CN111812268A - 监测方法、控制装置、无人机和无人机系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用无人机在监测区域内进行大气监测的监测方法、控制装置、包括该控制装置的无人机、无人机系统及计算机可读存储介质。该监测方法包括：在监测区域内获取多个监测点；以及基于所述多个监测点的位置，为所述无人机规划用以覆盖所述多个监测点中每一个的巡航轨迹，以便所述无人机基于所确定的巡航轨迹航行来获取所述巡航轨迹上多个巡航点的大气质量信息。

Description

监测方法、控制装置、无人机和无人机系统

技术领域

本发明涉及无人机领域，更具体地涉及一种利用无人机在监测区域内进行空气监测的方法、控制装置、无人机、无人机系统以及计算机存储介质。

背景技术

近年来，公众对空气质量的重视程度也到达了前所未有的高度。PM2.5等各种有毒有害气体的监测、污染源的定位也成为了技术研究的重点课题。而传统的定点监测的方案在时效性上、地点灵活性方面都越来越难起到有效的监测、整改的作用。近年来，无人机技术的大力发展，如定点巡航、编队飞行、实时图/数传，这些都为更好的进行空气质量的监测提供了可能。基于此，希望提供一种利用无人机在监测区域内进行空气质量监测的方法和装置。

背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

发明内容

针对现有技术存在问题中的一个或多个，本发明提供一种利用无人机在监测区域内进行空气监测的方法，包括以下步骤：在所述监测区域内获取多个监测点；以及基于所述多个监测点的位置，为所述无人机规划用以覆盖所述多个监测点中每一个的巡航轨迹，以便所述无人机基于所规划的巡航轨迹航行来获取所述巡航轨迹上多个巡航点的空气质量信息。

根据本发明的一个方面，提供一种用于控制无人机在监测区域内进行空气质量监测的控制装置，包括：获取单元，被配置为在所述监测区域内获取多个监测点；以及设置单元，被配置为基于所述多个监测点的位置，为所述无人机规划用以覆盖所述多个监测点中每一个的巡航轨迹，以便所述无人机基于所规划的巡航轨迹航行来获取所述巡航轨迹上多个巡航点的空气质量信息。

根据本发明的一个方面，还提供一种无人机，包括：无人机本体；以及如上所述的控制装置，与所述无人机本体通信连接，以控制所述无人机本体基于所确定的巡航轨迹航行来获取所述巡航轨迹上多个巡航点的空气质量信息。

根据本发明的一个方面，还提供一种利用上述无人机在监测区域进行空气监测的方法，包括：将所述监测区域划分为多个监测子区域；以及基于所述多个监测子区域的面积和/或所述多个监测子区域中监测点的密度、根据所述多个无人机中每个无人机的航时和监测设备的挂载，为每个所述监测子区域匹配所述多个无人机之一来对该监测子区域进行空气监测。

根据本发明的一个方面，还提供一种无人机系统，包括：多个如上所述的无人机；以及调度装置，与所述多个无人机中的每一个通信连接，所述调度装置被配置为执行如上所述的方法。

根据本发明的一个方面，还提供一种计算机可读存储介质,包括存储于其上的计算机可执行指令，所述可执行指令在被处理器执行时实施如上所述的方法。

根据本发明的利用无人机在监测区域内进行空气监测的监测方法、控制装置、包括该控制装置的无人机、无人机系统及计算机可读存储介质至少具有以下有益技术效果之一：通过基于监测点自动规划无人机的巡航轨迹，能够提高区域监测空气质量的效率；能够搜索未知污染源，进而对其进行有效的措施及时抑制污染源的扩散；通过多个无人机对大区域进行空气监测，能够提高监测大区域空气监测的时效性。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1示出了根据本发明一个实施例的利用无人机在监测区域内进行空气监测的监测方法。

图2示出了根据本发明的为无人机规划去程巡回轨迹和回程巡回轨迹的示例。

图3示出了利用本发明的监测方法为无人机规划巡航路径的示例。

图4示出了非垂直搜索方向上的搜索点到风向垂直平面的归一化。

图5是示出了根据本发明实施例的控制装置的一种示例性结构的框图。

图6示出了根据本发明另一个实施例的利用无人机在监测区域内进行空气监测的监测方法。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。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一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了根据本发明的利用无人机在监测区域内进行空气监测的监测方法。

