CN110667847A - 无人机智能化飞行高度控制平台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能化飞行高度控制平台，包括：布局探析设备，设置在无人机上，用于基于云朵成像特征识别出前方空域图像中的多个云朵对象，将所述前方空域图像执行水平方向的均匀划分以获得上部图像区域、中部图像区域和下部图像区域；内容检测设备，与所述布局探析设备连接，用于统计上部图像区域、中部图像区域和下部图像区域中每一个图像区域内的云朵对象的数量，并在所述上部图像区域中的云朵数量最少时，发出高度提升信号。本发明的智能化飞行高度控制平台运行稳定、安全可靠。由于能够根据无人机前方的云朵上中下三级分布密度的检测结果进行无人机高度的自动控制，从而保证了无人机的飞行安全性能。
Description
技术领域
本发明涉及无人机控制领域，尤其涉及一种无人机智能化飞行高度控制平台。
背景技术
无人驾驶飞机简称“无人机”(“UAV”)，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞行器。
无人机实际上是无人驾驶飞行器的统称，从技术角度定义可以分为：无人固定翼飞机、无人垂直起降飞机、无人飞艇、无人直升机、无人多旋翼飞行器、无人伞翼机等。
与载人飞机相比，无人机具有体积小、造价低、使用方便、对作战环境要求低、战场生存能力较强等优点。由于无人驾驶飞机对未来空战有着重要的意义，世界各主要军事国家都在加紧进行无人驾驶飞机的研制工作。
2013年11月，中国民用航空局下发了《民用无人驾驶航空器系统驾驶员管理暂行规定》，由中国AOPA协会负责民用无人机的相关管理。根据《规定》，中国内地无人机操作按照机型大小、飞行空域可分为11种情况，其中仅有116千克以上的无人机和4600立方米以上的飞艇在融合空域飞行由民航局管理，其余情况，包括日渐流行的微型航拍飞行器在内的其他飞行，均由行业协会管理、或由操作手自行负责。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种智能化飞行高度控制平台，能够根据无人机前方的云朵的分布情况智能化决定无人机的飞行高度控制策略，从而避免无人机陷入被多块云朵包围的危境；具体地，将无人机的前方空域图像执行水平方向的均匀划分以获得上部图像区域、中部图像区域和下部图像区域，基于各个图像区域的云朵数量的比较结果判断无人机前方的云朵的分布情况。
根据本发明的一方面，提供了一种智能化飞行高度控制平台，所述平台包括：
参数测量结构，设置在无人机内，用于对无人机当前所在的高度进行测量以获得实时机体高度；
所述参数测量结构包括第一测量组件和第二测量组件，所述第一测量组件用于基于气压变化检测并输出对应的第一高度，所述第二测量组件基于经纬度检测结果映射出对应的第二高度；
所述参数测量结构还包括参数计算组件，分别与所述第一测量组件和所述第二测量组件连接，用于基于第一高度、第一权重值、第二高度和第二权重值执行加权计算以获得并输出所述实时机体高度；
水平拍摄设备，设置在无人机上，采用水平拍摄视角对无人机前方进行现场拍摄，以获得前方空域图像；
布局探析设备，设置在无人机上，与所述水平拍摄设备连接，用于基于云朵成像特征识别出所述前方空域图像中的多个云朵对象，将所述前方空域图像执行水平方向的均匀划分以获得上部图像区域、中部图像区域和下部图像区域；
内容检测设备，与所述布局探析设备连接，用于统计上部图像区域、中部图像区域和下部图像区域中每一个图像区域内的云朵对象的数量，并在所述上部图像区域中的云朵数量最少时，发出高度提升信号；
所述内容检测设备还用于在所述下部图像区域中的云朵数量最少时，发出高度下降信号；
所述内容检测设备还用于在所述中部图像区域中的云朵数量最少时，发出高度维持信号；
数据通信设备，与所述内容检测设备连接，用于将接收到的所述高度提升信号、所述高度下降信号或所述高度维持信号通过无线通信链路发送给无人机用户的手持终端；
飞行驱动设备，分别与所述内容检测设备和所述参数测量结构连接，用于基于接收到的所述高度提升信号、所述高度下降信号或所述高度维持信号执行对无人机飞行高度的驱动控制。
根据本发明的另一方面，还提供了一种智能化飞行高度控制方法，所述方法包括使用一种如上述的智能化飞行高度控制平台，用于根据无人机前方的云朵的分布情况智能化决定无人机的飞行高度控制策略。
本发明的智能化飞行高度控制平台运行稳定、安全可靠。由于能够根据无人机前方的云朵上中下三级分布密度的检测结果进行无人机高度的自动控制，从而保证了无人机的飞行安全性能。
由此可见，本发明需要具备以下几处关键的发明点：
(1)在无线网络的现场干扰数量超过预设数量阈值时，为无线网络的当前通信通道增加辅助通信通道以实现相同的数据通信，现场干扰数量与增加的辅助通信通道的数量成正比，从而保证无线数据的准确收发；
