CN108958291A - 无人机避障控制系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种无人机避障控制系统和方法。该方法包括：由所述第一无人机通过机载摄像头拍摄周围环境的连贯图像并将所述图像传送给所述第一控制台；由所述第一控制台分析所述连贯图像以确定所述周围环境中的障碍物相对于所述第一无人机的相对速度和相对位置并据此估计所述障碍物的路线；以及所述第一控制台基于所估计的所述障碍物的路线来发出所述第一控制指令以避开所述障碍物。
Description
技术领域
本公开涉及无人机避障控制系统和方法。
背景技术
当今，无人机市场增长迅猛，已被应用于农业、快递、影视等民用领域和各种军用领域。与此同时，无人机的避障技术作为增加无人机安全飞行的保障也是日新月异。无人机在飞行过程中，通过其传感器收集周边环境的信息，测量距离从而做出相对应的动作指令，从而达到避障的目的。
目前，无人机的避障技术中最为常见的是红外线传感器、超声波传感器、激光传感器以及视觉传感器。然而，这些传感器各有优缺点，且随着空域的日益复杂化，仍然存在各种缺陷。例如，在空域中存在多个障碍物或飞行物等的情况下，各机之间的协调避障仍然是一大难题。例如，民用客机由于无人机的升空而紧急降落、发生事故的情形屡见报端。
本公开正是针对但不限于现有系统的以上缺陷作出的。
发明内容
根据本公开的一方面，提供了一种用于无人机的避障方法，包括：由第一无人机通过机载摄像头拍摄周围环境的连贯图像并将所述图像传送给第一控制台；由所述第一控制台分析所述连贯图像以确定所述周围环境中的障碍物相对于所述第一无人机的相对速度和相对位置并据此估计所述障碍物的路线；以及所述第一控制台基于所估计的所述障碍物的路线来向所述第一无人机发出所述第一控制指令以避开所述障碍物。
根据本公开的一特定实施例，所述障碍物是第二无人机，所述方法还包括由所述第一无人机接收由第二无人机转发的、由第二控制台发送的用于所述第二无人机的第二控制指令；以及将所述第二控制指令传送给所述第一控制台。
根据本公开的一特定实施例，所述第一无人机还从所述第二无人机接收所述第二无人机的位置和速度有关的信息，并且进一步将这些信息传送给所述第一控制台。
根据本公开的一特定实施例，所述第一控制台基于所述第二无人机的速度、位置以及所述第二控制指令来确定所述第二无人机所要采取的路线。
根据本公开的一特定实施例，所述第一控制台基于所述第一无人机的速度、位置来估计所述第一无人机的路线，并据此来确定所述第一无人机的路线和所述第二无人机的路线在任何特定将来时刻是否有交叉点。
根据本公开的一特定实施例，如果所述第一路线和所述第二路线在任何特定将来时刻有交叉点，则：在所述第一控制台上显示将发生冲突的警报信息；和/或在所述第一控制台上显示将发生冲突的动态过程；和/或所述第一控制台发出警报声音；和/或所述第一控制台震动；和/或所述第一控制台上的警报灯闪烁。
根据本公开的一特定实施例，所述第一控制指令使得所述第一无人机：悬停、向左或向右机动、向上或向下机动、加速或减速。
根据本公开的一特定实施例，所述第一无人机还从所述第二无人机接收所述第二无人机的优先级并将其传送给所述第一控制台，所述第一控制台确定所述第二无人机的优先级不低于所述第一无人机并相应地采取避障措施；否则，如果所述第二无人机的优先级低于所述第一无人机，则所述第一控制台通过所述第一无人机通知所述第二无人机避开。
根据本公开的一特定实施例，作为机载摄像头的替换或补充，所述第一无人机还包括超声测距和测速装置，用于测量所述障碍物的相对速度和位置并将其传送给所述第一控制台以用于避开所述障碍物。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于无人机的避障系统，包括：一个或多个无人机以及一个或多个相关联的控制台，其中所述控制台执行根据上述第一方面的方法。
前述内容已较宽泛地勾勒出根据本公开的示例的特征和技术优势以力图使下面的详细描述可以被更好地理解。附加的特征和优势将在此后描述。所公开的概念和具体示例可容易地被用作修改或设计用于实施与本公开相同的目的的其他结构的基础。此类等效构造并不背离所附权利要求书的范围。
附图说明
参考以下附图可获得对本公开的本质与优点的进一步理解。在附图中，类似组件或特征可具有相同的附图标记。此外，相同类型的各个组件可通过在附图标记后跟随短划线以及在类似组件之间进行区分的第二标记来加以区分。如果在说明书中仅使用第一附图标记，则该描述可应用于具有相同的第一附图标记的类似组件中的任何一个组件而不论第二附图标记如何。
