CN108469835A - 一种基于Ubuntu的提高无人机飞行效率的控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于Ubuntu的提高无人机飞行效率的控制系统和方法，系统包括采集装置、无人机、飞控装置、无线数传装置、无线图传装置、PC端地面站；采集装置设置于无人机上，用于采集无人机周围的大面积全景图图像，并将全景图图像数据发送至飞控装置；飞控装置设置于无人机上，用于控制无人机的飞行轨迹且将全景图图像数据发送至PC端地面站；PC端地面站用于显示采集装置采集的全景图图像；无线数传装置用于传输所述PC端地面站与飞控装置之间的飞行参数；无线图传装置用于传输所述PC端地面站与飞控装置之间的全景图图像数据。本发明能够使无人机经过不感兴趣区域时提高飞行速度，而经过感兴趣区域时降低飞行速度，节约电池电量，并提高飞行效率。

Description

一种基于Ubuntu的提高无人机飞行效率的控制系统和方法

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种适用于大面积的基于Ubuntu的提高无人机飞行效率的控制系统和方法。

背景技术

近年来，无人机由于其低廉的成本，简易的操作，被广泛应用于遥感图像采集方面。一般而言，在需要采集大面积的区域图像时，无人机就需要进入自主飞行模式，而在无人机飞行前需对其预先设置相关的参数，使其在没有人为参与情况下能够完成图像采集的任务。

然而，自主飞行模式下无人机的速度是恒定的，即在拍摄感兴趣和不感兴趣的区域时飞行的速度相同，进而造成了更多的飞行时间浪费在不感兴趣的区域上，进而降低无人机的飞行效率。因此，需要一种能够适用于大面积的基于Ubuntu的提高无人机飞行效率的控制系统和方法，通过NvidiaJetsonTK1对无人机飞行控制系统的控制，在无人机飞行前划分感兴趣和不感兴趣区域上传到无人机飞控。当无人机处于不感兴趣区域时，飞行速度保持在一个较快的速度；当无人机处于感兴趣区域时，飞行速度保持在一个较低的速度，进而在保证采集图像效果的同时节省无人机的飞行时间，提高无人机的飞行效率，解决上述存在的问题。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种基于Ubuntu的提高无人机飞行效率的控制系统和方法，提高无人机的飞行效率，使得无人机经过不感兴趣区域的时候，提高其飞行速度，而无人机经过感兴趣区域的时候，降低其飞行速度，并节约无人机电池电量。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于Ubuntu的提高无人机飞行效率的控制系统，包括采集装置、无人机、飞控装置、无线数传装置、无线图传装置、PC端地面站，所述采集装置连接所述无人机，所述飞控装置和所述无线数传装置均与无人机以及PC端地面站连接；所述采集装置设置于所述无人机上，用于采集无人机周围的大面积全景图图像，并将全景图图像数据发送至所述飞控装置；所述飞控装置设置于所述无人机上，用于控制无人机的飞行轨迹且将全景图图像数据发送至所述PC端地面站；所述PC端地面站用于显示采集装置采集的全景图图像，用户在PC端地面站上规划无人机的飞行参数；所述无线数传装置用于传输所述PC端地面站与所述飞控装置之间的飞行参数；所述无线图传装置用于传输所述PC端地面站与所述飞控装置之间的全景图图像数据。

作为优选的，所述飞控装置包括微处理器、处理器载板以及电源模块。

作为优选的，所述微处理器为NvidiaJetsonTK1处理器，其内嵌操作系统为开源Ubuntu系统。

作为优选的，所述采集装置包括相机云台和遥感相机，所述相机云台用于固定遥感相机和调整遥感相机的采集图像角度，所述遥感相机用于采集无人机周围的大面积全景图图像。

作为优选的，所述遥感相机采用可见光相机或多光谱相机或高光谱相机。

作为优选的，所述无线数传装置包括无线串口收发模块与USB转TTL模块，所述无线串口收发模块用于无线连接所述PC端地面站，所述USB转TTL模块用于电连接所述飞控装置。

作为优选的，所述无线图传装置包括依次连接的编码器、图传发射天线、图传接收天线以及解码器，所述编码器与所述飞控装置连接，所述解码器与所述PC端地面站连接。

作为优选的，所述PC端地面站包括无线数传装置和安装有Ubuntu系统的PC机；所述PC机通过所述无线数传装置发送指令给飞控装置，使得接收到相应指令的飞控装置进而对无人机进行相应的操控。

