CN110589018B - 一种无人机系统安全能力等级检验及围栏管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无人机系统安全能力等级检验及围栏管理系统及方法，属于电子信息领域。该系统包括：检验任务管理模块、检验过程监视模块、检验分析数据管理模块、检验报告分析生成模块、围栏信息管理模块、系统参数设置管理模块、数据库管理模块。利用本发明能够根据检验任务要求生成本次校验的检验项目，检验人员在检验过程中依据该检验项目逐项测试和校验。并将检验结果数据提交系统保存。检验包括无人机系统电子围栏数据规范性检验、无人机与电子围栏空间位置冲突提示检验、无人机冲突处置行为检验、无人机电子围栏数据更新功能检验。

Description

一种无人机系统安全能力等级检验及围栏管理系统及方法

技术领域

本发明属于电子信息领域，具体涉及一种无人机系统安全能力等级检验及围栏管理系统及方法。

背景技术

根据民航局《轻小无人机运行规定》(AC-91-FS-2015-31)的要求，对于Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ和Ⅶ类，以及在重点地区和机场净空区以下运行的Ⅱ类和Ⅴ类无人机应安装并使用电子围栏。无人机运行管理分类如表1所示。

表1

民航行业标准《无人机围栏》(MH/T 2008-2017)要求无人机系统围栏功能应满足的相关参数，并明确了围栏功能安全能力等级要求。如表2所示：

表2

目前，各无人机厂商关于无人机系统围栏的设置仅仅停留在划设一个完全涵盖管控空域的空间围栏，用于防控无人机飞入或飞出管控空域，避免引发安全事故。目前这种技术存在的弊端为无法有效的利用空域空间，无人机飞行的空间变小，在城市测绘、试验飞行时往往受限于空域范围，无法精准的进行飞行。目前也没有针对无人机电子围栏的检验方法及系统，无法实现对无人机系统围栏功能安全能力级别的检验。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种无人机系统安全能力等级检验及围栏管理系统及方法，能够对于Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ和Ⅶ类、以及在重点地区和机场净空区以下运行的Ⅱ类和Ⅴ类无人机(旋翼/固定翼)系统围栏安全能力等级进行检验(即检验电子围栏是否达到表2中的4个级别中某个级别(表2中5,6级甚至更多级别均是预留级别，用于对以后的具有更多新功能的无人机进行检验，每一级别可能是在前一个级别的基础上增加一个或多个需要检验的功能))。该方法通过高精度无人机轨迹记录显示，验证无人机在距离划设围栏边界时是否有报警提示灯光/提示音，验证无人机可在划设围栏边界外降落/悬停、在划设围栏内启动状态等项目，确定无人机系统围栏功能安全能力级别，从而实现为无人机研发单位、生产厂商、运营人及监管方运行监管提供无人机系统围栏功能安全能力等级检验服务，保障无人机在管控空域内进行安全飞行。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种无人机系统安全能力等级检验及围栏管理系统，包括：

检验任务管理模块：用于创建、修改和管理检验任务；

检验过程监视模块：用于监视被检验无人机的飞行过程，并根据检验任务管理模块创建的检验任务进行无人机系统安全能力等级检验，获得检验结果；

检验分析数据管理模块：用于对检验过程监视模块获得的检验结果进行分析，获得分析检验数据；

检验报告分析生成模块：用于根据检验分析数据管理模块获得的分析检验数据制作无人机系统安全能力等级检验报告；

围栏信息管理模块：用于对检验用无人机围栏进行管理；

系统参数设置管理模块：用于提供检验任务对应的指标值的设定和参数的设置；

所述数据库管理模块：用于存储数据。

每个所述检验任务对应一架被检验无人机和一个检验用无人机围栏；

每个所述检验任务均包括：检验等级、检验用无人机围栏的数据、被检验无人机的名称、型号、无人机飞控版本号、生产厂商；

所述检验任务管理模块根据所述检验等级确定检验项目。

所述检验过程监视模块记录被检验无人机上安装的机载定位设备发送来的实时飞行数据，根据实时飞行数据监视被检验无人机的飞行过程，并对所述检验任务管理模块确定的各个检验项目逐一进行检验，获得检验结果。

所述检验分析数据管理模块将所述检验过程监视模块获得的对应该检验等级的各个检验项目的检验结果分别与对应该检验等级的各个检验项目的指标参数进行比较，判断所有检验结果是否符合要求，如果是，则判定检验用无人机达到检验等级，如果否，则判定检验用无人机没有达到检验等级，并将是否达到检验等级以及各个检验项目的检验结果记录下来作为分析检验数据。

