CN112050812A - 车载无人机自动接力巡航系统及方法 - Google Patents

车载无人机自动接力巡航系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明所提出的一种车载无人机自动接力巡航方法及系统，包括设置有无人机降落点的机动车，及与机动车相互通讯的无人机；且机动车上设置有充电基站和等待接力巡航的备飞无人机；无人机获取任务航线进行巡航；机动车获取无人机的机身状态；机身状态至少包括无人机至少包括无人机实时工作状态、型号和电量；并根据机身状态标记正在巡航的无人机为在航无人机，标记等待巡航的无人机为备飞无人机；当剩余电量不足以完成未完成航线直至返回充电基站时，在航无人机执行返航；备飞无人机接受未完成航线任务直至完成任务航线巡航；实现机动车和无人机双动态移动情况下也能够进行接力巡航，保证任务航线的完成。

Description

车载无人机自动接力巡航系统及方法
技术领域
本发明涉及车载无人机技术领域，尤其涉及一种车载无人机自动接力巡航系统及方法。
背景技术
当前大部分的四旋翼或者多旋翼无人机均采用电力系统为其飞行巡航提供动力，其续航能力有限；大约为30分钟左右，能满足一些航拍的需要，但在部分特定场所需要实现不间断空域巡航、长距离巡航；由于电力系统续航问题，就不能很好的发挥作用。传统的旋翼无人机采用充电续航模式，即操作员将无人机降落地面，从无人机取出电池或者是直接接入充电系统进行充电；重复繁琐操作，这样既会浪费作业时间，降低作业效率。
并且在科学技术的发展中，无人机的应用场景已经不局限在定点/固定区域进行巡航；比如车载无人机就是一个新的无人机形式和新的巡航形式，具体的应用可能是在山林、广阔区域和自然灾害等场景应用；具体来讲，车载无人机是在运动的机动车上进行无人机的降落，所以如何实现两个动态事物之间的接力巡航和保证运动状态的可用电量充足是亟需解决的。
发明内容
针对上述技术中存在的如：在车载无人机的巡航中，还未有一种能够自动接力巡航的方法和系统。
具体为一种车载无人机自动接力巡航方法，包括设置有无人机降落点的机动车，及与机动车相互通讯的无人机；且机动车上设置有充电基站和等待接力巡航的备飞无人机；
无人机获取任务航线进行巡航；
机动车获取无人机的机身状态；所述机身状态至少包括无人机至少包括无人机实时工作状态、型号和电量；并根据所述机身状态标记正在巡航的无人机为在航无人机，标记等待巡航的无人机为备飞无人机；
当剩余电量不足以完成未完成航线直至返回充电基站时，在航无人机执行返航；
备飞无人机接受未完成航线任务直至完成任务航线巡航。
作为优选，在获取无人机机身状态时，根据在航无人机的工作时长和已完成航线得到电量消耗率，根据电量消耗率和在航无人机的剩余电量划定可飞行区域；机动车根据所述可飞行区域调整行进方向。
作为优选，在获取无人机机身状态时，若剩余电量不足以完成未完成航线直至返回充电基站时，所述在航无人机根据所述电量消耗率和剩余电量得出可飞行距离，通过所述可飞行区域与任务航线的交点处划定返航点，并标记所述在航无人机至所述返航点之间的任务线段为预任务航线，所述返航点至机动车之间的距离为预返航航线；若所述预任务航线和所述预返航防线的总长度大于所述可飞行距离，则缩小可飞行区域直至所述预任务航线和所述预返航防线的总长度小于所述可飞行距离；以得到实际返航点，所述在航无人机标定所述实际返航点的GPS坐标，所述在航无人机飞至所述实际返航点后执行返航。
作为优选，当所述在航无人机到达所述实际返航点后，所述机动车获取所述未完成航线任务，所述备飞无人机执行所述未完成航线任务；其中，所述未完成航线任务的起点为所述实际返航点。
作为优选，所述机动车获取每个所述备飞无人机的实时电量，通过所述电量消耗率和所述备飞无人机的实时电量选定可以完成所述为完成航线任务的所述备选无人机。