如图1所示，根据本发明的监测方法包括：在步骤S11，在所述监测区域内获取多个监测点；以及，在步骤S12，基于所述多个监测点的位置，为所述无人机规划用以覆盖所述多个监测点中每一个的巡航轨迹，以便所述无人机基于所规划的巡航轨迹航行来获取所述巡航轨迹上多个巡航点的空气质量信息。

随着无人机航时以及定点技术的提升可以为无人机区域监测的应用提供有力的支持。无人机的本体上通常安装有全球定位系统GPS、气压计、惯性测量单元、飞行控制器、动力单元、避障系统。此外，根据本发明的无人机的本体上还可以搭载有：云台摄像头，用于拍摄动态或静态图像；空气质量监测仪器，用于检测空气的质量，例如测量并计算获得空气污染指数；风速检测仪器，用于检测风速；风向监测仪器，用于检测风向；以及传输系统，用于将拍摄的图像或测得的数据实时传输至控制端。上述部件可以采用本领域公知的相应部件来实现，并且其可以是彼此独立的部件，也可以根据需求、部分集中在一起，例如风向监测仪器和风速检测仪器可以彼此集成在一起。此外，无人机上还可以搭载避障系统，用于为无人机的自主飞行提供安全性保障。

根据本发明的一个实施例，可以根据已知污染源的位置和/或用户输入，获取所述多个监测点。例如，在利用无人机在监测区域内进行空气监测时，可以将已知污染源作为监测点，已知污染源可以是例如建筑工地(扬尘)、发电厂、化肥厂、钢厂、交通拥堵区域等常见污染物排放的区域。或者也可以根据用户输入来确定监测点，例如用户可以根据需求，在监测区域内选择重点监测采样的监测点。用户例如可以通过与无人机本体通信连接的控制装置来输入其选择的监测点，例如通过在控制装置的显示单元所显示的监测区域的地图上通过例如点击相应位置来选择监测点。

根据本发明，还可以根据用户输入，在所述监测区域内添加监测点、和/或从所述多个监测点中删除至少其中之一。也就是说，在本发明中，可以根据用户需求，可以通过添加或者减少监测点来改变监测区域内的监测点，以便基于改变的监测点规划无人机的巡航轨迹。

在获取了监测区域中的监测点之后，在步骤S12，可以基于各个监测点的位置，自主进行无人机巡航轨迹的规划。

根据本发明，为无人机规划巡航轨迹可以包括：基于多个监测点的位置，为无人机规划巡航轨迹，以使得无人机的飞行路径小于无人机的安全航行距离。在为无人机规划巡航路径时，需要将无人机的巡航路径控制在无人机的安全飞行距离之内。无人机的安全飞行距离，例如是由无人机的电池电量所决定的。

为无人机规划的巡航轨迹包括去程巡航轨迹和回程巡航轨迹。因此，根据本发明的一个实施例，规划无人机的巡航轨迹可以包括：将监测区域划分为第一子区域和第二子区域；以及分别规划无人机的去程巡航轨迹和回程巡航轨迹，以使得去程巡航轨迹覆盖第一子区域内的所有监测点，并且回程巡航轨迹覆盖第二子区域内的所有监测点。根据本发明的一个实施例，规划所述去程巡航轨迹和/或所述回程巡航轨迹包括：规划使得无人机的飞行路径最短的去程巡航轨迹和/或回程巡航轨迹。

根据本发明的另一个实施例，也可以根据预定演算法依次选择所述第一子区域和/或所述第二子区域内的各个监测点，以便形成去程巡航轨迹和/或回程巡航轨迹，预定演算法是基于二个监测点的相对距离来决定巡航顺序。

如图2所示，方形区域为整个监测区域，可以将其左半区域设置为第一子区域L，右半区域设置为第二子区域R。为无人机规划巡航轨迹进行监测主要考虑：无人机的航时(也可以换算到无人机可航行距离)，另一个是要覆盖到所有需要监测的目标点。无人机巡航包括去程和回程，可以将区域分成左半监测区域和右半监测区域，使得为无人机规划的去程巡航轨迹覆盖第一子区域L内的所有监测点，回程巡航轨迹覆盖第二子区域R内的所有监测点。