(2)根据无人机前方的云朵的分布情况智能化决定无人机的飞行高度控制策略，从而避免无人机陷入被多块云朵包围的危境；
(3)将无人机的前方空域图像执行水平方向的均匀划分以获得上部图像区域、中部图像区域和下部图像区域，基于各个图像区域的云朵数量的比较结果判断无人机前方的云朵的分布情况。
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为根据本发明示出的智能化飞行高度控制平台的第一实施例的结构方框图。
图2为根据本发明示出的智能化飞行高度控制平台的第二实施例的结构方框图。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的智能化飞行高度控制平台的实施方案进行详细说明。
20世纪80年代，基于AI的规则表示与推理技术(尤其是专家系统)基于规则的专家控制系统得到迅速发展，如瑞典奥斯特隆姆(K.J.Astrom)的专家控制，美国萨里迪斯(G.M.Saridis)的机器人控制中的专家控制等。随着20世纪80年代中期人工神经网络研究的再度兴起，控制领域研究者们提出并迅速发展了充分利用人工神经网络良好的非线性逼近特性、自学习特性和容错特性的神经网络控制方法。
随着研究的展开和深入，形成智能控制新学科的条件逐渐成熟。1985年8月，IEEE在美国纽约召开了第一届智能控制学术讨论会，讨论了智能控制原理和系统结构。由此，智能控制作为一门新兴学科得到广泛认同，并取得迅速发展。
近十几年来，随着智能控制方法和技术的发展，智能控制迅速走向各种专业领域，应用于各类复杂被控对象的控制问题，如工业过程控制系统、机器人系统、现代生产制造系统、交通控制系统等。
当前，无人机的航拍和监控功能得到人们的广泛应用。然而，由于空中状况的复杂性，例如包括风力、风向、云朵等复杂的气象环境，导致无人机的安全性能无法得到保障，当前对无人机的安全性能的控制主要集中在对无人机本身的结构设计上，而缺乏针对空中状况的应对策略。
为了克服上述不足，本发明搭建了一种智能化飞行高度控制平台，能够有效解决相应的技术问题。
<实施例一>
图1为根据本发明示出的智能化飞行高度控制平台的第一实施例的结构方框图，所述平台包括：
参数测量结构，设置在无人机内，用于对无人机当前所在的高度进行测量以获得实时机体高度；
所述参数测量结构包括第一测量组件和第二测量组件，所述第一测量组件用于基于气压变化检测并输出对应的第一高度，所述第二测量组件基于经纬度检测结果映射出对应的第二高度；
所述参数测量结构还包括参数计算组件，分别与所述第一测量组件和所述第二测量组件连接，用于基于第一高度、第一权重值、第二高度和第二权重值执行加权计算以获得并输出所述实时机体高度；
水平拍摄设备，设置在无人机上，采用水平拍摄视角对无人机前方进行现场拍摄，以获得前方空域图像；
布局探析设备，设置在无人机上，与所述水平拍摄设备连接，用于基于云朵成像特征识别出所述前方空域图像中的多个云朵对象，将所述前方空域图像执行水平方向的均匀划分以获得上部图像区域、中部图像区域和下部图像区域；
内容检测设备，与所述布局探析设备连接，用于统计上部图像区域、中部图像区域和下部图像区域中每一个图像区域内的云朵对象的数量，并在所述上部图像区域中的云朵数量最少时，发出高度提升信号；
所述内容检测设备还用于在所述下部图像区域中的云朵数量最少时，发出高度下降信号；
所述内容检测设备还用于在所述中部图像区域中的云朵数量最少时，发出高度维持信号；
数据通信设备，与所述内容检测设备连接，用于将接收到的所述高度提升信号、所述高度下降信号或所述高度维持信号通过无线通信链路发送给无人机用户的手持终端；
飞行驱动设备，分别与所述内容检测设备和所述参数测量结构连接，用于基于接收到的所述高度提升信号、所述高度下降信号或所述高度维持信号执行对无人机飞行高度的驱动控制；
其中，在所述参数测量结构中，所述第一权重值与所述第一高度相关，所述第二权重值与所述第二高度相关。
<实施例二>
图2为根据本发明示出的智能化飞行高度控制平台的第二实施例的结构方框图。
如图2所示，所述智能化飞行高度控制平台中还可以包括：
干扰分析设备，用于测量所述数据通信设备所在无线网络的当前干扰类型的数量以作为现场干扰数量输出。
<其他实施例>
所述智能化飞行高度控制平台中还可以包括：
通道建立设备，与所述干扰分析设备连接，用于在接收到的现场干扰数量超过预设数量阈值时，基于所述接收到的现场干扰数量为无线网络的当前通信通道增加辅助通信通道以实现相同的数据通信。
所述智能化飞行高度控制平台中还可以包括：
基于所述接收到的现场干扰数量为无线网络的当前通信通道增加辅助通信通道以实现相同的数据通信包括：所述接收到的现场干扰数量与增加的辅助通信通道的数量成正比；
其中，所述通道建立设备还用于在接收到的现场干扰数量未超过所述预设数量阈值时，拆除为无线网络的当前通信通道增加的辅助通信通道。
所述智能化飞行高度控制平台中：
