CN111625013A - 无人机执行飞行任务的能量预估方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出无人机执行飞行任务的能量预估方法及装置。方法包括：接收无人机的飞行任务，确定无人机执行本次飞行任务的任务路径；将无人机执行本次飞行任务的任务路径划分为多个飞行阶段；估计无人机在每个飞行阶段所需的能量。本发明实现了在无人机执行飞行任务前，对无人机执行飞行任务所需能量的分段自动、准确预估，提高了无人机执行飞行任务的成功率和可靠性。

Description

无人机执行飞行任务的能量预估方法及装置

技术领域

本发明涉及无人机能量管理技术领域，尤其涉及无人机执行飞行任务的能量预估方法及装置、非瞬时计算机可读存储介质和电子设备。

背景技术

无人机已被广泛应用于航拍摄影、电力巡检、环境监测、森林防火、灾情巡查、防恐救生、军事侦察、战场评估等领域，有效克服了有人驾驶飞机空中作业的不足，降低了购买与维护成本，提高了运载工具的安全性。

旋翼无人机作为一种执行飞行相关任务的滞空载体，其飞行阶段的能源一般由自身负载的电池所提供。其是否可完成特定任务的执行，不仅与任务需求相关，而且与电池电量、外部环境等有密切联系。同时，动力电池作为储能设备，在当前技术水平下，其充电速率相对较低，充电耗时较长，也是遏制任务执行周期的一大方面。

在现有技术中，虽有根据飞行距离和剩余电量判断飞行装置是否能够完成当前飞行架次的相关内容，但其仍需人工设定或干预，并不具备从无人机接到任务时即实时对任务可执行情况进行整体分析并给出引导的能力。

发明内容

本发明提出无人机执行飞行任务的能量预估方法及装置、非瞬时计算机可读存储介质和电子设备，以实现对无人机执行飞行任务所需能量的预估。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种无人机执行飞行任务的能量预估方法，该方法包括：

接收无人机的飞行任务，确定无人机执行本次飞行任务的任务路径；

将无人机执行本次飞行任务的任务路径划分为多个飞行阶段；

估计无人机在每个飞行阶段所需的能量。

通过以上实施例，在无人机执行飞行任务前，将无人机执行本次飞行任务的任务路径划分为多个飞行阶段，估计无人机在每个飞行阶段所需的能量，从而实现了对无人机执行飞行任务所需能量的分段自动、准确预估，提高了无人机执行飞行任务的成功率和可靠性。

所述将无人机执行本次飞行任务的任务路径划分为多个飞行阶段包括：

根据飞行任务，或/和执行飞行任务时的外部环境信息，将无人机执行本次飞行任务的任务路径划分为多个飞行阶段。

通过以上实施例，考虑到了影响无人机飞行能量消耗的两个重要因素：飞行任务和外部环境信息，从而实现了对无人机执行飞行任务的飞行阶段的合理、准确划分，提高了对无人机执行飞行任务所需能量的分段预估的准确性。

所述将无人机执行本次飞行任务的任务路径划分为多个飞行阶段之前，执行以下至少一个步骤：

根据飞行任务的任务路径，确定无人机在任务路径上的飞行方向的变化；

根据飞行任务的任务要求，确定无人机在整个任务路径上的载重变化信息；

根据任务执行区域的天气信息，确定无人机在整个任务路径上的风向变化信息和风速变化信息；

根据飞行任务的任务要求以及无人机在整个任务路径上的风向变化信息和风速变化信息，确定无人机在整个任务路径上的飞行速度变化信息；

所述将无人机执行本次飞行任务的任务路径划分为多个飞行阶段包括：

根据无人机在任务路径上的飞行方向的变化、载重变化信息、风向变化信息、风速变化信息以及飞行速度变化信息中的至少一个，将无人机执行本次飞行任务的任务路径划分为多个飞行阶段，其中，同一飞行阶段上的所有参数的取值不变，不同飞行阶段上至少有一个参数的取值不同，参数包括：飞行方向、载重、风向、风速和飞行速度。

通过以上实施例，考虑到了影响无人机飞行能量消耗的各种因素：飞行方向、载重、风向、风速和飞行速度以及飞行时长，从而实现了对无人机执行飞行任务的飞行阶段的合理、准确划分，提高了对无人机执行飞行任务所需能量的分段预估的准确性。

所述估计无人机在每个飞行阶段所需的能量包括：

对于每个飞行阶段，根据该飞行阶段上的飞行方向、载重、风向、风速、飞行速度以及飞行时长中的至少一个，估计无人机在该飞行阶段所需的能量。

通过以上实施例，考虑到了影响无人机飞行能量消耗的各种因素：飞行方向、载重、风向、风速和飞行速度以及飞行时长，从而进一步提高了对无人机执行飞行任务所需能量的分段预估的准确性。

所述方法进一步包括：

在无人机执行飞行任务的过程中，实时检测无人机的以下至少一个参数的取值是否与预估过程中的一致，参数包括：飞行方向、载重、风向、风速和飞行速度；若不一致，则重新根据变化后的参数取值，估计当前飞行阶段所需的能量。

