CN108569412B - 无人机飞行能力自检平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种飞行能力自检平台，包括：伽利略导航设备，设置在无人机上，用于基于伽利略导航卫星反馈的卫星导航数据确定所述无人机的伽利略导航位置；目标分析设备，设置在无人机上，与碎片采集设备连接，用于接收人体成像碎片和实时景象成影，并基于所述人体成像碎片在所述实时景象成影中的相对位置以及所述伽利略导航位置确定所述人体目标的导航位置；地图获取设备，设置在无人机上，用于预存无人机飞行区域的电子地图，并在所述电子地图搜索与所述人体目标的导航位置对应的山体高度以作为目标山体高度输出。通过本发明，能够及时、准确地对无人机的飞行能力进行评估。

Description

无人机飞行能力自检平台

技术领域

本发明涉及无人机领域，尤其涉及一种无人机飞行能力自检平台。

背景技术

无人机是一种由动力驱动、机上无人驾驶、可重复使用的航空器的简 称。1917年英国人研制成功了世界上第一架无人机，从此无人机经过了无 人靶机、预编程序控制无人侦察机、指令遥控无人侦察机和复合控制多用 途无人机的发展过程，但直到20世纪80年代才得到日益广泛的应用，并 在几次局部战争中发挥了重要的作用。到20世纪80年代中、后期，各国 制造的无人机有近百种，其起飞质量从数公斤到100kg以上，航程从数公 里到上千公里，飞行速度从大于100km/h到超声速。

无人机按控制方式可分为遥控式、半主动式、自主式和三者兼备等类 别。无人机可军民两用，民用无人机多数是多用途无人机装载民用任务载 荷的变型机，按用途可分为民用通信中继无人机、气象探测无人机、灾害 监测无人机、农药喷洒无人机、地质勘测无人机、地图测绘无人机、交通 管制无人机和边境控制无人机等。无人机未来的发展将在很多方面与有人 机相似，但也会有不少创新，比如它的性能将向隐形、高空高速、高机动 发展，但在材料、能源的利用上会有许多不同于有人机之处。

无人机之所以深受各国青睐，归根结底在于它优点多。1)隐蔽性好， 生命力强。无人机比起有人驾驶飞机来，无论是体积、质量，还是反射面 积都比后者要小得多，再加上它独特精巧的设计以及机体表面涂敷有隐身 性能极好的涂料，使得它的暴露率几乎呈几何级数减小。与此同时，无人 机还有一个极为突出的特点，即不受人为因素(如过载因素)的制约，因而 可以最大限度地飞到适合其特点的速度、高度、航程等，也可以通过超加 速升降、倒飞、急转弯飞行等方式，来增加隐蔽性和提高生存能力。2)造 价低廉，不惧伤亡。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种飞行能力自检平台，引入了一 套能够克服山地的特殊复杂环境的图像捕获机制，对被营救目标进行图像 定位，在此基础上，确定被营救目标所在位置的山体高度，对无人机营救 目标的飞行能力进行有效评估，从而避免救援时机被耽误。

更具体地，本发明至少具备以下四处关键发明点：

(1)基于无人机的各次飞行任务的最大飞行高度分析无人机的参考 飞行限高，还基于电子地图和图像分析模式确定被营救目标所在位置的山 体高度，从而能够对无人机营救目标的飞行能力进行有效评估，避免了飞 行事故的发生；

(2)对图像中各个像素点的对H分量值、B分量值和S分量值进行 数据转换处理，以将原先不同单位的H分量值、B分量值和S分量值转换 成相同数值分布范围、统一单位的待处理图像，从而方便后续的像素级处 理；

(3)基于图像像素点各个分量值的实际数值进行数据统计，避免图 像亮度判断的区域化；

(4)建立基于已捕获图像内容分析结果的自适应增强机制，保证了 增强后图像的一致性。

根据本发明的一方面，提供了一种飞行能力自检平台，所述平台包括；

伽利略导航设备，设置在无人机上，用于基于伽利略导航卫星反馈的 卫星导航数据确定所述无人机的伽利略导航位置；

目标分析设备，设置在无人机上，与碎片采集设备连接，用于接收人 体成像碎片和实时景象成影，并基于所述人体成像碎片在所述实时景象成 影中的相对位置以及所述伽利略导航位置确定所述人体目标的导航位置；

地图获取设备，设置在无人机上，用于预存无人机飞行区域的电子地 图，并在所述电子地图搜索与所述人体目标的导航位置对应的山体高度以 作为目标山体高度输出；

飞行能力分析设备，用于预存无人机的每次飞行任务的最大飞行高 度，并基于无人机的各次飞行任务的最大飞行高度分析无人机的参考飞行 限高，并将所述参考飞行限高与所述目标山体高度比较；

其中，在所述飞行能力分析设备中，当所述参考飞行限高大于等于所 述目标山体高度时，发出准许营救信号；

其中，在所述飞行能力分析设备中，当所述参考飞行限高小于所述目 标山体高度时，发出禁止营救信号。

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

图1为根据本发明实施方案示出的飞行能力自检平台的结构方框图。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的飞行能力自检平台的实施方案进行详细 说明。

