CN111781950A - 一种用于植保无人机的安全监测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种用于植保无人机的安全监测方法及系统。其中,安全监测方法,包括以下步骤:S1、采集植保无人机搭载的传感器的位置检测数据及其对应的时间戳;其中,植保无人机搭载的传感器包括惯性测量传感器、RTK接收器、备份GPS接收器、气压计;S2、根据无人机搭载的传感器的位置检测数据及其对应的时间戳判断植保无人机的传感器是否处于异常模式;若是,则执行S3;若否,则执行S1;S3、启用备份传感器的备份位置检测数据,向植保无人机的飞行控制器发出降落指令或悬停检查指令;备份传感器包括备份惯性测量传感器和备份气压计。本发明对植保无人机的传感器受到干扰或故障时进行安全监测,保证无人机飞行安全。
Description
技术领域
本发明属于植保无人机安全监测技术领域,具体涉及一种用于植保无人机的安全监测方法及系统。
背景技术
随着全自动植保无人机的发展,植保无人机作业范围和强度迅速提高。确保植保无人机飞行安全需要传感器的稳定工作,但由于传感器本身的质量问题、长时间作业造成的器件老化,可能导致传感器故障,以及低空作业环境复杂,可能造成传感器受到干扰,影响位置解算精度,影响植保无人机飞行安全。
国内外无人机厂家普遍依托飞行控制器程序内嵌位置安全检测程序,主动对飞行安全进行监测。这种方法数据来源为自身的传感器,当传感器出现故障或者受到干扰时,飞行控制器获得的传感器数据质量无法支持植保无人机安全飞行。这种方法无法解决由于自身传感器故障或受到干扰造成的位置解算失准问题。
因此,开发一种独立于飞行控制器,安装有独立备份传感器,稳定的植保无人机位置安全监测系统,对保证植保无人机飞行安全具有重要的意义。
发明内容
为了防止因传感器受到干扰或故障造成的位置解算失准,在发生传感器受到干扰或故障时启用备份传感器,保证植保无人机飞行安全,本发明提出了一种用于植保无人机的安全监测方法及系统,具体方案如下:
一种用于植保无人机的安全监测方法,包括以下步骤:
S1、采集植保无人机搭载的传感器的位置检测数据及其对应的时间戳;其中,植保无人机搭载的传感器包括惯性测量传感器、RTK接收器、备份GPS接收器、气压计;
S2、根据无人机搭载的传感器的位置检测数据及其对应的时间戳判断植保无人机的传感器是否处于异常模式;若是,则执行S3;若否,则执行S1;
S3、启用备份传感器的备份位置检测数据,向植保无人机的飞行控制器发出降落指令或悬停检查指令;备份传感器包括备份惯性测量传感器和备份气压计。
作为优选方案,所述异常模式包括故障状态和干扰状态。
作为优选方案,判断植保无人机的传感器是否处于故障状态,包括:
检测读入的位置检测数据的时间戳,判断对应的传感器的响应状态,即判断是否有数据丢失,并在数据时间戳不连续时开始计时;若超过传感器离线时间阈值,则判定相应的传感器处于故障状态。
作为优选方案,判断植保无人机的传感器是否处于干扰状态,包括:
检测RTK接收器接收的数据的数据质量是否处于正常范围内;若否,则RTK接收器处于干扰状态;
检测备份GPS接收器接收的数据的数据质量是否处于正常范围内;若否,则备份GPS接收器处于干扰状态;
利用RTK/GPS方向数据判断惯性测量传感器中的磁罗盘数据是否正常;若否,则惯性测量传感器处于干扰状态。
作为优选方案,所述RTK接收器接收的数据包括卫星数据、与差分基站连接是否正常的数据;卫星数据包括卫星数、水平/垂直精度估计、水平/垂直精度因子、GPS噪声值;与差分基站连接是否正常的数据包括差分龄期和锁定类型。
作为优选方案,所述备份GPS接收器接收的数据包括锁定类型、卫星数、水平/垂直精度估计、水平/垂直精度因子、GPS噪声值。
作为优选方案,所述步骤S3,具体包括以下步骤:
S31、启用备份传感器,获取备份惯性测量传感器和备份气压计的备份位置检测数据;
S32、向植保无人机的飞行控制器发送悬停检查指令;
S33、再次根据无人机搭载的传感器的位置检测数据及其对应的时间戳判断植保无人机的传感器是否处于异常模式;若是,则执行S34;若否,则执行S1;
S34、判断植保无人机的传感器处于故障状态或干扰状态;若处于干扰状态,则执行S35;若处于故障状态,则执行S36;
S35、向植保无人机的飞行控制器发出设定时间内悬停指令,以等待信号恢复;若设定时间内信号未恢复,则判断植保无人机的传感器处于故障状态,执行S36;
S36、向植保无人机的飞行控制器回传备份位置检测数据,并发出降落指令。