图1是根据本发明的一实施例的用于无人机的避障方法的说明性流程图；以及
图2是根据本发明的一实施例的用于无人机的避障系统的说明性示意图。
具体实施方式
当前，无人机避障技术发展迅速，但无人机干扰其他飞行物的新闻屡见不鲜，成为空域管理的一大困扰，而现有的无人机避障系统并不能有效地解决上述问题。为此，本发明提供了一种有利的无人机避障系统和方法，解决了上述问题，提高了无人机的安全性。
现在结合附图来描述本公开的各实施例。
现在参考图1，其示出了根据本发明的一实施例的用于无人机的避障方法100的说明性流程图。在一示例中，方法100可由无人机机载处理系统来执行。在另一示例中，方法100可由用于控制无人机的诸如智能手机等控制台来执行。在又一示例中，方法100可由控制台结合无人机机载传感器、处理器来执行。本领域技术人员可以明白，任何合适的计算设备都可以执行方法100。
在步骤101，方法100包括由第一无人机通过机载摄像头拍摄周围环境的连贯图像并将所述图像传送给第一控制台。
在步骤102，方法100包括由所述第一控制台分析所述连贯图像以确定所述周围环境中的障碍物相对于所述第一无人机的相对速度和相对位置并据此估计所述障碍物的路线。在一实施例中，无人机仅包括一个机载摄像头。在这一情形中，第一控制台可以分析连贯图像中障碍物的位置变化来确定该障碍物的相对位置和速度等信息。在另一实施例中，无人机包括至少两个机载摄像头，以用于双目视觉计算。在此情形中，第一控制台可以基于来自该至少两个机载摄像头的连贯图像，使用双目视觉算法来确定障碍物的相对位置和速度等信息。
根据本公开的一示例实施例，所述障碍物是静止的无生命物体，诸如树木、电线、风筝，等等。在另一示例实施例中，所述障碍物是飞鸟等移动生命体。在又一示例实施例中，所述障碍物是塑料、纸张等空中漂浮物。当障碍物静止时，在步骤102中所估计的路线将是通过图像分析确定的该障碍物的位置。
根据本公开的又一示例实施例，所述障碍物是第二无人机。在这一情形中，方法100还包括由所述第一无人机接收由第二无人机转发的、由第二控制台发送的用于所述第二无人机的第二控制指令；以及将所述第二控制指令传送给所述第一控制台。在该实施例中，所述第一无人机还从所述第二无人机接收所述第二无人机的位置和速度有关的信息，并且进一步将这些信息传送给所述第一控制台。
在接收到相应信息之后，所述第一控制台基于所述第二无人机的速度、位置以及所述第二控制指令来确定所述第二无人机所要采取的路线。同时，所述第一控制台基于所述第一无人机的速度、位置来估计所述第一无人机的路线，并据此来确定所述第一无人机的路线和所述第二无人机的路线在任何特定将来时刻是否有交叉点。在该示例中，所估计的路线是根据无人机的速度和位置以及相应控制指令来估计的可能将来路线。
根据本公开的一特定实施例，如果所述第一路线和所述第二路线在任何特定将来时刻有交叉点，则：在所述第一控制台上显示将发生冲突的警报信息；和/或在所述第一控制台上显示将发生冲突的动态过程；和/或所述第一控制台发出警报声音；和/或所述第一控制台震动；和/或所述第一控制台上的警报灯闪烁。
根据本公开的一特定实施例，所述第一无人机还从所述第二无人机接收所述第二无人机的优先级并将其传送给所述第一控制台，所述第一控制台确定所述第二无人机的优先级不低于所述第一无人机并相应地采取避障措施；否则，如果所述第二无人机的优先级低于所述第一无人机，则所述第一无人机可以不采取规避动作，并且所述第一控制台通过所述第一无人机通知所述第二无人机避开。
根据本公开的一实施例，所述第一无人机还接收来自无线电台的信号并据此确定其是否构成其他飞行物的障碍。例如，当无人机在机场附近放飞时，它可以接收机场广播的信号，以确定其是否阻碍在机场起降的飞机。如果无人机将构成障碍，则将采取避让措施。或者，在无人机通过红外线、超声波、机载摄像头等确定发现飞机时，则主动采取避让措施。
在另一实施例中，各无人机还可具备诸如4G、5G等远程通信能力，从而通过远程服务器经由大数据来共享其位置、速度、航线等信息。这些信息进而也可由方法100使用。
在步骤102，方法100包括所述第一控制台基于所估计的所述障碍物的路线来向所述第一无人机发出所述第一控制指令以避开所述障碍物。
根据本公开的一特定实施例，所述第一控制指令使得所述第一无人机：悬停、向左或向右机动、向上或向下机动、加速或减速。