所述围栏信息管理模块能够创建和更新检验用无人机围栏，对检验用无人机围栏的属性进行维护，并设定检验用无人机围栏的生效时间段。

利用上述系统实现的无人机系统安全能力等级检验及围栏管理方法，包括：

(1)飞行检验前的准备：

(11)制定检验任务，然后根据检验任务中的检验等级确定检验项目；

(12)定义本次检验任务的检验用无人机围栏，将检验用无人机围栏注入到被检验无人机的飞控系统中；

(2)进行实际飞行检验获得检验结果：

在实际飞行场地区域，选择需要监视的检验任务，开始监视被检验无人机的飞行过程，并对检验任务中设定的检验等级对应的各个检验项目进行逐一检验，获得检验结果；

(3)进行数据分析获得无人机系统安全能力等级检验报告：

对所述检验结果进行分析，获得分析检验数据，并根据分析检验数据生成无人机系统安全能力等级检验报告。

所述步骤(1)进一步包括：

(13)抵达检验地点后，判断是否存在检验用无人机围栏，如果不存在，则返回步骤(12)，如果存在，则进入步骤(2)。

所述步骤(2)中的监视被检验无人机的飞行过程的操作包括：

利用所述检验过程监视模块在地图上显示检验用无人机围栏，并利用机载定位设备发送来的航迹数据在地图上可视化显示被检验无人机的空间位置，还能够查看被检验无人机的基本参数和航迹参数；

根据被检验无人机的当前速度和距离检验用无人机围栏的测试边界的最短距离计算出到达时间，并根据被检验无人机的当前位置显示被检验无人机和检验用无人机围栏的相对位置；

如果触发设置的位置指标值，所述检验过程监视模块发出报警，同时在地图上提示发生冲突；所述位置指标值是指所述到达时间与设定时间的差值小于等于设定阈值时被检验无人机所处的位置。

所述步骤(2)中的对检验任务中设定的检验等级对应的各个检验项目进行逐一检验，获得检验结果的操作包括：

A1，获取无人机冲突处置行为检验结果：

检验被检验无人机围栏内不能启动功能：将关闭电源的被检验无人机放置到检验用无人机围栏里，然后启动所述被检验无人机的电源，判断该被检验无人机是否能够启动，如果不能启动，则记录第一检验结果为是，如果能启动，则记录第一检验结果为否；

检验被检验无人机的自动降落/悬停功能：根据被检验无人机的飞行轨迹和检验用无人机围栏的位置进行判断，在无人机操作员没有操纵该被检验无人机的情况下，当被检验无人机无限接近检验用无人机围栏时，判断被检验无人机在检验用无人机围栏的附近是否自动降落/悬停，如果是，则记录第二检验结果为是，如果否，则记录第二检验结果为否；如果被检验无人机是固定翼，则只检验自动降落功能，如果被检验无人机是多旋翼，则检验悬停功能或自动降落功能；

检验被检验无人机的自动返航功能：根据被检验无人机的飞行轨迹和检验用无人机围栏的位置进行判断，在无人机操作员没有操纵该被检验无人机的情况下，当被检验无人机无限接近检验用无人机围栏时，判断被检验无人机是否远离围栏飞行并返回起飞点降落，如果是，则记录第三检验结果为是，如果否，则记录第三检验结果为否；

检验被检验无人机与无人机围栏发生冲突前60s的冲突处置功能：实时根据被检验无人机的当前速度及距离检验用无人机围栏的测试边界的最短距离获得到达时间，当所述到达时间与60s的差值小于等于设定阈值时，检验过程监视模块会发出报警提示，同时判断被检验无人机对应的无人机地面站是否有相应提示，如果是，则记录第四检验结果为是，如果否，则记录第四检验结果为否；

检验被检验无人机与无人机围栏发生冲突前30s的冲突处置功能：实时根据被检验无人机的当前速度及距离检验用无人机围栏的测试边界的最短距离获得到达时间，当所述到达时间与30s的差值小于等于设定阈值时，检验过程监视模块会发出报警提示，同时判断被检验无人机对应的无人机地面站是否有相应提示，如果是，则记录第五检验结果为是，如果否，则记录第五检验结果为否；

每个检验等级对应的无人机冲突处置行为检验结果包括所述第一检验结果到第五检验结果中的一种或者多种；

A2，获取其它功能检验结果：

检验被检验无人机是否处于无人机围栏内：首先将检验用无人机围栏从被检验无人机的飞控系统中删除，保证被检验无人机能在启动的情况下进入到检验用无人机围栏内，然后把检验用无人机围栏加载到被检验无人机的飞控系统中，最后判断被检验无人机对应的无人机地面站是否有相应提示，如果是，则记录第六检验结果为是，如果否，则记录第六检验结果为否；

