CN108200167A - 一种基于云端的无人机远程多途径组合控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于云端的无人机远程多途径组合控制方法，包括1)、搭建无人机远程控制系统：无人机远程控制系统包括用户端、云端服务器、地面控制站和多架无人机；2)、无人机起飞前，用户通过用户端选择其中一种控制方式作为设定模式，并按设定模式控制无人机飞行，在无人机飞行过程中，在当前选定模式失效的情况下，无人机远程控制系统自动判断其他两种控制方式那种可用，并切换到可用的控制方式控制无人机进行继续飞行。通过借助4G通信和云端控制器，实现了无人机远程控制，从而克服地域和距离的限制。且切换优化的控制方式，提供多样的解决方案，从而满足了不同用户的不同应用需求和场景，并保证了控制的可靠性和稳定性。
Description
技术领域
本发明属于无人机远程控制领域，具体而言涉及一种基于云端的远程多途径组合及可选的稳定控制方法，进而实现无人机的多样控制。
背景技术
随着无人机技术越来越成熟，无人机的应用领域也越来越广泛，近两年除消费级无人机火爆以外，无人机在其他很多行业也得到广泛发展，如物流无人机、航拍无人机、侦查无人机等。
目前无人机控制多采用遥控器、图传和数传的组合，实现短距离控制，以数公里居多，难以实现远程、多无人机的自由协同控制，进而限制了无人机性能的发挥；而极少数采用远程控制技术的系统，由于控制方式和路径单一，难以匹配无人机的不同应用需求和场景，以及保证控制的可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于云端的无人机远程多途径组合控制方法，解决传统无人机控制技术中控制方式受距离限制、制方式单一的技术问题。
为了解决上述问题，本发明采取如下技术方案：
一种基于云端的无人机远程多途径组合控制方法，包括如下步骤：
1)、搭建无人机远程控制系统：无人机远程控制系统包括用户端、云端服务器、地面控制站和多架无人机；无人机上设置有机载电脑和控制器，机载电脑和无人机控制器之间通过CAN总线通信；用户端、云端服务器、地面控制站、无人机机载电脑和控制器上均设置有4G无线通信模块，同时地面控制站、无人机机载电脑和控制器上均设置有无线图传模块、数传模块；用户端和云端服务器之间通过4G无线通信模块进行通信；用户通过地面控制站注册账户，每个账户对应绑定一架或多架无人机；依据上述无人机远程控制系统，可产生三种对无人机进行远程控制的方式；
2)、无人机起飞前，用户通过用户端选择其中一种控制方式作为设定模式，并按设定模式控制无人机飞行，在无人机飞行过程中，在当前选定模式失效的情况下，无人机远程控制系统自动判断其他两种控制方式那种可用，并切换到可用的控制方式控制无人机进行继续飞行，判断策略如下：
2.1)、当云端服务器与地面控制站之间的4G通信有效，且地面控制站与无人机控制器之间的图传通信有效时，选择第一种控制方式对无人机进行远程控制；
2.2)、当云端服务器与地面控制站之间的4G通信有效，且地面站与无人机机载电脑的图传通信有效，同时机载电脑与控制器的CAN总线通信有效时，选择第二控制方式对无人机进行远程控制；
2.3)、当云端服务器与机载电脑的4G通信有效，且无人机机载电脑与无人机控制器的CAN总线通信有效时，选择第三控制方式对无人机进行远程控制。
通过借助4G通信和云端控制器，实现了无人机远程控制，从而克服地域和距离的限制。同时通过用户端、云端、机载电脑、地面控制器站和无人机飞控制器组合呈三种远程控制无人机的方式，无人机在飞行过程可以根据用户端、云端服务器、机载电脑、地面控制器站和无人机飞控制器之间的通信有效性，切换优化的控制方式，提供多样的解决方案，从而满足了不同用户的不同应用需求和场景，并保证了控制的可靠性和稳定性。
