CN108491962A - 固定翼无人机山区起降点选取系统及其选取方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于无人机航测技术领域，涉及固定翼无人机起降技术，该选取系统包括数据库模块，还包括依次相连的测区范围确定模块、实地勘测模块、数据处理模块和航测更新提醒模块；本发明的选取方法，包括预选步骤、确定较佳起降区域步骤、确定最佳起降点步骤；本发明实时高效、精度高、控制度好，针对固定翼无人机具有一套专门的选取步骤，快速地实现了在艰涩复杂的山区还能够高度精确地选择最佳起降地点，大大提高了固定翼无人机航测精度，确保无人机的安全起降，大大降低了无人机的航测成本，更适合推广。

Description

固定翼无人机山区起降点选取系统及其选取方法

技术领域

本发明属于无人机航测技术领域，涉及固定翼无人机起降技术，更具体地说，涉及固定翼无人机山区起降点选取系统及其选取方法。

背景技术

众所周知，固定翼无人机航测范围广，速度快，效率高，在地形等测绘方面的应用越来越广，但是由于其固定翼的属性，该种类无人机对降落地点的要求也更加严苛。天宝UX5无人机需要至少长五十米宽三十米的平地，最佳选择四周空旷、相对柔软且无石块等硬物的田地，尽量避免水泥路面的硬着陆。执行测绘任务时，难免遇见较为复杂的地形条件，无法找到大面积的空地，这对无人机的安全降落极为不利。在山区中，不乏有峭壁和山崖，山谷间的大风对无人机的安全也有很大影响，寻找一块能让无人机安全起降的空旷地点极为不易，漫无目的的找寻将浪费大量时间，增加无人机航测的作业成本。另外，现有的起降点选取方法只是无人机航测算法的一部分，无人机在起飞和降落时对于起降区域的选取，还存在很多需要改善的地方，没有比较逻辑紧密的算法做支撑，就算进行了较严密的实地考察勘测和测区地图标识，也很容易出现选取误差，进而造成事故；而且，没有专门针对固定翼类型的无人机的起降点选取方法，这些都无疑造成了不精确的航测，大大增加了无人机航测成本。

发明内容

有鉴于此，为解决上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种固定翼无人机山区起降点选取系统及其选取方法，实时高效、精度高、控制度好，针对固定翼无人机具有一套专门的选取步骤，快速地实现了在艰涩复杂的山区还能够高度精确地选择最佳起降地点，大大提高了固定翼无人机航测精度，确保无人机的安全起降，大大降低了无人机的航测成本，更适合推广。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

固定翼无人机山区起降点选取系统，包括数据库模块，还包括依次相连的测区范围确定模块、实地勘测模块、数据处理模块和航测更新提醒模块，所述测区范围确定模块、实地勘测模块、数据处理模块、航测更新提醒模块分别与所述数据库模块连接；