检验被检验无人机是否具有数据更新功能：向被检验无人机里导入更新后的检验用无人机围栏的数据，然后重复步骤A1，并记录步骤A1得到的无人机冲突处置行为检验结果，将无人机冲突处置行为检验结果作为第七检验结果；

检验被检验无人机的在线授权功能：向被检验无人机发送指令，判断被检验无人机根据指令是否能够进行悬停或自动返航，如果是，则记录第八检验结果为是，如果否，则记录第八检验结果为否；

检验被检验无人机的位置服务(LBS)校验功能：关闭被检验无人机的GPS定位系统，判断被检验无人机是否能够根据基站定位进行自动返航，如果是，则记录第九检验结果为是，如果否，则记录第九检验结果为否；

每个检验等级对应的检验结果包括所述第一检验结果到第九检验结果中的一种或者多种。

所述步骤(3)中的所述对所述检验结果进行分析，获得分析检验数据的操作包括：

判断对应该检验等级的所有检验结果是否符合要求，如果是，则判定检验用无人机系统达到检验等级，如果否，则判定没有达到检验等级，并将是否达到检验等级以及各个检验项目的检验结果记录下来作为分析检验数据。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)能够基于卫星导航设备、追踪设备、无人机空域大数据系统等测量手段动态快速构建不同类型的空间无人机围栏测试环境；

(2)能够快速生成标准格式的无人机围栏数据，并能正确写入无人机系统；

(3)能够以二维地图表现形式在测试验证系统显示测试生成的无人机围栏范围和可视化显示测试过程中无人机的飞行位置及轨迹；

(4)被检验无人机加装跟踪设备，测试系统能通过接收跟踪设备信号实时获取被检验无人机的坐标、速度和高度，并能在测试系统实时显示被检验无人机的轨迹。

(5)可调整测试系统参数和检验指标。

(6)能够将获取的无人机围栏相关测试数据与检验用围栏检验指标数据进行比对分析，确定是否满足标准要求，形成检验报告。

(7)系统根据检验任务要求生成本次校验的检验项目，检验人员在检验过程中依据该检验项目逐项测试和校验。并将检验结果数据提交系统保存。检验包括无人机系统电子围栏数据规范性检验、无人机与电子围栏空间位置冲突提示检验、无人机冲突处置行为检验、无人机电子围栏数据更新功能检验。

附图说明

图1是本发明系统中的无人机系统安全能力等级检验任务管理模块建立的校验任务的示意图；

图2是本发明无人机系统安全能力等级检验及围栏管理系统的组成结构示意图；

图3是本发明方法的步骤框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

如图2所示，本发明无人机系统安全能力等级检验及围栏管理系统包括检验任务管理模块、检验过程监视模块、检验分析数据管理模块、检验报告分析生成模块、围栏信息管理模块、系统参数管理模块和数据库管理模块，具体如下：

所述检验任务管理模块：基于授权用户方式登录，授权用户登录后通过所述检验任务管理模块进行检验任务的创建、修改及管理，检验任务如图1所示，包括：检验等级(即要检验的安全能力等级)、无人机类型、无人机编号、无人机生产厂商、检验用无人机围栏数据。系统对每次执行的无人机系统安全能力等级检验采用任务化管理方案。每架被检验无人机每次的检验用围栏设定为一个检验任务，即一个检验任务对应一架被检验无人机和一个检验用无人机围栏。在检验开始前所述检验任务管理模块根据所述检验等级(要检验的安全能力等级)确定检验项目，例如如果要检验的检验等级是二级，则根据表2中的二级对应的7个检验项目生成7个检验项目，在后续的检验过程中一一验证是否符合各个检验项目。

所述检验过程监视模块：用来进行无人机系统安全能力等级检验，通过在无人机上装载高精度机载定位设备(该设备是现有设备，其利用载波差分定位设备输出的差分数据，对加装在无人机上的定位设备数据进行差分处理，得出无人机的精准位置数据)，实现无人机实时精确飞行数据(飞行数据包括经度，纬度，高度，航向，水平速度，定位类型，差分龄期，卫星数，距离围栏长度)追踪，并实时记录、传输和显示无人机飞行轨迹，对检验任务中设定的检验等级对应的各个检验项目进行逐一检验：在检验任务执行过程中，所述检验过程监视模块能够利用机载定位设备回传的飞行数据监视被检验无人机的飞行过程，以及实时监测无人机与检验用围栏的空间位置冲突关系及无人机冲突处置行为检验，将检验结果记录在检验项目清单中。