通过以上实施例，使得在无人机执行飞行任务的过程中，若影响无人机飞行能量消耗的因素发生了变化，能够及时发现，并重新估计无人机剩余飞行过程所需能量，从而在无人机电池能量不足时能够提前发现，保证了无人机飞行的安全性。

所述确定无人机执行本次飞行任务的任务路径包括：

获取任务执行区域的三维地图、禁飞区和天气信息；

根据飞行任务的任务要求以及任务执行区域的三维地图和禁飞区信息，确定无人机执行本次飞行任务的任务路径。

通过以上实施例，实现了对无人机执行本次飞行任务的任务路径的合理、准确规划。

所述估计无人机在每个飞行阶段所需的能量之后进一步包括：

根据无人机在每个飞行阶段所需的能量，计算无人机执行本次飞行任务所需的总能量，将该总能量发送给充电设备，以使得：若充电设备发现提供给无人机的电池的当前能量不满足该总能量，则对提供给无人机的电池进行充电，并在充电量达到该总能量后，返回无人机电池能量满足飞行任务要求的通知；

当接收到充电设备发来的无人机电池能量满足飞行任务要求的通知时，通知无人机开始执行本次飞行任务。

通过以上实施例，使得在预提供给无人机的电池的能量不满足无人机执行本次飞行任务所需总能量的要求时，能够提前对电池进行充电，保证了无人机执行飞行任务的成功率和可靠性；同时，由于已经预估出总能量，因此，无需将预提供给无人机的电池充满电，只要充至满足该预估的总能量即可，从而无人机可以更快地去执行任务，缩短了无人机的任务执行周期。

所述方法进一步包括：

在无人机执行飞行任务的过程中，实时从无人机获取无人机电池的剩余能量，若发现无人机电池的剩余能量不满足无人机在剩余飞行阶段所需的能量，则提醒用户介入，或者控制无人机返航备降或提前结束任务。

通过以上实施例，使得在无人机执行飞行任务的过程中，若存在电池能量不充足的情况，能够提前发现，保证了无人机飞行的安全性。

一种无人机执行飞行任务的能量预估装置，该装置包括：

任务路径规划模块，用于接收无人机的飞行任务，确定无人机执行本次飞行任务的任务路径；

飞行阶段划分模块，用于将无人机执行本次飞行任务的任务路径划分为多个飞行阶段；

能量估计模块，用于估计无人机在每个飞行阶段所需的能量。

所述飞行阶段划分模块，用于根据飞行任务，或/和，执行飞行任务时的外部环境信息，将无人机执行本次飞行任务的任务路径划分为多个飞行阶段。

所述飞行阶段划分模块还用于执行以下至少一个步骤：

根据飞行任务的任务路径，确定无人机在任务路径上的飞行方向的变化；

根据飞行任务的任务要求，确定无人机在整个任务路径上的载重变化信息；

根据任务执行区域的天气信息，确定无人机在整个任务路径上的风向变化信息和风速变化信息；

根据飞行任务的任务要求以及无人机在整个任务路径上的风向变化信息和风速变化信息，确定无人机在整个任务路径上的飞行速度变化信息；

所述飞行阶段划分模块，用于根据无人机在任务路径上的飞行方向的变化、载重变化信息、风向变化信息、风速变化信息以及飞行速度变化信息中的至少一个，将无人机执行本次飞行任务的任务路径划分为多个飞行阶段，其中，同一飞行阶段上的所有参数的取值不变，不同飞行阶段上至少有一个参数的取值不同，参数包括：飞行方向、载重、风向、风速和飞行速度。

所述能量估计模块，用于对于每个飞行阶段，根据该飞行阶段上的飞行方向、载重、风向、风速、飞行速度以及飞行时长中的至少一个，估计无人机在该飞行阶段所需的能量。

所述能量估计模块进一步用于：

在无人机执行飞行任务的过程中，实时检测无人机的以下至少一个参数的取值是否与预估过程中的一致，参数包括：飞行方向、载重、风向、风速和飞行速度；若不一致，则重新根据变化后的参数取值，估计当前飞行阶段所需的能量。

所述任务路径规划模块，用于：

获取任务执行区域的三维地图、禁飞区和天气信息；

根据飞行任务的任务要求以及任务执行区域的三维地图和禁飞区信息，确定无人机执行本次飞行任务的任务路径。

所述能量估计模块进一步用于：

根据无人机在每个飞行阶段所需的能量，计算无人机执行本次飞行任务所需的总能量，将该总能量发送给充电设备，以使得：若充电设备发现预提供给无人机的电池的当前能量不满足该总能量，则对预提供给无人机的电池进行充电，并在充电量达到该总能量后，返回无人机电池能量满足飞行任务要求的通知；

当接收到充电设备发来的无人机电池能量满足飞行任务要求的通知时，通知无人机开始执行本次飞行任务。

所述能量估计模块进一步用于：

在无人机执行飞行任务的过程中，实时从无人机获取无人机电池的剩余能量，若发现无人机电池的剩余能量不满足无人机在剩余飞行阶段所需的能量，则提醒用户介入，或者控制无人机返航备降或提前结束任务。