所述数据库模块用于保存实地考察数据、选取公式、起降点高差和选取历史记录；

所述测区范围确定模块用于对测区区域中满足条件的起降区域进行确定、分类；所述测区范围确定模块包括相连的分区单元和分类处理单元；

所述实地勘测模块用于对每个起降区域分别进行实地考察、测量，并将测量的勘测数据传输给所述数据处理模块；

所述数据处理模块用于输入数据的计算、处理、更新和传输；

所述航测更新提醒模块用于实时更新测区地图和航测更新提醒，所述航测更新提醒模块包括红外显示单元、语音提示单元。

进一步的，所述分区单元用于将测区区域分为不同情况的起降区域，并确定较佳起降区域；

所述分类处理单元用于归类不同情况的较佳起降区域，并分类管理和暂时保存起降区域、较佳起降区域、较佳起降点、最佳起降点的勘测数据；

所述红外显示单元用于无人机航测更新的红外图像提醒；

所述语音提示单元用于无人机航测更新的语音提醒。

本发明的固定翼无人机山区起降点选取系统的选取方法，包括以下步骤：

S1：在无人机正常航测模式下，查询测区地图，所述测区范围确定模块在测区地图中预选地势平坦无杂物、四周无较高障碍物的开阔地，将之作为起降区域；

S11：若山区测区面积较小，且外围接壤平原，测区范围确定模块选择测区外围相对海拔低于750m的山峰，在其山脚或测区附近寻找农田或平坦草地，并将之作为起降区域；

S12：基于S11，若山区测区附近无适合平地，测区范围确定模块查找山腰或者山顶是否有较为空旷的地点，并将之作为起降区域；

S13：基于S12，若山区测区面积较大，无人机续航能力无法满足从外围飞入进行航测，则测区范围确定模块需在山区内寻找合适地点，并将之作为起降区域；

S2：实地勘测模块和数据处理模块对预选的每个起降区域分别进行实地考察、测量、计算，规划出每个起降区域内具备良好条件的起降点，数据处理模块调用数据库模块中的选取公式选择较佳起降区域，并初步确定若干个起降点；所述选取步骤具体包括以下子步骤：

S21：所述数据库模块定义较佳起降区域标准常数为a0，较佳起降区域的个数为N，每个较佳起降区域内具备良好条件的起降点的个数分别为n₁、n₂、...、n_N，最佳起降点的总个数为n；

S22：设定选取公式：，其中，标准常数a₀＞1，；

S23：实地勘测模块经实地考察后，数据处理模块通过测量、计算并进行数据记录N、n₁、n₂、...、n_N、n，在保证满足的选取条件下，确定最终的每个最佳起降点的具体方位，并在测区地图上进行标注，航测更新提醒模块进行实时更新测区地图和航测更新提醒，并保存到数据库模块；

S3：实地勘测模块对最佳起降点进一步续航实地勘察，保证各个最佳起降点的高差均小于25m，最后，进行无人机的安全起飞和降落。

进一步的，所述步骤S13，具体包括以下子步骤：

A1：首先，寻找两山间的山谷地带，寻找谷底内长度适宜的平地，并将之作为起降区域；

A2：基于A1，若山谷中无满足条件的平地，则顺着山体寻找，在山腰或者山顶寻找平坦场地，并将之作为起降区域。

进一步的，所述步骤S22的选取公式中，（n₁+n₂+...+n_N）＞n。

进一步的，所述较佳起降区域、最佳起降点均受气候和风向的影响。

进一步的，所述步骤S11中，起降区域的长度均大于50m、宽度均大于30m。

进一步的，所述步骤S13中，起降区域的长度均大于100m、宽度均大于50m。

进一步的，所述步骤S3中，最佳起降点的高差每增加1m，无人机降落时多向前飞行10-20m。

本发明的有益效果是：

本发明的选取系统，各个模块相互配合、逻辑紧密，精确高效；本发明的固定翼无人机山区起降点选取系统的选取方法，其中，选取步骤的使用，实时高效、精度高、控制度好，更加自动化和智能化，通过选取公式的设定，针对艰涩复杂的山区环境，实现了清晰明了、简单高效的起降点选取，并且还能较好地区分出较佳起降区域、最佳起降点，快速实现了在实际航测时选择更多、误差最小的效果，避免了在出现突发情况还不能及时有效处理的问题，确保了无人机的安全起降，大大提高了可靠性、安全性；

其次，起降点选取中，规定了起降点的高差，考虑到了最佳起降点的高差每增加1m，无人机降落时多向前飞行10-20m的前提条件，进而在经过预选、优选等层层选取下，避免了无人机偏离预定着陆点而发生飞行事故的情况；

另外，在起降点选取算法中还设置了航测更新提醒，不仅能够及时、有效的进行安全起降、高精度航测，还能够实时标识测区地图，实时更新航测提醒，简单明了、安全系数高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的系统原理框图；

图2为本发明的方法流程框图；

图3为测区面积较小且一侧连接平原时的起降点搜索情况示意图；

图4为测区面积较大且外围无平原时的起降点搜索情况示意图。

附图标记：1、数据库模块，2、测区范围确定模块，201、分区单元，202、分类处理单元，3、实地勘测模块，4、数据处理模块，5、航测更新提醒模块，501红外显示单元，502、语音提示单元。

具体实施方式

下面给出具体实施例，对本发明的技术方案作进一步清楚、完整、详细地说明。本实施例是以本发明技术方案为前提的最佳实施例，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，固定翼无人机山区起降点选取系统，包括数据库模块1，还包括依次相连的测区范围确定模块2、实地勘测模块3、数据处理模块4和航测更新提醒模块5，所述测区范围确定模块2、实地勘测模块3、数据处理模块4、航测更新提醒模块5分别与所述数据库模块1连接；