所述检验过程监视模块对各个检验项目逐一验证分析，确保检验员对被检验无人机的每个检验项目均进行了检验，没有漏检项。如果有任何一项漏检，将不会启动检验分析数据管理模块。而检验分析数据管理模块执行数据分析，是对所有的检验所得的检验结果和无人机围栏标准里关于无人机系统安全能力定级的标准进行匹配分析，得出无人机系统安全能力等级是否通过。检验过程监视模块能够随时对视频进行录屏并保存。

所述检验分析数据管理模块：用于对无人机飞行轨迹及检验结果进行分析，判断该检验用无人机是否达到检验等级。具体的，外场测试完成后，将所述检验过程监视模块得到的检验结果采用列表统一管理，与检验任务关联。检验任务的分析状态分为“等待”和“完成”两种状态，如果分析完成了，则分析状态变为“完成”状态，否则为“等待”状态。在检验任务现场飞行测试完成后，对本次任务飞行校验过程采集和记录的检验结果进行分析，并与预先设置好的指标参数(例如指标参数为“是”)进行比较，确定该型号无人机的电子围栏设置是否符合相应的检验等级，形成分析检验数据，存储在系统中。具体的，判断对应该检验等级的所有检验结果是否符合要求，如果是，则判定检验用无人机系统达到检验等级，如果否，则判定没有达到检验等级，并将是否达到检验等级以及各个检验项目的检验结果记录下来作为分析检验数据。具体的，根据检验等级对应的各个检验结果来判断是否符合要求，例如如果检验等级是1级，则判断第二检验结果和第四检验结果是否均为是，如果是，则判断达到检验等级，如果否，则判定没有达到检验等级，如果检验等级是2级，则判定第一检验结果到第七检验结果是否均为是，如果是，则判定达到检验等级，如果否，则判定没有达到检验等级，其中第七检验结果包括了更新检验用无人机围栏后得到的第一检验结果到第五检验结果，判断第一检验结果到第五检验结果是否均为是，如果是，则记录第七检验结果为是，否则记录第七检验结果为否。

测试数据分析校验完成后，可使用检验报告生成模块，根据所述检验分析数据管理模块获得的分析检验数据按照预先设计好的报告模板生成检验报告。所述检验报告分析生成模块用来对无人机系统安全能力等级检验项目结果及无人机飞向检验用围栏的飞行轨迹(由无人机系统安全能力等级检验过程监视模块发送来的)进行记录并进行整合，生成符合《无人机围栏》(就是指表2给出的民航行业标准《无人机围栏》(MH/T 2008-2017)。)要求的无人机系统安全能力等级检验报告，实现一体化流程，避免出现人为干预篡改的情况出现。

所述围栏信息管理模块：用来对检验用围栏进行管理，包括无人机围栏的创建和更新、无人机围栏属性的维护(如表3所示，围栏属性包括：围栏的平面区域范围、顶面离地高度，围栏的有效时间段，围栏的描述，围栏是否有效等。)、无人机围栏生效时间段，即围栏的创建、更新、查询及下载功能；根据《无人机围栏》标准中的三种无人机围栏的定义方式，采用下三种方式之一定义无人机围栏：1，地图点选：在地图上显示无人机围栏的准确范围，并点选无人机围栏顶点在地图上绘制几何形状，填写无人机围栏属性，保存到数据库。2，手动输入坐标值：手动输入无人机围栏顶点坐标值，并在地图上绘制几何形状，填写无人机围栏属性，保存到数据库。该定位方式精度高。3，导入电子围栏数据：导入Excel电子围栏数据定义文件，并在地图上绘制几何形状，保存到数据库。该定位方式精度高。定义围栏文件模板(文件模板是创建围栏的围栏属性，围栏文件模板里有三个，其中，多边形围栏包括围栏编号、围栏名称、围栏类型、顶面离地相对高度、有效时间段、围栏描述、围栏坐标。扇形围栏包括围栏编号，围栏名称、围栏类型、顶面离地相对高度、有效时间段、围栏描述、经度、纬度、半径(米)、起始方向、终止方向。机场障碍物限制面包括围栏编号，围栏名称、围栏类型、顶面离地相对高度、有效时间段、围栏描述、定点经纬度、半径(米))。并且一次可以导入多个围栏。

无人机围栏定义的类型支持《无人机围栏》标准要求的三种类型要求，支持三种定义方式：地图点选、手动输入坐标值及导入无人机围栏数据。

电子围栏属性定义如表3所示：

表3

所述系统参数设置管理模块：用于提供《无人机围栏》标准要求的各项指标值和系统校验的参数设置、以及数据字典功能，可以根据测试需求灵活配置，并能够持久化保存。例如，系统参数设置可以实现围栏冲突告警时间的60s，30s更改，可以对追踪设备进行管理、对检验用设备进行管理，对无人机类别进行管理。

