CN108873930A - 基于移动平台的无人机起降方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无人机技术领域，具体提供了基于移动平台的无人机起降方法及系统，移动平台配备有控制无人机起降的控制装置，该无人机起降方法包括起飞过程和降落过程，起飞过程包括：控制装置向无人机发送起飞指令，无人机判定自身满足起飞条件时执行起飞动作，降落过程包括：无人机实时采集自身与移动平台之间的相对位置信息，并飞行至移动平台上空的位置，在判定满足降落条件时执行降落动作，直至降落于移动平台上。该方法及系统使无人机在处于移动状态中的承载平台上实现起飞和降落，扩大无人机的活动范围，同时降低无人机执行任务的时间成本。

Description

基于移动平台的无人机起降方法及系统

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，特别涉及基于移动平台的无人机起降方法及系统。

背景技术

无人机作为近年来新兴的高端技术产品，在很多不同领域内已经有了较多的应用，例如军用的侦查无人机，以及在气象测量中作为气候数据采集设备的无人机等。无论是军用无人机还是民用无人机，无人机的活动范围受限于无人机的续航能力。目前的无人机续航能力较差，无法实现长时间远距离飞行，其活动范围受到续航能力的限制也就相对较小；同时现有的无人机在执行任务时，需要从静止的载体上起飞降落，无法在安全有效地移动中的载体上执行起飞降落动作，增大了无人机执行任务的时间成本，限制了无人机能够执行的任务类型。

发明内容

(一)发明目的

为克服上述现有技术存在的至少一种缺陷，使无人机在处于移动状态中的承载平台上实现起飞和降落，扩大无人机的活动范围，同时降低无人机执行任务的时间成本，本发明提供了以下技术方案。

(二)技术方案

作为本发明的第一方面，本发明提供了基于移动平台的无人机起降方法，移动平台配备有控制所述无人机起降的控制装置，该无人机起降方法包括起飞过程和降落过程；

所述起飞过程包括：

所述控制装置向停放于所述移动平台上的无人机发送起飞指令；

所述无人机在接收到起飞指令之后，判断自身是否满足起飞条件，并在判定满足起飞条件时执行起飞动作；

所述降落过程包括：

所述无人机实时采集自身与所述移动平台之间的相对位置信息，并基于采集到的相对位置信息飞行至所述移动平台正上方的距离所述移动平台第一高度区间的位置；

所述无人机实时判断是否满足降落条件，并在满足所述降落条件时执行降落动作，直至降落于所述移动平台上；其中，

所述相对位置信息包括相对距离和相对方向。

作为上述技术方案的一个具体实施方式，所述无人机接收到所述移动平台发来的起飞指令之后，实时采集自身的运动状态信息，并根据自身的运动状态信息判断是否满足起飞条件。

作为上述技术方案的一个具体实施方式，所述无人机采集的运动状态信息包括以下一项或多项：无人机的移动速度、移动加速度、移动方向变化率、横滚角、俯仰角；

所述起飞条件包括以下一或多项：无人机的移动速度低于第一设定速度、无人机的移动加速度在第一加速度区间之内、无人机的移动方向变化率在第一设定区间之内、无人机的横滚角在第二设定区间内，无人机的俯仰角在第三设定区间内。

作为上述技术方案的一个具体实施方式，在所述无人机实时采集自身与所述移动平台之间的相对位置信息之前：

所述控制装置向飞行中的无人机发送降落指令，所述无人机在接收到降落指令之后，开始实时采集自身与所述移动平台之间的相对位置信息；或

所述无人机判断任务是否执行完毕，并在判定任务执行完毕后开始实时采集自身与所述移动平台之间的相对位置信息。

作为上述技术方案的一个具体实施方式，所述实时采集自身与所述移动平台之间的相对位置信息具体为：

所述无人机实时获取自身的位置信息；

所述无人机向所述移动平台发送获取位置请求信号；

所述移动平台接收到获取位置请求信号之后，实时向所述无人机发送自身的位置信息；

所述无人机基于自身的位置信息和接收到的所述移动平台的位置信息计算出自身与所述移动平台之间的相对位置信息。

作为上述技术方案的一个具体实施方式，所述无人机实时判断是否满足降落条件具体为：

所述无人机实时采集位于自身下方的所述移动平台的图像；

识别出采集到的各图像中所述移动平台的位置；

比对当前采集的图像与前次采集的图像中所述移动平台的位置，得到当前相对位置变化量；

在所述当前相对位置变化量在设定范围时，判定无人机当前满足降落条件，否则判定无人机当前不满足降落条件并中止降落过程。

作为上述技术方案的一个具体实施方式，在所述识别出采集到的各图像中所述移动平台的位置时，还识别出所述移动平台的倾斜度和俯仰度；所述降落条件还包括：所述倾斜度在倾斜度设定区间内，以及所述俯仰度在俯仰度设定区间内。

作为上述技术方案的一个具体实施方式，所述移动平台上的无人机降落位置处预先设置有停放标识，无人机根据所述停放标识识别出移动平台的位置、倾斜度和俯仰度。

作为上述技术方案的一个具体实施方式，所述无人机在执行降落动作过程中出现不满足所述降落条件的情况时，所述无人机暂停执行降落动作，重新飞行至所述移动平台正上方的距离所述移动平台第一高度区间的位置，并实时判断是否满足降落条件，在满足所述降落条件时执行降落动作。

作为上述技术方案的一个具体实施方式，所述移动平台配备有固定无人机于所述移动平台上的锁止机构；

在所述起飞过程中：

所述无人机在判定满足所述起飞条件的情况下，向所述移动平台发送开锁信号，所述移动平台根据接收到的开锁信号控制所述锁止机构解锁所述无人机，所述无人机判断所述锁止机构解锁完成之后，执行起飞动作。