一种车载无人机自动接力巡航系统，采用所述的自动接力巡航方法；包括设置有无人机降落点的机动车，及与机动车相互通讯的无人机；且机动车上设置有充电基站和等待接力巡航的备飞无人机；
所述机动车的中控系统向无人机发布任务航线，所述无人机的飞控系统接收所述任务航线进行巡航；
所述中控系统和所述飞控系统建立通讯，获取无人机的机身状态；所述机身状态至少包括无人机至少包括无人机实时工作状态、型号和电量；并根据所述机身状态标记正在巡航的无人机为在航无人机，标记等待巡航的无人机为备飞无人机；
所述飞控系统判断剩余电量不足以完成未完成航线直至返回充电基站时，在航无人机执行返航；
所述中控系统选定备飞无人机，所述备飞无人机接受未完成航线任务直至完成任务航线巡航。
作为优选，所述在航无人机包括电池模块、三维姿态模块和处理模块；所述电池模块获取剩余电流，所述三维姿态模块获取所述在航无人机的行进方向和速度；所述处理模块根据所述剩余电量和已行进航线距离得出电量消耗率，根据电量消耗率和在航无人机的剩余电量划定可飞行区域；机动车根据所述可飞行区域调整行进方向。
作为优选，所述飞控系统还包括定位模块；在获取无人机机身状态时，若剩余电量不足以完成未完成航线直至返回充电基站时，所述在航无人机根据所述电量消耗率和剩余电量得出可飞行距离，通过所述可飞行区域与任务航线的交点处划定返航点，并标记所述在航无人机至所述返航点之间的任务线段为预任务航线，所述返航点至机动车之间的距离为预返航航线；若所述预任务航线和所述预返航防线的总长度大于所述可飞行距离，则缩小可飞行区域直至所述预任务航线和所述预返航防线的总长度小于所述可飞行距离；以得到实际返航点，所述在航无人机标定所述实际返航点的GPS坐标，所述在航无人机飞至所述实际返航点后执行返航。
作为优选，所述备飞无人机与所述在航无人机系统架构一致；当所述在航无人机到达所述实际返航点后，所述机动车获取所述未完成航线任务，所述备飞无人机执行所述未完成航线任务；其中，所述未完成航线任务的起点为所述实际返航点。
作为优选，所述机动车获取每个所述备飞无人机的实时电量，通过所述电量消耗率和所述备飞无人机的实时电量选定可以完成所述为完成航线任务的所述备选无人机。
本发明的有益效果是：本发明所提出的一种车载无人机自动接力巡航方法及系统，包括设置有无人机降落点的机动车，及与机动车相互通讯的无人机；且机动车上设置有充电基站和等待接力巡航的备飞无人机；无人机获取任务航线进行巡航；机动车获取无人机的机身状态；机身状态至少包括无人机至少包括无人机实时工作状态、型号和电量；并根据机身状态标记正在巡航的无人机为在航无人机，标记等待巡航的无人机为备飞无人机；当剩余电量不足以完成未完成航线直至返回充电基站时，在航无人机执行返航；备飞无人机接受未完成航线任务直至完成任务航线巡航；实现机动车和无人机双动态移动情况下也能够进行接力巡航，保证任务航线的完成。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为本发明的系统架构图；
图3为本发明划定可飞区域示意图。
主要元件符号说明如下：
1、中空系统；11、机动车通讯模块；2、飞控系统；21、电池模块；22、三维姿态模块；A、实际返航点；B、可飞行区域；C、未完成航线；D、已完成航线；E、备飞无人机。
具体实施方式
为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。