进一步改进，当无人机飞行高度较高时，云端服务器与无人机控制器之间直接通过4G通信的稳定较差，所有通过地面控制站实现中转，利于稳定通信，实现对无人机精准控制。选择第一种控制方式对无人机进行远程控制的方法如下：
1)、用户通过用户端发送飞行控制指令，并且对飞行控制指令进行编码，将编码后的数据包通过4G无线通信模块传输到云端服务器；
2)、云端服务器接收到指令数据包后，进行解码，并进行鉴权操作，判断该用户和目标无人机设备的绑定关系、以及指令的正确性；
3)、鉴权通过后，云端服务器通过4G无线通信模块将飞行指令数据远程传输给地面控制站；
4)、地面控制站接收飞行指令数据后，借助图传模块、数传模块传输给与该账户已绑定无人机的控制器；
5)、无人机的控制器收到飞行指令后，控制无人机飞行；
6)、无人机控制器定时将无人机遥测数据，以及用户端主动要求读取无人机飞行参数返回给地面控制器，地面控制器通过4G无线通信模块将回传信息发送给云端服务器，云端服务器再通过4G无线通信模块传送给用户端并显示。
进一步改进，选择第二种控制方式对无人机进行远程控制的方法如下：
1)、用户通过用户端发送飞行控制指令，并且对飞行控制指令进行编码，将编码后的数据包通过4G无线通信模块传输到云端服务器；
2)、云端服务器接收到指令数据包后，进行解码，并进行鉴权操作，判断该用户和目标无人机设备的绑定关系、以及指令的正确性；
3)、鉴权通过后，云端服务器通过4G无线通信模块将飞行指令数据远程传输给地面控制站；
4)、地面控制站接收飞行指令数据后，借助图传模块、数传模块传输给与该账户已绑定无人机的机载电脑；控制器；
5)、无人机机载电脑收到飞行指令，通过CAN总线传输给无人机控制器；
6)、无人机的控制器收到飞行指令后，控制无人机飞行；
7)、无人机控制器定时将无人机遥测数据，以及用户端主动要求读取无人机飞行参数返回给机载电脑、地面控制器，地面控制器通过4G无线通信模块将回传信息发送给云端服务器，云端服务器再通过4G无线通信模块传送给用户端并显示。
进一步改进，当无人机飞行高度较低时，云端服务器与无人机控制器之间可以直接通过4G通信，实现对无人机精准控制。选择第三种控制方式对无人机进行远程控制的方法如下：
1)、用户通过用户端发送飞行控制指令，并且对飞行控制指令进行编码，将编码后的数据包通过4G无线通信模块传输到云端服务器；
2)、云端服务器接收到指令数据包后，进行解码，并进行鉴权操作，判断该用户和目标无人机设备的绑定关系、以及指令的正确性；
3)、鉴权通过后，云端服务器通过4G无线通信模块将飞行指令数据远程传输给与该账户已绑定无人机的机载电脑；控制器；
5)、无人机机载电脑收到飞行指令，通过CAN总线传输给无人机控制器；
6)、无人机的控制器收到飞行指令后，控制无人机飞行；
7)、无人机控制器定时将无人机遥测数据，以及用户端主动要求读取无人机飞行参数返回给机载电脑，机载电脑通过4G无线通信模块将回传信息发送给云端服务器，云端服务器再通过4G无线通信模块传送给用户端并显示。
进一步改进，所述用户端包括浏览器(B/S架构)、安装在PC上的客户端(C/S 架构)和移动客户端(安装指定APP的移动设备)三种形式；用户可通过互联网查看无人机信息和状态，并在登录账号后，对其绑定的设备进行客户端管理，包括控制无人机起飞、降落、上传和下载航点任务、执行任务。
所述云端服务器作为用户端和地面控制站以及无人机端的数据中转站，将用户端的网络协议和无人机的私有协议进行相互转换并通信，同时提供大量数据存储和大数据处理能力，并为用户提供定制化的服务，提供restful接口，保证各种平台可方便快速接入。