所述数据库模块1用于保存实地考察数据、选取公式、起降点高差和选取历史记录；

所述测区范围确定模块2用于对测区区域中满足条件的起降区域进行确定、分类；所述测区范围确定模块2包括相连的分区单元201和分类处理单元202；

所述实地勘测模块3用于对每个起降区域分别进行实地考察、测量，并将测量的勘测数据传输给所述数据处理模块4；

所述数据处理模块4用于输入数据的计算、处理、更新和传输；

所述航测更新提醒模块5用于实时更新测区地图和航测更新提醒，所述航测更新提醒模块5包括红外显示单元501、语音提示单元502。

进一步的，所述分区单元201用于将测区区域分为不同情况的起降区域，并确定较佳起降区域；

所述分类处理单元202用于归类不同情况的较佳起降区域，并分类管理和暂时保存起降区域、较佳起降区域、较佳起降点、最佳起降点的勘测数据；

所述红外显示单元501用于无人机航测更新的红外图像提醒；

所述语音提示单元502用于无人机航测更新的语音提醒。

如图2所示，固定翼无人机山区起降点选取系统的选取方法，包括以下步骤：

S1：在无人机正常航测模式下，查询测区地图，所述测区范围确定模块2在测区地图中预选地势平坦无杂物、四周无较高障碍物的开阔地，将之作为起降区域；

S11：若山区测区面积较小，且外围接壤平原，测区范围确定模块2选择测区外围相对海拔低于750m的山峰，在其山脚或测区附近寻找农田或平坦草地，并将之作为起降区域；

S12：基于S11，若山区测区附近无适合平地，测区范围确定模块2查找山腰或者山顶是否有较为空旷的地点，并将之作为起降区域；

S13：基于S12，若山区测区面积较大，无人机续航能力无法满足从外围飞入进行航测，则测区范围确定模块2需在山区内寻找合适地点，并将之作为起降区域；

S2：实地勘测模块3和数据处理模块4对预选的每个起降区域分别进行实地考察、测量、计算，规划出每个起降区域内具备良好条件的起降点，数据处理模块4调用数据库模块1中的选取公式选择较佳起降区域，并初步确定若干个起降点；所述选取步骤具体包括以下子步骤：

S21：所述数据库模块1定义较佳起降区域标准常数为a0，较佳起降区域的个数为N，每个较佳起降区域内具备良好条件的起降点的个数分别为n₁、n₂、...、n_N，最佳起降点的总个数为n；

S22：设定选取公式：，其中，标准常数a₀＞1，；

S23：实地勘测模块3经实地考察后，数据处理模块4通过测量、计算并进行数据记录N、n₁、n₂、...、n_N、n，在保证满足的选取条件下，确定最终的每个最佳起降点的具体方位，并在测区地图上进行标注，航测更新提醒模块5进行实时更新测区地图和航测更新提醒，并保存到数据库模块1；

S3：实地勘测模块3对最佳起降点进一步续航实地勘察，保证各个最佳起降点的高差均小于25m，最后，进行无人机的安全起飞和降落。

进一步的，所述步骤S13，具体包括以下子步骤：

A1：首先，寻找两山间的山谷地带，寻找谷底内长度适宜的平地，并将之作为起降区域；

A2：基于A1，若山谷中无满足条件的平地，则顺着山体寻找，在山腰或者山顶寻找平坦场地，并将之作为起降区域。

进一步的，所述步骤S22的选取公式中，（n₁+n₂+...+n_N）＞n。

进一步的，所述较佳起降区域、最佳起降点均受气候和风向的影响。

进一步的，所述步骤S11中，起降区域的长度均大于50m、宽度均大于30m。

进一步的，所述步骤S13中，起降区域的长度均大于100m、宽度均大于50m。

进一步的，所述步骤S3中，最佳起降点的高差每增加1m，无人机降落时多向前飞行10-20m。

进一步的，航测更新提醒包括红外显示单元501的红外图像提醒和语音提示单元502的语音提醒，直观明了，便于全面检测问题。

进一步的，所述固定翼无人机的型号为天宝UX5等同类型的固定翼航测无人机。

下面给出两个具体的实施例来对本发明的技术方案做进一步具体说明。

实施例1

参照图3，并对照技术方案中的步骤S11，对于测区面积较小且山区一侧连接平原，测区半径小于无人机最大航程的情况，进一步的说明如下：

图3中，地点1与地点2均为刚犁过地的农田，东侧傍山，西接平原，且长度大于50米，宽度超过30米。在航测东侧山区的地形时，可根据起飞时的风向选择地点1或者地点2。地点1中部有一条东西向的小路，用于南北向的起降时长度不够，根据无人机需迎风起，迎风降的原则，当起飞时风向为西风时可选择地点1。东风时由于东侧为山区，朝向大山起飞坠机风险较大，此时不建议进行航测作业。起飞时主风向为南风或北风时可选择地点2。