在现在的无人机巡航任务中，多为固定点放出无人机进行任务航线的巡航；而这种“点对点式”的常规通信方式，有效距离只有几公里，并且很容易受到山体、高大建筑的遮挡和城市复杂电磁环境的干扰，往往只能够从任务现场起飞，那么也就是说，固定点放出飞机的作业半径只有1-2公里，极大的束缚了应急响应能力和作业能力；而车载式无人机，能够使得回收点和放出点都是动态可动的，并且可以随机应变的移动；以适应无人机的巡航，所以其作业半径可以随之增大，并且车载式可以搭载充电停机坪，直接设置有备用飞机进行接力巡航；在这个前提下，自动接力巡航就显得非常之重要，并且各种作业环境均不相同，不能将无人机的理想航飞距离作为真实可飞距离，因为其中收到天气、地理位置、风速等不可控条件的影响；所以需要一种自动接力巡航的方法来确保无人机在不同状态下均能保证接力巡航且完成任务航线。
具体为一种车载无人机自动接力巡航方法，请参阅图1，包括设置有无人机降落点的机动车，及与机动车相互通讯的无人机；且机动车上设置有充电基站和等待接力巡航的备飞无人机；
无人机获取任务航线进行巡航；
机动车获取无人机的机身状态；机身状态至少包括无人机至少包括无人机实时工作状态、型号和电量；并根据机身状态标记正在巡航的无人机为在航无人机，标记等待巡航的无人机为备飞无人机；
当剩余电量不足以完成未完成航线直至返回充电基站时，在航无人机执行返航；
备飞无人机接受未完成航线任务直至完成任务航线巡航。因为无人机自动巡航时是在交替进行工作，所以在飞无人机和备飞无人机可能会出现重复交替的状况，所以机动车上的中控系统对无人机的通讯控制前提应当是对无人机机身状态进行划分，而不能仅依靠优先编号进行指派；这样在发出命令时会更加的准确，不会出现仅仅依靠编号而发出相反命令的情况。同时，在在飞无人机判断自身的电量不足以满足其执行完任务航线并回到停机坪时，应当立即或者执行一定任务航线后执行返航，而这个选择的判断，应当是无人机与机动车距离、以及剩余电量的一个综合判断下才能做出的；因为在外巡航，无人机的电量应当充分利用，所以在有限条件下，应当让无人机在可返回的前提下继续执行一段任务航线。
在本实施例中，请参阅图3，在获取无人机机身状态时，根据在航无人机的工作时长和已完成航线得到电量消耗率，根据电量消耗率和在航无人机的剩余电量划定可飞行区域；机动车根据可飞行区域调整行进方向。因为无人机处于空中飞行，势必收到天气影响，比如大风、小雨、下雪等不可控情况，那么在这种情况下不能以额定消耗进行航线的划定，因为其实际消耗会高于额定消耗，所以在在飞无人机飞行过程中，通过飞行时长、飞行距离和电量消耗得到实时的电量消耗率，进行剩余电量的可飞行区域划定。至少满足在当前坐标点位直接进行返航也可，所以实时电量消耗率十分重要，并且任务航线的方向一般不会做太大改变，所以能够在当前行进方向上预估剩余电量可以飞行的一个范围；若无人机迎风飞行，那么以无人机为原点划定的可飞行区域就形成一个梭形范围，且无人机的迎风方向区域小于后方顺风区域。所以其在划定可飞行区域时会呈现一个不规则区域。
在本实施例中，在获取无人机机身状态时，若剩余电量不足以完成未完成航线直至返回充电基站时，在航无人机根据电量消耗率和剩余电量得出可飞行距离，通过可飞行区域与任务航线的交点处划定返航点，并标记在航无人机至返航点之间的任务线段为预任务航线，返航点至机动车之间的距离为预返航航线；若预任务航线和预返航防线的总长度大于可飞行距离，则缩小可飞行区域直至预任务航线和预返航防线的总长度小于可飞行距离；以得到实际返航点，在航无人机标定实际返航点的GPS坐标，在航无人机飞至实际返航点后执行返航。因为仅仅划定可飞行区域，无人机若直接在该点返航就会浪费一部分电量，为了能继续巡航一定任务航线距离时还能返回到机动车停机坪，那么在划定可飞行区域时，任务航线一定会与可飞行区域的边界有交点，所以保证交点处能飞回机动车停机坪即可，同时机动车是运动状态，所以在划定有返航点后，能够通过很具体的两个线段——在飞无人机到返航点，返航点到机动车实时位置的计算判断在飞无人机能够在该返航点进行返航，若不能，则同步将返航点推移接近在飞无人机，从而确定出实际可用的返航点。