作为优选的，所述无人机采用M100无人机。

本发明另一目的是提供一种基于Ubuntu的提高无人机飞行效率的控制方法，包括下述步骤：

S1、启动无人机，接通处理器载板的电源开关，向飞控装置供电；此时，微处理器启动Ubuntu系统，进入待机状态，等待PC端地面站发送指令；

S2、PC端地面站依次对飞控装置发送指令，初始化无人机通信串口和通信频率，获取无人机的控制权；

S3、无人机处于待起飞状态，PC端地面站对飞控装置发送起飞指令，飞控装置在接收到起飞指令后，无人机起飞上升至一定高度，此时无人机处于等待指令状态；

S4、PC端地面站继续发送升空指令至飞控装置，此时无人机再升高至设定的某一高度，并对大面积区域采集全景图图像，然后把全景图图像数据传送至编码器编码后通过图传发射天线发送至PC端地面站的图传接收天线；

S5、PC端地面站的图传接收天线接收图像后通过解码器解码，在PC机上显示采集的全景图图像，用户可手动标记感兴趣区域的范围；

S6、用户在全景图图像上输入并设置多个飞行点，以划定的飞行点围成的区域作为无人机飞行路线覆盖的区域，即划定的区域作为无人机飞行路线的整体区域，然后设定无人机的飞行参数，并调用PC机上的函数库，用于规划无人机航线；其中，飞行参数包括GPS信息、航线密集率、飞行速度以及飞行高度等参数；

S7、PC端地面站根据步骤S5中标记的感兴趣区域位置，以数个标记点将所有感兴趣区域划分出来，并将感兴趣区域内标记点的GPS信息、区域内飞行速度、高度的参数上传至飞控装置；

S8、继续操作PC端地面站用于设置无人机在完成航线任务后的动作，包括悬停半空、原点降落或返回起点；

S9、继续操作PC端地面站使其对无人机发送开始任务指令，此时无人机初始化任务，开始执行航线任务。

采用上述技术方案后，本发明至少具有如下有益效果：

(1)本发明系统使用自定通信协议，一条指令对应一条反馈信息，简易操控的上位机界面，可离线调用地图API，可在离线的情况下使用上位机的地图功能给无人机制定航线计划，也可以通过依次手动输入各个点GPS信息、飞行高度等参数制定航线，即使在没有网络信号的区域，该系统也能工作，具有适用性；

(2)本发明的PC端地面站可以将无人机的飞行区域划分为感兴趣区域和不感兴趣区域，无人机处于不感兴趣区域时，飞行速度保持在一个较快的速度；当无人机处于感兴趣区域时，飞行速度保持在一个较低的速度，提高无人机的飞行效率；

(3)本发明的PC端地面站能够随时发送指令至飞控装置，通过无线数传收发装置返回当前实时的GPS信息、飞行高度等参数；

(4)本发明的PC端地面站会在离线地图API实时显示无人机的飞行轨迹，操作者能够实时监测无人机的飞行情况。

附图说明

图1为本发明一种基于Ubuntu的提高无人机飞行效率的控制系统结构示意图；

图2为本发明一种基于Ubuntu的提高无人机飞行效率的控制系统的操作方法流程图；

图3为本发明一种基于Ubuntu的提高无人机飞行效率的控制系统操作方法中无人机模拟飞行航线示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细说明。

实施例

如图1所示，本发明提供了一种适用于大面积的基于Ubuntu的提高无人机飞行效率的控制系统，其包括了采集装置、无人机、飞控装置、无线数传装置、无线图传装置、PC端地面站；其中，采集装置连接无人机，飞控装置设置于无人机上，无线数传装置和无线图传装置分别与飞控装置和PC端地面站连接；采集装置设置于无人机上，用于采集无人机周围的大面积全景图图像，并将全景图图像数据发送至飞控装置；飞控装置设置于无人机上，用于控制无人机的飞行轨迹且将全景图图像数据发送至所述PC端地面站；PC端地面站用于显示采集装置采集的全景图图像，用户在PC端地面站上规划无人机的飞行参数，飞行参数即PC端地面站以无人机为原点的三维飞行控制、无人机的航迹规划、实时记录无人机的飞行轨迹；无线数传装置用于传输PC端地面站与飞控装置之间的飞行参数；无线图传装置用于传输PC端地面站与飞控装置之间的全景图图像数据。作为优选的，本实施例中的无人机采用大疆的M100无人机。