用户能够通过地面控制站登录账号后，对于该账户绑定的无人机借助图传模块、数传模块实现对无人机飞行参数、航点的详细配置，而用户端则布局这些功能，同时地面控制站能够读取无人机实时的遥测和配置参数数据，在对无人机的远程控制中，地面控制站通过4G无线通信模块和云端服务器进行通信，传输无人机远程控制的参数信息，然后再按传统图传、数传方式传输给无人机，确保无人机与用户端、地面控制站正常通信，实现对无人机的精准控制。
所述机载电脑是一个固定在无人机中的嵌入式处理系统，作为无人机的大脑，接收并处理视觉、图像信息，并转换成无人机控制器的控制量，进而控制无人机的飞行状态，同时单独处理云台服务器、无人机挂载设备的信息，增强无人机的功能；无人机控制器是无人机的小脑，通过控制无人机的俯仰角、滚转角、航向角、飞行速度等参数控制无人机的飞行状态，在保持平稳的基础上，按照要求飞行。
进一步改进，所述每个账户对应一个唯一的编码，每个无人机对应一个唯一的编码，每个账户对应绑定一架或多架无人机，即无人机的编码与绑定的账号编码形成对应关系。
与现有技术相比，本方案具有如下有益效果：
1、通过借助4G通信和云端控制器，实现了无人机远程控制，从而克服地域和距离的限制。同时通过用户端、云端、机载电脑、地面控制器站和无人机飞控制器组合呈三种远程控制无人机的方式，无人机在飞行过程可以根据用户端、云端服务器、机载电脑、地面控制器站和无人机飞控制器之间的通信有效性，切换优化的控制方式，提供多样的解决方案，从而满足了不同用户的不同应用需求和场景，并保证了控制的可靠性和稳定性。
2、搭建无人机远程控制系统，并借助地面控制站可以管理多架无人机，用户在地面控制站注册账号，每个账号可以绑定多架无人机。在用户端端，通过互联网可以查看所有无人机的基本信息，用户登录后，可以对其绑定的设备进行管理，即可以控制无人机起飞、降落、上传任务、执行任务等；用户能够通过地面控制站登录账号后，对于该账户绑定的无人机借助图传模块、数传模块实现对无人机飞行参数、航点的详细配置。
附图说明
图1为本发明无人机远程控制系统框架图。
图2为本发明实施例一中无人机远程控制系统框架图。
图3为本发明实施例一中所述无人机远程管理方法的流程图。
图4为本发明实施例二中无人机远程控制系统框架图。
图5为本发明实施例三中无人机远程控制系统框架图。
具体实施方式
为使本发明的目的和技术方案更加清楚，下面结合本发明实施例对本发明的技术方案进行清楚，完整的描述。
实施例一：
如图1所示，搭建无人机远程控制系统：无人机远程控制系统包括用户端、云端服务器、地面控制站和多架无人机；无人机上设置有机载电脑和控制器，机载电脑和无人机控制器之间通过CAN总线通信；用户端、云端服务器、地面控制站、无人机机载电脑和控制器上均设置有4G无线通信模块，同时地面控制站、无人机机载电脑和控制器上均设置有无线图传模块、数传模块；用户端和云端服务器之间通过4G无线通信模块进行通信；用户通过地面控制站注册账户，每个账户对应绑定一架或多架无人机；依据上述无人机远程控制系统，可产生三种对无人机进行远程控制的方式。
在本实施例中，用户端采用移动客户端(安装指定APP的移动设备)，用户可通过互联网查看无人机信息和状态，并在登录账号后，对其绑定的设备进行客户端管理，包括控制无人机起飞、降落、上传和下载航点任务、执行任务。。在其他实施例中，也可以采用浏览器(B/S架构)或PC上的用户端(C/S架构) 形式。
所述云端服务器作为用户端和地面控制站以及无人机端的数据中转站，将用户端的网络协议和无人机的私有协议进行相互转换并通信，同时提供大量数据存储和大数据处理能力，并为用户提供定制化的服务，提供restful接口，保证各种平台可方便快速接入。