应当理解，尽管方法100中描述了由第一控制台执行图像分析、路线估计等操作，这些操作也可以在无人机处由机载处理器执行，并将相应结果传送给第一控制台。或者，各种处理操作可以按任何合适的组合在无人机与控制台之间分配。
接着参考图2，其示出了一种用于无人机的避障系统200。如图所示，系统200包括一个或多个无人机（例如，无人机1、无人机2、……、无人机N，其中N是正整数）以及一个或多个相关联的控制台（例如，控制台1、控制台2、……、控制台N）。在一示例中，所述控制台执行根据图1所描述的方法100。
如本文所使用的，短语“基于”不应被解读为引述封闭条件集。例如，被描述为“基于条件A”的示例性步骤可基于条件A和条件B两者而不脱离本公开的范围。换言之，如本文所使用的，短语“基于”应与短语“至少部分地基于”相同的方式来解读。
提供对本公开的先前描述是为使得本领域技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且本文中定义的普适原理可被应用于其他变形而不会脱离本公开的范围。贯穿本公开的术语“示例”或“示例性”指示了示例或实例并且并不暗示或要求对所提及的示例的任何偏好。由此，本公开并非被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。
Claims (10)
1.一种用于无人机的避障方法，包括：
由第一无人机通过机载摄像头拍摄周围环境的连贯图像并将所述图像传送给第一控制台；
由所述第一控制台分析所述连贯图像以确定所述周围环境中的障碍物相对于所述第一无人机的相对速度和相对位置并据此估计所述障碍物的路线；
以及所述第一控制台基于所估计的所述障碍物的路线来向所述第一无人机发出所述第一控制指令以避开所述障碍物。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述障碍物是第二无人机，所述方法还包括由所述第一无人机接收由第二无人机转发的、由第二控制台发送的用于所述第二无人机的第二控制指令；
以及将所述第二控制指令传送给所述第一控制台。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一无人机还从所述第二无人机接收所述第二无人机的位置和速度有关的信息，并且进一步将这些信息传送给所述第一控制台。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一控制台基于所述第二无人机的速度、位置以及所述第二控制指令来确定所述第二无人机所要采取的路线。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一控制台基于所述第一无人机的速度、位置来估计所述第一无人机的路线，并据此来确定所述第一无人机的路线和所述第二无人机的路线在任何特定将来时刻是否有交叉点。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，如果所述第一路线和所述第二路线在任何特定将来时刻有交叉点，则：
在所述第一控制台上显示将发生冲突的警报信息；
和/或在所述第一控制台上显示将发生冲突的动态过程；
和/或所述第一控制台发出警报声音；
和/或所述第一控制台震动；
和/或所述第一控制台上的警报灯闪烁。
7.权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一控制指令使得所述第一无人机：悬停、向左或向右机动、向上或向下机动、加速或减速。
8.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一无人机还从所述第二无人机接收所述第二无人机的优先级并将其传送给所述第一控制台，所述第一控制台确定所述第二无人机的优先级不低于所述第一无人机并相应地采取避障措施；否则，如果所述第二无人机的优先级低于所述第一无人机，则所述第一控制台通过所述第一无人机通知所述第二无人机避开。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，作为机载摄像头的替换或补充，所述第一无人机还包括超声测距和测速装置，用于测量所述障碍物的相对速度和位置并将其传送给所述第一控制台以用于避开所述障碍物。
10.一种用于无人机的避障系统，包括：
一个或多个无人机以及一个或多个相关联的控制台，其中所述控制台执行如权利要求1-9所述的方法。
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