所述数据库管理模块：本发明系统的数据库采用最新版本的MySQL数据库、PostGreSQL数据库。其中MySQL数据库主要存储业务数据(无人机围栏任务创建、无人机围栏检验时的飞行轨迹和检验数据项、数据分析等)，PostGreSQL数据库主要存储无人机围栏的空间数据。

由于系统测试数据的重要性，系统数据需要定期执行备份，本发明提供数据备份工具和脚本，实现每天或每周定时备份数据到指定磁盘、移动硬盘或服务器。

利用上述系统实现的无人机系统安全能力等级检验及围栏管理方法如图3所示，包括：

(1)飞行检验前的准备：

(11)根据无人机厂家的校验需求，制定检验任务，然后根据检验任务中的检验等级确定检验项目，详细规划好飞行测试的每个检验项目，；

(12)定义本次检验任务的检验用无人机围栏，将无人机围栏导出为标准要求的文件格式，并让厂家工作人员将检验用无人机围栏注入到被检验无人机的飞控系统内；并将测试追踪设备在无人机系统机身安装好，加电测试确保正常工作。上述数据都保存在系统数据库，地图数据直接从AeroMap平台获取。

图3中的“无人机围栏列表”中的“导入围栏”是指选用围栏定义的第三种方式(即导入方式)，通过模板批量导入围栏。“导出围栏”是指将定义好的围栏从系统导出给无人机，导出的围栏数据是依据无人机围栏标准的定义进行定义的，导出后让无人机操作员导入到检验的无人机系统里。图3中的“检验任务列表”中的“导入任务”、“导出任务”是指导入、导出任务，有两种方式建立任务，一种是在网页上输入(即创建任务)，另外一种是批量导入任务。

所述步骤(1)进一步包括：

(13)当检验人员抵达检验地点时，判断是否存在检验用无人机围栏(即可选围栏，采用现有的多种方法检验是否存在可选围栏即可。)，因为有时候会出现空域变化的情况，如果原先定义的检验用围栏范围处于禁飞区内时，即不存在检验用无人机围栏，则返回步骤(12)，如果存在，则进入步骤(2)。这样能够增加系统的灵活性。

(2)进行实际飞行检验获得检验结果：

在实际飞行场地区域，选择需要监视的检验任务，开始监视被检验无人机的飞行过程，并对检验任务中设定的检验等级对应的各个检验项目进行逐一检验，获得检验结果。整个测试过程可通过检验过程监视模块进行监视，检验人员对检验数据进行记录。

所述监视被检验无人机的飞行过程具体如下：任务执行过程中，所述检验过程监视模块能够在地图上显示本次飞行检验的无人机围栏、利用机载跟踪设备回传的航迹数据在地图上可视化显示被检验无人机的空间位置，能够查看被检验无人机的基本参数和详细航迹参数。系统实时检验被检验无人机的位置与检验用无人机围栏的空间位置关系(根据被检验无人机的当前速度和距离检验用无人机围栏的测试边界的最短距离计算出到达时间，并根据被检验无人机的当前位置信息，显示被检验无人机和检验用无人机围栏的相对位置。)，如果触发设置的位置指标值，所述检验过程监视模块发出报警，同时在地图上提示发生冲突；所述位置指标值是指所述到达时间与设定时间(例如60s或30s)的差值小于等于阈值时被检验无人机所处的位置。

所述检验过程监视模块对检验任务中设定的检验等级对应的各个检验项目进行逐一检验，具体如下：

A1，获取无人机冲突处置行为检验结果：无人机冲突处置行为是指当被检验无人机靠近检验用无人机围栏时，被检验无人机会选择自动悬停或返航等冲突处置行为。具体的，在检验过程监视模块中会实时显示被检验无人机的位置及其行为，通过实时显示的被检验无人机的位置及其行为可以获得被检验无人机的各个检验项目的检验结果，并将检验结果记录在对应的检验项目中。无人机冲突处置行为类型包括：无人机自动降落/悬停、无人机自动返航、无人机围栏内不能启动、无人机与无人机围栏发生冲突前60s的冲突处置、无人机与无人机围栏发生冲突前30s的冲突处置，具体如下：

检验被检验无人机的不能启动功能：将关闭电源的被检验无人机放置到检验用无人机围栏里，然后启动所述被检验无人机的电源，判断该被检验无人机是否能够启动，如果不能启动，则记录第一检验结果为是，如果能启动，则记录第一检验结果为否。