可采用预定的演算法来规划去程巡航轨迹和/或回程巡航轨迹上每个监测点的选择，例如贪婪算法。例如，在选择了监测点A作为去程巡航轨迹上的第一个监测点时，可以根据A点与第一子区域内其余每个监测点之间的距离，选择与A点距离最小的点、例如B点作为第二个监测点，接着，根据B点与该第一子区域内除A点之外的其余每个监测点之间的距离，选择与B点之间距离最小的点作为第三个监测点，依次类推，直到将第一子区域内所有点选择完，从而形成巡航轨迹。根据本发明，在计算两个监测点之间的距离时，可以对两个监测点之间的垂直距离和水平距离进行加权组合，其权重可以根据实际需要而设置。

根据本发明的监测方法中，还可以包括：根据风速确定所述巡航轨迹上的巡航点，以便获取所述巡航轨迹上多个巡航点的空气质量信息。例如，在风速较大的情况下，可以将巡航点设置的更为密集，而在风速较小的情况下，可以增大相邻两个巡航点之间的距离。

根据本发明，各个巡航点的空气质量信息可以包括在该巡航点测量得到的能够反映空气污染程度的各种参数(例如但不限于空气污染指数(AQI)、PM2.5浓度、PM10浓度等)，和/或在所述巡航点拍摄的静态图像和/或动态图像。在设置了巡航轨迹以及巡航轨迹上的巡航点之后，无人机可以按照巡航轨迹飞行，并依次在各个巡航点进行空气的采样和质量的监测，并拍摄相关静态图像和/或动态图像，将传输至无人机的控制装置。反映空气污染程度的各种参数例如可以通过安装在无人机上的空气质量监测仪获取，在所述巡航点拍摄的静态图像和/或动态图像可以通过安装在无人机上的成像装置(例如相机、摄像机等)获得。

图3示出了利用本发明的监测方法为无人机规划巡航路径的示例。如图3所示，可以基于已知污染源的位置获取监测区域内的监测点，例如，将该已知污染源(例如筑工地、发电厂、化肥厂、钢厂、交通拥堵区域)作为监测点，基于其位置，设置无人机的巡航路径P，以对监测点进行空气质量的监测。

根据本发明的监测方法能够实现基于监测区域内各个监测点的位置的巡航轨迹的自动规划，从而提高了无人机进行区域空气监测的效率。

在对监测区域进行空气质量监测的情况下，通过无人机沿巡航轨迹飞行时获取到的各个巡航点的空气质量信息可能反映出某个巡航点存在异常。在发现该巡航点附近的区域异常后，根据本发明的监测方法，可以派遣无人机前往该区域进行未知污染源的搜索。

具体地，本发明的监测方法还包括：根据所获取的多个巡航点的空气质量信息以及已知污染源的位置信息，确定是否存在异常巡航点；以及在确定存在所述异常巡航点的情况下，搜索对所述异常寻常巡航点产生污染的未知污染源。

例如，在某个巡航点监测到的空气污染指数可能比在更靠近已知污染源的另一个巡航点监测到的空气污染指数更高，在此情况下，可以确定巡航点A为异常巡航点，表明还有未知污染源对巡航点A造成了污染。异常巡航点的判断基准也可以根据需要定制。例如，当某个巡航点监测到的空气污染指数高于预定数值时，或者显著高于之前监测的其他巡航点的空气污染指数时(例如高20％，30％，或者50％)时，可以将该巡航点标记为异常巡航点。

在确定存在异常巡航点的情况下，搜索对异常巡航点造成污染的污染源。根据本发明的一个实施例，搜索未知污染源可以包括：根据风向、风速，为无人机规划用以搜索未知污染源的搜索轨迹；控制无人机沿搜索轨迹航行，以获取搜索轨迹上多个搜索点的空气质量信息，并基于多个搜索点的空气质量信息，确定未知污染源的相对位置；以及控制无人机从该未知污染源的相对位置逆着所述风向航行，并且获取风向上各个搜索点的空气质量信息，从而确定未知污染源的位置。本申请中“污染源的相对位置”指的是污染源相对于某一参考系的位置，例如相对于某一平面的投影位置，下文中将详细描述其一个实例。

假设当前飞机处于污染源的下风口。因为污染物传播的速度会受风速的影响，所以可以沿例如风向的垂直方向，基于风速设定巡航轨迹，并对相应巡航点的空气质量进行检测和比较。基于比较的结果我们可以大致确定污染源的相对位置。然后逆着风向方向进行搜索找到该风向上空气质量较差的地点即为未知污染源的位置。