本发明还提供一种用于植保无人机的安全监测系统,安装在植保无人机上,应用如上任一项方案所述的安全监测方法,所述植保无人机安全监测系统包括:
数据采集模块,与植保无人机搭载的传感器信号连接,以采集传感器的位置检测数据;无人机搭载的传感器包括惯性测量传感器、RTK接收器、备份GPS接收器、气压计,四种传感器既连接飞行控制器,也连接数据采集模块,以向安全监测系统发送数据。
处理器模块,与数据采集模块、植保无人机的飞行控制器连接,用于根据无人机搭载的传感器的位置检测数据判断植保无人机的传感器是否处于异常模式,并在处于异常模式下启用备份传感器的备份位置检测数据,且向飞行控制器回传备份位置检测数据并发出降落指令或悬停检查指令;
备份传感器,与处理器模块信号连接;备份传感器包括备份惯性测量传感器和备份气压计。其中,备份惯性测量传感器采集植保无人机的加速度、陀螺仪和磁罗盘数据,备份气压计采集大气压数据和海拔高度数据。
作为优选方案,安全监测系统还包括:
数据记录模块,与处理器模块信号连接,用于实时记录所有传感器的检测数据和工作日志。例如:SD卡。
作为优选方案,所述处理器模块为STM32单片机。接收来自植保无人机的传感器的数据信息,检查传感器实时状态,分析相关参数,根据传感器状态判断是否处于异常模式,根据传感器状态输出对应的控制指令。
本发明的有益技术效果如下:
本发明对植保无人机的传感器受到干扰或故障时进行安全监测,可在植保无人机现有硬件基础上搭载本发明的安全监测系统,获取植保无人机的传感器数据,监测植保无人机的传感器状态,并在异常情况下利用备份传感器的数据进行悬停或降落,保证无人机飞行安全。
附图说明
图1为本发明实施例1的用于植保无人机的安全监测方法的流程图;
图2为本发明实施例1的用于植保无人机的安全监测方法的异常模式处理的流程图;
图3是本发明实施例1的用于植保无人机的安全监测系统的构架图;
图4是本发明实施例2的用于植保无人机的安全监测系统的构架图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例,下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,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他的附图,并获得其他的实施方式。
实施例1:
如图1所示,本实施例的用于植保无人机的安全监测方法,包括以下步骤:
S1、采集植保无人机搭载的传感器的位置检测数据及其对应的时间戳;
其中,植保无人机搭载的传感器包括惯性测量传感器、RTK接收器、备份GPS接收器、气压计;
具体地,惯性测量传感器采集植保无人机的加速度、陀螺仪和磁罗盘数据;
RTK接收器接收GPS位置数据、地面基准站发送的差分位置修正数据;
备份GPS接收器接收GPS数据;
气压计采集大气压数据和海拔高度数据。
在采集每个传感器的数据时,同时记录其传入的时间戳。
S2、根据无人机搭载的传感器的位置检测数据及其对应的时间戳判断植保无人机的传感器是否处于异常模式;若是,则执行S3;若否,则执行S1,即继续执行监测模式;
其中,异常模式包括故障状态和干扰状态。
具体地,判断植保无人机的传感器是否处于故障状态,包括:
检测读入的位置检测数据的时间戳,判断对应的传感器的响应状态,即判断是否有数据丢失,并在数据时间戳不连续时开始计时;若超过传感器离线时间阈值,则判定相应的传感器处于故障状态。
针对各传感器具体如下:
(1)检测读入植保无人机的惯性测量传感器数据的时间戳,判断传感器响应状态,判断是否有数据丢失的情况发生,并在数据时间戳不连续时开始计时;若超过设定的传感器离线时间,则判定植保无人机的惯性测量传感器处于故障状态;
(2)检测读入植保无人机的气压计数据的时间戳,判断传感器响应状态,判断是否有数据丢失的情况发生,并在数据时间戳不连续时开始计时;若超过设定的传感器离线时间,则判定植保无人机的气压计处于故障状态;
(3)检测读入植保无人机的RTK接收器数据的时间戳,判断传感器响应状态,判断是否有数据丢失的情况发生,并在数据时间戳不连续时开始计时;若超过设定的传感器离线时间,则判定植保无人机的RTK接收器处于故障状态;
(4)检测读入植保无人机的备份GPS接收器数据的时间戳,判断传感器响应状态,判断是否有数据丢失的情况发生,并在数据时间戳不连续时开始计时;若超过设定的传感器离线时间,则判定植保无人机的备份GPS接收器处于故障状态;
只需上述任一传感器处于故障状态,则植保无人机的传感器处于故障状态。