检验被检验无人机的自动降落/悬停功能：根据被检验无人机的飞行轨迹和检验用无人机围栏的位置进行判断，在无人机操作员没有操纵该被检验无人机的情况下，当被检验无人机无限接近检验用无人机围栏时，判断被检验无人机在检验用无人机围栏的附近是否降落/悬停，如果是，则记录第二检验结果为是，如果否，则记录第二检验结果为否。如果被检验无人机是固定翼，则只检验自动降落功能，如果被检验无人机是多旋翼，则检验悬停功能或自动降落功能。

检验被检验无人机的自动返航功能：根据被检验无人机的飞行轨迹和检验用无人机围栏的位置进行判断，在无人机操作员没有操纵该被检验无人机的情况下，当被检验无人机无限接近检验用无人机围栏时，判断被检验无人机是否远离围栏飞行并在起飞点降落。如果是，则记录第三检验结果为是，如果否，则记录第三检验结果为否。

检验被检验无人机与无人机围栏发生冲突前60s的冲突处置功能：

实时根据被检验无人机的当前速度及距离检验用无人机围栏的测试边界的最短距离获得到达时间(用最短距离除以速度即可得到到达时间)，当所述到达时间与60s的差值小于等于设定阈值时，检验过程监视模块会发出报警提示，同时判断被检验无人机对应的无人机地面站是否有相应提示，如果是，则记录第四检验结果为是，如果否，则记录第四检验结果为否。设定阈值可以根据实际检验精度确定，例如可以为5s

检验被检验无人机与无人机围栏发生冲突前30s的冲突处置功能：

实时根据被检验无人机的当前速度及距离检验用无人机围栏的测试边界的最短距离获得到达时间，当所述到达时间与30s的差值小于等于设定阈值时，检验过程监视模块会发出报警提示，同时判断被检验无人机对应的无人机地面站是否有相应提示，如果是，则记录第五检验结果为是，如果否，则记录第五检验结果为否。

无人机冲突处置行为检验结果包括所述第一检验结果到第五检验结果中的一种或者多种。

A2，获取其它功能检验结果：

检验被检验无人机是否处于无人机围栏内：首先将检验用无人机围栏从被检验无人机的飞控系统中删除，保证被检验无人机能在启动的情况下进入到检验用无人机围栏内，然后把检验用无人机围栏加载到被检验无人机的飞控系统中，最后判断被检验无人机对应的无人机地面站是否有相应提示，如果是，则记录第六检验结果为是，如果否，则记录第六检验结果为否。

检验被检验无人机是否具有数据更新功能：无人机操作员向无人机系统里导入更新后的检验用无人机围栏的数据后重新进行步骤A1，并记录各个检验项目的结果(例如，如果需要测试的检验等级是1级，则还是按照步骤A1只进行第二、四项检验项目，得到第二检验结果、第四检验结果即可)。具体的，表2中的无人机围栏的“数据更新”功能是指无人机系统可以更换不同的无人机围栏类型(围栏类型分为多种，例如多边形和扇形)，更新无人机围栏类型后无人机仍然可以实现接近围栏处的冲突处置行为。所述检验过程监视模块在检验用无人机围栏数据更新时，支持导出多个检验用无人机围栏的数据，测试时选择多个检验用无人机围栏，但每次只在无人机系统中导入一个检验用无人机围栏，将生成的检验用无人机围栏的二进制文件导入到被检验无人机系统，并将导入检验用无人机围栏的文件的更新结果记录在检验项目列表中。更新后的检验用无人机围栏导入成功后，再次进行检验等级对应的无人机冲突处置行为检验的各个检验项目，并记录无人机冲突处置行为检验结果，将无人机冲突处置行为检验结果作为第七检验结果。

检验被检验无人机的在线授权功能：通过无人机操作员向被检验无人机发送指令，判断被检验无人机根据指令是否能够进行悬停或自动返航，如果是，则记录第八检验结果为是，如果否，则记录第八检验结果为否。

检验被检验无人机的位置服务(LBS)校验功能：关闭被检验无人机的GPS定位系统，判断被检验无人机是否能够根据基站定位进行自动返航，如果是，则记录第九检验结果为是，如果否，则记录第九检验结果为否。

上述9个检验结果包含了表2中的所有检验项目，其中的第七检验结果包括对应该检验等级的无人机冲突处置行为检验结果。确定好检验等级后，直接从表2中找到该检验等级对应的各个检验项目进行检验，得到对应该检验等级的各个检验项目的检验结果，例如如果需要测试的检验等级是1级，则只进行第二、四项检验项目，得到第二检验结果、第四检验结果即可，如果需要测试的检验等级是2级，则要进行第一、二、三、四、五、六、七项检验项目，得到第一检验结果到第七检验结果。