以上示出的沿风向的垂直方向设置无人机用以搜索污染源的搜索轨迹，但是本发明不限于此，也可以沿与风向成一定角度的其他方向设置搜索轨迹。具体地，根据本发明的一个实施例，确定未知污染源的相对位置可以包括：根据搜索轨迹与所述风向所成的角度、各个搜索点之间的距离以及风速对不同位置点的空气污染指数的影响，将各个搜索点的空气污染指数归一化到与风向垂直的平面上，以将该平面上空气质量最差的搜索点的位置作为所述未知污染源的相对位置。下面分别描述这两种实现的方式。

如图4所示，假设无人机在检测过程中发现点A为异常巡航点，而风向为向右箭头的方向，则无人机沿着垂直于风向的M平面进行搜寻。在M平面上，污染源S下游的点D处的空气污染参数应当是最显著的。所以当无人机在沿着M平面搜寻的过程中，在到达D点或者D点附近时，检测到的空气污染参数应当显著高于M平面其余的点。D点即为污染源S的相对位置。从D点出发，沿着逆风的方向继续搜寻，就能够找到污染源S的位置。

而在另一种实现方式中，无人机可以沿着非垂直于风向的平面进行搜寻。这时，可以通过对空气污染参数进行归一化处理来搜索污染源S的相对位置。如图4所示，S为污染源，平面M是与风向垂直的平面，由于平面M上各点与污染源的水平距离不同，所以污染浓度、即测量得到的空气污染指数不同，因此可以根据该区别来确定理想的搜索位置(即未知污染源在平面M上的相对位置)。如图4所示，D为理想的搜索位置。然后，可以逆风向找到污染源。但有时搜索的方向未必与风向是垂直的平面，所以需要进行相关的转化。图4中箭头为非垂直搜索的方向，点A为搜索轨迹上的初始搜索点，点B为另一个搜索点，AB两点连线的距离为L。二者方向与风向在导航坐标系下的夹角为a，需要将点B归一化到统一的平面M进行比较，在角度a接近90度时(所以也要求搜索的时候可以尽量沿垂直方向进行，避免角度偏差过大)，近似二者距离差为L*cos(a)。然后，可以基于此距离差进行污染浓度(即空气污染指数)的补偿。根据本发明，浓度补偿可以基于统计方式进行，即根据搜索点的污染浓度、基于所统计的风向、距离对浓度的影响，对归一化到与风向垂直的平面M上的相应点的空气污染指数进行补偿。可选的，浓度补偿可以直接根据该角度a来进行，例如将非垂直搜索平面上检测到的空气污染指数乘以sin(a)(注意：A点的空气污染指数不需要进行归一化，因为A点是初始位置)，将结果近似的作为归一化到M平面上的空气污染指数。但是本发明不限于此，也可以利用本领域公知的其他方式对归一化到与风向垂直的平面上的位置的空气污染指数进行补偿。对归一化后的空气污染指数进行比较分析，找出其中最大的一个及其对应的位置，作为污染源S的相对位置，然后从该相对位置出发，沿着逆风的方向搜索污染源S的位置。

在无人机基于搜索轨迹飞行的过程中，会将实时拍摄的静态图像和/或动态参数和/或测得的空气污染指数传送给地面站的控制装置，以便远程控制人员通过地面站的反馈直观的获取当前污染源的种类、方位以及产生污染的原因。

根据本发明的监测方法能够确定未知污染源的位置，以便工作人员及时进行有效的措施及时抑制污染源的扩散。

本领域技术人员可以理解，根据本发明的无人机，既可以是无人航空器，也可以是无人船，这都在本发明的范围内。

根据本发明的一个实施例，还提供一种用于控制无人机在监测区域内进行空气质量监测的控制装置。图5是示出了根据本发明实施例的控制装置的一种示例性结构的框图。

如图5所示，控制装置5包括：获取单元51，被配置为在所述监测区域内获取多个监测点；以及规划单元52，被配置为基于所述多个监测点的位置，为所述无人机规划用以覆盖所述多个监测点中每一个的巡航轨迹，以便控制无人机基于所规划的巡航轨迹航行来获取所述巡航轨迹上多个巡航点的空气质量信息。

根据本发明的控制装置可以是遥控器，该遥控器优选是VR设备或者智能手机或平板、笔记型或桌上型电脑、伺服器主机等。

根据本发明的一个实施例，获取单元51可以被配置为根据已知污染源的位置和/或用户输入，获取多个监测点，其中，获取单元还配置为接收用户输入，并根据用户输入，在监测区域内添加监测点、和/或从多个监测点中删除至少其中之一。