进一步，所述飞控装置是系统的核心处理模块，其包括微处理器、处理器载板、电源模块以及USB转CAN接口线；本实施例中，微处理器油优选为NvidiaJetsonTK1处理器、所述NvidiaJetsonTK1处理器通过Samtec的连接器与处理器载板连接，所述处理器载板用于NvidiaJetsonTK1的接口扩展和面向系统电源的输出，所述处理器载板为NvidiaJetsonTK1扩展了多种接口，包括一个高清HDMI输出接口、一个以太网口、一个USB3.0、一个SATA、一个SD卡插槽、串口DB9和JTAG，以及众多IO口引出；该处理器载板通过USB转CAN接口线与M100无人机相连，由电源模块对处理器载板进行稳定供电；该NVIDIA TK1处理器拥有4个ARMCortexA15核心，192个Pascal架构CUDA核心、2GBLPDDR4内存、16GBeMMC闪存，该NvidiaJetsonTK1处理器运行Ubuntu 14.04系统。

所述无线数传装置由无线串口收发模块与USB转TTL模块构成，通过USB口分别与飞控装置与PC端连接，主要发送反馈信息，和接收PC端地面站发送的指令信息。

所述采集装置由相机云台、遥感相机组成，相机云台起固定相机、调整相机采集图像角度的作用，遥感相机根据采集图像类型分为可见光相机、多光谱相机和高光谱相机。

所述无线图传装置由编码器、解码器、图传发射天线、图传接收天线构成，通过USB口编码器与飞控装置连接，解码器与PC端连接，图传发射天线与编码器连接，图传接收天线与解码器连接，主要发送M100无人机采集的遥感图像并在PC端接收和显示图像。一般地，无线图传装置设置在PC端地面站上。

所述PC端地面站由无线数传装置、无线图传装置、装有Ubuntu系统的PC机组成，PC机使用自编上位机软件发送指令和接收飞控装置的反馈信息。

如图2所示，是本发明的操作流程示意图，具体操作方法包括：

S1：启动M100无人机，接通处理器载板的电源开关，向飞控装置供电；NvidiaJetsonTK1处理器启动Ubuntu系统，初始化通信串口，进入待机状态，等待PC端地面站发送指令；

S2：使用PC端地面站依次发送指令，初始化M100无人机通信串口和通信频率，获取无人机的控制权；

S3：M100无人机处于待起飞状态，PC端地面站发送起飞指令，飞控装置在接收到起飞指令后，M100无人机起飞上升至1m高度，此时M100无人机处于等待指令状态；

需要说明的是，M100接收飞行指令后并上升至1m高度，这里的1m高度时预设高度值，可以根据实际的情况调整不同的预设高度值；

S4：PC端地面站发送升空指令至飞控装置，M100无人机升至一定高度，悬停，对大面积区域采集全景图图像，如图3所示，区域ABCD为全景图图像区域，并把图像传送至编码器编码后通过图传发射天线发送至PC端的图传接收天线；

需要说明的是，M100无人机上升至一定高度是指刚好能把需要拍摄的大面积全景图全部拍进图像的高度，并悬停；

S5：PC端的图传接收天线接收图像后通过解码器解码，在屏幕上显示采集的全景图像，并手动标记感兴趣区域的范围；

S6：设置并输入多个飞行点，以划定的飞行点围成的区域作为无人机飞行路线覆盖的区域，即划定的区域作为无人机飞行路线的整体区域，设置航线密集率、飞行速度和飞行高度等参数，调用大疆内部函数库，规划无人机航线；

需要说明的是，设置使用PC端地面站的自编上位机软件的地图功能中的离线地图API制定航线，开启离线地图API后，使用鼠标在地图上依次点击一个点作为飞行点，添加飞行点完成后，PC端地面站将输入GPS信息、飞行速度、飞行高度等参数上传至飞控装置；

S7：根据S5标记的感兴趣区域位置，以数个标记点将所有感兴趣区域划分出来，如图3所示，区域abcd和区域efgh为当前感兴趣区域，并将标记点的GPS信息、区域内飞行速度、高度的参数上传至飞控装置；

需要说明的是，一般而言，在不感兴趣区域设置的飞行速度较快；在感兴趣区域设置的飞行速度较慢，进而在保证采集图像效果的同时节省无人机的飞行时间，提高无人机的飞行效率；

S8：使用PC端地面站设置无人机在完成航线任务后的动作，即悬停半空、原点降落或返回起点；

S9：使用PC端地面站发送开始任务指令，则无人机初始化任务，开始执行航线任务。

需要说明的是，M100无人机在执行航线任务期间，PC端地面站上会显示无人机航线的轨迹图。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解的是，在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种等效的变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。

Claims (10)