用户能够通过地面控制站登录账号后，对于该账户绑定的无人机借助图传模块、数传模块实现对无人机飞行参数、航点的详细配置，而用户端则布局这些功能，同时地面控制站能够读取无人机实时的遥测和配置参数数据，在对无人机的远程控制中，地面控制站通过4G无线通信模块和云端服务器进行通信，传输无人机远程控制的参数信息，然后再按传统图传、数传方式传输给无人机，确保无人机与用户端、地面控制站正常通信，实现对无人机的精准控制。
所述机载电脑是一个固定在无人机中的嵌入式处理系统，作为无人机的大脑，接收并处理视觉、图像信息，并转换成无人机控制器的控制量，进而控制无人机的飞行状态，同时单独处理云台服务器、无人机挂载设备的信息，增强无人机的功能；无人机控制器是无人机的小脑，通过控制无人机的俯仰角、滚转角、航向角、飞行速度等参数控制无人机的飞行状态，在保持平稳的基础上，按照要求飞行。
无人机起飞前，用户通过用户端选择其中一种控制方式作为设定模式，并按设定模式控制无人机飞行。当无人机飞行高度较高时，云端服务器与无人机控制器之间直接通过4G通信的稳定较差，当前选定模式的通信中断，但是云端服务器与地面控制站之间的4G通信有效，且地面控制站与无人机控制器之间的图传通信有效时，则选择如下控制方式对无人机进行远程控制，如图2、3所示：
1)、用户通过用户端发送飞行控制指令，并且对飞行控制指令进行编码，将编码后的数据包通过4G无线通信模块传输到云端服务器；
2)、云端服务器接收到指令数据包后，进行解码，并进行鉴权操作，判断该用户和目标无人机设备的绑定关系、以及指令的正确性；
3)、鉴权通过后，云端服务器通过4G无线通信模块将飞行指令数据远程传输给地面控制站；
4)、地面控制站接收飞行指令数据后，借助图传模块、数传模块传输给与该账户已绑定无人机的控制器；
5)、无人机的控制器收到飞行指令后，控制无人机飞行；
6)、无人机控制器定时将无人机遥测数据，以及用户端主动要求读取无人机飞行参数返回给地面控制器，地面控制器通过4G无线通信模块将回传信息发送给云端服务器，云端服务器再通过4G无线通信模块传送给用户端并显示。
通过设置通过地面控制站实现中转，利于稳定通信，实现对无人机精准控制。
在本实施例中，所述每个账户对应一个唯一的编码，每个无人机对应一个唯一的编码，每个账户对应绑定一架或多架无人机，即无人机的编码与绑定的账号编码形成对应关系。
实施例二：
无人机起飞前，用户通过用户端选择其中一种控制方式作为设定模式，并按设定模式控制无人机飞行。当无人机飞行高度较高时，云端服务器与无人机控制器之间直接通过4G通信的稳定较差，当前选定模式的通信中断，但是云端服务器与地面控制站之间的4G通信有效，且地面站与无人机机载电脑的图传通信有效，同时机载电脑与控制器的CAN总线通信有效时，则选择如下控制方式对无人机进行远程控制，如图4所示：
1)、用户通过用户端发送飞行控制指令，并且对飞行控制指令进行编码，将编码后的数据包通过4G无线通信模块传输到云端服务器；
2)、云端服务器接收到指令数据包后，进行解码，并进行鉴权操作，判断该用户和目标无人机设备的绑定关系、以及指令的正确性；
3)、鉴权通过后，云端服务器通过4G无线通信模块将飞行指令数据远程传输给地面控制站；
4)、地面控制站接收飞行指令数据后，借助图传模块、数传模块传输给与该账户已绑定无人机的机载电脑；控制器；
5)、无人机机载电脑收到飞行指令，通过CAN总线传输给无人机控制器；
6)、无人机的控制器收到飞行指令后，控制无人机飞行；
7)、无人机控制器定时将无人机遥测数据，以及用户端主动要求读取无人机飞行参数返回给机载电脑、地面控制器，地面控制器通过4G无线通信模块将回传信息发送给云端服务器，云端服务器再通过4G无线通信模块传送给用户端并显示。
实施例三：