(3)进行数据分析获得无人机系统安全能力等级检验报告：

对步骤(2)获得的检验结果进行分析，获得分析检验数据，并根据分析检验数据生成无人机系统安全能力等级检验报告，完成整个无人机系统电子围栏校验和验证。

本发明系统及方法能够检验无人机系统的安全能力等级，可以自由划设非定位性质的围栏，并可以精确追踪无人机的实时飞行轨迹。所述系统能够实时进行无人机实时轨迹数据采集、对采集到的轨迹数据进行处理，得到高精度误差小于3cm的无人机飞行轨迹，用于无人机系统的安全能力等级检验项目的验证，并对无人机系统进行安全能力进行定级；利用本发明无人机厂商可以对无人机系统进行安全能力等级检验，保障无人机安全飞行安全。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (10)

1.一种无人机系统安全能力等级检验及围栏管理系统，其特征在于：所述无人机系统安全能力等级检验及围栏管理系统包括：

检验任务管理模块：用于创建、修改和管理检验任务；

检验过程监视模块：用于监视被检验无人机的飞行过程，并根据检验任务管理模块创建的检验任务进行无人机系统围栏功能安全能力等级检验，获得检验结果；

检验分析数据管理模块：用于对检验过程监视模块获得的检验结果进行分析，获得分析检验数据；

检验报告分析生成模块：用于根据检验分析数据管理模块获得的分析检验数据制作无人机系统围栏功能安全能力等级检验报告；

围栏信息管理模块：用于对检验用无人机围栏进行管理；

系统参数设置管理模块：用于提供检验任务对应的指标值的设定和参数的设置；

数据库管理模块：用于存储数据。

2.根据权利要求1所述的无人机系统安全能力等级检验及围栏管理系统，其特征在于：每个所述检验任务对应一架被检验无人机和一个检验用无人机围栏；

每个所述检验任务均包括：检验等级、检验用无人机围栏的数据、被检验无人机的名称、型号、无人机飞控版本号和生产厂商；

所述检验任务管理模块根据所述检验等级确定检验项目。

3.根据权利要求2所述的无人机系统安全能力等级检验及围栏管理系统，其特征在于：所述检验过程监视模块记录被检验无人机上安装的机载定位设备发送来的实时飞行数据，根据实时飞行数据监视被检验无人机的飞行过程，并对所述检验任务管理模块确定的各个检验项目逐一进行检验，获得检验结果。

4.根据权利要求3所述的无人机系统安全能力等级检验及围栏管理系统，其特征在于：所述检验分析数据管理模块将所述检验过程监视模块获得的对应该检验等级的各个检验项目的检验结果分别与对应该检验等级的各个检验项目的指标参数进行比较，判断所有检验结果是否符合要求，如果是，则判定检验用无人机达到检验等级，如果否，则判定检验用无人机没有达到检验等级，并将是否达到检验等级以及各个检验项目的检验结果记录下来作为分析检验数据。

5.根据权利要求1所述的无人机系统安全能力等级检验及围栏管理系统，其特征在于：所述围栏信息管理模块能够创建和更新检验用无人机围栏，对检验用无人机围栏的属性进行维护，并设定检验用无人机围栏的生效时间段。

6.一种利用权利要求1-5任一项所述的无人机系统安全能力等级检验及围栏管理系统实现的无人机系统安全能力等级检验及围栏管理方法，其特征在于：所述方法包括：

(1)飞行检验前的准备：

(11)制定检验任务，然后根据检验任务中的检验等级确定检验项目；

(12)定义本次检验任务的检验用无人机围栏，将检验用无人机围栏注入到被检验无人机的飞控系统中；

(2)进行实际飞行检验获得检验结果：

在实际飞行场地区域，选择需要监视的检验任务，开始监视被检验无人机的飞行过程，并对检验任务中设定的检验等级对应的各个检验项目进行逐一检验，获得检验结果；

(3)进行数据分析获得无人机系统安全能力等级检验报告：

对所述检验结果进行分析，获得分析检验数据，并根据分析检验数据生成无人机系统安全能力等级检验报告。

7.根据权利要求6所述的无人机系统安全能力等级检验及围栏管理方法，其特征在于：所述步骤(1)进一步包括：

(13)抵达检验地点后，判断是否存在检验用无人机围栏，如果不存在，则返回步骤(12)，如果存在，则进入步骤(2)。

8.根据权利要求6所述的无人机系统安全能力等级检验及围栏管理方法，其特征在于：所述步骤(2)中的监视被检验无人机的飞行过程的操作包括：

利用所述检验过程监视模块在地图上显示检验用无人机围栏，并利用机载定位设备发送来的航迹数据在地图上可视化显示被检验无人机的空间位置，还能够查看被检验无人机的基本参数和航迹参数；

