CN112162307B - 航向异常检测与安全保护方法、装置、设备和存储介质 - Google Patents

航向异常检测与安全保护方法、装置、设备和存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种航向异常检测与安全保护方法、装置、设备和存储介质。该方法包括：当无人机处于飞行场景时，获取磁罗盘关联数据、至少一项实时动态RTK关联数据和陀螺仪数据；根据所述磁罗盘关联数据，判断所述无人机的磁航向是否异常，根据所述至少一项RTK关联数据，判断所述无人机的RTK航向是否异常，并根据所述陀螺仪数据和磁航向，判断所述无人机的实时融合航向是否异常；如果确定磁航向、RTK航向以及实时融合航向中至少一项存在异常，则执行至少一项安全保护措施。使用过本发明的技术方案，可以实现准确、稳定的进行无人机航向异常检测和安全保护，并在航向异常时进行及时、有效的安全保护，提高无人机的飞行安全性。

Description

航向异常检测与安全保护方法、装置、设备和存储介质
技术领域
本发明实施例涉及无人机技术，尤其涉及一种航向异常检测与安全保护方法、装置、设备和存储介质。
背景技术
无人机在执行飞行作业的过程中，需要对航向进行实时检测，以便及时修正航向，提高飞行安全性。
对于主要作业于低空区域的微小型无人机，通常通过由磁罗盘观测初始航向角，由陀螺仪观测偏航角速度进而计算航向角误差的方式测量航向，或通过RTK(Real-timekinematic，实时动态)双天线测向技术测量航向。其中，RTK双天线测向技术通过实时计算两个天线相位中心连线与真北方向之间的夹角计算当前航向。现有技术中测量航向的方式，在遇到机身内部或外部环境磁场变化干扰时，或遇到航向测量设备异常等情况时，测量精度下降，影响无人机的飞行安全。
发明内容
本发明实施例提供一种航向异常检测与安全保护方法、装置、设备和存储介质，以实现准确、稳定的进行无人机航向检测，并在航向异常时进行及时、有效的安全保护，提高无人机的飞行安全性。
第一方面，本发明实施例提供了一种航向异常检测与安全保护方法，该方法包括：
当无人机处于飞行场景时，获取磁罗盘关联数据、至少一项实时动态RTK关联数据和陀螺仪数据；
根据所述磁罗盘关联数据，判断所述无人机的磁航向是否异常，根据所述至少一项RTK关联数据，判断所述无人机的RTK航向是否异常，并根据所述陀螺仪数据和磁航向，判断所述无人机的实时融合航向是否异常；
如果确定磁航向、RTK航向以及实时融合航向中至少一项存在异常，则执行至少一项安全保护措施。
第二方面，本发明实施例还提供了一种航向异常检测与安全保护方法，该方法包括：
当无人机处于地面场景时，获取磁罗盘关联数据和至少一项RTK关联数据；
根据所述磁罗盘关联数据，判断所述无人机的磁航向是否异常，并根据所述至少一项RTK关联数据判断所述无人机的RTK航向是否异常；
如果确定磁航向和RTK航向均存在异常，则对用户进行航向异常提示，并锁定所述无人机的飞行装置。
第三方面，本发明实施例还提供了一种航向异常检测与安全保护装置，该装置包括：
飞行场景数据获取模块，用于当无人机处于飞行场景时，获取磁罗盘关联数据、至少一项实时动态RTK关联数据和陀螺仪数据；
飞行场景航向异常判断模块，用于根据所述磁罗盘关联数据，判断所述无人机的磁航向是否异常，根据所述至少一项RTK关联数据，判断所述无人机的RTK航向是否异常，并根据所述陀螺仪数据和磁航向，判断所述无人机的实时融合航向是否异常；
飞行场景安全保护模块，用于如果确定磁航向、RTK航向以及实时融合航向中至少一项存在异常，则执行至少一项安全保护措施。
第四方面，本发明实施例还提供了一种航向异常检测与安全保护装置，该装置包括：
地面场景数据获取模块，用于当无人机处于地面场景时，获取磁罗盘关联数据和至少一项RTK关联数据；
地面场景航向异常判断模块，用于根据所述磁罗盘关联数据，判断所述无人机的磁航向是否异常，并根据所述至少一项RTK关联数据判断所述无人机的RTK航向是否异常；
地面场景安全保护模块，用于如果确定磁航向和RTK航向均存在异常，则对用户进行航向异常提示，并锁定所述无人机的飞行装置。
第五方面，本发明实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明实施例中任一所述的航向异常检测与安全保护方法。
第六方面，本发明实施例还提供了一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如本发明实施例中任一所述的航向异常检测与安全保护方法。
