CN112297937B - 一种多无人机及多充电基站充电调度调度方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人化自动完成定域巡检的方法，基于若干无人机及不少于无人机个数的充电基站，所有的无人机及充电基站由调度站统一调配；无人机内嵌入的电量管理模块能实时监测剩余电量，并根据在刚刚飞行中的平均功率计算出剩余的飞行里程，每台无人机均在完成电量允许的范围内完成定域巡检航程线路，若干无人机完成整个定域的巡检；通过调度站定时获取所有飞行和静止的所有无人机的位置及电量信息和各充电基站的位置及状态信息；将飞行中无人机与距离最近的空闲状态充电基站锁定；计算无人机返回锁定基站所需电量并据此设置电量阈值，检查无人机电量与阈值关系，分别发出正常飞行、电量预警和返航命令；对无人机实时电量与电量阈值对比，若电量大于警示电量阈值，则处于安全状态，继续飞行；若电量处于返航电量阈值与警示电量阈值之间，发送低电量预警信息；若电量小于返航电量阈值，立即返航至所锁定充电基站。

Description

一种多无人机及多充电基站充电调度调度方法和装置

技术领域

本发明涉及无人化自动完成定域巡检的方法，尤其是多无人机及多充电基站由调度站统一调度的方法和装置，涉及多无人机调度和自动充电领域。

背景技术

现有技术公开的中国专利申请CN107202581A一种无人机低电量返航方法，应用于无人机的遥控终端设备，其特征在于，包括：获取无人机的初始电量信息及初始位置；当无人机飞行使得电量成为预设电量时，向用户发送返航提示；根据当前位置及初始位置，计算无人机返航时的飞行方向及路径；按照返航时的飞行方向及路径，引导无人机返航飞行。所述当无人机飞行使得电量成为预设电量时，向用户发送返航提示，包括：根据返航时的风向和路径来确定预设电量，在返航时风向为顺风方向时，所述预设电量为所述无人机的初始电量的1/2；在返航时风向为逆风方向时，所述预设电量为所述无人机的初始电量的 1/3；在返航时途经敏感飞行区域时，所述预设电量为所述无人机的初始电量的2/5；当无人机飞行使得电量成为当前返航时的风向和路径下的预设电量时，向用户发送返航提示。

结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述无人机低电量返航方法，包括：当引导无人机返航飞行时，根据地图数据及预设敏感飞行区域，判断无人机返航时是否经过敏感飞行区域，若进过敏感飞行区域，则按照能够避让所述敏感飞行区域的最小距离的变更，重新计算无人机的飞行方向及路径，并按照所述重新计算的飞行方向及路径，引导无人机返航飞行。

CN2018115419891公开了一种自动返航方法、装置和无人机，所述方法包括：实时获取无人机当前的返航信息、环境信息以及剩余电量，其中，返航信息包括无人机从当前位置返回返航点的返航路线、返航距离、返航油门量以及所述返航油门量对应的耗电速度，环境信息包括：返航路线上的垂直气流信息；结合返航信息和环境信息，确定无人机从当前位置返回返航点的总耗电量；当剩余电量与所述总耗电量之差小于或等于电量阈值时，控制无人机自动返航。通过上述技术方案，本发明实施例能够更加准确地预估无人机从当前位置返回返航点所需的最低耗电量，避免无人机在飞行或者返航的过程中因严重低电量而迫降。

随着无人机控制技术的不断进步及配套组合功能的不断开发，价格不断降低，应用也越来越广泛。现在出现了许多大规模应用无人机的场景，比如农田的监测及供电线路的巡检维护或其它定域巡检。在这些应用场景中有一个共同特点，飞机都有相对固定的飞行范围，并且无人机飞行自动化程度很高，无人全自动控制能节省许多成本。

要做到全无人化管理必须要建立一整套的无人机电量管理及欠电自动返航系统。

在现实应用场景中，在一个固定范围内设置有数个固定位置的无人机自动充电基站，在这个范围内允许多架无人机自动飞行，无人机电量管理及欠电自动返航系统必须要做到所有无人机都能在电量用尽前回到自动充电基站(由于低温或电池的寿命或故障导致的不能自动返回的突出问题)，从而能使无人化自动完成定域巡检、包括路径和充电等。充分使用无人机电量和使无人机能安全返航的问题，以及基站分布的合理性保证无人机系统的尽可能按电量的储存完成最多任务的自动定域巡检。

发明内容

本发明目的是，提出一种多无人机及多充电基站由调度站统一调度的方法和装置。尤其是建立基于动态锁定的无人机低电量返航调度系统，使无人化自动完成定域巡检、包括完成不同规划的路径和充电(可以在基站完全自动充电)等任务。