另外,判断植保无人机的传感器是否处于干扰状态,包括:
(1)检测RTK接收器接收的数据的数据质量是否处于正常范围内;若否,则RTK接收器处于干扰状态;RTK接收器接收的数据包括卫星数据、与差分基站连接是否正常的数据;其中,卫星数据包括卫星数、水平/垂直精度估计、水平/垂直精度因子、GPS噪声值;与差分基站连接是否正常的数据包括差分龄期和锁定类型。
(2)检测备份GPS接收器接收的数据的数据质量是否处于正常范围内,即检测当前GPS接收器接受的GPS数据是否正常;若否,则备份GPS接收器处于干扰状态;其中,备份GPS接收器接收的数据包括锁定类型、卫星数、水平/垂直精度估计、水平/垂直精度因子、GPS噪声值。
(3)利用RTK/GPS方向数据判断惯性测量传感器中的磁罗盘数据是否正常;若否,则惯性测量传感器处于干扰状态。
根据以上步骤S2,判断当前植保无人机的传感器是否受到干扰或故障;如果没有受到干扰或故障,即进入步骤S1,继续执行监测模式,持续进行植保无人机的传感器监测,记录实时数据,发出状态正常指令;否则,即监测到植保无人机的传感器受到干扰或故障,则进入S3的异常模式处理。
S3、启用备份传感器的备份位置检测数据,向植保无人机的飞行控制器发出降落指令或悬停检查指令;备份传感器包括备份惯性测量传感器和备份气压计。如图2所示,具体包括以下步骤:
S31、启用备份传感器,获取备份惯性测量传感器和备份气压计的备份位置检测数据;
S32、向植保无人机的飞行控制器发送悬停检查指令;
S33、执行植保无人机的传感器快速检查程序,再次根据无人机搭载的传感器的位置检测数据及其对应的时间戳判断植保无人机的传感器是否处于异常模式;若是,则执行S34;若否,则执行S1;
即再次检查植保无人机传感器状态,确认是否确实受到干扰或故障。
S34、判断植保无人机的传感器处于故障状态或干扰状态;若处于干扰状态,则执行S35;若处于故障状态,则执行S36;
S35、向植保无人机的飞行控制器发出设定时间内悬停指令,以等待信号恢复;若设定时间内信号未恢复,则判断植保无人机的传感器处于故障状态,执行S36;
S36、向植保无人机的飞行控制器回传备份位置检测数据,并发出降落指令,保证植保无人机飞行安全。其中,回传备份位置检测数据,代替植保无人机的故障传感器,实现应急数据备份。
对应于本实施例的安全监测方法,本实施例还提供用于植保无人机的安全监测系统,如图3所示,具体包括:
本发明还提供一种用于植保无人机的安全监测系统,安装在植保无人机上,应用如上任一项方案所述的安全监测方法,所述植保无人机安全监测系统包括:
数据采集模块,与植保无人机搭载的传感器信号连接,以采集传感器的位置检测数据;无人机搭载的传感器包括惯性测量传感器、RTK接收器、备份GPS接收器、气压计,四种传感器既连接飞行控制器,也连接数据采集模块,以向安全监测系统发送数据。
处理器模块,与数据采集模块、植保无人机的飞行控制器连接,用于根据无人机搭载的传感器的位置检测数据判断植保无人机的传感器是否处于异常模式,并在处于异常模式下启用备份传感器的备份位置检测数据,且向飞行控制器回传备份位置检测数据并发出降落指令或悬停检查指令;其中,处理器模块为STM32单片机。接收来自植保无人机的传感器的数据信息,检查传感器实时状态,分析相关参数,根据传感器状态判断是否处于异常模式,根据传感器状态输出对应的控制指令。
备份传感器,与处理器模块信号连接;备份传感器包括备份惯性测量传感器和备份气压计。其中,备份惯性测量传感器采集植保无人机的加速度、陀螺仪和磁罗盘数据,备份气压计采集大气压数据和海拔高度数据。
本实施例的安全监测系统包括监测模式和异常模式,根据植保无人机传感器的状态进行切换。
工作流程为:实时采集植保无人机传感器数据,解算传感器数据,判断传感器状态;
若无异常则进入监测模式:实时监测传感器状态;
监测到植保无人机传感器受到干扰或故障时进入异常模式:利用备份传感器数据解算当前位置,向飞行控制器发出短暂悬停指令,执行安全检查,确认植保无人机传感器故障或受到干扰发生,向植保无人机发送指令,以备份传感器组解算位置作为当前位置,同时发出降落指令,保证无人机安全降落。
实施例2:
本实施例的安全监测系统与实施例1的不同之处在于:
如图4所示,本实施例的安全监测系统还配置有数据记录模块,与处理器模块信号连接,用于实时记录所有传感器的检测数据和工作日志。例如:SD卡。
相应的安全监测方法中,还将所有传感器的检测数据和工作日志实时记录在数据记录模块中,以便后续的数据调用。
其他结构及流程可以参考实施例1。