在本实施例中，当在航无人机到达实际返航点后，机动车获取未完成航线任务，备飞无人机执行未完成航线任务；其中，未完成航线任务的起点为实际返航点。备份无人机的任务航线的起点直接定义为实际返航点，终点定义为原始任务航线的终点，达到接力巡航的目的。
在本实施例中，机动车获取每个备飞无人机的实时电量，通过电量消耗率和备飞无人机的实时电量选定可以完成为完成航线任务的备选无人机。因为备飞无人机也可能是刚完成巡航任务正在充电的无人机，所以必须确定其现有电量能够在这种电量消耗率下完成未完成任务航线；并且优先选择能够一次性完成任务的备飞无人机，减少资源消耗。
还公开有一种车载无人机自动接力巡航系统，请参阅图2，采用上述自动接力巡航方法；包括设置有无人机降落点的机动车，及与机动车相互通讯的无人机；且机动车上设置有充电基站和等待接力巡航的备飞无人机；
机动车的中控系统1向无人机发布任务航线，无人机的飞控系统接收任务航线进行巡航；
中控系统1和飞控系统2通过各自系统中的通讯模块建立通讯，获取无人机的机身状态；机身状态至少包括无人机至少包括无人机实时工作状态、型号和电量；并根据机身状态标记正在巡航的无人机为在航无人机，标记等待巡航的无人机为备飞无人机；
飞控系统2判断剩余电量不足以完成未完成航线直至返回充电基站时，在航无人机执行返航；
中控系统1选定备飞无人机，备飞无人机接受未完成航线任务直至完成任务航线巡航。
在本实施例中，在航无人机包括电池模块21、三维姿态模块22和处理模块23；电池模块获取剩余电流，三维姿态模块22获取在航无人机的行进方向和速度；处理模块根据剩余电量和已行进航线距离得出电量消耗率，根据电量消耗率和在航无人机的剩余电量划定可飞行区域；机动车根据可飞行区域调整行进方向。
在本实施例中，飞控系统2还包括定位模块；在获取无人机机身状态时，若剩余电量不足以完成未完成航线直至返回充电基站时，在航无人机根据电量消耗率和剩余电量得出可飞行距离，通过可飞行区域与任务航线的交点处划定返航点，并标记在航无人机至返航点之间的任务线段为预任务航线，返航点至机动车之间的距离为预返航航线；若预任务航线和预返航防线的总长度大于可飞行距离，则缩小可飞行区域直至预任务航线和预返航防线的总长度小于可飞行距离；以得到实际返航点，在航无人机标定实际返航点的GPS坐标，在航无人机飞至实际返航点后执行返航。
在本实施例中，备飞无人机与在航无人机系统架构一致；当在航无人机到达实际返航点后，机动车获取未完成航线任务，备飞无人机执行未完成航线任务；其中，未完成航线任务的起点为实际返航点。
在本实施例中，机动车的中控系统1获取每个备飞无人机的实时电量，通过电量消耗率和备飞无人机的实时电量选定可以完成为完成航线任务的备选无人机。
本发明的优势在于：
1）通过动态的可飞行区域划定，得出实际返航点，保证在飞无人机能够充分利用能源并成功返航；
2）在航无人机执行返航；备飞无人机接受未完成航线任务直至完成任务航线巡航；实现机动车和无人机双动态移动情况下也能够进行接力巡航，保证任务航线的完成。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种车载无人机自动接力巡航方法，其特征在于，包括设置有无人机降落点的机动车，及与机动车相互通讯的无人机；且机动车上设置有充电基站和等待接力巡航的备飞无人机；
无人机获取任务航线进行巡航；
机动车获取无人机的机身状态；所述机身状态至少包括无人机至少包括无人机实时工作状态、型号和电量；并根据所述机身状态标记正在巡航的无人机为在航无人机，标记等待巡航的无人机为备飞无人机；
当剩余电量不足以完成未完成航线直至返回充电基站时，在航无人机执行返航；
备飞无人机接受未完成航线任务直至完成任务航线巡航。
2.根据权利要求1所述的车载无人机自动接力巡航方法，其特征在于，在获取无人机机身状态时，根据在航无人机的工作时长、已完成航线及消耗电量值得到电量消耗率，根据电量消耗率和在航无人机的剩余电量划定可飞行区域；机动车根据所述可飞行区域调整行进方向。