本发明实施例通过在无人机飞行过程中获取磁罗盘关联数据、RTK关联数据和陀螺仪数据，并分别判断磁航向、RTK航向和实时融合航向是否异常，当至少一项异常时，执行对应的安全保护措施。解决了现有技术中测量航向的方式，在遇到磁场变化干扰或测量设备异常等异常情况时，测量精度下降，安全性较差的问题，实现了准确、稳定的进行无人机航向检测，并在航向异常时进行及时、有效的安全保护，提高了无人机的飞行安全性。
附图说明
图1是本发明实施例一中的一种航向异常检测与安全保护方法的流程图；
图2是本发明实施例二中的一种航向异常检测与安全保护方法的流程图；
图3a是本发明实施例三中的一种航向异常检测与安全保护方法的流程图；
图3b是本发明具体适用场景一中的一种地面安全保护方法的流程图；
图3c是本发明具体适用场景一中的一种多磁罗盘检测方法的流程图；
图3d是本发明具体适用场景一中的一种单磁罗盘检测方法的流程图；
图3e是本发明具体适用场景一中的一种空中安全保护方法的流程图；
图4是本发明实施例四中的一种航向异常检测与安全保护装置的结构示意图；
图5是本发明实施例五中的一种航向异常检测与安全保护装置的结构示意图；
图6是本发明实施例六中的一种计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1是本发明实施例一提供的一种航向异常检测与安全保护方法的流程图，本实施例可适用于在无人机飞行过程中进行航向异常检测，并在航向异常时进行安全保护的情况，该方法可以由航向异常检测与安全保护装置来执行，该装置可以由软件和/或硬件来实现，并一般集成在计算机设备中，与磁罗盘、陀螺仪以及RTK设备等检测设备配合使用。
如图1所示，本发明实施例的技术方案，具体包括如下步骤：
S110、当无人机处于飞行场景时，获取磁罗盘关联数据、至少一项实时动态RTK关联数据和陀螺仪数据。
其中，磁罗盘关联数据是磁罗盘观测得到的数据。RTK关联数据是指与RTK设备相关的数据。
在本发明实施例中，无人机当前所处的场景不同，与判断航向是否异常相关的数据也不同。当无人机处于飞行场景时，需要获取磁罗盘关联数据、RTK关联数据以及陀螺仪数据。
S120、根据所述磁罗盘关联数据，判断所述无人机的磁航向是否异常，根据所述至少一项RTK关联数据，判断所述无人机的RTK航向是否异常，并根据所述陀螺仪数据和磁航向，判断所述无人机的实时融合航向是否异常。
其中，磁航向是指根据磁罗盘关联数据获得的无人机航向，RTK航向是指根据RTK关联数据获得的无人机航向，实时融合航向是指根据陀螺仪数据和磁航向根据导航融合算法等方式计算得到的航向，也称真航向，是无人机进行飞行控制作业时使用的航向。
在本发明实施例中，将磁航向、RTK航向和实时融合航向相结合，综合判断无人机当前航向是否异常，可以保证三种方式获得的无人机航向互相补充判断，提高了无人机航向检测的准确性。
在本发明一个可选的实施例中，根据所述至少一项RTK关联数据，判断所述无人机的RTK航向是否异常，包括：如果确定各所述RTK关联数据中的至少一项存在异常，则确定所述无人机的RTK航向异常；其中，所述RTK关联数据包括：RTK航向状态数据和RTK航向设备安装状态数据，所述RTK航向状态数据包括设备存在状态数据、设备通信状态数据以及数据异常状态数据。
其中，RTK航向状态数据用于判断RTK航向是否可能发生异常。RTK航向设备安装状态数据用于判断RTK设备的安装状态是否正常。
在本发明实施例中，RTK航向的解算与RTK的双天线测量位置有关，如果两个天线的安装位置颠倒，会导致RTK航向数据反向，因此，需要通过RTK航向设备安装状态数据判断RTK的双天线安装状态是否正常。示例性的，可以通过磁航向与RTK航向之间的差值是否在预设误差范围内进行判断，如果是，则说明RTK双天线安装正常，否则说明RTK双天线安装异常。
设备存在状态数据用于判断RTK设备是否存在，设备通信状态数据用于判断RTK航向数据流是否中断，从而判断RTK设备的通信状态是否异常。数据异常状态数据用于通过RTK航向标准差判断RTK航向的有效性状态。
在本发明实施例中，只要至少一项RTK关联数据存在异常，则说明RTK航向也存在异常。
S130、如果确定磁航向、RTK航向以及实时融合航向中至少一项存在异常，则执行至少一项安全保护措施。
在本发明实施例中，根据不同的航向异常等级，执行不同的安全保护措施。这样设置可以提高无人机在飞行过程中出现航向异常状况后的可控性。
在本发明一个可选的实施例中，如果确定磁航向、RTK航向以及实时融合航向中至少一项存在异常，则执行至少一项安全保护措施，包括：如果确定磁航向或者RTK航向存在异常，则对用户进行航向异常提示；如果确定磁航向和RTK航向均存在异常，则对所述无人机进行控制弱化和/或模式退化处理，并对用户进行航向异常提示；如果确定实时融合航向存在异常，则对所述无人机进行控制弱化和模式退化处理，并对用户进行航向异常提示。
