CN111552318B - 一种无人机最低安全高度飞行的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无人机技术领域，公开了一种无人机最低安全高度飞行的控制方法，包括障碍地图制定与飞行控制；障碍地图供无人机进行读取，无人机在飞行过程中按照设定的飞行路线，将飞行路线与离线地图匹配，确认飞行路线经过的地图网格，获取飞行路线沿程的地图网格标高；同时实时检测定位信息和飞行高度，将飞行高度与地图网格标高进行对比；当若无人机当前飞行高度低于沿程经过的下一地图网格的标高，调整无人机的飞行姿态进行避障；否则沿飞行路线飞行。本发明采用无人机搭载离线地图的方式，直接从离线地图中读取障碍物的高度，作为指导无人机进行避让的标准，更加简单易行，降低了无人机的能量损耗，提高了无人机的续航能力。

Description

一种无人机最低安全高度飞行的控制方法

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，涉及到无人机的主动避障方式，具体涉及一种无人机最低安全高度飞行的控制方法。

背景技术

目前，部分可自动飞行的无人机搭载有自动避障的硬件设备，主要包括双目视觉系统等用于识别无人机前进方向上景物的设备，这些硬件设备随时保持工作并实时进行检测识别，可有效提高无人机的自动避障能力。但这些硬件设备的功耗大，将会损耗极大的电能，严重降低无人机的续航能力。

而当前无人机的续航是其综合性能的影响因素之一，能够减少无人机的功率损耗，一定程度上将能够提高无人机续航，从而提高无人机的综合性能。但无人机的自动避障硬件的存在使得无人机综合性能的提升卡在瓶颈上，为了克服这一困难，需要对无人机的自动避障方式进行优化，减少无人机在避障这方面的功耗。因此，针对现有的侦测系统存在的不足，还需要提出更为合理的技术方案，解决现有技术中存在的技术问题。

发明内容

本发明提供一种无人机最低安全高度飞行的控制方法，通过将电子地图划分为若干地图网格，对地图网格的高度进行标定，由无人机在飞行过程中自行测定飞行高度并与地图网格的标高进行对比，进而调整自身的飞行高度或飞行方向，主动进行避障。如此实现了无人机在低功耗的输出下实现避障，还延长了无人机的续航能力。

为了实现上述效果，本发明采用技术方案为：

一种无人机最低安全高度飞行的控制方法，包括障碍地图制定与飞行控制；

障碍地图制定包括：

将电子地图分割为若干地图网格，并对地图网格进行高度标记；

将分割和标记后的电子地图制作为离线地图，传输至无人机；

飞行控制包括：

设定无人机的飞行路线，将飞行路线与离线地图匹配，确认飞行路线经过的地图网格，获取飞行路线沿程的地图网格标高；

实时检测无人机的定位信息和飞行高度，将飞行高度与地图网格标高进行对比；

当若无人机当前飞行高度低于沿程经过的下一地图网格的标高，调整无人机的飞行姿态进行避障；

若无人机当前飞行高度高于沿程经过的下一地图网格的标高，无人机沿飞行路线飞行。

上述公开的飞行控制方法，利用障碍地图作为规划飞行路线的基础指引，在飞行路线穿过障碍地图上的某个地图网格时，将无人机的飞行高度与地图网格的标高进行对比，当无人机的飞行高度高于标高时可顺利通过，当无人机的飞行高度低于标高时，可通过主动避让的方式实现避障。在此过程中，采用的均是无人机自身的定位装置，没有采用任何视觉系统，因此大大地降低了功耗，缩减了电能损耗。

进一步的，对上述公开的无人机飞行控制方法进行优化，具体说明无人机在飞行控制过程中的动作，由于无人机在飞行过程中遇到的实际情况非常复杂，因此作为一种选择，此处举出可行的方案：所述的调整无人机的飞行姿态进行避障，包括先控制无人机悬停，当无人机的飞行高度与下一地图网格的标高差值小于预设值时，无人机提升高度至高于地图网格的标高后继续前行。这种情况主要针对于障碍物的高度与无人机的飞行高度相差不大，无人机可通过适当的高度调整后顺利通过。该预设值可设置为1～10m，根据不同无人机的飞行能力可进行调整。

进一步的，针对无人机飞行控制方法，在遇到不同于上述情况时，还可采取不同的应对方案，作为一种选择，此处举出具体可行的方案：所述的调整无人机的飞行姿态进行避障，包括先控制无人机悬停，当无人机的飞行高度与下一地图网格的标高差值大于预设值时，无人机水平调整前进方向后绕行。按照无人机的升空飞行能力，当障碍物的高度超出了无人机的飞行高度，或者升空避让需要消耗的能量过大时，可选择转向绕行。