一种无人机执行飞行任务的能量预估系统，该系统包括：地面站、无人机和充电设备，其中：

地面站，接收无人机的飞行任务，确定无人机执行本次飞行任务的任务路径；将无人机执行本次飞行任务的任务路径划分为多个飞行阶段；估计无人机在每个飞行阶段所需的能量；根据无人机在每个飞行阶段所需的能量，估计整个任务路径所需的总能量，将整个任务路径所需的总能量发送给充电设备；接收到充电设备发来的无人机电池能量满足飞行任务要求的通知时，向无人机发送执行飞行任务通知；

充电设备，接收地面站发来的整个任务路径所需的总能量，若发现预提供给无人机的电池的当前能量不满足该总能量，则对电池进行充电，并在充电量达到该总能量后，向地面站发送无人机电池能量满足飞行任务要求的通知；

无人机，接收地面站发来的执行飞行任务通知，开始执行飞行任务。

一种非瞬时计算机可读存储介质，所述非瞬时计算机可读存储介质存储指令，所述指令在由处理器执行时使得所述处理器执行如上任一项所述的无人机执行飞行任务的能量预估方法的步骤。

一种电子设备，包括如上所述的非瞬时计算机可读存储介质、以及可访问所述非瞬时计算机可读存储介质的所述处理器。

本发明在无人机执行飞行任务前，将无人机执行本次飞行任务的任务路径划分为多个飞行阶段，估计无人机在每个飞行阶段所需的能量，从而实现了对无人机执行飞行任务所需能量的分段自动、准确预估，提高了无人机执行飞行任务的成功率和可靠性。

附图说明

图1为本申请实施例提供的无人机执行飞行任务的能量预估系统的框架图；

图2为本发明一实施例提供的无人机执行飞行任务的能量预估方法流程图；

图3为本发明另一实施例提供的无人机执行飞行任务的能量预估方法流程图；

图4为本发明应用示例提供的无人机的任务路径规划示意图；

图5为本发明实施例提供的根据估计出的整个任务路径所需的总能量进行充电处理的方法流程图；

图6为本发明实施例提供的在飞行任务执行过程中修正能量消耗估计值的方法流程图；

图7为本发明实施例提供的无人机执行飞行任务的能量预估装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

为使无人机能够安全、可靠、高效地执行对应任务，本申请从多个方向对飞行任务进行分析，并通过实时与外界环境的信息交互，提出无人机执行飞行任务的能量预估方案。

图1为本申请实施例提供的无人机执行飞行任务的能量预估系统的框架图，如图1所示，该系统主要包括：地面站、充电设备和无人机，其中：

地面站，接收无人机的飞行任务，确定无人机执行本次飞行任务的任务路径；将无人机执行本次飞行任务的任务路径划分为多个飞行阶段；估计无人机在每个飞行阶段所需的能量；根据无人机在每个飞行阶段所需的能量，估计整个任务路径所需的总能量，将整个任务路径所需的总能量发送给充电设备；接收到充电设备发来的无人机电池能量满足飞行任务要求的通知时，向无人机发送执行飞行任务通知。

充电设备，接收地面站发来的整个任务路径所需的总能量，若发现提供给无人机的电池的当前能量不满足该总能量，则对提供给无人机的电池进行充电，充电完毕，向地面站发送无人机电池能量满足飞行任务要求的通知。

无人机，接收地面站发来的执行飞行任务通知，开始执行飞行任务。

另外，地面站和无人机之间的通信还需要数传或/和图传天线，无人机执行飞行任务还可能需要各种挂载。

图2为本发明一实施例提供的无人机执行飞行任务的能量预估方法流程图，其具体步骤如下：

步骤201：接收无人机的飞行任务，确定无人机执行本次飞行任务的任务路径。

在实际应用中，可通过如下方式确定无人机执行本次飞行任务的任务路径：

获取任务执行区域的三维地图、禁飞区和天气信息；

根据飞行任务的任务要求以及任务执行区域的三维地图和禁飞区信息，确定无人机执行本次飞行任务的任务路径。

步骤202：将无人机执行本次飞行任务的任务路径划分为多个飞行阶段。

在实际应用中，可根据飞行任务，或/和执行飞行任务时的外部环境信息，将无人机执行本次飞行任务的任务路径划分为多个飞行阶段。

其中，将无人机执行本次飞行任务的任务路径划分为多个飞行阶段之前，执行以下至少一个步骤：

根据飞行任务的任务路径，确定无人机在任务路径上的飞行方向的变化；

根据飞行任务的任务要求，确定无人机在整个任务路径上的载重变化信息；

根据任务执行区域的天气信息，确定无人机在整个任务路径上的风向变化信息和风速变化信息；

根据飞行任务的任务要求以及无人机在整个任务路径上的风向变化信息和风速变化信息，确定无人机在整个任务路径上的飞行速度变化信息；

所述将无人机执行本次飞行任务的任务路径划分为多个飞行阶段包括：

根据无人机在任务路径上的飞行方向的变化、载重变化信息、风向变化信息、风速变化信息以及飞行速度变化信息中的至少一个，将无人机执行本次飞行任务的任务路径划分为多个飞行阶段，其中，同一飞行阶段上的所有参数的取值不变，不同飞行阶段上至少有一个参数的取值不同，参数包括：飞行方向、载重、风向、风速和飞行速度。