其中，模式退化是指在航向异常时，将无人机由自主飞行模式逐步切换至手动操作模式的过程。控制弱化是指在航向异常时，对无人机的位置和姿态控制进行弱化，从而降低无人机飞行机动性的过程。
在本发明实施例中，当无人机处于飞行场景时，根据异常状况等级进行不同的安全保护措施。当磁航向和RTK航向其中一种出现异常时，由于未出现异常的航向数据源可以正常运行，因此对用户进行航向异常提示，可以继续准确进行无人机航向检测，在保证无人机飞行安全的同时，可以保证无人机的基础飞行能力。当磁航向和RTK航向同时出现异常时，无人机无法继续进行飞行作业，因此对无人机进行模式退化和/或控制弱化处理，并进行异常提示，以保证无人机的飞行安全。无论磁航向和RTK航向是否异常，只要实时融合航向存在异常，则说明此时无人机无法再根据实时融合航向进行飞行控制作业，因此需要对无人机进行模式退化和控制弱化处理，并进行异常提示，以保证无人机的飞行安全。
本实施例的技术方案，通过在无人机飞行过程中获取磁罗盘关联数据、RTK关联数据和陀螺仪数据，并分别判断磁航向、RTK航向和实时融合航向是否异常，当至少一项异常时，执行对应的安全保护措施。解决了现有技术中测量航向的方式，在遇到磁场变化干扰或测量设备异常等异常情况时，测量精度下降，安全性较差的问题，实现了准确、稳定的进行无人机航向检测，并在航向异常时进行及时、有效的安全保护，提高了无人机的飞行安全性。
实施例二
图2是本发明实施例二提供的一种航向异常检测与安全保护方法的流程图，本发明实施例在上述实施例的基础上，对根据磁罗盘关联数据判断磁航向是否异常的过程、根据RTK关联数据判断RTK航向是否异常的过程、根据陀螺仪数据和磁航向判断实时融合航向是否异常的过程以及异常时执行安全保护措施的过程进行了进一步的具体化。
相应的，如图2所示，本发明实施例的技术方案，具体包括如下步骤：
S210、当无人机处于飞行场景时，获取所述无人机周围环境的磁场强度作为所述磁罗盘关联数据。
在本发明实施例中，无人机在飞行过程中，需要根据磁罗盘、陀螺仪以及RTK设备三种数据源获取的数据，对无人机的航向进行综合检测。
S220、获取至少一项实时动态RTK关联数据。
其中，所述RTK关联数据包括：RTK航向状态数据和RTK航向设备安装状态数据，所述RTK航向状态数据包括设备存在状态数据、设备通信状态数据以及数据异常状态数据。
S230、获取所述无人机的航向偏转角速度作为陀螺仪数据。
其中，航向偏转角速度是由陀螺仪检测得到的数据，航向偏转角速度用于辅助判断无人机的实时融合航向是否正常。
S240、根据磁场强度，计算磁场强度模值。
示例性的，可以通过以下公式计算磁场强度模值：
Figure BDA0002692517380000061
其中，M是磁场强度模值，magx、magy以及magz是经过校准参数矩阵校准后的磁场强度。
S250、获取校准参数矩阵，根据磁场强度和校准参数矩阵计算磁航向。
其中，校准参数矩阵是预先存储的，用于进行磁场强度校准的参数矩阵。磁场强度经校准参数矩阵校准后，再经过预设的三角函数运算，可以得到磁航向。
S260、判断是否磁场强度模值和/或磁航向不满足阈值条件，如果是，则执行S270，否则执行S280。
在本发明实施例中，在本发明实施例中，当磁航向残差大于等于预设的磁航向残差阈值时，满足阈值条件。当磁场强度模值与预存的标准磁场强度模值之间的差值，大于等于预设的差值阈值时，满足阈值条件。当磁场强度模值和磁航向至少一项不满足阈值条件时，则确定无人机的磁航向异常。
需要进行说明的是，S240-S260中同时计算磁航向和磁场强度模值，并通过磁航向和磁场强度模值综合判断磁航向是否异常，只是本发明实施例中的一种实施方式，还可以设置为只计算磁航向或者磁场强度模值，并在其满足阈值条件时，即确定磁航向异常，本发明实施例对此不进行限制。
S270、确定磁航向异常。
S280、判读各所述RTK关联数据中是否至少一项存在异常，如果是，则执行S290，否则执行S2100。
S290、确定所述无人机的RTK航向异常。
在本发明实施例中，当至少一项RTK关联数据存在异常时，无人机的RTK航向异常。
S2100、将航向偏转角速度和磁航向输入至卡尔曼观测器中，获得所述卡尔曼观测器输出的磁航向残差。
其中，卡尔曼观测器用于输出实时融合航向以及磁航向残差，磁航向残差是指磁航向的观测值与实时融合航向之间的差值，磁航向残差的大小可以用于表示实时融合航向的可靠程度。
S2110、判断所述磁航向残差是否大于等于预设残差阈值，如果是，则执行S2120，否则执行S2130。