具体的，上述内容中，无人机采用绕行避让的方法时，具体避让方案如下设置：所述的无人机水平调整前进方向后绕行，包括无人机按照躲避方向旋转α角度后沿直线前行，再按照回归方向旋转β角度后沿直线前行回归至飞行路线。此处的躲避方向与回归方向为相反的方向，通常情况下，躲避方向和回归方向均为水平方向。

再进一步，考虑到实际操作的可行性，对躲避方向和回归方向的角度进行了必要的限制，作为可行的选择，此处举出可行的方案：所述的α小于90°，且所述的β小于90°。

再进一步，无人机遇到第一处障碍物并通过绕行的方式实现了避让，而实际飞行过程中障碍物的存在极不规范，在无人机避让一处障碍物后，其新的前进方向上存在障碍物的可能性极大，在这种情况下，可做出新的避让方案，作为一种选择，此处举出可行的方案：所述的无人机按照躲避方向或回归方向旋转后，若无人机的当前高度低于前行方向上的下一地图网格标高，则继续按照躲避方向执行方向调整。这样设置的意义在于，当无人机在障碍物网络中穿行时，对最初的飞行路线保持固定不变，在避让的过程中可能存在连续避让、多次换向的情况，但最终无人机均需要回归到初始的飞行路线中，往初始的目的地飞行。

进一步的，无人机在不同的坐标系中均可实现定位，并实现姿态的调整实现避障，本发明中在无人机的定位上也可采用多种方式实现，作为一种选择，举出如下可行的方案：所述的无人机坐标信息包括经纬度坐标，无人机的飞行高度通过高度计进行测量。

进一步的，无人机在飞行过程中实时将自身位置与离线地图匹配，找准自身在离线地图中的位置，并预先判断飞行路线上的障碍物高度，无人机的识别范围越大，越能提前发现目标障碍物，提前做好避让准备，因此，对无人机的与离线地图的识别进行优化，作为一种选择，此处举出可行的方案：所述的无人机读取设定范围内地图网格的标高，该设定范围以无人机的坐标为中心，设定范围的半径随无人机速度的提高而增加。这样设置的意义在于，当无人机读取的范围大时，功耗增加，消耗的能量多，当无人机读取的范围小时，消耗的能量对应减少，因此针对实际情况，无人机飞行速度快时，需要更为灵活的应变能力，扩大其读取范围；当无人机飞行速度慢时，无需特别灵活的应变能力，可适当减小其读取范围。

进一步的，障碍地图上的地图网格是依次紧密相连的，在划分网格时，可按照如下的方式进行区分：所述的地图网格为正方形，地图网格的边长随无人机速度的提高而增长。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明采用无人机搭载离线地图的方式，直接从离线地图中读取障碍物的高度，作为指导无人机进行避让的标准，更加简单易行，降低了无人机的能量损耗，提高了无人机的续航能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅表示出了本发明的部分实施例，因此不应看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。

图1是障碍地图的制定过程示意图；

图2是无人机的飞行控制原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐释。

在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。

本文使用的术语仅用于描述特定实施例，并且不意在限制本发明的示例实施例。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”意在包括复数形式，除非上下文明确指示相反意思。还应当理解术语“包括”、“包括了”、“包含”、和/或“包含了”当在本文中使用时,指定所声明的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在性,并且不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、单元、组件和/或他们的组合存在性或增加。

还应当注意到在一些备选实施例中，所出现的功能/动作可能与附图出现的顺序不同。例如,取决于所涉及的功能/动作,实际上可以实质上并发地执行,或者有时可以以相反的顺序来执行连续示出的两个图。

在下面的描述中提供了特定的细节,以便于对示例实施例的完全理解。然而,本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出系统，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实施例中，可以不以非必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得示例实施例不清楚。