上述处理考虑到了影响无人机飞行能量消耗的必要因素：飞行方向、载重、风向、风速和飞行速度以及飞行时长，从而实现了对无人机执行飞行任务的飞行阶段的合理、准确划分，提高了对无人机执行飞行任务所需能量的分段预估的准确性。

步骤203：估计无人机在每个飞行阶段所需的能量。

具体地，对于每个飞行阶段，根据该飞行阶段上的飞行方向、载重、风向、风速、飞行速度以及飞行时长中的至少一个，估计无人机在该飞行阶段所需的能量。

另外，在无人机执行飞行任务的过程中，实时检测无人机的以下至少一个参数的取值是否与预估过程中的一致，参数包括：飞行方向、载重、风向、风速和飞行速度；若不一致，则重新根据变化后的参数取值，估计当前飞行阶段所需的能量。

估计无人机在每个飞行阶段所需的能量之后还可进一步包括：根据无人机在每个飞行阶段所需的能量，计算无人机执行本次飞行任务所需的总能量，将该总能量发送给充电设备，以使得：若充电设备发现预提供给无人机的电池的当前能量不满足该总能量，则对预提供给无人机的电池进行充电，并在充电量达到该总能量后，返回无人机电池能量满足飞行任务要求的通知；当接收到充电设备发来的无人机电池能量满足飞行任务要求的通知时，通知无人机开始执行本次飞行任务。

考虑到现有技术中无人机的充电速率低、充电耗时长，本发明实施例上述处理预估出无人机在整个任务路径上所需的总能量后，便不需要将提供给无人机的电池充满电，只要充至满足该预估总能量即可，从而无人机可以更快地去执行任务，缩短了无人机的任务执行周期；另外，考虑到现有技术中地面站需要主动与无人机交互来获知充电进度，二者之间需要频繁的信令交互，本发明实施例上述处理中，地面站只需告知充电设备无人机所需的总能量，充电设备可以自行判断充电进度，充电量达标后主动通知地面站充电完成，从而大大减少了信令交互。

另外，在无人机执行飞行任务的过程中，实时从无人机获取无人机电池的剩余能量，若发现无人机电池的剩余能量不满足无人机在剩余飞行阶段所需的能量，则提醒用户介入，或者控制无人机返航备降或提前结束任务。

通过上述实施例，在无人机执行飞行任务前，将无人机执行本次飞行任务的任务路径划分为多个飞行阶段，估计无人机在每个飞行阶段所需的能量，从而实现了对无人机执行飞行任务所需能量的分段自动、准确预估，提高了无人机执行飞行任务的成功率和可靠性。

图3为本发明另一实施例提供的无人机执行飞行任务的能量预估方法流程图，其具体步骤如下：

步骤301：无人机的地面站接收外部输入或系统预设的飞行任务，利用无线通信或人工输入方式获取任务执行区域的三维地图、禁飞区和天气等信息。

步骤302：地面站根据飞行任务的任务要求(包括：任务执行目标点等)，以及任务执行区域的三维地图和禁飞区等信息，确定任务路径包括：飞行路线和飞行高度。

步骤303：地面站根据任务路径中的飞行路线确定任务路径上的飞行方向的变化，根据任务路径上的飞行方向的变化将任务路径划分为多个飞行阶段。

飞行方向每变化一次，就增加一个飞行阶段，即，飞行方向变化了m次，则任务路径共划分为m+1个飞行阶段。

例如：飞行任务为到达某一目标点后执行任务，任务执行完毕后返回起飞点，则任务路径可如图4所示：

从起飞点A上升到第一高度(如图4中的点B)，然后水平直线飞行至目标点所在垂直线上(如图4中的C点)，然后下降至目标点(如图4中的D点)执行任务，任务执行完毕，上升至第一高度(即点C)，然后水平直线返回至起飞点所在垂直线上(即点B)，然后垂直降落到起飞点A。

则飞行方向共变化了5次，则任务路径共可划分为6个飞行阶段，分别如下：

飞行阶段一：从起飞点A上升到第一高度(如图4中的点B)；

飞行阶段二：水平直线飞行至目标点所在垂直线上(如图4中的C点)；

飞行阶段三：下降至目标点(如图4中的D点)执行任务；

飞行阶段四：任务执行完毕，上升至第一高度(即点C)；

飞行阶段五：水平直线返回至起飞点所在垂直线上(即点B)；

飞行阶段六：垂直降落到起飞点A。

步骤304：地面站根据飞行任务的任务要求，确定无人机在任务路径上各个飞行阶段的载重。

步骤305：地面站根据获取的任务执行区域的天气信息，确定任务路径上各个飞行阶段的风向和风速。

步骤306：地面站确定无人机在任务路径上各个飞行阶段的飞行速度。

步骤307：对于每个飞行阶段，若该飞行阶段上的载重有变化，则地面站根据每个飞行阶段只对应一个载重、不同飞行阶段对应的载重不同的原则，将该飞行阶段进一步划分为多个飞行阶段。