中国登山协会成立了山难事故调查小组，对每年登山户外的山难 事故进行统计与基本分析，认为，中国山难史根据不同时期的特点分 为两个阶段。

第一阶段：1957年—2000年。此期间的山难事件基本上发生在海拔 3500米以上(青藏地区为5000米以上)的高山探险活动中，很少有民间 登山活动，遇难者基本上是专业运动员。

第二阶段：2001年以后。户外运动通常是指在海拔3500米以下(青 藏地区为5000米以下)进行的登山及其他户外活动。自2001年起，中国 大陆户外运动蓬勃发展，遇难人数基本上呈上升趋势，现年度遇难人数已 超过了高山探险中的遇难人数，成为山难的主要部分。同时，登山活动也 逐步平民化，高山探险中的遇难人员也基本上是非专业运动员，为业余登 山爱好者。

为了保护登山者的人身安全，登山协会、登山组织方以及登山者都会 采用一些空中护送以及空中救援的机制，例如，引入无人机参与登山。然 而，由于山地的特殊复杂环境，尤其是对于海拔较高的环境下，无人机的 飞行能力无法得到有效评估，导致很难对当前的营救任务危险程度进行准 确的预算。

为了克服上述不足，本发明搭建了一种飞行能力自检平台，能够准确 定位出被营救者的当前位置，从而实现无人机飞行能力的有效检测。

图1为根据本发明实施方案示出的飞行能力自检平台的结构方框图， 所述平台包括：

控制箱1，用于容纳所述平台的一些电子处理设备；

实时抓拍设备2，包括设置在无人机上，用于对无人机下方景象进行 实时抓拍操作，以获得并输出实时景象成影；

备用拍摄设备3，用于作为实时抓拍设备2的替换设备，以在检测到 实时抓拍设备2出现故障时，替换实时抓拍设备2以实现实时抓拍设备2 的相应功能；

伽利略导航设备，设置在无人机上，用于基于伽利略导航卫星反馈的 卫星导航数据确定所述无人机的伽利略导航位置；

目标分析设备，设置在无人机上，与碎片采集设备连接，用于接收人 体成像碎片和实时景象成影，并基于所述人体成像碎片在所述实时景象成 影中的相对位置以及所述伽利略导航位置确定所述人体目标的导航位置。

接着，继续对本发明的飞行能力自检平台的具体结构进行进一步的说 明。

所述飞行能力自检平台中还可以包括：

地图获取设备，设置在无人机上，用于预存无人机飞行区域的电子地 图，并在所述电子地图搜索与所述人体目标的导航位置对应的山体高度以 作为目标山体高度输出。

所述飞行能力自检平台中还可以包括：

飞行能力分析设备，用于预存无人机的每次飞行任务的最大飞行高 度，并基于无人机的各次飞行任务的最大飞行高度分析无人机的参考飞行 限高，并将所述参考飞行限高与所述目标山体高度比较。

所述飞行能力自检平台中：

在所述飞行能力分析设备中，当所述参考飞行限高大于等于所述目标 山体高度时，发出准许营救信号；

在所述飞行能力分析设备中，当所述参考飞行限高小于所述目标山体 高度时，发出禁止营救信号。

所述飞行能力自检平台中还可以包括：

数据转换设备，用于接收实时景象成影，从所述实时景象成影中获取 各个像素点的H分量值、B分量值和S分量值，并对H分量值、B分量值 和S分量值进行数据转换处理，以获取已转换H分量值、已转换B分量值 和已转换S分量值；

第一数据处理设备，与所述数据转换设备连接，用于针对每一个像素 点执行以下操作：计算已转换H分量值和已转换S分量值的算术平均值， 获取所述算术平均值的平方数；

第二数据处理设备，分别与所述数据转换设备和所述第一数据处理设 备连接，用于接收各个像素点的平方数以及接收各个像素点的已转换B分 量值，计算各个像素点的已转换B分量值的平方值，将各个像素点的已转 换B分量值的平方值相加以获得B分量比较数值，将各个像素点的平方数 相加以获得HS分量比较数值，并将所述B分量比较数值减去所述HS分 量比较数值以获得数据比较差值，还用于在所述数据比较差值的绝对值大 于等于预设绝对值限值且所述数据比较差值为正数时，输出图像偏亮信 号，否则，输出图像偏暗信号；

双模式增强设备，分别与所述实时抓拍设备和所述第二数据处理设备 连接，用于接收所述数据比较差值以及所述实时景象成影，还用于在接收 到所述图像偏亮信号时，将所述实时景象成影进行基于所述数据比较差值 的弱化增强幅度的图像增强处理，以获得并输出已增强图像，以及在接收 到所述图像偏暗信号时，将所述实时景象成影进行基于所述数据比较差值 的强化增强幅度的图像增强处理，以获得并输出已增强图像；