S2120、确定所述无人机的实时融合航向异常。
在本发明实施例中，当磁航向残差大于等于预设残差阈值时，确定无人机的实时融合航向异常。
S2130、判断实时融合航向是否存在异常，如果是，则执行S2140，否则执行S2150。
在本发明实施例中，实时融合航向异常是等级最高的航向异常，当确定实时融合航向异常时，直接对无人机进行控制弱化和模式退化处理，并对用户进行航向异常提示。
S2140、对所述无人机进行控制弱化和模式退化处理，并对用户进行航向异常提示。
S2150、判断磁航向和RTK航向是否均存在异常，如果是，则执行S2160，否则执行S2170。
在本发明实施例中，实时融合航向正常，但磁航向和RTK航向均存在异常时，则对所述无人机进行控制弱化和/或模式退化处理，并对用户进行航向异常提示。
S2160、对所述无人机进行控制弱化和/或模式退化处理，并对用户进行航向异常提示。
S2170、判断是否磁航向或者RTK航向存在异常，如果是，则执行S2180，否则执行S2190。
在本发明实施例中，实时融合航向正常，磁航向或者RTK航向中的一项存在异常，是等级较低的航向异常状况，此时仍存在可用的数据源，无人机仍处于可控状态，可以只对用户进行航向异常提示。
S2180、对用户进行航向异常提示。
S2190、结束。
本实施例的技术方案，通过在无人机飞行过程中获取磁罗盘关联数据、RTK关联数据和陀螺仪数据，并分别根据磁罗盘关联数据判断磁航向是否异常、根据RTK关联数据判断RTK航向是否异常，以及根据陀螺仪数据和磁航向判断实时融合航向是否异常，当至少一项异常时，根据异常等级执行对应的安全保护措施。解决了现有技术中测量航向的方式，在遇到磁场变化干扰或测量设备异常等异常情况时，测量精度下降，安全性较差的问题，实现了准确、稳定的进行无人机航向检测，并在航向异常时进行及时、有效的安全保护，提高了无人机的飞行安全性。
实施例三
图3a是本发明实施例三提供的一种航向异常检测与安全保护方法的流程图，本实施例可适用于在无人机处于地面时进行航向异常检测，并在航向异常时进行安全保护的情况，该方法可以由航向异常检测与安全保护装置来执行，该装置可以由软件和/或硬件来实现，并一般集成在计算机设备中，与磁罗盘和RTK设备等检测设备配合使用。
如图3a所示，本发明实施例的技术方案，具体包括如下步骤：
S310、当无人机处于地面场景时，获取磁罗盘关联数据和至少一项RTK关联数据。
RTK关联数据包括：RTK航向状态数据和RTK航向设备安装状态数据，所述RTK航向状态数据包括设备存在状态数据、设备通信状态数据以及数据异常状态数据。
可选的，获取磁罗盘关联数据，可以包括：获取所述无人机周围环境的磁场强度作为所述磁罗盘关联数据。
在本发明实施例中，当无人机处于地面场景时，将磁场强度作为磁罗盘关联数据，用于检测地面磁场对磁航向的干扰。
S320、根据所述磁罗盘关联数据，判断所述无人机的磁航向是否异常，并根据所述至少一项RTK关联数据判断所述无人机的RTK航向是否异常。
可选的，根据所述磁罗盘关联数据，判断所述无人机的磁航向是否异常，可以包括：根据所述磁场强度，采用与所述无人机的磁罗盘数量匹配的异常检测算法，判断磁航向是否异常。
在本发明实施例中，检测无人机的当前磁罗盘数量，当无人机配置多个磁罗盘时，采用多磁罗盘检测方法判断磁航向是否正常；当无人机只配置一个磁罗盘时，采用单磁罗盘检测方法判断磁航向是否正常。
当采用多磁罗盘检测方法判断磁航向是否正常时，获取设置在无人机不同高度的两个磁罗盘检测得到的磁场强度，根据两个磁场强度分别计算对应的磁航向和磁场强度模值，具体计算过程同上。当两个磁航向之间的差值大于等于预设磁航向差值阈值时，和/或两个磁场强度模值之间的差值大于等于预设磁场强度模值差值阈值时，确定磁航向异常。
当采用单磁罗盘检测方法判断磁航向是否正常时，获取磁场强度，计算磁场强度模值，当磁场强度模值与预存的标准磁场强度模值之间的差值大于等于预设差值阈值时，向用户进行异常检测提示。在预设时间段内，获取均匀选取的多个磁场强度，根据各磁场强度计算与各磁场强度对应的磁场强度模值，并根据各磁场强度模值计算模值均方差。当模值均方差大于等于均方差阈值时，确定磁航向异常。
可选的，根据所述至少一项RTK关联数据判断所述无人机的RTK航向是否异常，可以包括：如果确定各所述RTK关联数据中的至少一项存在异常，则确定所述无人机的RTK航向异常；
S330、如果确定磁航向和RTK航向均存在异常，则对用户进行航向异常提示，并锁定所述无人机的飞行装置。
在本发明实施例中，当磁航向和RTK航向中，至少一种出现异常，即禁止解锁无人机的飞行装置，阻止无人机进行飞行作业，并对用户进行航向异常提示。