例如，对于图4中的6个飞行阶段，若其中某个飞行阶段中载重变化了一次，则将该飞行阶段进一步划分为两个飞行阶段，这两个飞行阶段的载重不同。

考虑到步骤303中是根据飞行方向将任务路径划分为多个飞行阶段，则再经过本步骤307后，每个飞行阶段只对应一个飞行方向和一个载重、不同飞行阶段对应不同的飞行方向或载重。

步骤308：对于每个飞行阶段，若该飞行阶段上的风向或风速有变化，则地面站根据每个飞行阶段只对应一个风向和一个风速，不同飞行阶段对应的风向或风速不同的原则，将该飞行阶段进一步划分为多个飞行阶段。

即经过本步骤后，每个飞行阶段只对应一个飞行方向、一个载重、一个风向和一个风速，不同飞行阶段对应的飞行方向或载重或风向或风速不同。

步骤309：对于每个飞行阶段，若该飞行阶段上的飞行速度有变化，则地面站根据每个飞行阶段只对应一个飞行速度、不同飞行阶段对应的飞行速度不同的原则，将该飞行阶段进一步划分为多个飞行阶段。

例如，若某个飞行阶段中速度变化了一次，即在该飞行阶段的前面一段设定了速度1，剩下一段设定了速度2，则需要根据速度的不同，将该飞行阶段进一步划分为两个飞行阶段。

考虑到步骤303中是根据飞行方向将任务路径划分为多个飞行阶段，步骤307中又根据载重的变化进一步进行了划分，步骤308中又根据风向和风速进一步进行了划分，则再经过本步骤309后，每个飞行阶段只对应一个飞行方向、一个载重、一个风向、一个风速和一个飞行速度、不同飞行阶段对应不同的飞行方向或载重或风向或风速或飞行速度。

步骤310：对于每个飞行阶段，地面站根据该飞行阶段的飞行方向、载重、风向、风速和飞行速度，确定该飞行阶段所需的功率。

可预先设定飞行方向、载重、风向、风速和飞行速度的不同取值组合对应的功率。

步骤311：地面站根据每个飞行阶段所需的功率以及每个飞行阶段的时长，计算每个飞行阶段所需的能量，根据每个飞行阶段所需的能量，计算整个任务路径所需的总能量。

每个飞行阶段的时长可根据该飞行阶段的距离以及该飞行阶段的速度计算得出。

通过以上实施例，考虑到了影响无人机飞行能量消耗的必要因素：飞行方向、载重、风向、风速和飞行速度以及飞行时长，从而实现了对无人机执行飞行任务的飞行阶段的合理、准确划分，提高了对无人机执行飞行任务所需能量的分段预估的准确性。

地面站估计出整个任务路径所需的总能量，就将该总能量通知充电设备，以便充电设备决定是否需要进行充电，具体过程如下：

图5为本发明实施例提供的根据估计出的整个任务路径所需的总能量进行充电处理的方法流程图，其具体步骤如下：

步骤501：地面站将计算得到的无人机在整个任务路径所需的总能量发送给充电设备。

步骤502：充电设备判断预提供给无人机的电池的当前能量是否满足该总能量要求，若是，执行步骤503；否则，执行步骤504。

步骤503：充电设备直接将预提供给无人机的电池提供给无人机，并向地面站发送无人机电池能量充足通知，地面站接收到该通知，通知无人机执行飞行任务，本流程结束。

步骤504：充电设备对预提供给无人机的电池进行充电，直至无人机电池的能量满足该总能量要求。

充电设备对电池进行充电前，可计算充电至满足该总能量要求所需的充电时长，并将该充电时长上报至地面站，方便任务执行人员高效把控其他飞行任务所需的准备时间。

若无人机需要使用多个电池组，则充电设备在本地可用的电池组中，优先选择剩余能量最高的对应数目个电池组进行充电，以使得充电时长最短，从而使得无人机更快地去执行飞行任务。

步骤505：充电设备将电池提供给无人机，并向地面站发送无人机电池能量充足通知，地面站接收到该通知，通知无人机执行飞行任务。

通过以上实施例，使得在预提供给无人机的电池的能量不满足无人机执行本次飞行任务所需总能量的要求时，能够提前对电池进行充电，保证了无人机执行飞行任务的成功率和可靠性；同时，由于已经预估出总能量，因此，无需将预提供给无人机的电池充满电，只要充至满足该预估的总能量即可，从而无人机可以更快地去执行任务，缩短了无人机的任务执行周期。

在无人机执行飞行任务的过程中，考虑到影响无人机能量消耗的因素的可变性，以便能及时修正能量消耗的预估值，保证任务可正常执行，本发明实施例给出如下解决方案：

图6为本发明实施例提供的在飞行任务执行过程中修正能量消耗估计值的方法流程图，其具体步骤如下：

步骤601：在无人机执行飞行任务的过程中，地面站实时检测无人机的飞行方向或者飞行速度或者载重或者风向或者风速是否与预估过程中的一致，若不一致，则重新根据变化后的飞行方向或者载重或者风向或者风速或者飞行速度，估计当前飞行阶段所需的能量，并记录当前工况以及对应的能量消耗，以指导后续任务能量消耗估计。

