机S102。回传无人机S102收到这一消息后，如图3所示，利用其配备的遇险人员信息分析模块，合并从各个搜索无人机收到的遇险人员信息，并利用远距离回传通信模块，通过回传链路发送遇险人员信息给地面救援中心地面站S101，完成遇险人员搜救工作。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM,U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得无人机执行本发明实施例所述的方法。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或者流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

Claims (10)

1.一种基于无人机群搜救的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：通过搜索无人机群联合布设无线网络，并对遇险人员可能存在的区域进行扫描，当扫描到信号并确认为遇险人员后，通知周围其他搜索无人机向遇险人员可能存在的区域飞行；

步骤2：搜索无人机群交互各自收到的遇险人员无线信号信息；

步骤3：搜索无人机利用收到的信息估算遇险人员身份及数量、地理位置信息；

步骤4：搜索无人机群利用机间通信通过回传无人机融合交互信息并将遇险人员信息回传至后方救援中心地面站；

步骤5：地面站整合处理回传无人机的回传数据，确定施救方案。

2.根据权利要求1所述的一种基于无人机群搜救的方法，其特征在于，步骤1中通过搜索无人机群联合布设无线网络是指：搜索无人机群飞往遇险人员可能滞留的区域，利用自身携带的无线微基站设备扫描该区域无线信号。

3.根据权利要求2所述的一种基于无人机群搜救的方法，其特征在于，搜索无人机利用无线微基站设备扫描的方法为：搜索无人机通过模拟各种个人移动通信基站信号，实现在可能的遇险区域内模拟移动网络覆盖；遇险人员携带的个人移动终端设备搜索到移动网络后，将发起注册流程；搜索无人机根据收到的注册信息判断该区域遇险人员的身份与数量信息；

所述搜索无人机模拟各种个人移动通信基站信号具体为：搜索无人机通过自身配备的无线微基站收发设备，模拟不同运营商的2G、3G、4G蜂窝网基站信号以及WiFi接入点信号。

4.根据权利要求1所述的一种基于无人机群搜救的方法，其特征在于，所述的通知周围其他搜索无人机向遇险人员可能存在的区域飞行的具体方法为：已经搜索到遇险人员的搜索无人机通过机间通信方式向周围邻近搜索无人机发出遇险人员数量，以及该搜索无人机所在的地理位置信息，收到这一消息的搜索无人机向这一区域移动，并在周围区域利用自身设备模拟的无线网络对遇险人员进行扫描；

所述的机间通信方式具体指：搜索无人机和回传无人机配备的短距离通信方式，并且所有无人机通过该通信方式组成无线自组织网络，无人机间信息传递均通过该无线自组织网络传输。

5.根据权利要求1所述的一种基于无人机群搜救的方法，其特征在于，步骤3中估算遇险人员地理位置的具体方法为：所有搜索到遇险人员的搜索无人机通过机间通信方式交互遇险人员信息，并将不同搜索无人机自身地理位置和所收到的遇险人员信号强度发送至回传无人机，回传无人机融合收到信息并估算出遇险人员地理位置。

6.根据权利要求1所述的一种基于无人机群搜救的方法，其特征在于，步骤3中估算遇险人员身份及数量的方法为：搜索无人机通过自身携带的无线微基站设备接收个人移动终端发出的注册和驻留信息，并根据该注册和驻留信息判断信息发出者是否为遇险人员；

所述注册和驻留信息包括个人移动终端的MAC地址、IMSI号码、手机号码；所述的个人移动终端设备指配备蜂窝网和无线局域网端口的设备，包括智能手机、笔记本电脑、平板电脑以及随身WiFi设备。

7.一种基于无人机群搜救的系统，其特征在于，包括回传无人机、地面站以及若干搜索无人机，且搜索无人机和搜索无人机之间以及搜索无人机和回传无人机之间通过机间通信方式进行信息交互，回传无人机和地面站之间通过无线方式传输信息；

其中：搜索无人机：用于模拟现有常用个人移动网络，对遇险人员可能存在的区域进行扫描，通过搜索遇险人员所携带的个人移动终端设备的注册和驻留信息，确认遇险人员身份及数量，同时交互不同搜索无人机获得的信息；

回传无人机：用于融合不同搜索无人机获得的信息并初步估算遇险人员所处的地理位置信息，并将信息回传至地面站；

地面站：用于接收回传无人机传输回来的遇险人员信息，并对该信息进行整合处理，最终计算出遇险人员可能的地理位置信息。

8.根据权利要求7所述的一种基于无人机群搜救的系统，其特征在于，所述搜索无人机包括无线微基站模拟模块、机间通信模块、地理位置获取模块以及遇险人员身份分析模块，且无线微基站模拟模块、机间通信模块和地理位置获取模块与遇险人员身份分析模块之间进行信息交互；

其中，无线微基站模拟模块：用于模拟不同运营商的2G、3G、4G蜂窝网基站信号，以及模拟WiFi接入点信号，并且能够支持通用个人移动终端设备的注册和驻留；

机间通信模块：用于提供搜索无人机与搜索无人机之间或搜索无人机与回传无人机之间的短距离通信方式，通过该通信方式，所有无人机组成无线自组织网络，无人机之间的信息传递均通过该无线自组组网络传输；

地理位置获取模块：用于外部授时与定位，包括北斗定位和GPS定位；

遇险人员身份分析模块：根据搜索无人机群收集到的遇险人员信号强度信息，对遇险人员的身份及数量进行分析确认。

9.根据权利要求7所述的一种基于无人机群搜救的系统，其特征在于，所述回传无人机包括远距离回传通信模块、机间通信模块以及遇险人员信息分析模块，且远距离回传通信模块和机间通信模块与遇险人员信息分析模块进行信息交互；

其中，远距离回传通信模块：用于支持回传无人机与地面站之间的无线信息传输，包括短波和超短波电台；

机间通信模块：用于提供搜索无人机与回传无人机之间的短距离通信方式；

遇险人员信息分析模块：用于融合不同搜索无人机获得的信息并初步估算遇险人员所处的地理位置信息。

10.根据权利要求7所述的一种基于无人机群搜救的系统，其特征在于，所述地面站包括远距离信息收发模块和救援数据处理模块，且距离信息收发模块和救援数据处理模块之间进行信息交互；

其中，远距离信息收发模块：用于接收回传无人机传输回来的遇险人员信息；

救援数据处理模块：用于对该遇险人员信息进行整合处理，最终计算出遇险人员可能的地理位置信息和数量。