根据本发明的一个实施例，规划单元52可以被配置为基于多个监测点的位置，规划使得无人机的飞行路径小于无人机的安全航行距离的巡航轨迹。

根据本发明的一个实施例，规划单元52可以进一步被配置为将所述监测区域划分为第一子区域和第二子区域；以及分别规划无人机的去程巡航轨迹和回程巡航轨迹，以使得去程巡航轨迹覆盖所述第一子区域内的所有监测点，并且回程巡航轨迹覆盖所述第二子区域内的所有监测点。

根据本发明的一个实施例，规划单元52还被配置为规划使得无人机的飞行路径最短的去程巡航轨迹和/或回程巡航轨迹。根据本发明的另一个实施例，也可以根据预定的演算法依次选择第一子区域和/或第二子区域内的各个监测点，以便形成去程巡航轨迹和/或回程巡航轨迹，此预定演算法是基于二个监测点的相对距离来决定巡航顺序。

根据本发明的一个实施例，规划单元52还被配置为根据风速确定巡航轨迹上的巡航点；多个巡航点的空气质量信息包括在巡航点测量得到的空气污染指数、和/或在巡航点拍摄的静态图像和/或动态图像，其中，空气污染参数优选通过安装在无人机上的空气质量监测仪获得，静态图像和/或动态图像优选地通过安装在无人机上的相机和/或摄像机获得。

根据本发明的一个实施例，控制装置还可以包括：异常确定单元(未示出)，被配置为根据所获取的多个巡航点的空气质量信息以及已知污染源的位置信息，确定是否存在异常巡航点；以及搜索单元(未示出)，被配置为在确定存在异常巡航点的情况下，搜索对异常寻常巡航点产生污染的未知污染源。

根据本发明的一个实施例，搜索单元还可以被配置为：根据风向、风速，为无人机规划用以搜索未知污染源的搜索轨迹；控制无人机沿搜索轨迹航行，以获取搜索轨迹上多个搜索点的空气质量信息，并基于多个搜索点的空气质量信息，确定未知污染源的相对位置；以及控制无人机从未知污染源的相对位置逆着风向航行，并且获取风向上各个搜索点的空气质量信息，从而确定未知污染源的位置。根据本发明的一个实施例，风向优选通过设置在无人机上的风向监测仪获得，和/或风速优选通过设置在无人机上的风速检测仪获得。

根据本发明的一个实施例，多个搜索点的空气质量信息包括：在所述搜索点测量得到的空气污染指数、和/或在巡航点拍摄的静态图像和/或动态图像。

优选地，搜索单元还可以被配置为根据搜索轨迹与风向所成的角度、各个搜索点之间的距离以及风速对不同位置点的空气污染指数的影响，将各个搜索点的空气污染指数归一化到与风向垂直的平面上，以将该平面上空气质量最差的搜索点的位置作为未知污染源的相对位置。

根据本发明的一个实施例，搜索单元优选还被配置包括：沿与所述风向垂直的方向规划搜索轨迹的搜索路径，和/或根据风速设置搜索路径上各个搜索点的位置。

上述获取单元51、规划单元52、异常确定单元以及搜索单元的具体操作处理与如上参照图1描述的监测方法的各个步骤的处理类似，在此不再赘述。

本领域技术人员可以理解，本发明中上述各个模块之间的耦合，可以通过有线的方式进行耦合，也可以通过无线的方式进行耦合，也可以通过有线、无线相结合的方式进行耦合。另外，各个模块之间通讯所采用的协议、规范，可以是现有的协议和规范，也可以根据实际的工况和要求进行定制。这些都在本发明的范围内。

根据本发明，还提供一种用于对监测区域进行空气监测的无人机，该无人机包括：无人机本体；以及如上所述的控制装置，与无人机本体通信连接，以控制无人机本体基于所规划的巡航轨迹航行来获取巡航轨迹上多个巡航点的空气质量信息。根据本发明的一个实施例，无人机还可以包括空气质量监测仪、风向监测仪、风速检测仪、成像装置中的至少一个。空气质量监测仪和/或成像装置安装在无人机本体上。风向监测仪和风速检测仪优选可以安装在所述无人机本体上。根据本发明，风向和/或风速监测仪也可以从与无人机本体耦接的控制装置获取。

此外，当前利用无人机进行多区域监测时，来回的准备会降低监测的时效性，而且很难同时获取更有对比性的数据。随着无人机编队飞行技术的成熟，本发明提供一种利用多个无人机多点释放监测的方式会对监测的区域及时效性提供更有效的支持。