可选的，还可以在确定RTK航向设备安装状态数据异常之后，即执行对用户进行航向异常提示，并锁定所述无人机的飞行装置的操作。当RTK航向设备安装状态数据异常时，说明此时RTK的双天线安装错误，此时应禁止无人机飞行装置开启，并提示用户修正RTK的双天线安装状态。
本实施例的技术方案，通过在无人机处于地面时，获取磁罗盘关联数据和RTK关联数据，并分别判断磁航向、RTK航向是否异常，在磁航向和RTK航向均异常时，执行对应的安全保护措施。解决了现有技术中测量航向的方式，在遇到磁场变化干扰或测量设备异常等异常情况时，测量精度下降，安全性较差的问题，实现了准确、稳定的进行无人机航向检测，并在航向异常时进行及时、有效的安全保护，阻止无人机继续进行飞行作业，从而在另一个层面上保证了无人机的飞行安全性。
具体适用场景一
图3b是本发明具体适用场景一提供的一种地面安全保护方法的流程图，该方法可以适用于无人机处于地面场景时的场景，如图3b所示，该方法包括：
S1、通过RTK航向设备安装状态数据判断RTK天线是否安装正常，如果是，则执行S2，否则执行S4。
S2、通过RTK航向状态数据判断RTK航向是否正常，如果是，则执行S5，否则执行S3。
S3、判断磁航向是否正常，如果是，则执行S5，否则执行S4。
S4、锁定无人机飞行装置，并对用户进行航向异常提示。
S5、结束。
相应的，当无人机处于地面场景时，判断磁航向是否正常的方式，又可以根据无人机所配置的磁罗盘数量来决定。当无人机配置多个磁罗盘时，采用多磁罗盘检测方法判断磁航向是否正常；当无人机只配置一个磁罗盘时，采用单磁罗盘检测方法判断磁航向是否正常。
图3c提供了一种多磁罗盘检测方法的流程图，如图3c所示，该方法的步骤包括：
S10、获取无人机上两个磁罗盘分别对应的磁场强度。
S20、根据各磁场强度和校准参数矩阵获得各磁罗盘对应的磁航向。
S30、根据各磁场强度计算各磁罗盘对应的磁场强度模值。
S40、判断各磁航向之间的差值是否大于等于预设磁航向差值阈值，如果是，则执行S60，否则执行S50。
S50、判断各磁场强度模值之间的差值是否大于等于预设磁场强度模值差值阈值，如果是，则执行S60，否则执行S70。
S60、确定磁航向异常。
S70、结束。
图3d提供了一种单磁罗盘检测方法的流程图，如图3d所示，该方法的步骤包括：
S100、获取磁场强度和标准磁场强度模值。
S200、根据磁场强度计算磁场强度模值。
S300、判断磁场强度模值与标准磁场强度模值之间的差值是否大于等于预设差值阈值，如果是，则执行S400，否则执行S900。
S400、对用户进行异常检测提示。
S500、在预设时间段内，获取均匀选取的多个磁场强度。
S600、根据各磁场强度计算与各磁场强度对应的磁场强度模值，并根据各磁场强度模值计算模值均方差。
S700、判断均方差是否大于等于均方差阈值，如果是，则执行S800，否则执行S900。
S800、确定磁航向异常。
S900、结束。
图3e是本发明具体适用场景一提供的一种空中安全保护方法的流程图，该方法可以适用于无人机处于空中场景时的场景，如图3e所示，该方法包括：
S101、通过RTK关联数据判断RTK航向是否异常。
S102、通过磁罗盘关联数据判断磁航向是否异常。
S103、通过陀螺仪数据和磁航向，判断实时融合航向是否异常。
S104、判断实时融合航向是否异常，如果是，则执行S105，否则执行S106。
S105、对无人机进行控制弱化和模式退化处理，并对用户进行航向异常提示。
S106、判断是否RTK航向和磁航向都存在异常，如果是，则执行S107，否则执行108。
S107、对无人机进行模式退化和/或控制弱化处理，并对用户进行航向异常提示。
S108、判断是否RTK航向或者磁罗盘航向存在异常，如果是，则执行S109，否则执行S1010。
S109、对用户进行航向异常提示。
S1010、结束。
实施例四
图4是本发明实施例四提供的一种航向异常检测与安全保护装置的结构示意图，该装置可以由软件和/或硬件来实现，并一般集成在计算机设备中，与磁罗盘、陀螺仪以及RTK设备等检测设备配合使用。该装置包括：飞行场景数据获取模块410、飞行场景航向异常判断模块420以及飞行场景安全保护模块430，其中：
飞行场景数据获取模块410，用于当无人机处于飞行场景时，获取磁罗盘关联数据、至少一项实时动态RTK关联数据和陀螺仪数据；
飞行场景航向异常判断模块420，用于根据所述磁罗盘关联数据，判断所述无人机的磁航向是否异常，根据所述至少一项RTK关联数据，判断所述无人机的RTK航向是否异常，并根据所述陀螺仪数据和磁航向，判断所述无人机的实时融合航向是否异常；