根据被检验无人机的当前速度和距离检验用无人机围栏的测试边界的最短距离计算出到达时间，并根据被检验无人机的当前位置显示被检验无人机和检验用无人机围栏的相对位置；

如果触发设置的位置指标值，所述检验过程监视模块发出报警，同时在地图上提示发生冲突；所述位置指标值是指所述到达时间与设定时间的差值小于等于设定阈值时被检验无人机所处的位置。

9.根据权利要求6所述的无人机系统安全能力等级检验及围栏管理方法，其特征在于：所述步骤(2)中的对检验任务中设定的检验等级对应的各个检验项目进行逐一检验，获得检验结果的操作包括：

A1，获取无人机冲突处置行为检验结果：

检验被检验无人机围栏内不能启动功能：将关闭电源的被检验无人机放置到检验用无人机围栏里，然后启动所述被检验无人机的电源，判断该被检验无人机是否能够启动，如果不能启动，则记录第一检验结果为是，如果能启动，则记录第一检验结果为否；

检验被检验无人机的自动降落/悬停功能：根据被检验无人机的飞行轨迹和检验用无人机围栏的位置进行判断，在无人机操作员没有操纵该被检验无人机的情况下，当被检验无人机无限接近检验用无人机围栏时，判断被检验无人机在检验用无人机围栏的附近是否自动降落/悬停，如果是，则记录第二检验结果为是，如果否，则记录第二检验结果为否；如果被检验无人机是固定翼，则只检验自动降落功能，如果被检验无人机是多旋翼，则检验悬停功能或自动降落功能；

检验被检验无人机的自动返航功能：根据被检验无人机的飞行轨迹和检验用无人机围栏的位置进行判断，在无人机操作员没有操纵该被检验无人机的情况下，当被检验无人机无限接近检验用无人机围栏时，判断被检验无人机是否远离围栏飞行并返回到起飞点降落，如果是，则记录第三检验结果为是，如果否，则记录第三检验结果为否；

检验被检验无人机与无人机围栏发生冲突前60s的冲突处置功能：实时根据被检验无人机的当前速度及距离检验用无人机围栏的测试边界的最短距离获得到达时间，当所述到达时间与60s的差值小于等于设定阈值时，检验过程监视模块会发出报警提示，同时判断被检验无人机对应的无人机地面站是否有相应提示，如果是，则记录第四检验结果为是，如果否，则记录第四检验结果为否；

检验被检验无人机与无人机围栏发生冲突前30s的冲突处置功能：实时根据被检验无人机的当前速度及距离检验用无人机围栏的测试边界的最短距离获得到达时间，当所述到达时间与30s的差值小于等于设定阈值时，检验过程监视模块会发出报警提示，同时判断被检验无人机对应的无人机地面站是否有相应提示，如果是，则记录第五检验结果为是，如果否，则记录第五检验结果为否；

每个检验等级对应的无人机冲突处置行为检验结果包括所述第一检验结果到第五检验结果中的一种或者多种；

A2，获取其它功能检验结果：

检验被检验无人机是否处于无人机围栏内：首先将检验用无人机围栏从被检验无人机的飞控系统中删除，保证被检验无人机能在启动的情况下进入到检验用无人机围栏内，然后把检验用无人机围栏加载到被检验无人机的飞控系统中，最后判断被检验无人机对应的无人机地面站是否有相应提示，如果是，则记录第六检验结果为是，如果否，则记录第六检验结果为否；

检验被检验无人机是否具有数据更新功能：向被检验无人机里导入更新后的检验用无人机围栏的数据，然后重复步骤A1，并记录步骤A1得到的无人机冲突处置行为检验结果，将无人机冲突处置行为检验结果作为第七检验结果；

检验被检验无人机的在线授权功能：向被检验无人机发送指令，判断被检验无人机根据指令是否能够进行悬停或自动返航，如果是，则记录第八检验结果为是，如果否，则记录第八检验结果为否；

检验被检验无人机的位置服务(LBS)校验功能：关闭被检验无人机的GPS定位系统，判断被检验无人机是否能够根据基站定位进行自动返航，如果是，则记录第九检验结果为是，如果否，则记录第九检验结果为否；

每个检验等级对应的检验结果包括所述第一检验结果到第九检验结果中的一种或者多种。

10.根据权利要求9所述的无人机系统安全能力等级检验及围栏管理方法，其特征在于：所述步骤(3)中的所述对所述检验结果进行分析，获得分析检验数据的操作包括：

判断对应该检验等级的所有检验结果是否符合要求，如果是，则判定检验用无人机系统达到检验等级，如果否，则判定没有达到检验等级，并将是否达到检验等级以及各个检验项目的检验结果记录下来作为分析检验数据。

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