步骤602：在无人机执行飞行任务的过程中，地面站实时从无人机获取无人机电池的剩余能量。

步骤603：在无人机执行飞行任务的过程中，地面站实时判断无人机电池的剩余能量是否满足无人机在剩余飞行阶段所需的能量，若是，执行步骤604；否则，执行步骤605。

步骤604：地面站不作进一步处理，无人机继续执行飞行任务。

步骤605：地面站进行异常处理例如：提醒用户介入，或者控制无人机返航备降或提前结束任务，并通知地面端的充电设备对无人机的备用电池进行充电。

或者，步骤501中，地面站将估计的无人机在每个飞行阶段所需的能量发送给无人机，同时，步骤601中，无人机重新根据变化后的飞行方向或者载重或者风向或者风速或者飞行速度，估计出当前飞行阶段所需的能量后，在无人机执行飞行任务的过程中，无人机实时判断无人机电池的剩余能量是否满足无人机在剩余飞行阶段所需的能量，若不满足，则进行异常处理例如：则通知地面站，地面站提醒用户介入，或者控制无人机返航备降或提前结束任务，并通知地面端的充电设备对无人机的备用电池进行充电。

以下给出本发明的应用实例：

飞行任务要求飞行至10km外抛下2kg重的救援物资，则：

地面站获任务执行区域的地形和天气，将任务分解为如下几个阶段：

阶段1：以5m/s起飞至100m；

阶段2：直线定速10m/s巡航至目标点所在垂直线上；

阶段3：2m/s下降至20m，抛下物资；

阶段4：5m/s回升至100m；

阶段5：原路10m/s返航；

阶段6：4m/s降落结束。

其中，环境影响为去程顺风2m/s，整个飞行过程风向和风速不变。

根据海拔高度(与飞行方向直接相关)、载重、风力、风速和飞行速度，确定各个阶段的预估功率分别如下：

阶段1：额定功率(800W)的1.6倍，时长为20s(100/5)；

阶段2：额定功率的0.9倍，时长为1000s(10*1000/10)；

阶段3：额定功率的0.8倍，时长为40s((100-20)/2)；

阶段4：额定功率的1.4倍，时长为16s((100-20)/5)；

阶段5：额定功率的1.2倍，时长为1000s(10*1000/10)；

阶段6：额定功率的0.6倍，时长为25s(100/4)。

则预估的执行本次飞行任务所需的总能量为：

800*(1.6*20+0.9*1000+0.8*40+1.4*16+1.2*1000+0.6*25)/3600＝

489.2(Wh)。

考虑到预留量，则可将执行本次飞行任务所需的总能量调整为500Wh。

在实际应用中，可预先设定预留量的大小。

图7为本发明实施例提供的无人机执行飞行任务的能量预估装置的结构示意图，该装置主要包括：任务路径规划模块71、飞行阶段划分模块72和能量估计模块73，其中：

任务路径规划模块71，用于接收无人机的飞行任务，确定无人机执行本次飞行任务的任务路径，将飞行任务和任务路径发送给飞行阶段划分模块72。

飞行阶段划分模块72，用于接收任务路径规划模块71发来的飞行任务和任务路径，将任务路径划分为多个飞行阶段，将飞行阶段划分信息发送给能量估计模块73。

能量估计模块73，用于接收飞行阶段划分模块72发来的飞行阶段划分信息，估计无人机在每个飞行阶段所需的能量。

一较佳实施例中，飞行阶段划分模块72，用于根据飞行任务，或/和，执行飞行任务时的外部环境信息，将无人机执行本次飞行任务的任务路径划分为多个飞行阶段。

一较佳实施例中，飞行阶段划分模块72还用于执行以下至少一个步骤：

根据飞行任务的任务路径，确定无人机在任务路径上的飞行方向的变化；

根据飞行任务的任务要求，确定无人机在整个任务路径上的载重变化信息；

根据任务执行区域的天气信息，确定无人机在整个任务路径上的风向变化信息和风速变化信息；

根据飞行任务的任务要求以及无人机在整个任务路径上的风向变化信息和风速变化信息，确定无人机在整个任务路径上的飞行速度变化信息；

所述飞行阶段划分模块，用于根据无人机在任务路径上的飞行方向的变化、载重变化信息、风向变化信息、风速变化信息以及飞行速度变化信息中的至少一个，将无人机执行本次飞行任务的任务路径划分为多个飞行阶段，其中，同一飞行阶段上的所有参数的取值不变，不同飞行阶段上至少有一个参数的取值不同，参数包括：飞行方向、载重、风向、风速和飞行速度。

一较佳实施例中，能量估计模块73，用于对于每个飞行阶段，根据该飞行阶段上的飞行方向、载重、风向、风速、飞行速度以及飞行时长中的至少一个，估计无人机在该飞行阶段所需的能量。

一较佳实施例中，能量估计模块73进一步用于：

在无人机执行飞行任务的过程中，实时检测无人机的以下至少一个参数的取值是否与预估过程中的一致，参数包括：飞行方向、载重、风向、风速和飞行速度；若不一致，则重新根据变化后的参数取值，估计当前飞行阶段所需的能量。