根据本发明，还可以提供一种利用多个无人机在监测区域进行空气监测的方法。

如图6所示，该监测方法包括：在步骤S61，将监测区域划分为多个监测子区域；以及在步骤S62，基于多个监测子区域的面积和/或监测点的密度、根据多个无人机中每个无人机的航时和监测设备的挂载，为每个监测子区域匹配多个无人机之一来对该监测子区域进行空气监测。

根据本发明，利用多无人机进行多区域监测时，可以将无人机的协调与汇总集中到统一的指挥中心的调度装置上。

根据本发明的一个实施例，划分多个监测子区域包括：基于监测区域的面积和/或多个无人机的航时来划分多个监测子区域。根据本发明，对于将一个大区域划分为多个子区域的操作可以基于监测区域的面积进行，然后获取监测区域中的监测点，每个无人机的航行基于其航时是有基本固定的航行区域，按照使用较少的子区域以覆盖所有监测点的原则划分监测区域，以便使用较少的无人机对该监测区域进行大气监测。

根据本发明，为每个监测子区域匹配所述多个无人机之一包括：为所述监测点的密度高的区域匹配具有大挂载能力、高航时的无人机进行大气监测。在划分了多个子区域后，基于每个子区域监测点的监测点密度来确认飞机的电池、监测设备的挂载，其中，密度高的子区域可以为其匹配大挂载，高航时的无人机进行大气监测，密度低的子区域可以为其匹配小挂在、低航时的无人机进行大气监测。

上述根据本发明的实施例的控制装置中的各个组成单元、子单元等可以通过软件、固件、硬件或其任意组合的方式进行配置。在通过软件或固件实现的情况下，可从存储介质或网络向具有专用硬件结构的机器安装构成该软件或固件的程序，该机器在安装有各种程序时，能够执行上述各组成单元、子单元的各种功能。

此外，本发明还提出了一种存储有机器可读取的指令代码的计算机可读存储介质。上述指令代码由机器读取并执行时，可执行上述根据本公开的实施例的监测方法。计算机存储介质包括但不限于：磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等的各种存储介质。

根据本发明的用于无人机的监测方法、控制装置、包括该控制装置的无人机、无人机系统及计算机可读存储介质至少具有以下有益技术效果之一：通过基于监测点自动规划无人机的巡航轨迹，能够提高区域监测大气质量的效率；能够搜索未知污染源，进而对其进行有效的措施及时抑制污染源的扩散；通过多个无人机对大区域进行大气监测，能够提高监测大区域大气监测的时效性。

在上面对本发明具体实施例的描述中，针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

此外，本发明的各实施例的方法不限于按照说明书中描述的或者附图中示出的时间顺序来执行，也可以按照其他的时间顺序、并行地或独立地执行。因此，本说明书中描述的方法的执行顺序不对本发明的技术范围构成限制。

此外，显然，根据本发明的上述方法的各个操作过程也可以以存储在各种机器可读的存储介质中的计算机可执行程序的方式实现。

而且，本发明的目的也可以通过下述方式实现：将存储有上述可执行指令的存储介质直接或者间接地提供给系统或设备，并且该系统或设备中的计算机或者中央处理单元(CPU)读出并执行上述程序代码。

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，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (25)

1.一种利用无人机在监测区域内进行空气监测的方法，包括以下步骤：

在所述监测区域内获取多个监测点；以及

基于所述多个监测点的位置，为所述无人机规划用以覆盖所述多个监测点中每一个的巡航轨迹；

控制所述无人机基于所述巡航轨迹航行来获取所述巡航轨迹上多个巡航点的空气质量信息。

2.如权利要求1所述的方法，其中，获取多个监测点包括根据已知污染源的位置和/或用户输入，获取所述多个监测点，

所述方法优选还包括根据用户输入，在所述监测区域内添加监测点、和/或从所述多个监测点中删除或编辑至少其中之一。

3.如权利要求1所述的方法，其中，为所述无人机规划所述巡航轨迹包括：基于所述多个监测点的位置，规划使得所述无人机的飞行路径小于所述无人机的安全航行距离的巡航轨迹。