所述飞行驱动设备、所述参数测量结构和所述内容检测设备与同一石英振荡设备连接，用于获取所述石英振荡设备提供的时序数据。
所述智能化飞行高度控制平台中：
所述内容检测设备设置有多个散热孔，所述多个散热孔均匀分布在所述内容检测设备的外壳上。
所述智能化飞行高度控制平台中：
所述参数测量结构由现场可编程逻辑器件来实现，所述现场可编程逻辑器件基于VHDL语言设计。
所述智能化飞行高度控制平台中还可以包括：
压力传感设备，设置在所述飞行驱动设备的内部，用于感应所述飞行驱动设备的内部压力。
所述智能化飞行高度控制平台中还可以包括：
压力报警设备，与所述压力传感设备连接，用于在接收到的所述飞行驱动设备的内部压力超限时，执行相应的压力报警操作。
触摸屏，用于根据用户的操作，接收用户的输入信息。
同时，为了克服上述不足，本发明还搭建了一种智能化飞行高度控制方法，所述方法包括使用一种如上述的智能化飞行高度控制平台，用于根据无人机前方的云朵的分布情况智能化决定无人机的飞行高度控制策略。
另外，VHDL主要用于描述数字系统的结构，行为，功能和接口。除了含有许多具有硬件特征的语句外，VHDL的语言形式、描述风格以及语法是十分类似于一般的计算机高级语言。VHDL的程序结构特点是将一项工程设计，或称设计实体(可以是一个元件，一个电路模块或一个系统)分成外部(或称可视部分,及端口)和内部(或称不可视部分)，既涉及实体的内部功能和算法完成部分。在对一个设计实体定义了外部界面后，一旦其内部开发完成后，其他的设计就可以直接调用这个实体。这种将设计实体分成内外部分的概念是VHDL系统设计的基本点。
VHDL具有功能强大的语言结构，可以用简洁明确的源代码来描述复杂的逻辑控制。它具有多层次的设计描述功能，层层细化，最后可直接生成电路级描述。VHDL支持同步电路、异步电路和随机电路的设计，这是其他硬件描述语言所不能比拟的。VHDL还支持各种设计方法，既支持自底向上的设计，又支持自顶向下的设计；既支持模块化设计，又支持层次化设计。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
虽然本发明已以实施例揭示如上，但其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应当可以做出适当的改动和同等替换。因此本发明的保护范围应当以本申请权利要求所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种智能化飞行高度控制平台，其特征在于，所述平台包括：
参数测量结构，设置在无人机内，用于对无人机当前所在的高度进行测量以获得实时机体高度；
所述参数测量结构包括第一测量组件和第二测量组件，所述第一测量组件用于基于气压变化检测并输出对应的第一高度，所述第二测量组件基于经纬度检测结果映射出对应的第二高度；
所述参数测量结构还包括参数计算组件，分别与所述第一测量组件和所述第二测量组件连接，用于基于第一高度、第一权重值、第二高度和第二权重值执行加权计算以获得并输出所述实时机体高度；
水平拍摄设备，设置在无人机上，采用水平拍摄视角对无人机前方进行现场拍摄，以获得前方空域图像；
布局探析设备，设置在无人机上，与所述水平拍摄设备连接，用于基于云朵成像特征识别出所述前方空域图像中的多个云朵对象，将所述前方空域图像执行水平方向的均匀划分以获得上部图像区域、中部图像区域和下部图像区域；
内容检测设备，与所述布局探析设备连接，用于统计上部图像区域、中部图像区域和下部图像区域中每一个图像区域内的云朵对象的数量，并在所述上部图像区域中的云朵数量最少时，发出高度提升信号；
所述内容检测设备还用于在所述下部图像区域中的云朵数量最少时，发出高度下降信号；
所述内容检测设备还用于在所述中部图像区域中的云朵数量最少时，发出高度维持信号；
数据通信设备，与所述内容检测设备连接，用于将接收到的所述高度提升信号、所述高度下降信号或所述高度维持信号通过无线通信链路发送给无人机用户的手持终端；
飞行驱动设备，分别与所述内容检测设备和所述参数测量结构连接，用于基于接收到的所述高度提升信号、所述高度下降信号或所述高度维持信号执行对无人机飞行高度的驱动控制；
其中，在所述参数测量结构中，所述第一权重值与所述第一高度相关，所述第二权重值与所述第二高度相关。
2.如权利要求1所述的智能化飞行高度控制平台，其特征在于，所述平台还包括：
干扰分析设备，用于测量所述数据通信设备所在无线网络的当前干扰类型的数量以作为现场干扰数量输出。
3.如权利要求2所述的智能化飞行高度控制平台，其特征在于，所述平台还包括：
通道建立设备，与所述干扰分析设备连接，用于在接收到的现场干扰数量超过预设数量阈值时，基于所述接收到的现场干扰数量为无线网络的当前通信通道增加辅助通信通道以实现相同的数据通信。
4.如权利要求3所述的智能化飞行高度控制平台，其特征在于，所述平台还包括：