以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明,对本领域的普通技术人员而言,依据本发明提供的思想,在具体实施方式上会有改变之处,而这些改变也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于植保无人机的安全监测方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、采集植保无人机搭载的传感器的位置检测数据及其对应的时间戳;其中,植保无人机搭载的传感器包括惯性测量传感器、RTK接收器、备份GPS接收器、气压计;
S2、根据无人机搭载的传感器的位置检测数据及其对应的时间戳判断植保无人机的传感器是否处于异常模式;若是,则执行S3;若否,则执行S1;
S3、启用备份传感器的备份位置检测数据,向植保无人机的飞行控制器发出降落指令或悬停检查指令;备份传感器包括备份惯性测量传感器和备份气压计。
2.根据权利要求1所述的一种用于植保无人机的安全监测方法,其特征在于,所述异常模式包括故障状态和干扰状态。
3.根据权利要求2所述的一种用于植保无人机的安全监测方法,其特征在于,判断植保无人机的传感器是否处于故障状态,包括:
检测读入的位置检测数据的时间戳,判断对应的传感器的响应状态,即判断是否有数据丢失,并在数据时间戳不连续时开始计时;若超过传感器离线时间阈值,则判定相应的传感器处于故障状态。
4.根据权利要求2所述的一种用于植保无人机的安全监测方法,其特征在于,判断植保无人机的传感器是否处于干扰状态,包括:
检测RTK接收器接收的数据的数据质量是否处于正常范围内;若否,则RTK接收器处于干扰状态;
检测备份GPS接收器接收的数据的数据质量是否处于正常范围内;若否,则备份GPS接收器处于干扰状态;
利用RTK/GPS方向数据判断惯性测量传感器中的磁罗盘数据是否正常;若否,则惯性测量传感器处于干扰状态。
5.根据权利要求4所述的一种用于植保无人机的安全监测方法,其特征在于,所述RTK接收器接收的数据包括卫星数据、与差分基站连接是否正常的数据;卫星数据包括卫星数、水平/垂直精度估计、水平/垂直精度因子、GPS噪声值;与差分基站连接是否正常的数据包括差分龄期和锁定类型。
6.根据权利要求4所述的一种用于植保无人机的安全监测方法,其特征在于,所述备份GPS接收器接收的数据包括锁定类型、卫星数、水平/垂直精度估计、水平/垂直精度因子、GPS噪声值。
7.根据权利要求1所述的一种用于植保无人机的安全监测方法,其特征在于,所述步骤S3,具体包括以下步骤:
S31、启用备份传感器,获取备份惯性测量传感器和备份气压计的备份位置检测数据;
S32、向植保无人机的飞行控制器发送悬停检查指令;
S33、再次根据无人机搭载的传感器的位置检测数据及其对应的时间戳判断植保无人机的传感器是否处于异常模式;若是,则执行S34;若否,则执行S1;
S34、判断植保无人机的传感器处于故障状态或干扰状态;若处于干扰状态,则执行S35;若处于故障状态,则执行S36;
S35、向植保无人机的飞行控制器发出设定时间内悬停指令,以等待信号恢复;若设定时间内信号未恢复,则判断植保无人机的传感器处于故障状态,执行S36;
S36、向植保无人机的飞行控制器回传备份位置检测数据,并发出降落指令。
8.一种用于植保无人机的安全监测系统,安装在植保无人机上,应用如权利要求1-7任一项所述的安全监测方法,其特征在于,所述植保无人机安全监测系统包括:
数据采集模块,与植保无人机搭载的传感器信号连接,以采集传感器的位置检测数据;无人机搭载的传感器包括惯性测量传感器、RTK接收器、备份GPS接收器、气压计;
处理器模块,与数据采集模块、植保无人机的飞行控制器连接,用于根据无人机搭载的传感器的位置检测数据判断植保无人机的传感器是否处于异常模式,并在处于异常模式下启用备份传感器的备份位置检测数据,且向飞行控制器回传备份位置检测数据并发出降落指令或悬停检查指令;
备份传感器,与处理器模块信号连接;备份传感器包括备份惯性测量传感器和备份气压计。
9.根据权利要求8所述的一种用于植保无人机的安全监测系统,其特征在于,还包括:
数据记录模块,与处理器模块信号连接,用于实时记录所有传感器的检测数据和工作日志。
10.根据权利要求8所述的一种用于植保无人机的安全监测系统,其特征在于,所述处理器模块为STM32单片机。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20201016 |