在所述降落过程中：

所述无人机在降落于所述移动平台上之后，向所述移动平台发送闭锁信号，所述移动平台根据接收到的闭锁信号控制所述锁止机构锁住所述无人机。

作为上述技术方案的一个具体实施方式，所述移动平台为车辆、船舶、飞行器中的其中一种。

作为本发明的第二方面，本发明提供了基于移动平台的无人机起降系统，包括移动平台、控制装置和无人机；

所述控制装置包括：

第一收发模块，用于向所述无人机发送控制指令，所述控制指令为以下其中一种：起飞指令、降落指令；

所述无人机包括：

第二收发模块，用于接收所述控制装置发来的控制指令；

起飞判断模块，用于判断所述无人机是否满足起飞条件；

信息采集模块，用于实时采集无人机与所述移动平台之间的相对位置信息；

降落判断模块，用于实时判断所述无人机是否满足降落条件；

起飞控制模块，用于在起飞过程中在所述起飞判断模块判定满足起飞条件的情况下使所述无人机执行起飞动作；

降落控制模块，用于基于所述信息采集模块采集到的相对位置信息飞行至所述移动平台正上方的距离所述移动平台第一高度区间的位置，还用于在所述降落判断模块判定所述无人机满足降落条件时，使所述无人机执行降落动作，直至所述无人机降落于所述移动平台上；其中，

所述相对位置信息包括相对距离和相对方向。

作为上述技术方案的一个具体实施方式，所述信息采集模块还用于在所述第二收发模块接收到起飞指令之后，实时采集所述无人机的运动状态信息；所述起飞判断模块根据所述信息采集模块采集到的运动状态信息判断所述无人机是否满足起飞条件。

作为上述技术方案的一个具体实施方式，所述信息采集模块包括：

第一采集单元，用于在无人机起飞过程中采集以下一项或多项：无人机的移动速度、移动加速度、移动方向变化率、横滚角、俯仰角；

所述起飞条件包括以下一项或多项：无人机的移动速度低于第一设定速度、无人机的移动加速度在第一加速度区间之内、无人机的移动方向变化率在第一设定区间之内、无人机的横滚角在第二设定区间内，无人机的俯仰角在第三设定区间内。

作为上述技术方案的一个具体实施方式，在所述信息采集模块实时采集无人机与所述移动平台之间的相对位置信息之前：

所述控制装置的第一收发模块向所述无人机发送降落指令，在所述无人机的第二收发模块接收到降落指令之后，所述信息采集模块开始实时采集无人机与所述移动平台之间的相对位置信息；或

所述无人机判断任务是否执行完毕，在所述无人机判定任务执行完毕后，所述信息采集模块开始实时采集无人机与所述移动平台之间的相对位置信息。

作为上述技术方案的一个具体实施方式，所述信息采集模块包括：

第二采集单元，用于在无人机降落过程中实时获取无人机的位置信息；

第二计算单元，用于基于所述第二采集单元采集到的所述无人机的位置信息和所述移动平台的位置信息计算出所述无人机与所述移动平台之间的相对位置信息；并且，

所述第二收发模块还用于向所述移动平台发送获取位置请求信号，所述移动平台在接收到所述第二收发模块发来的获取位置请求信号之后，实时向所述第二收发模块发送所述移动平台的位置信息，以用于所述第二计算单元计算相对位置信息。

作为上述技术方案的一个具体实施方式，所述无人机还包括图像比对模块，所述图像比对模块包括：

图像采集单元，用于实时采集位于无人机下方的所述移动平台的图像；

图像识别单元，用于识别出所述图像采集单元采集到的各图像中所述移动平台的位置；

位置比对单元，用于比对所述图像识别单元当前采集的图像与前次采集的图像中所述移动平台的位置，得到当前相对位置变化量；并且，

所述降落判断模块在判断所述图像比对模块得到的相对位置变化量在设定范围时，判定无人机当前满足降落条件，否则判定无人机当前不满足降落条件并中止降落过程。

作为上述技术方案的一个具体实施方式，所述图像识别单元在识别出所述图像采集单元采集到的各图像中所述移动平台的位置时，还识别出所述移动平台的倾斜度和俯仰度；所述降落条件还包括：所述倾斜度在倾斜度设定区间内，以及所述俯仰度在俯仰度设定区间内。

作为上述技术方案的一个具体实施方式，所述移动平台上的无人机降落位置处预先设置有停放标识，所述图像识别单元根据所述停放标识识别出移动平台的位置、倾斜度和俯仰度。

作为上述技术方案的一个具体实施方式，所述降落判断模块还用于在判定所述无人机不满足降落条件的情况下，向所述降落控制模块发送降落再试信号；

所述降落控制模块还用于在接收到所述降落判断模块发来的降落再试信号之后，控制无人机暂停执行降落动作，根据所述信息采集模块采集的信息控制所述无人机重新飞行至所述移动平台正上方的距离所述移动平台第一高度区间的位置，以使所述降落判断模块再次判断所述无人机是否满足降落条件。

作为上述技术方案的一个具体实施方式，所述移动平台配备有固定无人机于所述移动平台上的锁止机构；

所述第二收发模块在起飞过程中还用于在所述起飞判断模块判定所述无人机满足起飞条件的情况下，向所述移动平台发送开锁信号，所述第二收发模块在降落过程中还用于在所述无人机降落于所述移动平台上之后，向所述移动平台发送闭锁信号；

所述移动平台包括：

第三收发模块，用于接收所述第二收发模块发来的开锁信号，并根据开锁信号控制所述锁止机构解锁所述无人机，所述第三收发模块还用于接收所述第二收发模块发来的闭锁信号，并根据闭锁信号控制所述锁止机构锁住所述无人机；其中，