4.如权利要求1-3中至少一项所述的方法，其中，规划所述无人机的巡航轨迹还包括：

将所述监测区域划分为第一子区域和第二子区域；以及

分别规划所述无人机的去程巡航轨迹和回程巡航轨迹，以使得所述去程巡航轨迹覆盖所述第一子区域内的所有监测点，并且所述回程巡航轨迹覆盖所述第二子区域内的所有监测点。

5.如权利要求4所述的方法，其中，规划所述去程巡航轨迹和/或所述回程巡航轨迹包括：

规划使得所述无人机的飞行路径最短的所述去程巡航轨迹和/或所述回程巡航轨迹；和/或

根据预定演算法依次选择所述第一子区域和/或所述第二子区域内的各个监测点，以便形成所述去程巡航轨迹和/或所述回程巡航轨迹，所述预定演算法是基于二个监测点的相对距离来决定巡航顺序。

6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，还包括：根据风速确定所述巡航轨迹上的巡航点，以便获取所述巡航轨迹上多个巡航点的空气质量信息；

所述多个巡航点的空气质量信息包括在所述巡航点测量得到的空气污染指数、和/或在所述巡航点拍摄的静态图像和/或动态图像，

其中，所述空气污染参数优选通过安装在无人机上的空气质量监测仪获得，所述静态图像和/或所述动态图像优选地通过安装在所述无人机上的相机和/或摄像机获得。

7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，还包括：

根据所获取的多个巡航点的空气质量信息以及已知污染源的位置信息，确定是否存在异常巡航点；以及

在确定存在所述异常巡航点的情况下，搜索对所述异常寻常巡航点产生污染的未知污染源。

8.如权利要求7所述的方法，其中，搜索所述未知污染源包括：

根据风向、风速，为所述无人机设置用以搜索所述未知污染源的搜索轨迹；

控制所述无人机沿所述搜索轨迹航行，以获取所述搜索轨迹上多个搜索点的空气质量信息，并基于所述多个搜索点的空气质量信息，确定所述未知污染源的相对位置；以及

控制所述无人机从所述未知污染源的相对位置逆着所述风向航行，并且获取所述风向上各个搜索点的空气质量信息，从而确定所述未知污染源的位置，

其中，所述风向优选通过设置在所述无人机上的风向监测仪获得，和/或所述风速优选通过设置在所述无人机上的风速检测仪获得。

9.如权利要求8所述的方法，其中，所述多个搜索点的空气质量信息包括：在所述搜索点测量得到的空气污染指数、和/或在所述巡航点拍摄的静态图像和/或动态图像；

其中，确定所述未知污染源的相对位置优选包括：根据所述搜索轨迹与所述风向所成的角度、各个搜索点之间的距离以及所述风速对不同位置点的空气污染指数的影响，将各个所述搜索点的空气污染指数归一化到与所述风向垂直的平面上，以将该平面上空气质量最差的搜索点的位置作为所述未知污染源的相对位置；

其中，规划所述搜索轨迹优选包括：沿与所述风向垂直的方向规划所述搜索轨迹的搜索路径，和/或根据所述风速设置所述搜索路径上各个搜索点的位置。

10.一种用于控制无人机在监测区域内进行空气质量监测的控制装置，包括：

获取单元，被配置为在所述监测区域内获取多个监测点；以及

规划单元，被配置为基于所述多个监测点的位置，为所述无人机规划用以覆盖所述多个监测点中每一个的巡航轨迹，控制所述无人机基于所规划的巡航轨迹航行来获取所述巡航轨迹上多个巡航点的空气质量信息。

11.如权利要求10所述的控制装置，其中，所述获取单元被配置为根据已知污染源的位置和/或用户输入，获取所述多个监测点，

其中，所述获取单元还配置为接收用户输入，并根据所述用户输入，在所述监测区域内添加监测点、和/或从所述多个监测点中删除至少其中之一。

12.如权利要求10或11所述的控制装置，其中，所述设置单元被配置为基于所述多个监测点的位置，为所述无人机规划使得所述无人机的飞行路径小于所述无人机的安全航行距离的巡航轨迹。

13.如权利要求10-12中至少一项所述的控制装置，其中，所述设置单元进一步被配置为将所述监测区域划分为第一子区域和第二子区域；以及分别规划所述无人机的去程巡航轨迹和回程巡航轨迹，以使得所述去程巡航轨迹覆盖所述第一子区域内的所有监测点，并且所述回程巡航轨迹覆盖所述第二子区域内的所有监测点。

14.如权利要求13所述的控制装置，其中，所述设置单元还被配置为规划使得所述无人机的飞行路径最短的所述去程巡航轨迹和/或所述回程巡航轨迹；和/或根据预定演算法依次选择所述第一子区域和/或所述第二子区域内的各个监测点，以便形成所述去程巡航轨迹和/或所述回程巡航轨迹，所述预定演算法是基于二个监测点的相对距离来决定巡航顺序。