实施例2

参照图4，并对照技术方案中的步骤S13，对于测区四周无平原且面积较大，无人机从测区外起飞无法完成整个测区的航测任务的情况，进一步的说明如下：

地点3位于狭长山谷中，西侧的山较为平缓，东侧陡峭，为确保无人机的起降安全，降落地的长度要求提高至100米，宽度要求提高至50米，且谷底平坦无河流和碎石等。山谷中往往风力较大，需保证谷中风级在3级以下方可实施无人机的起降。根据风向可选择在地点3的东部或者西部起降。务必设置无人机起降时的转弯和盘旋地点在山谷略偏西的上空，图4中为地点3的西侧山地。冬季时河流干涸流量小，因此谷底较为干燥，若在春夏雨季，河道水流充沛，谷底就不适合无人机的起降，此时需依山寻找无人机的起降点，例如图4中的地点4。地点4位于山谷西侧山峰的山顶，地势较为平坦，无建筑，也无较大石块，地形上适合起降。山顶往往风势较大，在起飞前需借助风速仪等设备监测风速方可决定能否进行航测作业。

进一步的，需要说明的是，考虑到风向、风力、风速等天气条件的影响，本实施例中，参照图4，并对照技术方案中的步骤S13，对于测区四周无平原且面积较大，无人机从测区外起飞无法完成整个测区的航测任务的情况，其中：选取公式更新为：，其中，标准常数a₀＞1，；则减少了无人机选取较佳起降区域、最佳起降点的个数，即临界处的风险点，从而更精确地保证了在山区测区环境较不理想的情况下，仍能保证选取算法的高效性、有效性、安全性和可靠性。

另外，需要注意的是，在山区作业时尤其需要注意起降点的高差。高差每增加1m，无人机降落时多向前飞行10-20m，在山区若不考虑周全，容易发生飞行事故。

综上所述，本发明的选取系统，各个模块相互配合、逻辑紧密，精确高效；本发明的固定翼无人机山区起降点选取系统的选取方法，其中，选取步骤的使用，实时高效、精度高、控制度好，更加自动化和智能化，通过选取公式的设定，针对艰涩复杂的山区环境，实现了清晰明了、简单高效的起降点选取，并且还能较好地区分出较佳起降区域、最佳起降点，快速实现了在实际航测时选择更多、误差最小的效果，避免了在出现突发情况还不能及时有效处理的问题，确保了无人机的安全起降，大大提高了可靠性、安全性；

其次，起降点选取中，规定了起降点的高差，考虑到了最佳起降点的高差每增加1m，无人机降落时多向前飞行10-20m的前提条件，进而在经过预选、优选等层层选取下，避免了无人机偏离预定着陆点而发生飞行事故的情况；

另外，在起降点选取算法中还设置了航测更新提醒，不仅能够及时、有效的进行安全起降、高精度航测，还能够实时标识测区地图，实时更新航测提醒，简单明了、安全系数高。

以上显示和描述了本发明的主要特征、基本原理以及本发明的优点。本行业技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会根据实际情况有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.固定翼无人机山区起降点选取系统，包括数据库模块（1），其特征在于：还包括依次相连的测区范围确定模块（2）、实地勘测模块（3）、数据处理模块（4）和航测更新提醒模块（5），所述测区范围确定模块（2）、实地勘测模块（3）、数据处理模块（4）、航测更新提醒模块（5）分别与所述数据库模块（1）连接；