所述起飞控制模块在所述锁止机构解锁所述无人机之后，控制所述无人机执行起飞动作。

(三)有益效果

本发明提供的，具有如下有益效果：

1、本发明提供的无人机起降方法及系统，能够使无人机在移动中的承载平台上起飞和降落，支持车辆、船舶和飞行器等作为移动平台将一台或多台无人机运载到任务执行区域附近，再由无人机起飞并离开移动平台执行任务，待无人机完成任务并返回、降落后，移动平台再运载无人机离开，变相地解决了无人机执行任务时续航能力较差的缺陷，大幅拓展了无人机的活动范围，同时无人机可以在移动平台处于移动状态时完成自身起飞和准确降落，增强了无人机的任务适应性，提高了任务执行效率，降低了无人机执行任务的时间成本。

2、通过使无人机在判断是否满足起飞条件/降落条件时考虑到多种状态参数，提高了无人机起飞/降落的成功率和安全性。

3、通过在移动平台上设置锁止机构，使无人机在停放于移动平台上时能够固定于移动平台上，并在无人机起飞前和降落后对无人机进行解锁和锁住，以配合无人机的起飞过程和降落过程。

附图说明

以下参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释和说明本发明，而不能理解为对本发明的保护范围的限制。

图1是本发明提供的基于移动平台的无人机起降方法的一种实施例的流程示意图。

图2是本发明提供的基于移动平台的无人机起降系统的一种实施例的结构框图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

需要说明的是：在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，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组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本文中的模块、单元或组件的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，在实际实现时可以有其他的划分方式，例如多个模块和/或单元可以结合或集成于另一个系统中。作为分离部件说明的模块、单元、组件在物理上可以是分开的，也可以是不分开的。作为单元显示的部件可以是物理单元，也可以不是物理单元，即可以位于一个具体地方，也可以分布到网格单元中。因此可以根据实际需要选择其中的部分或全部的单元来实现实施例的方案。

以下为本发明提供的基于移动平台的无人机起降方法的其中一种实施例，本实施例提供的无人机起降方法，能够使无人机在移动中的承载平台上起飞和降落，支持车辆、船舶和飞行器等作为移动平台将一台或多台无人机运载到任务执行区域附近，再由无人机起飞并离开移动平台执行任务，待无人机完成任务并返回、降落后，移动平台再运载无人机离开，这样能够解决无人机执行任务时续航能力较差的缺陷，大幅拓展了无人机的活动范围，移动平台作为无人机在外界的一个起落点，类似于航母和战斗机之间的关系，同时无人机可以在移动平台处于移动状态时完成自身起飞和准确降落，增强了无人机的任务适应性，提高了任务执行效率。可以理解的是，停放于承载平台(即移动平台)上的无人机可以是一台，也可以是多台，例如船舶搭载多台无人机到海域中执行多无人机任务，移动平台配备的控制装置可以分别控制多台无人机的起飞和降落。图1所示为本实施例的流程示意图，图1中的字母S表示步骤(Step)，如图1所示，该无人机货物投放方法包括起飞过程和降落过程。

无人机起飞过程的步骤如下：

步骤100，控制装置向停放于移动平台上的无人机发送起飞指令。

移动平台配备有控制无人机起降的控制装置，控制装置包括第一收发模块，无人机包括第二收发模块，控制装置通过第一收发模块向无人机的第二收发模块以无线通信的方式发送起飞指令，来激活无人机的起飞过程。具体的，控制装置可以设置有起飞按键，或控制装置的屏幕上有起飞按钮，操控人员在适当的时机(例如目测已到达执行任务的区域)时按下起飞按键或起飞按钮，控制装置会将起飞指令发送至无人机。也可以是，控制装置预先内置有程序，通过程序来判断无人机是否需要起飞(例如控制装置检测到移动平台已到达执行任务的区域)，并在无人机需要起飞时自动向无人机发送起飞指令。

步骤200，无人机在接收到起飞指令之后，判断自身是否满足起飞条件，并在判定满足起飞条件时执行起飞动作。

无人机在起飞前和降落后均停放于移动平台的顶部，也可以停放于移动平台配备的上方无遮挡物的附属组件的顶部。无人机包括起飞判断模块和起飞控制模块，在无人机接收到控制装置发来的起飞指令之后，无人机的起飞判断模块会首先判断自身的状态能否顺利起飞，在判定自身能够起飞之后才会通过起飞控制模块执行起飞动作。具体的，例如无人机当前正处于故障状态或电量不足状态，则无法顺利起飞，因此无人机会判定自身不满足起飞条件并拒绝起飞，再例如当前移动平台的行驶速度过快，若此时起飞会给无人机一个很大的初始速度，有可能导致无人机起飞失败，因此无人机也会判定自身不满足起飞条件并拒绝起飞。

无人机在判断自身是否满足起飞条件时，需要根据自身状态信息的具体数据来判断，例如剩余电量百分比、故障状态信息、移动速度数值等，这些状态信息的数据可以是移动平台采集得到并发送给无人机来做出是否满足起飞条件的判断，也可以是无人机自己负责采集数据并判断自身是否满足起飞条件，若是移动平台负责采集数据，则采集的目标为移动平台自身，因为在起飞之前，无人机是与移动平台相固定的，移动平台的状态无人机的状态基本相同。而无人机自己负责采集数据的方式下，采集的目标为无人机自身，因此数据准确性会更高一些。因此作为上述技术方案的一个具体实施方式，无人机起飞过程还包括：

步骤150，无人机接收到移动平台发来的起飞指令之后，实时采集自身的运动状态信息，并根据自身的运动状态信息判断是否满足起飞条件。

无人机包括信息采集模块，信息采集模块包括第一采集单元，无人机通过信息采集模块的第一采集单元实时采集自身的运动状态信息，起飞判断模块根据第一采集单元采集到的运动状态信息判断无人机是否满足起飞条件。其中，第一采集单元采集的运动状态信息包括以下一项或多项：无人机的移动速度、移动加速度、移动方向变化率、横滚角、俯仰角。无人机的起飞条件与无人机采集的运动状态信息相对应，无人机的起飞条件包括以下一项或多项：无人机的移动速度低于第一设定速度、无人机的移动加速度在第一加速度区间之内、无人机的移动方向变化率在第一设定区间之内、无人机的横滚角在第二设定区间内，无人机的俯仰角在第三设定区间内。