1.一种基于Ubuntu的提高无人机飞行效率的控制系统，其特征在于，包括采集装置、无人机、飞控装置、无线数传装置、无线图传装置、PC端地面站，所述采集装置连接所述无人机，所述飞控装置设置于所述无人机上，所述无线数传装置和所述无线图传装置分别与所述飞控装置和所述PC端地面站连接；所述采集装置设置于所述无人机上，用于采集无人机周围的大面积全景图图像，并将全景图图像数据发送至所述飞控装置；所述飞控装置设置于所述无人机上，用于控制无人机的飞行轨迹且将全景图图像数据发送至所述PC端地面站；所述PC端地面站用于显示采集装置采集的全景图图像，用户在PC端地面站上规划无人机的飞行参数；所述无线数传装置用于传输所述PC端地面站与所述飞控装置之间的飞行参数；所述无线图传装置用于传输所述PC端地面站与所述飞控装置之间的全景图图像数据。

2.如权利要求1所述的一种基于Ubuntu的提高无人机飞行效率的控制系统，其特征在于，所述飞控装置包括微处理器、处理器载板以及电源模块。

3.如权利要求2所述的一种基于Ubuntu的提高无人机飞行效率的控制系统，其特征在于，所述微处理器为NvidiaJetsonTK1处理器，其内嵌操作系统为开源Ubuntu系统。

4.如权利要求1所述的一种基于Ubuntu的提高无人机飞行效率的控制系统，其特征在于，所述采集装置包括相机云台和遥感相机，所述相机云台用于固定遥感相机和调整遥感相机的采集图像角度，所述遥感相机用于采集无人机周围的大面积全景图图像。

5.如权利要求4所述的一种基于Ubuntu的提高无人机飞行效率的控制系统，其特征在于，所述遥感相机采用可见光相机或多光谱相机或高光谱相机。

6.如权利要求1所述的一种基于Ubuntu的提高无人机飞行效率的控制系统，其特征在于，所述无线数传装置包括无线串口收发模块与USB转TTL模块，所述无线串口收发模块用于无线连接所述PC端地面站，所述USB转TTL模块用于电连接所述飞控装置。

7.如权利要求1所述的一种基于Ubuntu的提高无人机飞行效率的控制系统，其特征在于，所述无线图传装置包括依次连接的编码器、图传发射天线、图传接收天线以及解码器，所述编码器与所述飞控装置连接，所述解码器与所述PC端地面站连接。

8.如权利要求1所述的一种基于Ubuntu的提高无人机飞行效率的控制系统，其特征在于，所述PC端地面站包括无线数传装置和安装有Ubuntu系统的PC机；所述PC机通过所述无线数传装置发送指令给飞控装置，使得接收到相应指令的飞控装置进而对无人机进行相应的操控。

9.如权利要求1至8任一所述的一种基于Ubuntu的提高无人机飞行效率的控制系统，其特征在于，所述无人机采用M100无人机。

10.一种基于Ubuntu的提高无人机飞行效率的控制方法，其特征在于，包括下述步骤：

S1、启动无人机，接通处理器载板的电源开关，向飞控装置供电；此时，微处理器启动Ubuntu系统，进入待机状态，等待PC端地面站发送指令；

S2、PC端地面站依次对飞控装置发送指令，初始化无人机通信串口和通信频率，获取无人机的控制权；

S3、无人机处于待起飞状态，PC端地面站对飞控装置发送起飞指令，飞控装置在接收到起飞指令后，无人机起飞上升至一定高度，此时无人机处于等待指令状态；

S4、PC端地面站继续发送升空指令至飞控装置，此时无人机再升高至设定的某一高度，并对大面积区域采集全景图图像，然后把全景图图像数据传送至编码器编码后通过图传发射天线发送至PC端地面站的图传接收天线；

S5、PC端地面站的图传接收天线接收图像后通过解码器解码，在PC机上显示采集的全景图图像，用户可手动标记感兴趣区域的范围；

S6、用户在全景图图像上输入并设置多个飞行点，以划定的飞行点围成的区域作为无人机飞行路线覆盖的区域，即划定的区域作为无人机飞行路线的整体区域，然后设定无人机的飞行参数，并调用PC机上的函数库，用于规划无人机航线；其中，飞行参数包括GPS信息、航线密集率、飞行速度以及飞行高度等参数；

S7、PC端地面站根据步骤S5中标记的感兴趣区域位置，以数个标记点将所有感兴趣区域划分出来，并将感兴趣区域内标记点的GPS信息、区域内飞行速度、高度的参数上传至飞控装置；

S8、继续操作PC端地面站用于设置无人机在完成航线任务后的动作，包括悬停半空、原点降落或返回起点；

S9、继续操作PC端地面站使其对无人机发送开始任务指令，此时无人机初始化任务，开始执行航线任务。