所述数据库模块（1）用于保存实地考察数据、选取公式、起降点高差和选取历史记录；

所述测区范围确定模块（2）用于对测区区域中满足条件的起降区域进行确定、分类；所述测区范围确定模块（2）包括相连的分区单元（201）和分类处理单元（202）；

所述实地勘测模块（3）用于对每个起降区域分别进行实地考察、测量，并将测量的勘测数据传输给所述数据处理模块（4）；

所述数据处理模块（4）用于输入数据的计算、处理、更新和传输；

所述航测更新提醒模块（5）用于实时更新测区地图和航测更新提醒，所述航测更新提醒模块（5）包括红外显示单元（501）、语音提示单元（502）。

2.根据权利要求1所述的固定翼无人机山区起降点选取系统，其特征在于：所述分区单元（201）用于将测区区域分为不同情况的起降区域，并确定较佳起降区域；

所述分类处理单元（202）用于归类不同情况的较佳起降区域，并分类管理和暂时保存起降区域、较佳起降区域、较佳起降点、最佳起降点的勘测数据；

所述红外显示单元（501）用于无人机航测更新的红外图像提醒；

所述语音提示单元（502）用于无人机航测更新的语音提醒。

3.固定翼无人机山区起降点选取系统的选取方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：在无人机正常航测模式下，查询测区地图，所述测区范围确定模块（2）在测区地图中预选地势平坦无杂物、四周无较高障碍物的开阔地，将之作为起降区域；

S11：若山区测区面积较小，且外围接壤平原，测区范围确定模块（2）选择测区外围相对海拔低于750m的山峰，在其山脚或测区附近寻找农田或平坦草地，并将之作为起降区域；

S12：基于S11，若山区测区附近无适合平地，测区范围确定模块（2）查找山腰或者山顶是否有较为空旷的地点，并将之作为起降区域；

S13：基于S12，若山区测区面积较大，无人机续航能力无法满足从外围飞入进行航测，则测区范围确定模块（2）需在山区内寻找合适地点，并将之作为起降区域；

S2：实地勘测模块（3）和数据处理模块（4）对预选的每个起降区域分别进行实地考察、测量、计算，规划出每个起降区域内具备良好条件的起降点，数据处理模块（4）调用数据库模块（1）中的选取公式选择较佳起降区域，并初步确定若干个起降点；所述选取步骤具体包括以下子步骤：

S21：所述数据库模块（1）定义较佳起降区域标准常数为a0，较佳起降区域的个数为N，每个较佳起降区域内具备良好条件的起降点的个数分别为n₁、n₂、...、n_N，最佳起降点的总个数为n；

S22：设定选取公式：，其中，标准常数a₀＞1，；

S23：实地勘测模块（3）经实地考察后，数据处理模块（4）通过测量、计算并进行数据记录N、n₁、n₂、...、n_N、n，在保证满足的选取条件下，确定最终的每个最佳起降点的具体方位，并在测区地图上进行标注，航测更新提醒模块（5）进行实时更新测区地图和航测更新提醒，并保存到数据库模块（1）；

S3：实地勘测模块（3）对最佳起降点进一步续航实地勘察，保证各个最佳起降点的高差均小于25m，最后，进行无人机的安全起飞和降落。

4.根据权利要求3所述的固定翼无人机山区起降点选取系统的选取方法，其特征在于：所述步骤S13，具体包括以下子步骤：

A1：首先，寻找两山间的山谷地带，寻找谷底内长度适宜的平地，并将之作为起降区域；

A2：基于A1，若山谷中无满足条件的平地，则顺着山体寻找，在山腰或者山顶寻找平坦场地，并将之作为起降区域。

5.根据权利要求3所述的固定翼无人机山区起降点选取系统的选取方法，其特征在于：所述步骤S22的选取公式中，（n₁+n₂+...+n_N）＞n。

6.根据权利要求3所述的固定翼无人机山区起降点选取系统的选取方法，其特征在于：所述较佳起降区域、最佳起降点均受气候和风向的影响。

7.根据权利要求3所述的固定翼无人机山区起降点选取系统的选取方法，其特征在于：所述步骤S11中，起降区域的长度均大于50m、宽度均大于30m。

8.根据权利要求3所述的固定翼无人机山区起降点选取系统的选取方法，其特征在于：所述步骤S13中，起降区域的长度均大于100m、宽度均大于50m。

9.根据权利要求3所述的固定翼无人机山区起降点选取系统的选取方法，其特征在于：所述步骤S3中，最佳起降点的高差每增加1m，无人机降落时多向前飞行10-20m。