由于无人机固定于移动平台上，因此无人机的运动状态信息就是移动平台的运动状态信息，通过采集无人机的移动速度、移动加速度、移动方向变化率、横滚角、俯仰角，可以得知移动平台的移动速度、移动加速度、转弯幅度大小、左右两侧倾斜程度、前后两侧倾斜程度。

若在无人机起飞的过程中，移动平台处于静止状态，即停靠于路边或停泊于岸边，则无人机的运动状态信息满足起飞条件，无人机可以顺利起飞。

对于无人机的移动速度，在无人机起飞的过程中，移动平台可能始终处于以一定速度移动的状态，因此无人机可能需要在具有一定初速度的情况下起飞，而无人机起飞时的初速度过大可能会导致起飞失败、撞机等事故发生。因此可以通过采集无人机的移动速度并设置第一设定速度可以避免因为无人机初速度过大导致的安全事故。第一设定速度可以是无人机的起飞后的极短时间内能达到的在最大速率值，或最大速率值的某比例值，如60％的最大速率值。需要说明的是，上述速度是标量，即速率，上述速度并不包含方向。

对于无人机的移动加速度，在无人机起飞的过程中，处于移动状态的移动平台可能正在加速移动或减速移动，此时加速或减速的速度变化量的大小也会对无人机起飞产生影响，若移动速度的变化在短时间内较为剧烈，则会影响无人机的起飞，甚至导致无人机起飞失败、撞机等事故发生。因此可以通过采集无人机的移动加速度并设置第一加速度区间来避免安全事故的发生。第一加速度区间可以是一个范围较小的数值区间，例如[-10km/h²，10km/h²]，即只有移动平台的移动速度较为平稳时，无人机才允许起飞。可以理解的是，无人机的速度变化可以是正值也可以是负值，正值代表无人机在加速移动，负值代表无人机在减速移动，因此第一加速度区间可以是一个同时包含正负值的范围。

对于无人机的移动方向变化率，在无人机起飞的过程中，若移动平台正在急转弯或急转向，则无人机的移动方向在短时间内有较大变化，这也会影响无人机的起飞，也可能导致无人机起飞失败、撞机等事故发生。例如无人机在起飞时，移动平台正在转弯或掉头，则无人机可能会因为被甩出而坠地。因此通过采集无人机的移动方向变化率并设置第一设定区间来避免安全事故的发生。第一设定区间可以是一个范围较小的角度变化率区间，例如单位时间(一秒)内方向变化不能超过10°，即只有移动平台在直线行驶或左右转向幅度较小时，无人机才允许起飞。可以理解的是，在设定正方向之后，无人机的方向变化可以是正角度值也可以是负角度值，正角度值代表无人机在向正方向偏转，负角度值代表无人机在向负方向偏转，因此第一设定区间是一个同时包含正负角度值的范围。

对于无人机的横滚角和俯仰角，在无人机起飞的过程中，处于行驶过程中的移动平台可能行驶于倾斜、颠簸的路面或者有风浪的海面的环境中，而在移动平台处于颠簸状态或处于倾斜状态时，无人机也相应地处于同样颠簸状态或倾斜状态，使无人机的起飞受到较大影响，即可能会使无人机在起飞过程中与移动平台发生碰撞而导致无人机起飞失败或损坏。因为移动平台在颠簸或倾斜时，颠簸或倾斜的程度能够通过无人机的横滚角和俯仰角反映出来，如移动平台行驶在山区中的两侧路面不等高时，无人机的横滚角会体现出路面倾斜程度，移动平台在上坡或下坡时，无人机的俯仰角会体现坡度的陡峭程度。因此通过采集无人机的横滚角和俯仰角并相应地设置第二设定区间和第三设定区间来避免安全事故的发生，第二设定区间和第三设定区间可以是角度范围较小的区间，例如[-π/18，π/18]，目的是使无人机只有在较平稳的路面环境中才允许起飞。

需要说明的是，无人机还可以采集除运动状态信息以外的其他信息，例如，无人机还可以采集：剩余电量、故障信息。此时无人机的起飞条件还可以包括：无人机的剩余电量高于设定电量值、无人机无故障信息。其中，设定电量值为满足无人机起飞、执行任务、降落所需电量之和的预估值。

通过上述起飞过程，使无人机在判断是否满足起飞条件时考虑到多种状态参数，提高了无人机起飞的成功率和安全性。

在无人机起飞后，无人机开始执行任务，而移动平台可能停留在无人机起飞处不远的位置等待无人机执行任务完毕后返航降落，待无人机降落完成后再出发返回，移动平台也可能会随无人机在执行任务过程中的航迹继续行驶，例如，无人机执行的任务是从A区南侧向北侧飞行并沿途采集数据，无人机从A区南侧出发，到A区北侧后任务完成，此时移动平台若在A区南侧等待，则无人机还需返回A区南侧，这对无人机的电量提出了较高的要求，而移动平台若随无人机同步向A区北侧行驶，则可以在无人机执行任务完成后搭载无人机返回南侧。同时移动平台在无人机执行任务完毕后保持处于行驶中的状态，使无人机在移动平台处于行驶状态时降落于移动平台上，节省了时间。

无人机执行任务完毕之后，需要降落到移动平台上，由移动平台搭载返回。

无人机降落过程的步骤如下：

步骤300，无人机实时采集自身与移动平台之间的相对位置信息，并基于采集到的相对位置信息飞行至移动平台正上方的距离移动平台第一高度区间的位置。

无人机在准备开始降落过程之前，首先要确定自身与移动平台之间的相对距离信息和相对方向信息，以此知晓若想降落于移动平台上需要向什么方向以及移动多少距离，因此无人机通过信息采集模块实时采集自身与移动平台之间的相对位置信息，以获得与移动平台之间的相对距离信息和相对方向信息。