一较佳实施例中，任务路径规划模块71，用于：

获取任务执行区域的三维地图、禁飞区和天气信息；

根据飞行任务的任务要求以及任务执行区域的三维地图和禁飞区信息，确定无人机执行本次飞行任务的任务路径。

一较佳实施例中，能量估计模块73进一步用于：

根据无人机在每个飞行阶段所需的能量，计算无人机执行本次飞行任务所需的总能量，将该总能量发送给充电设备，以使得：若充电设备发现预提供给无人机的电池的当前能量不满足该总能量，则对预提供给无人机的电池进行充电，并在充电量达到该总能量后，返回无人机电池能量满足飞行任务要求的通知；

当接收到充电设备发来的无人机电池能量满足飞行任务要求的通知时，通知无人机开始执行本次飞行任务。

一较佳实施例中，能量估计模块73进一步用于：

在无人机执行飞行任务的过程中，实时从无人机获取无人机电池的剩余能量，若发现无人机电池的剩余能量不满足无人机在剩余飞行阶段所需的能量，则提醒用户介入，或者控制无人机返航备降或提前结束任务。

本发明实施例还提供一种非瞬时计算机可读存储介质，该非瞬时计算机可读存储介质存储指令，该指令在由处理器执行时使得该处理器执行如步骤201-203，或者如步骤301-311，或者如步骤501-505，或者如步骤601-605任一项所述的无人机执行飞行任务的能量预估方法的步骤。

本发明实施例还提供一种电子设备，包括如上所述的非瞬时计算机可读存储介质、以及可访问该非瞬时计算机可读存储介质的处理器。

本发明实施例的有益效果如下：

在无人机执行飞行任务前，将无人机执行本次飞行任务的任务路径划分为多个飞行阶段，估计无人机在每个飞行阶段所需的能量，从而实现了对无人机执行飞行任务所需能量的分段自动、准确预估，提高了无人机执行飞行任务的成功率和可靠性；

另外，考虑到了影响无人机飞行能量消耗的必要因素：飞行方向、载重、风向、风速和飞行速度以及飞行时长，从而实现了对无人机执行飞行任务的飞行阶段的合理、准确划分，提高了对无人机执行飞行任务所需能量的分段预估的准确性；

且，考虑到现有技术中无人机的充电速率低、充电耗时长，本发明实施例中，预估出无人机在整个任务路径上所需的总能量后，便不需要将提供给无人机的电池充满电，只要充至满足该预估总能量即可，从而无人机可以更快地去执行任务，缩短了无人机的任务执行周期；

另外，考虑到现有技术中地面站需要主动与无人机交互来获知充电进度，二者之间需要频繁的信令交互，本发明实施例中，地面站只需告知充电设备无人机所需的总能量，充电设备可以自行判断充电进度，充电量达标后主动通知地面站充电完成，从而大大减少了信令交互。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (19)

1.一种无人机执行飞行任务的能量预估方法，其特征在于，该方法包括：

接收无人机的飞行任务，确定无人机执行本次飞行任务的任务路径；

将无人机执行本次飞行任务的任务路径划分为多个飞行阶段；

估计无人机在每个飞行阶段所需的能量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将无人机执行本次飞行任务的任务路径划分为多个飞行阶段包括：

根据飞行任务，或/和执行飞行任务时的外部环境信息，将无人机执行本次飞行任务的任务路径划分为多个飞行阶段。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将无人机执行本次飞行任务的任务路径划分为多个飞行阶段之前，执行以下至少一个步骤：

根据飞行任务的任务路径，确定无人机在任务路径上的飞行方向的变化；

根据飞行任务的任务要求，确定无人机在整个任务路径上的载重变化信息；

根据任务执行区域的天气信息，确定无人机在整个任务路径上的风向变化信息和风速变化信息；

根据飞行任务的任务要求以及无人机在整个任务路径上的风向变化信息和风速变化信息，确定无人机在整个任务路径上的飞行速度变化信息；

所述将无人机执行本次飞行任务的任务路径划分为多个飞行阶段包括：

根据无人机在任务路径上的飞行方向的变化、载重变化信息、风向变化信息、风速变化信息以及飞行速度变化信息中的至少一个，将无人机执行本次飞行任务的任务路径划分为多个飞行阶段，其中，同一飞行阶段上的所有参数的取值不变，不同飞行阶段上至少有一个参数的取值不同，参数包括：飞行方向、载重、风向、风速和飞行速度。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述估计无人机在每个飞行阶段所需的能量包括：

对于每个飞行阶段，根据该飞行阶段上的飞行方向、载重、风向、风速、飞行速度以及飞行时长中的至少一个，估计无人机在该飞行阶段所需的能量。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

在无人机执行飞行任务的过程中，实时检测无人机的以下至少一个参数的取值是否与预估过程中的一致，参数包括：飞行方向、载重、风向、风速和飞行速度；若不一致，则重新根据变化后的参数取值，估计当前飞行阶段所需的能量。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定无人机执行本次飞行任务的任务路径包括：

获取任务执行区域的三维地图、禁飞区和天气信息；

根据飞行任务的任务要求以及任务执行区域的三维地图和禁飞区信息，确定无人机执行本次飞行任务的任务路径。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述估计无人机在每个飞行阶段所需的能量之后进一步包括：