实施例1

如图1、图2所示，本实施例公开了一种无人机最低安全高度飞行的控制方法，包括障碍地图制定与飞行控制；

障碍地图制定包括：

将电子地图分割为若干地图网格，并对地图网格进行高度标记；

将分割和标记后的电子地图制作为离线地图，传输至无人机；

飞行控制包括：

设定无人机的飞行路线，将飞行路线与离线地图匹配，确认飞行路线经过的地图网格，获取飞行路线沿程的地图网格标高；

实时检测无人机的定位信息和飞行高度，将飞行高度与地图网格标高进行对比；

当若无人机当前飞行高度低于沿程经过的下一地图网格的标高，调整无人机的飞行姿态进行避障；

若无人机当前飞行高度高于沿程经过的下一地图网格的标高，无人机沿飞行路线飞行。

上述公开的飞行控制方法，利用障碍地图作为规划飞行路线的基础指引，在飞行路线穿过障碍地图上的某个地图网格时，将无人机的飞行高度与地图网格的标高进行对比，当无人机的飞行高度高于标高时可顺利通过，当无人机的飞行高度低于标高时，可通过主动避让的方式实现避障。在此过程中，采用的均是无人机自身的定位装置，没有采用任何视觉系统，因此大大地降低了功耗，缩减了电能损耗。

具体的，对上述公开的无人机飞行控制方法进行优化，具体说明无人机在飞行控制过程中的动作，由于无人机在飞行过程中遇到的实际情况非常复杂，因此作为一种选择，此处举出可行的方案：所述的调整无人机的飞行姿态进行避障，包括先控制无人机悬停，当无人机的飞行高度与下一地图网格的标高差值小于预设值时，无人机提升高度至高于地图网格的标高后继续前行。这种情况主要针对于障碍物的高度与无人机的飞行高度相差不大，无人机可通过适当的高度调整后顺利通过。在本实施例中，采用常规的四轴无人机，该预设值可设置为5m。

本实施例中，无人机在不同的坐标系中均可实现定位，并实现姿态的调整实现避障，本发明中在无人机的定位上也可采用多种方式实现，作为一种选择，举出如下可行的方案：所述的无人机坐标信息包括经纬度坐标，无人机的飞行高度通过高度计进行测量。

本实施例中，无人机在飞行过程中实时将自身位置与离线地图匹配，找准自身在离线地图中的位置，并预先判断飞行路线上的障碍物高度，无人机的识别范围越大，越能提前发现目标障碍物，提前做好避让准备，因此，对无人机的与离线地图的识别进行优化，作为一种选择，此处举出可行的方案：所述的无人机读取设定范围内地图网格的标高，该设定范围以无人机的坐标为中心，设定范围的半径随无人机速度的提高而增加。这样设置的意义在于，当无人机读取的范围大时，功耗增加，消耗的能量多，当无人机读取的范围小时，消耗的能量对应减少，因此针对实际情况，无人机飞行速度快时，需要更为灵活的应变能力，扩大其读取范围；当无人机飞行速度慢时，无需特别灵活的应变能力，可适当减小其读取范围。

障碍地图上的地图网格是依次紧密相连的，在划分网格时，可按照如下的方式进行区分：所述的地图网格为正方形，地图网格的边长随无人机速度的提高而增长。

实施例2

本实施例公开了一种无人机最低安全高度飞行的控制方法，与实施例1中相同的是，包括障碍地图制定与飞行控制；

障碍地图制定包括：

将电子地图分割为若干地图网格，并对地图网格进行高度标记；

将分割和标记后的电子地图制作为离线地图，传输至无人机；

飞行控制包括：

设定无人机的飞行路线，将飞行路线与离线地图匹配，确认飞行路线经过的地图网格，获取飞行路线沿程的地图网格标高；

实时检测无人机的定位信息和飞行高度，将飞行高度与地图网格标高进行对比；

当若无人机当前飞行高度低于沿程经过的下一地图网格的标高，调整无人机的飞行姿态进行避障；

若无人机当前飞行高度高于沿程经过的下一地图网格的标高，无人机沿飞行路线飞行。

与实施例1中不同的是，本实施例公开了无人机的另一种避障方式，具体说明如下：

针对无人机飞行控制方法，在遇到不同于实施例1中的情况时，还可采取不同的应对方案，作为一种选择，此处举出具体可行的方案：所述的调整无人机的飞行姿态进行避障，包括先控制无人机悬停，当无人机的飞行高度与下一地图网格的标高差值大于预设值时，无人机水平调整前进方向后绕行。按照无人机的升空飞行能力，当障碍物的高度超出了无人机的飞行高度，或者升空避让需要消耗的能量过大时，可选择转向绕行。

具体的，上述内容中，无人机采用绕行避让的方法时，具体避让方案如下设置：所述的无人机水平调整前进方向后绕行，包括无人机按照躲避方向旋转α角度后沿直线前行，再按照回归方向旋转β角度后沿直线前行回归至飞行路线。此处的躲避方向与回归方向为相反的方向，通常情况下，躲避方向和回归方向均为水平方向。