无人机包括降落控制模块，若移动平台处于近乎停止不动状态，则从无人机准备开始降落过程到降落结束，无人机采集到的相对距离信息是随着无人机向移动平台移动而同步减小的，无人机采集到的相对方向信息是几乎保持不变的，无人机通过降落控制模块飞行至移动平台上方，并距离移动平台上的无人机降落平面第一高度区间的位置。需要说明的是，第一高度区间是无人机降落时限制无人机高度的一个数值区间，无人机若高于移动平台太多，则会延长降落过程耗时，增加不稳定因素，浪费时间，而无人机若高于移动平台太少，则容易发生碰撞等安全事故，因此设置第一高度区间来平衡降落安全性和降落耗时，第一高度区间例如可以为[2m，3m]，不同量级的无人机的第一高度区间也不同，无人机越大，第一高度区间也会相应变大。

若移动平台处于移动行驶状态，则从无人机准备开始降落过程到降落结束，无人机采集到的相对距离信息根据移动平台的行驶方向不同而是随着无人机向移动平台移动同步大幅减小或微弱减小，无人机采集到的相对方向信息也根据移动平台的行驶方向不同而不同。无论移动平台向何方向行驶，也无论移动平台的行驶方向在无人机飞向移动平台的过程中有无改变，移动平台的行驶速度在无人机降落过程中都需要小于无人机的飞行速度，即使无人机和移动平台相向而行，在两者汇合后，总要出现无人机和移动平台同向而行并且无人机追赶移动平台的情况出现，此时移动平台的移动速度是必须要小于无人机的飞行速度的，否则无人机无法降落。在无人机在降落控制模块的控制下追上移动平台后，两者以几乎相同的速度向同一方向移动，并且无人机与移动平台上的无人机降落平面之间的距离在第一高度区间范围内。

激活无人机的降落过程可以有多种方式，可以是手动激活，也可以是自动激活，只有在降落过程被激活之后，无人机才会开始降落过程，即开始实时采集自身与移动平台之间的相对位置信息。因此作为上述技术方案的一个具体实施方式，在无人机实时采集自身与移动平台之间的相对位置信息之前，还包括如下激活无人机降落过程的步骤中的其中一种：

步骤251，控制装置向飞行中的无人机发送降落指令，无人机在接收到降落指令之后，开始实时采集自身与移动平台之间的相对位置信息。

此为手动激活无人机降落过程，控制装置的第一收发模块向无人机的第二收发模块以无线通信的方式发送降落指令，来激活无人机的降落过程。具体的，控制装置可以设置有降落按键，或控制装置的屏幕上有降落按钮，操控人员在适当的时机(例如目测已完成数据采集任务)时按下降落按键或降落按钮，控制装置会将降落指令发送至无人机，然后无人机开始降落过程，即开始实时采集自身与移动平台之间的相对位置信息。

步骤252，无人机判断任务是否执行完毕，并在判定任务执行完毕后开始实时采集自身与移动平台之间的相对位置信息。

此为自动激活无人机降落过程，无人机预先内置有判定任务是否完成的程序，以上述的无人机从A区的南侧飞向北侧并沿途采集数据的任务为例，当无人机判定自身已飞行至A区北侧，说明任务已完成，无人机可以根据任务已完成的事件触发降落程序，激活降落过程，即开始实时采集自身与移动平台之间的相对位置信息。

需要说明的是，步骤251和步骤252的激活过程是择一使用的，两个方式可以并存作为备选方式，但实际选用时只能选择其中一种。

无人机的降落过程被激活后，开始实时采集自身与移动平台之间的相对位置信息，而采集方式有多种不同方式，作为上述技术方案的一个具体实施方式，步骤300中，无人机实时采集自身与移动平台之间的相对位置信息具体为：

步骤310，无人机实时获取自身的位置信息，用于之后的位置比对和方向判定。

无人机的信息采集模块包括第二采集单元和第二计算单元，通过第二采集单元实时获取自身的位置信息。

步骤320，无人机向移动平台发送获取位置请求信号。

无人机通过第二收发模块向移动平台发送获取位置请求信号。

步骤330，移动平台接收到无人机发来的获取位置请求信号之后，实时向无人机发送自身的位置信息。

此时无人机知晓了自身的实时位置信息和移动平台的实时位置信息。可以理解的是，由于移动平台可能处于行驶中，因此需要实时发送位置信息。

步骤340，无人机基于自身的位置信息和接收到的移动平台的位置信息计算出自身与移动平台之间的相对位置信息。

可以理解的是，位置信息可以是绝对位置信息，例如经纬度坐标，也可以是相对位置信息，例如相对于某地标建筑或某经纬度坐标的距离和方向。

无人机通过第二计算单元计算出自身与移动平台之间的相对位置信息，无人机在知晓自身与移动平台之间的相对位置信息之后，就可以依据该相对位置信息知晓某一时刻的自身需要向何方向飞行多少距离才能飞行至移动平台正上方的距离移动平台第一高度区间的位置，无人机就可以开始向移动平台所在位置靠拢，以进行之后的降落。

步骤400，无人机实时判断是否满足降落条件，并在满足降落条件时执行降落动作，直至降落于移动平台上。

无人机包括降落判断模块，无人机在飞行至移动平台正上方的距离移动平台第一高度区间的位置之后，若移动平台处于停止不动状态，则无人机直接开始通过降落判断模块实时判断自身和移动平台之间是否满足降落条件，并在满足降落条件时执行竖直下降的降落动作，直至降落于移动平台上；若移动平台处于行驶状态，则无人机保持自身的移动速度与移动方向与移动平台的移动速度和移动方向相同的情况下，同时通过降落判断模块实时判断自身和移动平台之间是否满足降落条件，即无人机边在移动平台上方与移动平台同步移动边实时判断自身能否降落，在满足降落条件时，无人机边飞行边下降，直至降落于移动平台上。需要说明的是，移动平台在无人机下降的过程中尽量保持直线匀速行驶，以保证无人机能够成功着陆。