飞行场景安全保护模块430，用于如果确定磁航向、RTK航向以及实时融合航向中至少一项存在异常，则执行至少一项安全保护措施。
本实施例的技术方案，通过在无人机飞行过程中获取磁罗盘关联数据、RTK关联数据和陀螺仪数据，并分别判断磁航向、RTK航向和实时融合航向是否异常，当至少一项异常时，执行对应的安全保护措施。解决了现有技术中测量航向的方式，在遇到磁场变化干扰或测量设备异常等异常情况时，测量精度下降，安全性较差的问题，实现了准确、稳定的进行无人机航向检测，并在航向异常时进行及时、有效的安全保护，提高了无人机的飞行安全性。
在上述实施例的基础上，所述飞行场景航向异常判断模块420，包括：
飞行场景RTK航向异常判断单元，用于如果确定各所述RTK关联数据中的至少一项存在异常，则确定所述无人机的RTK航向异常；
其中，所述RTK关联数据包括：RTK航向状态数据和RTK航向设备安装状态数据，所述RTK航向状态数据包括设备存在状态数据、设备通信状态数据以及数据异常状态数据。
在上述实施例的基础上，所述飞行场景数据获取模块410，包括：
第一磁罗盘关联数据获取单元，用于获取所述无人机周围环境的磁场强度作为所述磁罗盘关联数据；
所述飞行场景航向异常判断模块420，包括：
磁场强度模值计算单元，用于根据磁场强度，计算磁场强度模值；
磁航向计算单元，用于获取校准参数矩阵，根据磁场强度和校准参数矩阵计算磁航向；
第一磁航向异常判断单元，用于如果确定所述磁场强度模值和/或磁航向不满足阈值条件，则确定磁航向异常。
在上述实施例的基础上，所述飞行场景数据获取模块410，包括：
陀螺仪数据获取单元，用于获取所述无人机的航向偏转角速度作为陀螺仪数据；
所述飞行场景航向异常判断模块420，包括：
磁航向残差获取单元，用于将航向偏转角速度和磁航向输入至卡尔曼观测器中，获得所述卡尔曼观测器输出的磁航向残差；
实时融合航向异常判断单元，用于如果确定所述磁航向残差大于等于预设残差阈值，则确定所述无人机的实时融合航向异常。
在上述实施例的基础上，所述飞行场景安全保护模块430，包括：
第一飞行场景安全保护单元，用于如果确定磁航向或者RTK航向存在异常，则对用户进行航向异常提示；
第二飞行场景安全保护单元，用于如果确定磁航向和RTK航向均存在异常，则对所述无人机进行控制弱化和/或模式退化处理，并对用户进行航向异常提示；
第三飞行场景安全保护单元，用于如果确定实时融合航向存在异常，则对所述无人机进行控制弱化和模式退化处理，并对用户进行航向异常提示。
本发明实施例所提供的航向异常检测与安全保护装置可执行本发明任意实施例所提供的航向异常检测与安全保护方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
实施例五
图5是本发明实施例五提供的一种航向异常检测与安全保护装置的结构示意图，该装置可以由软件和/或硬件来实现，并一般集成在计算机设备中，与磁罗盘和RTK设备等检测设备配合使用。该装置包括：地面场景数据获取模块510、地面场景航向异常判断模块520以及地面场景安全保护模块530。其中：
地面场景数据获取模块510，用于当无人机处于地面场景时，获取磁罗盘关联数据和至少一项RTK关联数据；
地面场景航向异常判断模块520，用于根据所述磁罗盘关联数据，判断所述无人机的磁航向是否异常，并根据所述至少一项RTK关联数据判断所述无人机的RTK航向是否异常；
地面场景安全保护模块530，用于如果确定磁航向和RTK航向均存在异常，则对用户进行航向异常提示，并锁定所述无人机的飞行装置。
本实施例的技术方案，通过在无人机处于地面时，获取磁罗盘关联数据和RTK关联数据，并分别判断磁航向、RTK航向是否异常，在磁航向和RTK航向均异常时，执行对应的安全保护措施。解决了现有技术中测量航向的方式，在遇到磁场变化干扰或测量设备异常等异常情况时，测量精度下降，安全性较差的问题，实现了准确、稳定的进行无人机航向检测，并在航向异常时进行及时、有效的安全保护，阻止无人机继续进行飞行作业，从而在另一个层面上保证了无人机的飞行安全性。
在上述实施例的基础上，所述地面场景数据获取模块510，包括：
第二磁罗盘关联数据获取单元，用于获取所述无人机周围环境的磁场强度作为所述磁罗盘关联数据；
所述地面场景航向异常判断模块520，包括：
第二磁航向异常判断单元，用于根据所述磁场强度，采用与所述无人机的磁罗盘数量匹配的异常检测算法，判断磁航向是否异常。
在上述实施例的基础上，所述地面场景航向异常判断模块520，包括：
地面场景RTK航向异常判断单元，用于如果确定各所述RTK关联数据中的至少一项存在异常，则确定所述无人机的RTK航向异常；
其中，所述RTK关联数据包括：RTK航向状态数据和RTK航向设备安装状态数据，所述RTK航向状态数据包括设备存在状态数据、设备通信状态数据以及数据异常状态数据。