根据无人机在每个飞行阶段所需的能量，计算无人机执行本次飞行任务所需的总能量，将该总能量发送给充电设备，以使得：若充电设备发现预提供给无人机的电池的当前能量不满足该总能量，则对预提供给无人机的电池进行充电，并在充电量达到该总能量后，返回无人机电池能量满足飞行任务要求的通知；

当接收到充电设备发来的无人机电池能量满足飞行任务要求的通知时，通知无人机开始执行本次飞行任务。

8.根据权利要求1至7任一所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

在无人机执行飞行任务的过程中，实时从无人机获取无人机电池的剩余能量，若发现无人机电池的剩余能量不满足无人机在剩余飞行阶段所需的能量，则提醒用户介入，或者控制无人机返航备降或提前结束任务。

9.一种无人机执行飞行任务的能量预估装置，其特征在于，该装置包括：

任务路径规划模块，用于接收无人机的飞行任务，确定无人机执行本次飞行任务的任务路径；

飞行阶段划分模块，用于将无人机执行本次飞行任务的任务路径划分为多个飞行阶段；

能量估计模块，用于估计无人机在每个飞行阶段所需的能量。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，

所述飞行阶段划分模块，用于根据飞行任务，或/和，执行飞行任务时的外部环境信息，将无人机执行本次飞行任务的任务路径划分为多个飞行阶段。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述飞行阶段划分模块还用于执行以下至少一个步骤：

根据飞行任务的任务路径，确定无人机在任务路径上的飞行方向的变化；

根据飞行任务的任务要求，确定无人机在整个任务路径上的载重变化信息；

根据任务执行区域的天气信息，确定无人机在整个任务路径上的风向变化信息和风速变化信息；

根据飞行任务的任务要求以及无人机在整个任务路径上的风向变化信息和风速变化信息，确定无人机在整个任务路径上的飞行速度变化信息；

所述飞行阶段划分模块，用于根据无人机在任务路径上的飞行方向的变化、载重变化信息、风向变化信息、风速变化信息以及飞行速度变化信息中的至少一个，将无人机执行本次飞行任务的任务路径划分为多个飞行阶段，其中，同一飞行阶段上的所有参数的取值不变，不同飞行阶段上至少有一个参数的取值不同，参数包括：飞行方向、载重、风向、风速和飞行速度。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，

所述能量估计模块，用于对于每个飞行阶段，根据该飞行阶段上的飞行方向、载重、风向、风速、飞行速度以及飞行时长中的至少一个，估计无人机在该飞行阶段所需的能量。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述能量估计模块进一步用于：

在无人机执行飞行任务的过程中，实时检测无人机的以下至少一个参数的取值是否与预估过程中的一致，参数包括：飞行方向、载重、风向、风速和飞行速度；若不一致，则重新根据变化后的参数取值，估计当前飞行阶段所需的能量。

14.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述任务路径规划模块，用于：

获取任务执行区域的三维地图、禁飞区和天气信息；

根据飞行任务的任务要求以及任务执行区域的三维地图和禁飞区信息，确定无人机执行本次飞行任务的任务路径。

15.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述能量估计模块进一步用于：

根据无人机在每个飞行阶段所需的能量，计算无人机执行本次飞行任务所需的总能量，将该总能量发送给充电设备，以使得：若充电设备发现预提供给无人机的电池的当前能量不满足该总能量，则对预提供给无人机的电池进行充电，并在充电量达到该总能量后，返回无人机电池能量满足飞行任务要求的通知；

当接收到充电设备发来的无人机电池能量满足飞行任务要求的通知时，通知无人机开始执行本次飞行任务。

16.根据权利要求9至15任一所述的装置，其特征在于，所述能量估计模块进一步用于：

在无人机执行飞行任务的过程中，实时从无人机获取无人机电池的剩余能量，若发现无人机电池的剩余能量不满足无人机在剩余飞行阶段所需的能量，则提醒用户介入，或者控制无人机返航备降或提前结束任务。

17.一种无人机执行飞行任务的能量预估系统，其特征在于，该系统包括：地面站、无人机和充电设备，其中：

地面站，接收无人机的飞行任务，确定无人机执行本次飞行任务的任务路径；将无人机执行本次飞行任务的任务路径划分为多个飞行阶段；估计无人机在每个飞行阶段所需的能量；根据无人机在每个飞行阶段所需的能量，估计整个任务路径所需的总能量，将整个任务路径所需的总能量发送给充电设备；接收到充电设备发来的无人机电池能量满足飞行任务要求的通知时，向无人机发送执行飞行任务通知；

充电设备，接收地面站发来的整个任务路径所需的总能量，若发现预提供给无人机的电池的当前能量不满足该总能量，则对电池进行充电，并在充电量达到该总能量后，向地面站发送无人机电池能量满足飞行任务要求的通知；

无人机，接收地面站发来的执行飞行任务通知，开始执行飞行任务。

18.一种非瞬时计算机可读存储介质，所述非瞬时计算机可读存储介质存储指令，其特征在于，所述指令在由处理器执行时使得所述处理器执行如权利要求1至8中任一项所述的无人机执行飞行任务的能量预估方法的步骤。

19.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求18所述的非瞬时计算机可读存储介质、以及可访问所述非瞬时计算机可读存储介质的所述处理器。

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