作为上述技术方案的一个具体实施方式，步骤400中的无人机实时判断是否满足降落条件具体包括如下步骤：

步骤410，无人机实时采集位于自身下方的移动平台的图像。

无人机包括图像比对模块，图像比对模块包括图像采集单元，图像采集单元可以是摄像头。无人机在距离移动平台第一高度区间的位置处，通过图像采集单元来实时采集移动平台的图像。

步骤420，无人机识别出采集到的各图像中移动平台的位置。

图像比对模块包括图像识别单元，无人机通过图像识别单元识别出采集到的各图像中移动平台的位置。无人机移动平台也很难保证自身在无人机下降过程中始终处于直线匀速运动状态，无人机很难保证与移动平台丝毫不差的同步行进，因此需要立即识别出图像中移动平台的位置。

作为上述技术方案的一个具体实施方式，图像识别单元在识别出采集到的各图像中移动平台的位置时，还识别出移动平台的倾斜度和俯仰度。通过识别出移动平台在图像中显示出来的形状，来识别出移动平台的倾斜度和俯仰度，进而确定移动平台行驶的路况是左右斜坡、上下斜坡还是颠簸路面。降落条件还包括：倾斜度在倾斜度设定区间内，以及俯仰度在俯仰度设定区间内。相当于对移动平台所处的路面/海面等的环境提出要求，以移动平台为行驶中的汽车为例，倾斜度代表了汽车行驶的路面的左右两侧高度差，俯仰度代表了汽车行驶的路面是上坡还是下坡。倾斜度设定区间和俯仰度设定区间均是范围较小的角度区间，若倾斜度较大，超出了倾斜度设定区间，则说明路面一侧明显低于另一侧，无人机此时不适宜降落，否则可能会发生安全事故，若俯仰度较大，超出了俯仰度设定区间，则说明移动平台处于爬行陡坡的状态，无人机此时也不适宜降落，否则也可能会发生安全事故。

识别图像中的移动平台的方式可以是颜色识别、形状识别等，作为上述技术方案的一个具体实施方式，移动平台上的无人机降落位置处预先设置有停放标识，无人机根据停放标识识别出移动平台的位置、倾斜度和俯仰度。

在图像采集单元采集移动平台的图像时，会将移动平台上预先设置的停放标识采集到图像中，图像识别单元通过停放标识的颜色、位置、形状甚至是反光程度等来识别出移动平台及其与无人机的相对位置变化、倾斜程度等。停放标识可以是根据光反射角度不同而显示不同颜色和亮度的标识，白天时，无人可以机通过识别出停放标识的颜色和亮度来判断移动平台与无人机之间的相对位置、方位是否变化，以及移动平台的倾斜程度和俯仰程度。停放标识还可以是反光标识，无人机通过自带的发光设备照向停放标识，人为制造光线，以实现白天才能实现的效果，从而能在夜晚判断出无人机与移动平台之间的相对位置和方向，以及移动平台的倾斜程度和俯仰程度。

步骤430，无人机比对当前采集的图像与前次采集的图像中移动平台的位置，得到当前相对位置变化量。

图像比对模块包括位置比对单元，无人机通过位置比对单元得到当前相对位置变化量。具体的，无人机在t1时刻采集了一幅图像p1，又在t2时刻采集了一幅图像p2，则无人机会对p1图像和p2图像进行比对，从而确定出移动平台与无人机之间的相对位置是否有变化，若有变化，则根据图像中移动平台的位置以及自身距离移动平台的高度等参数确定出相对位置的变化量，例如移动平台在t2时刻与t1时刻相比，相对于无人机向行驶方向上移动了0.1米的距离。

步骤440，在当前相对位置变化量在设定范围时，判定无人机当前满足降落条件，否则判定无人机当前不满足降落条件并中止降落过程。

降落判断模块在判断图像比对模块得到的相对位置变化量在设定范围时，判定无人机当前满足降落条件，否则判定无人机当前不满足降落条件。由于无人机在下降过程中，移动平台与无人机之间的相对位置变化不可避免，但只要相对位置的变化不超过设定范围，则属于可以接受的误差范围，无人机可以继续下降而不受影响，此时即使相对位置有变化，无人机还是能够降落到预定的降落区域内。但当相对位置变化量超出了设定范围，例如移动平台突然刹车，在无人机的图像比对模块发现移动平台落后于无人机时，无人机已经飞行至移动平台的前方，此时无人机已无法继续降落，因此中止降落过程。

无人机由于不满足降落条件等原因中止降落过程后，可以由操控人员手动控制降落，也可以由无人机采取预先设定的策略，保持自身高度并等待合适的时机后继续自动降落。作为上述技术方案的一个具体实施方式，无人机在执行降落动作过程中出现不满足降落条件的情况时，无人机暂停执行降落动作，重新飞行至移动平台正上方的距离移动平台第一高度区间的位置，并实时判断是否满足降落条件，在满足降落条件时执行降落动作。

无人机的降落判断模块在判定无人机不满足降落条件的情况下，本次降落过程终止，需要重新进行一次降落尝试，此时降落判断模块会向降落控制模块发送降落再试信号，降落控制模块在接收到降落判断模块发来的降落再试信号之后，控制无人机暂停执行降落动作，根据信息采集模块采集的信息控制无人机重新飞行至移动平台正上方的距离移动平台第一高度区间的位置，以使降落判断模块再次判断无人机是否满足降落条件。

需要说明的是，信息采集模块会一直对无人机与移动平台之间的相对位置信息进行采集，直到无人机降落到移动平台上。

若无人机在判定不满足降落条件时，在高度方向上已经距离移动平台的顶部很近了，此时若不重新进行降落而是保持无人机的现有高度继续等待何时的时机继续降落的话，可能因为无人机与移动平台距离过近而发生安全事故。