15.如权利要求10-14中任一项所述的控制装置，其中，所述设置单元还被配置为根据风速确定所述巡航轨迹上的巡航点；

所述多个巡航点的空气质量信息包括在所述巡航点测量得到的空气污染指数、和/或在所述巡航点拍摄的静态图像和/或动态图像，

其中，所述空气污染参数优选通过安装在无人机上的空气质量监测仪获得，所述静态图像和/或所述动态图像优选地通过安装在所述无人机上的相机和/或摄像机获得。

16.如权利要求10-15中任一项所述的控制装置，还包括：

异常确定单元，被配置为根据所获取的多个巡航点的空气质量信息以及已知污染源的位置信息，确定是否存在异常巡航点；以及

搜索单元，被配置为在确定存在所述异常巡航点的情况下，搜索对所述异常寻常巡航点产生污染的未知污染源。

17.如权利要求16所述的控制装置，其中，所述搜索单元被配置为：

根据风向、风速，为所述无人机规划用以搜索所述未知污染源的搜索轨迹；

控制所述无人机沿所述搜索轨迹航行，以获取所述搜索轨迹上多个搜索点的空气质量信息，并基于所述多个搜索点的空气质量信息，确定所述未知污染源的相对位置；以及

控制所述无人机从所述未知污染源的相对位置逆着所述风向航行，并且获取所述风向上各个搜索点的空气质量信息，从而确定所述未知污染源的位置；

其中，所述风向优选通过设置在所述无人机上的风向监测仪获得，和/或所述风速优选通过设置在所述无人机上的风速检测仪获得。

18.如权利要求17所述的控制装置，其中，所述多个搜索点的空气质量信息包括：在所述搜索点测量得到的空气污染指数、和/或在所述巡航点拍摄的静态图像和/或动态图像；

所述搜索单元优选还被配置为根据所述搜索轨迹与所述风向所成的角度、各个搜索点之间的距离以及所述风速对不同位置点的空气污染指数的影响，将各个所述搜索点的空气污染指数归一化到与所述风向垂直的平面上，以将该平面上空气质量最差的搜索点的位置作为所述未知污染源的相对位置；

其中，所述搜索单元优选还被配置包括：沿与所述风向垂直的方向规划所述搜索轨迹的搜索路径，和/或根据所述风速设置所述搜索路径上各个搜索点的位置。

19.如权利要求10-18所述的控制装置，其中，所述控制装置为遥控器，所述遥控器优选是VR设备、智能手机或平板、笔记型或桌上型电脑、伺服器主机。

20.一种无人机，包括：

无人机本体；以及

如权利要求10-19中任一项所述的控制装置，与所述无人机本体通信连接，以控制所述无人机本体基于所规划的巡航轨迹航行来获取所述巡航轨迹上多个巡航点的空气质量信息。

21.如权利要求20所述的无人机，还包括：空气质量监测仪、风向监测仪、风速检测仪、成像装置中的至少一个，其中，所述空气质量监测仪和/或所述成像装置安装在所述无人机本体上，所述风向监测仪和/或所述风速检测仪优选安装在所述无人机本体上。

22.一种利用多个权利要求20或21所述的无人机在监测区域进行空气监测的方法，包括：

将所述监测区域划分为多个监测子区域；以及

基于所述多个监测子区域的面积和/或所述多个监测子区域中监测点的密度、根据所述多个无人机中每个无人机的航时和监测设备的挂载，为每个所述监测子区域匹配所述多个无人机之一来对该监测子区域进行空气监测。

23.如权利要求21所述的方法，其中划分多个监测子区域包括：基于监测区域的面积和/或所述多个无人机的航时来划分多个监测子区域；和/或

其中，为每个监测子区域匹配所述多个无人机之一包括：为所述监测点的密度高的区域匹配具有大挂载能力、高航时的无人机进行空气监测。

24.一种无人机系统，包括：

多个如权利要求20或21所述的无人机；以及

调度装置，与所述多个无人机中的每一个通信连接，所述调度装置被配置为执行如权利要求22或23所述的方法。

25.一种计算机可读存储介质,包括存储于其上的计算机可执行指令，所述可执行指令在被处理器执行时实施如权利要求1-9中任一项或者权利要求22或23所述的方法。

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