本实施例中，考虑到实际操作的可行性，对躲避方向和回归方向的角度进行了必要的限制，作为可行的选择，此处举出可行的方案：所述的α小于90°，且所述的β小于90°。

实际设置时，可将α和β的角度设置为相同。

本实施例中无人机的其他设置和控制方式与实施例1中相同，此处就不再赘述。

实施例3

本实施例公开了一种无人机最低安全高度飞行的控制方法，与实施例2中相同的是，包括障碍地图制定与飞行控制；同时无人机在遇到障碍物时执行躲避和回归。

与实施例2中不同的是，本实施例中针对无人机遇到连续障碍物的情况进行说明，在这种情况中，无人机采用不同连续避障的方式进行避让，具体如下：

无人机遇到第一处障碍物并通过绕行的方式实现了避让，而实际飞行过程中障碍物的存在极不规范，在无人机避让一处障碍物后，其新的前进方向上存在障碍物的可能性极大，在这种情况下，可做出新的避让方案，作为一种选择，此处举出可行的方案：所述的无人机按照躲避方向或回归方向旋转后，若无人机的当前高度低于前行方向上的下一地图网格标高，则继续按照躲避方向执行方向调整。这样设置的意义在于，当无人机在障碍物网络中穿行时，对最初的飞行路线保持固定不变，在避让的过程中可能存在连续避让、多次换向的情况，但最终无人机均需要回归到初始的飞行路线中，往初始的目的地飞行。

本实施例中无人机的其他设置和控制方式与实施例2中相同，此处就不再赘述。

以上即为本发明列举的实施方式，但本发明不局限于上述可选的实施方式，本领域技术人员可根据上述方式相互任意组合得到其他多种实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的实施方式。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (8)

1.一种无人机最低安全高度飞行的控制方法，其特征在于，包括障碍地图制定与飞行控制；

障碍地图制定包括：

将电子地图分割为若干地图网格，并对地图网格进行高度标记；将分割和标记后的电子地图制作为离线地图，传输至无人机；

飞行控制包括：

设定无人机的飞行路线，将飞行路线与离线地图匹配，确认飞行路线经过的地图网格，获取飞行路线沿程的地图网格标高；

实时检测无人机的定位信息和飞行高度，将飞行高度与地图网格标高进行对比；

若无人机当前飞行高度低于沿程经过的下一地图网格的标高，调整无人机的飞行姿态进行避障；

若无人机当前飞行高度高于沿程经过的下一地图网格的标高，无人机沿飞行路线飞行；

其中，障碍地图上的地图网格是依次紧密相连的，在划分网格时，可按照如下的方式进行区分：所述的地图网格为正方形，地图网格的边长随无人机速度的提高而增长。

2.根据权利要求1所述的无人机最低安全高度飞行的控制方法，其特征在于：所述的调整无人机的飞行姿态进行避障，包括先控制无人机悬停，当无人机的飞行高度与下一地图网格的标高差值小于预设值时，无人机提升高度至高于地图网格的标高后继续前行。

3.根据权利要求1所述的无人机最低安全高度飞行的控制方法，其特征在于：所述的调整无人机的飞行姿态进行避障，包括先控制无人机悬停，当无人机的飞行高度与下一地图网格的标高差值大于预设值时，无人机水平调整前进方向后绕行。

4.根据权利要求3所述的无人机最低安全高度飞行的控制方法，其特征在于：所述的无人机水平调整前进方向后绕行，包括无人机按照躲避方向旋转α角度后沿直线前行，再按照回归方向旋转β角度后沿直线前行回归至飞行路线。

5.根据权利要求4所述的无人机最低安全高度飞行的控制方法，其特征在于：所述的α小于90°，且所述的β小于90°。

6.根据权利要求4或5所述的无人机最低安全高度飞行的控制方法，其特征在于：所述的无人机按照躲避方向或回归方向旋转后，若无人机的当前高度低于前行方向上的下一地图网格标高，则继续按照躲避方向执行方向调整。

7.根据权利要求6所述的无人机最低安全高度飞行的控制方法，其特征在于：所述的无人机坐标信息包括经纬度坐标，无人机的飞行高度通过高度计进行测量。

8.根据权利要求1所述的无人机最低安全高度飞行的控制方法，其特征在于：所述的无人机读取设定范围内地图网格的标高，该设定范围以无人机的坐标为中心，设定范围的半径随无人机速度的提高而增加。

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