无人机在起飞前及降落后，都停放于移动平台上，而移动平台若不设置一个固定无人机的装置，则无人机可能会因为移动平台的转弯或加速而甩出，因此作为上述技术方案的一个具体实施方式，移动平台配备有固定无人机于移动平台上的锁止机构，锁止机构用于在移动平台处于移动状态时，将无人机固定在移动平台上，使无人机与移动平台一同移动，防止无人机掉落。

移动平台包括第三收发模块，通过第三收发模块与无人机进行无线通信。

在无人机起飞过程中，起飞判断模块在判定满足起飞条件的情况下，由第二收发模块向移动平台的第三收发模块发送开锁信号，第三收发模块根据接收到的开锁信号控制锁止机构解锁无人机，无人机的起飞判断模块判断锁止机构解锁完成之后，起飞控制模块再执行起飞动作。

在无人机降落过程中，无人机在降落于移动平台上之后，通过第二收发模块向移动平台的第三收发模块发送闭锁信号，第三收发模块根据接收到的闭锁信号控制锁止机构锁住无人机。

在起飞之前和降落之后，都通过锁止机构来锁住无人机，实现固定无人机的效果，并在无人机需要起飞时打开解锁无人机，使无人机能够正常起飞。

以下为本发明提供的基于移动平台的无人机起降系统的其中一种实施例，本实施例提供的无人机起降系统是实施上述实施例中的无人机起降方法的无人机起降系统。图2所示为本实施例的结构框图，如图2所示，该无人机起降系统，包括移动平台、控制装置和无人机。

控制装置包括第一收发模块。

第一收发模块用于向无人机发送控制指令，控制指令为以下其中一种：起飞指令、降落指令。

无人机包括第二收发模块、起飞判断模块、信息采集模块、降落判断模块、起飞控制模块和降落控制模块。

第二收发模块用于接收控制装置发来的控制指令。

起飞判断模块用于判断无人机是否满足起飞条件。

信息采集模块用于实时采集无人机与移动平台之间的相对位置信息。其中，相对位置信息包括相对距离和相对方向。

降落判断模块用于实时判断无人机是否满足降落条件。

起飞控制模块用于在起飞过程中在起飞判断模块判定满足起飞条件的情况下使无人机执行起飞动作。

降落控制模块用于基于信息采集模块采集到的相对位置信息飞行至移动平台正上方的距离移动平台第一高度区间的位置，还用于在降落判断模块判定无人机满足降落条件时，使无人机执行降落动作，直至无人机降落于移动平台上。

作为上述技术方案的一个具体实施方式，信息采集模块还用于在第二收发模块接收到起飞指令之后，实时采集无人机的运动状态信息。起飞判断模块根据信息采集模块采集到的运动状态信息判断无人机是否满足起飞条件。

作为上述技术方案的一个具体实施方式，信息采集模块包括第一采集单元。

第一采集单元用于在无人机起飞过程中采集以下一项或多项：无人机的移动速度、移动加速度、移动方向变化率、横滚角、俯仰角。

起飞条件包括以下一项或多项：无人机的移动速度低于第一设定速度、无人机的移动加速度在第一加速度区间之内、无人机的移动方向变化率在第一设定区间之内、无人机的横滚角在第二设定区间内，无人机的俯仰角在第三设定区间内。

作为上述技术方案的一个具体实施方式，在信息采集模块实时采集无人机与移动平台之间的相对位置信息之前：

控制装置的第一收发模块向无人机发送降落指令，在无人机的第二收发模块接收到降落指令之后，信息采集模块开始实时采集无人机与移动平台之间的相对位置信息。或

无人机判断任务是否执行完毕，在无人机判定任务执行完毕后，信息采集模块开始实时采集无人机与移动平台之间的相对位置信息。

作为上述技术方案的一个具体实施方式，信息采集模块还包括第二采集单元和第二计算单元。

第二采集单元用于在无人机降落过程中实时获取无人机的位置信息。

第二计算单元用于基于第二采集单元采集到的无人机的位置信息和移动平台的位置信息计算出无人机与移动平台之间的相对位置信息。

并且，第二收发模块还用于向移动平台发送获取位置请求信号，移动平台在接收到第二收发模块发来的获取位置请求信号之后，实时向第二收发模块发送移动平台的位置信息，以用于第二计算单元计算相对位置信息。

作为上述技术方案的一个具体实施方式，无人机还包括图像比对模块，图像比对模块包括图像采集单元、图像识别单元和位置比对单元。

图像采集单元用于实时采集位于无人机下方的移动平台的图像。

图像识别单元用于识别出图像采集单元采集到的各图像中移动平台的位置。

位置比对单元用于比对图像识别单元当前采集的图像与前次采集的图像中移动平台的位置，得到当前相对位置变化量。

并且，降落判断模块在判断图像比对模块得到的相对位置变化量在设定范围时，判定无人机当前满足降落条件，否则判定无人机当前不满足降落条件并中止降落过程。

作为上述技术方案的一个具体实施方式，图像识别单元在识别出图像采集单元采集到的各图像中移动平台的位置时，还识别出移动平台的倾斜度和俯仰度。降落条件还包括：倾斜度在倾斜度设定区间内，以及俯仰度在俯仰度设定区间内。

作为上述技术方案的一个具体实施方式，移动平台上的无人机降落位置处预先设置有停放标识，图像识别单元根据停放标识识别出移动平台的位置、倾斜度和俯仰度。

作为上述技术方案的一个具体实施方式，降落判断模块还用于在判定无人机不满足降落条件的情况下，向降落控制模块发送降落再试信号。

降落控制模块还用于在接收到降落判断模块发来的降落再试信号之后，控制无人机暂停执行降落动作，根据信息采集模块采集的信息控制无人机重新飞行至移动平台正上方的距离移动平台第一高度区间的位置，以使降落判断模块再次判断无人机是否满足降落条件。