当无人机飞行高度较低时，云端服务器与无人机控制器之间可以直接通过4G 通信，实现对无人机精准控制。则选择如下控制方式对无人机进行远程控制，如图5所示：
1)、用户通过用户端发送飞行控制指令，并且对飞行控制指令进行编码，将编码后的数据包通过4G无线通信模块传输到云端服务器；
2)、云端服务器接收到指令数据包后，进行解码，并进行鉴权操作，判断该用户和目标无人机设备的绑定关系、以及指令的正确性；
3)、鉴权通过后，云端服务器通过4G无线通信模块将飞行指令数据远程传输给与该账户已绑定无人机的机载电脑；控制器；
5)、无人机机载电脑收到飞行指令，通过CAN总线传输给无人机控制器；
6)、无人机的控制器收到飞行指令后，控制无人机飞行；
7)、无人机控制器定时将无人机遥测数据，以及用户端主动要求读取无人机飞行参数返回给机载电脑，机载电脑通过4G无线通信模块将回传信息发送给云端服务器，云端服务器再通过4G无线通信模块传送给用户端并显示。
本发明中未做特别说明的均为现有技术或者通过现有技术即可实现，而且本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。
Claims (6)
1.一种基于云端的无人机远程多途径组合控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)、搭建无人机远程控制系统：无人机远程控制系统包括用户端、云端服务器、地面控制站和多架无人机；无人机上设置有机载电脑和控制器，机载电脑和无人机控制器之间通过CAN总线通信；用户端、云端服务器、地面控制站、无人机机载电脑和控制器上均设置有4G无线通信模块，同时地面控制站、无人机机载电脑和控制器上均设置有无线图传模块、数传模块；用户端和云端服务器之间通过4G无线通信模块进行通信；用户通过地面控制站注册账户，每个账户对应绑定一架或多架无人机；依据上述无人机远程控制系统，可产生三种对无人机进行远程控制的方式；
2)、无人机起飞前，用户通过用户端选择其中一种控制方式作为设定模式，并按设定模式控制无人机飞行，在无人机飞行过程中，在当前选定模式失效的情况下，无人机远程控制系统自动判断其他两种控制方式那种可用，并切换到可用的控制方式控制无人机进行继续飞行，判断策略如下：
2.1)、当云端服务器与地面控制站之间的4G通信有效，且地面控制站与无人机控制器之间的图传通信有效时，选择第一种控制方式对无人机进行远程控制；
2.2)、当云端服务器与地面控制站之间的4G通信有效，且地面站与无人机机载电脑的图传通信有效，同时机载电脑与控制器的CAN总线通信有效时，选择第二控制方式对无人机进行远程控制。
2.3)、当云端服务器与机载电脑的4G通信有效，且无人机机载电脑与无人机控制器的CAN总线通信有效时，选择第三控制方式对无人机进行远程控制。
2.根据权利要求1所述的基于云端的无人机远程多途径组合控制方法，其特征在于，选择第一种控制方式对无人机进行远程控制的方法如下：
1)、用户通过用户端发送飞行控制指令，并且对飞行控制指令进行编码，将编码后的数据包通过4G无线通信模块传输到云端服务器；
2)、云端服务器接收到指令数据包后，进行解码，并进行鉴权操作，判断该用户和目标无人机设备的绑定关系、以及指令的正确性；
3)、鉴权通过后，云端服务器通过4G无线通信模块将飞行指令数据远程传输给地面控制站；
4)、地面控制站接收飞行指令数据后，借助图传模块、数传模块传输给与该账户已绑定无人机的控制器；
5)、无人机的控制器收到飞行指令后，控制无人机飞行；
6)、无人机控制器定时将无人机遥测数据，以及用户端主动要求读取无人机飞行参数返回给地面控制器，地面控制器通过4G无线通信模块将回传信息发送给云端服务器，云端服务器再通过4G无线通信模块传送给用户端并显示。