碎片采集设备，与所述双模式增强设备连接，用于接收所述已增强图 像，并对所述已增强图像中剥离出人体成像碎片。

所述飞行能力自检平台中：

基于所述数据比较差值的弱化增强幅度小于基于所述数据比较差值 的强化增强幅度，且当所述数据比较差值越大，所述弱化增强幅度越小， 所述强化增强幅度越小。

所述飞行能力自检平台中：

对H分量值、B分量值和S分量值进行数据转换处理，以获取已转换 H分量值、已转换B分量值和已转换S分量值包括：已转换H分量值、已 转换B分量值和已转换S分量值的数值分布范围均为0到100之间。

另外，所述伽利略导航设备基于伽利略卫星导航系统进行定位导航。 伽利略卫星导航系统(Galileo satellite navigation system)，是由欧盟研制 和建立的全球卫星导航定位系统，该计划于1999年2月由欧洲委员会公 布，欧洲委员会和欧空局共同负责。系统由轨道高度为23616km的30颗 卫星组成，其中27颗工作星，3颗备份星。卫星轨道高度约2.4万公里， 位于3个倾角为56度的轨道平面内。截止2016年12月，已经发射了18 颗工作卫星，具备了早期操作能力(EOC)，并计划在2019年具备完全 操作能力(FOC)。全部30颗卫星(调整为24颗工作卫星，6颗备份卫 星)计划于2020年发射完毕。

采用本发明的飞行能力自检平台，针对现有技术中缺乏对无人机救援 能力检测的技术问题，通过定制的、针对性的山地环境下的图像采集设备， 对包含被营救者的图像进行采集，识别被营救者并基于电子地图确定被营 救者的当前位置以及所在山体的高度，并基于无人机的飞行限高确定是否 能够实施对被营救者的营救计划，从而为山地救援提供准确的参考数据。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施 例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离 本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术 方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此， 凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例 所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的 范围内。

Claims (1)

1.一种飞行能力自检平台，其特征在于，所述平台包括：

伽利略导航设备，设置在无人机上，用于基于伽利略导航卫星反馈的卫星导航数据确定所述无人机的伽利略导航位置；

目标分析设备，设置在无人机上，与碎片采集设备连接，用于接收人体成像碎片和实时景象成影，并基于所述人体成像碎片在所述实时景象成影中的相对位置以及所述伽利略导航位置确定人体目标的导航位置；

地图获取设备，设置在无人机上，用于预存无人机飞行区域的电子地图，并在所述电子地图搜索与所述人体目标的导航位置对应的山体高度以作为目标山体高度输出；

飞行能力分析设备，用于预存无人机的每次飞行任务的最大飞行高度，并基于无人机的各次飞行任务的最大飞行高度分析无人机的参考飞行限高，并将所述参考飞行限高与所述目标山体高度比较；

在所述飞行能力分析设备中，当所述参考飞行限高大于等于所述目标山体高度时，发出准许营救信号；

在所述飞行能力分析设备中，当所述参考飞行限高小于所述目标山体高度时，发出禁止营救信号；

实时抓拍设备，设置在无人机上，用于对无人机下方景象进行实时抓拍操作，以获得并输出实时景象成影；

数据转换设备，用于接收实时景象成影，从所述实时景象成影中获取各个像素点的H分量值、B分量值和S分量值，并对H分量值、B分量值和S分量值进行数据转换处理，以获取已转换H分量值、已转换B分量值和已转换S分量值；

第一数据处理设备，与所述数据转换设备连接，用于针对每一个像素点执行以下操作：计算已转换H分量值和已转换S分量值的算术平均值，获取所述算术平均值的平方数；

第二数据处理设备，分别与所述数据转换设备和所述第一数据处理设备连接，用于接收各个像素点的平方数以及接收各个像素点的已转换B分量值，计算各个像素点的已转换B分量值的平方值，将各个像素点的已转换B分量值的平方值相加以获得B分量比较数值，将各个像素点的平方数相加以获得HS分量比较数值，并将所述B分量比较数值减去所述HS分量比较数值以获得数据比较差值，还用于在所述数据比较差值的绝对值大于等于预设绝对值限值且所述数据比较差值为正数时，输出图像偏亮信号，否则，输出图像偏暗信号；

双模式增强设备，分别与所述实时抓拍设备和所述第二数据处理设备连接，用于接收所述数据比较差值以及所述实时景象成影，还用于在接收到所述图像偏亮信号时，将所述实时景象成影进行基于所述数据比较差值的弱化增强幅度的图像增强处理，以获得并输出已增强图像，以及在接收到所述图像偏暗信号时，将所述实时景象成影进行基于所述数据比较差值的强化增强幅度的图像增强处理，以获得并输出已增强图像；

碎片采集设备，与所述双模式增强设备连接，用于接收所述已增强图像，并对所述已增强图像中剥离出人体成像碎片；

基于所述数据比较差值的弱化增强幅度小于基于所述数据比较差值的强化增强幅度，且当所述数据比较差值越大，所述弱化增强幅度越小，所述强化增强幅度越小；

其中，所述伽利略导航设备基于伽利略卫星导航系统进行定位导航，所述伽利略卫星导航系统由轨道高度为23616km的30颗卫星组成，其中27颗工作星，3颗备份星，卫星轨道高度2.4万公里，位于3个倾角为56度的轨道平面内，已经发射18颗工作卫星，具备了早期操作能力EOC。