作为上述技术方案的一个具体实施方式，移动平台配备有固定无人机于移动平台上的锁止机构。

第二收发模块在起飞过程中还用于在起飞判断模块判定无人机满足起飞条件的情况下，向移动平台发送开锁信号，第二收发模块在降落过程中还用于在无人机降落于移动平台上之后，向移动平台发送闭锁信号。

移动平台包括第三收发模块。

第三收发模块用于接收第二收发模块发来的开锁信号，并根据开锁信号控制锁止机构解锁无人机，第三收发模块还用于接收第二收发模块发来的闭锁信号，并根据闭锁信号控制锁止机构锁住无人机。其中，起飞控制模块在锁止机构解锁无人机之后，控制无人机执行起飞动作。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于移动平台的无人机起降方法，其特征在于，移动平台配备有控制所述无人机起降的控制装置，该无人机起降方法包括起飞过程和降落过程；

所述起飞过程包括：

所述控制装置向停放于所述移动平台上的无人机发送起飞指令；

所述无人机在接收到起飞指令之后，判断自身是否满足起飞条件，并在判定满足起飞条件时执行起飞动作；

所述降落过程包括：

所述无人机实时采集自身与所述移动平台之间的相对位置信息，并基于采集到的相对位置信息飞行至所述移动平台正上方的距离所述移动平台第一高度区间的位置；

所述无人机实时判断是否满足降落条件，并在满足所述降落条件时执行降落动作，直至降落于所述移动平台上；其中，

所述相对位置信息包括相对距离和相对方向。

2.根据权利要求1所述的无人机起降方法，其特征在于，所述无人机接收到所述移动平台发来的起飞指令之后，实时采集自身的运动状态信息，并根据自身的运动状态信息判断是否满足起飞条件。

3.根据权利要求2所述的无人机起降方法，其特征在于，所述无人机采集的运动状态信息包括以下一项或多项：无人机的移动速度、移动加速度、移动方向变化率、横滚角、俯仰角；

所述起飞条件包括以下一或多项：无人机的移动速度低于第一设定速度、无人机的移动加速度在第一加速度区间之内、无人机的移动方向变化率在第一设定区间之内、无人机的横滚角在第二设定区间内，无人机的俯仰角在第三设定区间内。

4.根据权利要求1所述的无人机起降方法，其特征在于，所述实时采集自身与所述移动平台之间的相对位置信息具体为：

所述无人机实时获取自身的位置信息；

所述无人机向所述移动平台发送获取位置请求信号；

所述移动平台接收到获取位置请求信号之后，实时向所述无人机发送自身的位置信息；

所述无人机基于自身的位置信息和接收到的所述移动平台的位置信息计算出自身与所述移动平台之间的相对位置信息。

5.根据权利要求1所述的无人机起降方法，其特征在于，所述无人机实时判断是否满足降落条件具体为：

所述无人机实时采集位于自身下方的所述移动平台的图像；

识别出采集到的各图像中所述移动平台的位置；

比对当前采集的图像与前次采集的图像中所述移动平台的位置，得到当前相对位置变化量；

在所述当前相对位置变化量在设定范围时，判定无人机当前满足降落条件，否则判定无人机当前不满足降落条件并中止降落过程。

6.根据权利要求1所述的无人机起降方法，其特征在于，所述无人机在执行降落动作过程中出现不满足所述降落条件的情况时，所述无人机暂停执行降落动作，重新飞行至所述移动平台正上方的距离所述移动平台第一高度区间的位置，并实时判断是否满足降落条件，在满足所述降落条件时执行降落动作。

7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的无人机起降方法，其特征在于，所述移动平台配备有固定无人机于所述移动平台上的锁止机构；

在所述起飞过程中：

所述无人机在判定满足所述起飞条件的情况下，向所述移动平台发送开锁信号，所述移动平台根据接收到的开锁信号控制所述锁止机构解锁所述无人机，所述无人机判断所述锁止机构解锁完成之后，执行起飞动作；

在所述降落过程中：

所述无人机在降落于所述移动平台上之后，向所述移动平台发送闭锁信号，所述移动平台根据接收到的闭锁信号控制所述锁止机构锁住所述无人机。

8.一种基于移动平台的无人机起降系统，其特征在于，包括移动平台、控制装置和无人机；

所述控制装置包括：

第一收发模块，用于向所述无人机发送控制指令，所述控制指令为以下其中一种：起飞指令、降落指令；

所述无人机包括：

第二收发模块，用于接收所述控制装置发来的控制指令；

起飞判断模块，用于判断所述无人机是否满足起飞条件；

信息采集模块，用于实时采集无人机与所述移动平台之间的相对位置信息；

降落判断模块，用于实时判断所述无人机是否满足降落条件；

起飞控制模块，用于在起飞过程中在所述起飞判断模块判定满足起飞条件的情况下使所述无人机执行起飞动作；

降落控制模块，用于基于所述信息采集模块采集到的相对位置信息飞行至所述移动平台正上方的距离所述移动平台第一高度区间的位置，还用于在所述降落判断模块判定所述无人机满足降落条件时，使所述无人机执行降落动作，直至所述无人机降落于所述移动平台上；其中，

所述相对位置信息包括相对距离和相对方向。

9.根据权利要求8所述的无人机起降系统，其特征在于，所述信息采集模块还用于在所述第二收发模块接收到起飞指令之后，实时采集所述无人机的运动状态信息；所述起飞判断模块根据所述信息采集模块采集到的运动状态信息判断所述无人机是否满足起飞条件。

10.根据权利要求9所述的无人机起降系统，其特征在于，所述信息采集模块包括：

第一采集单元，用于在无人机起飞过程中采集以下一项或多项：无人机的移动速度、移动加速度、移动方向变化率、横滚角、俯仰角；

所述起飞条件包括以下一项或多项：无人机的移动速度低于第一设定速度、无人机的移动加速度在第一加速度区间之内、无人机的移动方向变化率在第一设定区间之内、无人机的横滚角在第二设定区间内，无人机的俯仰角在第三设定区间内。