本发明实施例所提供的航向异常检测与安全保护装置可执行本发明任意实施例所提供的航向异常检测与安全保护方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
实施例六
图6为本发明实施例六提供的一种计算机设备的结构示意图，如图6所示，该计算机设备包括处理器70、存储器71、输入装置72和输出装置73；计算机设备中处理器70的数量可以是一个或多个，图6中以一个处理器70为例；计算机设备中的处理器70、存储器71、输入装置72和输出装置73可以通过总线或其他方式连接，图6中以通过总线连接为例。
存储器71作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的航向异常检测与安全保护方法对应的模块(例如，航向异常检测与安全保护装置中的飞行场景数据获取模块410、飞行场景航向异常判断模块420以及飞行场景安全保护模块430)，以及本发明实施例中的航向异常检测与安全保护方法对应的模块(例如，航向异常检测与安全保护装置中的地面场景数据获取模块510、地面场景航向异常判断模块520以及地面场景安全保护模块530)。处理器70通过运行存储在存储器71中的软件程序、指令以及模块，从而执行计算机设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的航向异常检测与安全保护方法。该方法包括：
当无人机处于飞行场景时，获取磁罗盘关联数据、至少一项实时动态RTK关联数据和陀螺仪数据；
根据所述磁罗盘关联数据，判断所述无人机的磁航向是否异常，根据所述至少一项RTK关联数据，判断所述无人机的RTK航向是否异常，并根据所述陀螺仪数据和磁航向，判断所述无人机的实时融合航向是否异常；
如果确定磁航向、RTK航向以及实时融合航向中至少一项存在异常，则执行至少一项安全保护措施。
还可以实现上述的航向异常检测与安全保护方法。该方法包括：
当无人机处于地面场景时，获取磁罗盘关联数据和至少一项RTK关联数据；
根据所述磁罗盘关联数据，判断所述无人机的磁航向是否异常，并根据所述至少一项RTK关联数据判断所述无人机的RTK航向是否异常；
如果确定磁航向和RTK航向均存在异常，则对用户进行航向异常提示，并锁定所述无人机的飞行装置。
存储器71可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器71可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器71可进一步包括相对于处理器70远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至计算机设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
输入装置72可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与计算机设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置73可包括显示屏等显示设备。
实施例七
本发明实施例七还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行一种航向异常检测与安全保护方法，该方法包括：
当无人机处于飞行场景时，获取磁罗盘关联数据、至少一项实时动态RTK关联数据和陀螺仪数据；
根据所述磁罗盘关联数据，判断所述无人机的磁航向是否异常，根据所述至少一项RTK关联数据，判断所述无人机的RTK航向是否异常，并根据所述陀螺仪数据和磁航向，判断所述无人机的实时融合航向是否异常；
如果确定磁航向、RTK航向以及实时融合航向中至少一项存在异常，则执行至少一项安全保护措施。
还可以用于执行一种航向异常检测与安全保护方法，该方法包括：
当无人机处于地面场景时，获取磁罗盘关联数据和至少一项RTK关联数据；
根据所述磁罗盘关联数据，判断所述无人机的磁航向是否异常，并根据所述至少一项RTK关联数据判断所述无人机的RTK航向是否异常；
如果确定磁航向和RTK航向均存在异常，则对用户进行航向异常提示，并锁定所述无人机的飞行装置。
当然，本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质，其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作，还可以执行本发明任意实施例所提供的航向异常检测与安全保护方法中的相关操作。