基于所述接收到的现场干扰数量为无线网络的当前通信通道增加辅助通信通道以实现相同的数据通信包括：所述接收到的现场干扰数量与增加的辅助通信通道的数量成正比；
其中，所述通道建立设备还用于在接收到的现场干扰数量未超过所述预设数量阈值时，拆除为无线网络的当前通信通道增加的辅助通信通道。
5.如权利要求4所述的智能化飞行高度控制平台，其特征在于：
所述飞行驱动设备、所述参数测量结构和所述内容检测设备与同一石英振荡设备连接，用于获取所述石英振荡设备提供的时序数据。
6.如权利要求5所述的智能化飞行高度控制平台，其特征在于：
所述内容检测设备设置有多个散热孔，所述多个散热孔均匀分布在所述内容检测设备的外壳上。
7.如权利要求6所述的智能化飞行高度控制平台，其特征在于：
所述参数测量结构由现场可编程逻辑器件来实现，所述现场可编程逻辑器件基于VHDL语言设计。
8.如权利要求7所述的智能化飞行高度控制平台，其特征在于，还包括：
压力传感设备，设置在所述飞行驱动设备的内部，用于感应所述飞行驱动设备的内部压力。
9.如权利要求8所述的智能化飞行高度控制平台，其特征在于，还包括：
压力报警设备，与所述压力传感设备连接，用于在接收到的所述飞行驱动设备的内部压力超限时，执行相应的压力报警操作。
触摸屏，用于根据用户的操作，接收用户的输入信息。
10.一种智能化飞行高度控制方法，所述方法包括提供一种如权利要求1-9任一所述的智能化飞行高度控制平台，用于根据无人机前方的云朵的分布情况智能化决定无人机的飞行高度控制策略。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: Room 106, Zhongguancun energy and Safety Science Park, building 1, No. 16, Qinghua East Road, Haidian District, Beijing 100830 Applicant after: Yu Gang Address before: 212415 No.7 Development Zone, Baohua Town, Jurong City, Zhenjiang City, Jiangsu Province Applicant before: Yu Gang |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20200721 Address after: Room 520, 5 / F, situ Industrial Park, management committee, Sixian Development Zone, Suzhou City, Anhui Province Applicant after: Sixian branch of Anhui Huiteng Intelligent Transportation Technology Co.,Ltd. Address before: Room 106, Zhongguancun energy and Safety Science Park, building 1, No. 16, Qinghua East Road, Haidian District, Beijing 100830 Applicant before: Yu Gang |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240416 Address after: 710000, 2nd Floor, Advanced Manufacturing Center Phase I, No. 28 Lingfei Road, National Aviation High tech Industrial Base Phase II, Xi'an City, Shaanxi Province Patentee after: Xi'an AVIC Aviation Club Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 234300 room 520, 5th floor, situ Industrial Park, management committee of Sixian Development Zone, Suzhou City, Anhui Province Patentee before: Sixian branch of Anhui Huiteng Intelligent Transportation Technology Co.,Ltd. Country or region before: China |
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| TR01 | Transfer of patent right |