3.根据权利要求1所述的基于云端的无人机远程多途径组合控制方法，其特征在于，选择第二种控制方式对无人机进行远程控制的方法如下：
1)、用户通过用户端发送飞行控制指令，并且对飞行控制指令进行编码，将编码后的数据包通过4G无线通信模块传输到云端服务器；
2)、云端服务器接收到指令数据包后，进行解码，并进行鉴权操作，即判断该用户和所管理、控制的无人机是否存在绑定关系、以及控制指令是否正确；
3)、鉴权通过后，云端服务器通过4G无线通信模块将飞行指令数据远程传输给地面控制站；
4)、地面控制站接收飞行指令数据后，借助图传模块、数传模块传输给与该账户已绑定无人机的机载电脑；控制器；
5)、无人机机载电脑收到飞行指令，通过CAN总线传输给无人机控制器；
6)、无人机的控制器收到飞行指令后，控制无人机飞行；
7)、无人机控制器定时将无人机遥测数据，以及用户端主动要求读取无人机飞行参数返回给机载电脑、地面控制器，地面控制器通过4G无线通信模块将回传信息发送给云端服务器，云端服务器再通过4G无线通信模块传送给用户端并显示。
4.根据权利要求1所述的基于云端的无人机远程多途径组合控制方法，其特征在于，选择第三种控制方式对无人机进行远程控制的方法如下：
1)、用户通过用户端发送飞行控制指令，并且对飞行控制指令进行编码，将编码后的数据包通过4G无线通信模块传输到云端服务器；
2)、云端服务器接收到指令数据包后，进行解码，并进行鉴权操作，判断该用户和目标无人机设备的绑定关系、以及指令的正确性；
3)、鉴权通过后，云端服务器通过4G无线通信模块将飞行指令数据远程传输给与该账户已绑定无人机的机载电脑；控制器；
5)、无人机机载电脑收到飞行指令，通过CAN总线传输给无人机控制器；
6)、无人机的控制器收到飞行指令后，控制无人机飞行；
7)、无人机控制器定时将无人机遥测数据，以及用户端主动要求读取无人机飞行参数返回给机载电脑，机载电脑通过4G无线通信模块将回传信息发送给云端服务器，云端服务器再通过4G无线通信模块传送给用户端并显示。
5.根据权利要求1所述的基于云端的无人机远程多途径组合控制方法，其特征在于，所述用户端包括浏览器(B/S架构)、安装在PC上的客户端(C/S架构)和移动客户端(安装指定APP的移动设备)三种形式；用户可通过互联网查看无人机信息和状态，并在登录账号后，对其绑定的设备进行客户端管理，包括控制无人机起飞、降落、上传和下载航点任务、执行任务；
所述云端服务器作为用户端和地面控制站以及无人机端的数据中转站，将用户端的网络协议和无人机的私有协议进行相互转换并通信，同时提供大量数据存储和大数据处理能力，并为用户提供定制化的服务，提供restful接口，保证各种平台可方便快速接入；
用户能够通过地面控制站登录账号后，对于该账户绑定的无人机借助图传模块、数传模块实现对无人机飞行参数、航点的详细配置，同时读取无人机实时的遥测和配置参数数据，在对无人机的远程控制中，通过4G无线通信模块和云端服务器进行通信，传输无人机远程控制的参数信息，然后再按传统方式传输给无人机；机载电脑是一个固定在无人机中的嵌入式处理系统，作为无人机的大脑，接收并处理视觉、图像信息，并转换成无人机控制器的控制量，进而控制无人机的飞行状态，同时单独处理云台服务器、无人机挂载设备，增强无人机的功能；无人机控制器是无人机的小脑，控制无人机的飞行状态，在保持平稳的基础上，按照要求飞行。
6.根据权利要求1所述的基于云端的无人机远程多途径组合控制方法，其特征在于，所述每个账户对应一个唯一的编码，每个无人机对应一个唯一的编码，每个账户对应绑定一架或多架无人机，即无人机的编码与绑定的账号编码形成对应关系。
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