通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory,RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
值得注意的是，上述航向异常检测与安全保护装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (7)

1.一种航向异常检测与安全保护方法，其特征在于，包括：
当无人机处于飞行场景时，获取磁罗盘关联数据、至少一项实时动态RTK关联数据和陀螺仪数据；
根据所述磁罗盘关联数据，判断所述无人机的磁航向是否异常，根据所述至少一项RTK关联数据，判断所述无人机的RTK航向是否异常，并根据所述陀螺仪数据和磁航向，判断所述无人机的实时融合航向是否异常；
如果确定磁航向、RTK航向以及实时融合航向中至少一项存在异常，则执行至少一项安全保护措施；
获取磁罗盘关联数据，包括：
获取所述无人机周围环境的磁场强度作为所述磁罗盘关联数据；
根据所述磁罗盘关联数据，判断所述无人机的磁航向是否异常，包括：
根据磁场强度，计算磁场强度模值；
获取校准参数矩阵，根据磁场强度和校准参数矩阵计算磁航向；
如果确定所述磁场强度模值和/或磁航向不满足阈值条件，则确定磁航向异常；
如果确定磁航向、RTK航向以及实时融合航向中至少一项存在异常，则执行至少一项安全保护措施，包括：
如果确定磁航向或者RTK航向存在异常，则对用户进行航向异常提示；
如果确定磁航向和RTK航向均存在异常，则对所述无人机进行控制弱化和/或模式退化处理，并对用户进行航向异常提示；
如果确定实时融合航向存在异常，则对所述无人机进行控制弱化和模式退化处理，并对用户进行航向异常提示。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述至少一项RTK关联数据，判断所述无人机的RTK航向是否异常，包括：
如果确定各所述RTK关联数据中的至少一项存在异常，则确定所述无人机的RTK航向异常；
其中，所述RTK关联数据包括：RTK航向状态数据和RTK航向设备安装状态数据，所述RTK航向状态数据包括设备存在状态数据、设备通信状态数据以及数据异常状态数据。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取陀螺仪数据，包括：
获取所述无人机的航向偏转角速度作为陀螺仪数据；
根据所述陀螺仪数据和磁航向，判断所述无人机的实时融合航向是否异常，包括：
将航向偏转角速度和磁航向输入至卡尔曼观测器中，获得所述卡尔曼观测器输出的磁航向残差；
如果确定所述磁航向残差大于等于预设残差阈值，则确定所述无人机的实时融合航向异常。
4.一种航向异常检测与安全保护方法，其特征在于，包括：
当无人机处于地面场景时，获取磁罗盘关联数据和至少一项RTK关联数据；
根据所述磁罗盘关联数据，判断所述无人机的磁航向是否异常，并根据所述至少一项RTK关联数据判断所述无人机的RTK航向是否异常；
如果确定磁航向和RTK航向均存在异常，则对用户进行航向异常提示，并锁定所述无人机的飞行装置；
获取磁罗盘关联数据，包括：获取所述无人机周围环境的磁场强度作为所述磁罗盘关联数据；
根据所述磁罗盘关联数据，判断所述无人机的磁航向是否异常，包括：
根据所述磁场强度，采用与所述无人机的磁罗盘数量匹配的异常检测算法，判断磁航向是否异常。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述至少一项RTK关联数据判断所述无人机的RTK航向是否异常，包括：
如果确定各所述RTK关联数据中的至少一项存在异常，则确定所述无人机的RTK航向异常；
其中，所述RTK关联数据包括：RTK航向状态数据和RTK航向设备安装状态数据，所述RTK航向状态数据包括设备存在状态数据、设备通信状态数据以及数据异常状态数据。
6.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-3中任一所述的航向异常检测与安全保护方法，或者实现如权利要求4-5中任一所述的航向异常检测与安全保护方法。
7.一种包含计算机可执行指令的存储介质，其特征在于，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如权利要求1-3中任一所述的航向异常检测与安全保护方法，或者实现如权利要求4-5中任一所述的航向异常检测与安全保护方法。
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