3.根据权利要求2所述的车载无人机自动接力巡航方法，其特征在于，在获取无人机机身状态时，若剩余电量不足以完成未完成航线直至返回充电基站时，所述在航无人机根据所述电量消耗率和剩余电量得出可飞行距离，通过所述可飞行区域与任务航线的交点处划定返航点，并标记所述在航无人机至所述返航点之间的任务线段为预任务航线，所述返航点至机动车之间的距离为预返航航线；若所述预任务航线和所述预返航防线的总长度大于所述可飞行距离，则缩小可飞行区域直至所述预任务航线和所述预返航防线的总长度小于所述可飞行距离；以得到实际返航点，所述在航无人机标定所述实际返航点的GPS坐标，所述在航无人机飞至所述实际返航点后执行返航。
4.根据权利要求3所述的车载无人机自动接力巡航方法，其特征在于，当所述在航无人机到达所述实际返航点后，所述机动车获取所述未完成航线任务，所述备飞无人机执行所述未完成航线任务；其中，所述未完成航线任务的起点为所述实际返航点。
5.根据权利要求4所述的车载无人机自动接力巡航方法，其特征在于，所述机动车获取每个所述备飞无人机的实时电量，通过所述电量消耗率和所述备飞无人机的实时电量选定可以完成所述为完成航线任务的所述备选无人机。
6.一种车载无人机自动接力巡航系统，采用权利要求1-5任一项所述的自动接力巡航方法；包括设置有无人机降落点的机动车，及与机动车相互通讯的无人机；且机动车上设置有充电基站和等待接力巡航的备飞无人机；
所述机动车的中控系统向无人机发布任务航线，所述无人机的飞控系统接收所述任务航线进行巡航；
所述中控系统和所述飞控系统建立通讯，获取无人机的机身状态；所述机身状态至少包括无人机至少包括无人机实时工作状态、型号和电量；并根据所述机身状态标记正在巡航的无人机为在航无人机，标记等待巡航的无人机为备飞无人机；
所述飞控系统判断剩余电量不足以完成未完成航线直至返回充电基站时，在航无人机执行返航；
所述中控系统选定备飞无人机，所述备飞无人机接受未完成航线任务直至完成任务航线巡航。
7.根据权利要求1所述的车载无人机自动接力巡航方法，其特征在于，所述在航无人机包括电池模块、三维姿态模块和处理模块；所述电池模块获取剩余电流，所述三维姿态模块获取所述在航无人机的行进方向和速度；所述处理模块根据所述剩余电量和已行进航线距离得出电量消耗率，根据电量消耗率和在航无人机的剩余电量划定可飞行区域；机动车根据所述可飞行区域调整行进方向。
8.根据权利要求7所述的车载无人机自动接力巡航方法，其特征在于，所述飞控系统还包括定位模块；在获取无人机机身状态时，若剩余电量不足以完成未完成航线直至返回充电基站时，所述在航无人机根据所述电量消耗率和剩余电量得出可飞行距离，通过所述可飞行区域与任务航线的交点处划定返航点，并标记所述在航无人机至所述返航点之间的任务线段为预任务航线，所述返航点至机动车之间的距离为预返航航线；若所述预任务航线和所述预返航防线的总长度大于所述可飞行距离，则缩小可飞行区域直至所述预任务航线和所述预返航防线的总长度小于所述可飞行距离；以得到实际返航点，所述在航无人机标定所述实际返航点的GPS坐标，所述在航无人机飞至所述实际返航点后执行返航。
9.根据权利要求8所述的车载无人机自动接力巡航方法，其特征在于，所述备飞无人机与所述在航无人机系统架构一致；当所述在航无人机到达所述实际返航点后，所述机动车获取所述未完成航线任务，所述备飞无人机执行所述未完成航线任务；其中，所述未完成航线任务的起点为所述实际返航点。
10.根据权利要求9所述的车载无人机自动接力巡航方法，其特征在于，所述机动车获取每个所述备飞无人机的实时电量，通过所述电量消耗率和所述备飞无人机的实时电量选定可以完成所述为完成航线任务的所述备选无人机。
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