本发明的技术方案是，一种无人化自动完成定域巡检的方法，基于若干无人机及不少于无人机个数的充电基站，所有的无人机及充电基站由调度站统一调配；无人机内嵌入的电量管理模块能实时监测剩余电量，并根据在刚刚飞行中的平均功率计算出剩余的飞行里程，每台无人机均在完成电量允许的范围内完成定域巡检航程线路，若干无人机完成整个定域的巡检；通过调度站(控制系统)定时获取所有飞行和静止的所有无人机的位置及电量信息和各充电基站的位置及状态信息；将飞行中无人机与距离最近的空闲状态充电基站锁定；计算无人机返回锁定基站所需电量并据此设置电量阈值，检查无人机电量与阈值关系，分别发出正常飞行、电量预警和返航命令。本发明能够确保无人机返回的充电基站能根据实际情况实时更新，保证安全情况下最大化利用无人机电量；对无人机实时电量与电量阈值对比，若电量大于警示电量阈值，则处于安全状态，继续飞行；若电量处于返航电量阈值与警示电量阈值之间，发送低电量预警信息；若电量小于返航电量阈值，立即返航至所锁定充电基站。

每一个飞行中的无人机都会锁定一个最近的空闲充电基站，在无人机飞行过程中调度站会定时刷新所有飞行无人机的位置及电量信息和各充电基站的位置及状态信息，依次计算飞行中无人机与各空闲基站距离，重新锁定最近基站；

在所述无人机重新锁定基站后会计算飞机返航至被锁定充电基站距离，以此计算出所需电量，并以此设置警示电量阈值、返航电量阈值；

且在定域的巡检的中心区设置备用充电基站。

调度站会实时更新锁定状况，确保飞行中的每架无人机会一直锁定距离最近的基站。

调度站中会存有每个充电基站的状态信息，充电基站有三种状态：被占用，被锁定，空闲；被占用状态为已有飞机停靠在充电站上，被锁定状态为有正在飞行的飞机准备停靠在这个充电基站上，空闲状态为可接受任意无人机停靠或锁定。

每台充电基站所能充电飞机的数量可以根据需求定制，最少能停靠一台，在至少停靠一台的基础上根据需求增加。

所述方法还包括：飞机与基站的距离并非单指物理返航距离，可根据当天风向、风俗等飞行状况求出加权后的加权返航距离；例如返航逆风段根据风速v设置权重为(1+av)，顺风段权重为(1-bv)，其中系数a、b根据飞机实际情况设置。

所述装置包括：无人机电量检测子系统模块，用于实时监测无人机电量，并能根据本无人机历史耗电情况估计出飞行功率，用于精确计算无人机剩余续航里程；

无人机充电基站近地气象信息收集模块，由于收集风速风向等信息，便于计算返航距离加权值；

通信模块，用于调度站与无人机和充电基站通信；

卫星定位模块，用于实时获取无人机和充电基站位置；

调度中心计算与储存模块，用于快速帮助无人机锁定最近距离充电基站，并且存储基站状态信息。

所述方法还包括：对于位置不再改动的充电基站，其获取GPS定位信息后作为校准信号，与基准位置做差求出定位偏差，用于校正移动性强的无人机的卫星定位信息，可消去充电基站和飞行无人机的共同误差。

所述方法还包括：在飞机电量充足但是已完成飞行任务时，可依旧返航至已锁定基站；在飞机收到返航指令后，调度站会引导无人机按照既定路线返航至被锁定充电基站；

所述方法还包括：无人机充电基站可设计为电网供电型和太阳能电池板供电型，其中太阳能电池板供电型又可分为位置固定型和移动型。

有益效果：本发明建立全无人化管理必须要建立一整套智能及自动的无人机电量管理及欠电自动返航系统。防止无人机的坠毁；满足现实应用场景中的各种需要，在一定固定范围内设置有数个固定位置的无人机自动充电基站(均匀设置充电站，有时因电源的问题只能沿电源线布置)，在这个范围内允许多架无人机自动飞行，无人机电量管理及欠电自动返航系统必须要做到所有无人机都能在电量用尽前回到自动充电基站充电。

无人机电量管理及欠电自动返航系统必须要做到所有无人机都能在电量用尽前回到自动充电基站(由于温度或电池的寿命或故障导致的不能自动返回的突出问题)，从而能使无人化自动完成定域巡检、包括路径和充电等。充分使用无人机电量和使无人机能安全返航的问题，以及基站分布的合理性保证无人机系统的尽可能按电量的储存完成最多任务的自动定域巡检。

本发明能够解决多无人机及多充电基站时难以协调、无法同时充分使用无人机电量和使无人机能安全返航的问题，本发明通过计算无人机返回锁定基站所需电量并据此设置电量阈值，检查无人机电量与阈值关系，分别发出正常飞行、电量预警和返航命令。本发明能够确保无人机返回的充电基站能根据实际情况实时更新，保证安全情况下最大化利用无人机电量。

附图说明

图1为本发明一实施例中的多无人机及多充电基站充电调度流程示意图；

图2为本发明一实施例中的无人机、充电基站个调度中心关系图，其中双向箭头关系代表双向通信；

图3为调度中心结构示意图；

图4位无人机结构图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清除、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，下述实施例中的可选项可自由组合。

随着无人机控制技术的不断进步及配套组合功能的不断开发，价格不断降低，应用也越来越广泛。现在出现了许多大规模应用无人机的场景，比如农田的监测及供电线路的巡检维护。在这些应用场景中有一个共同特点，无人机有相对固定的飞行范围，范围内数个无人机飞行，并且无人机飞行自动化程度很高，无人全自动控制能节省许多成本。

要做到无人机全自动化飞行必须能够使无人机能自动返航充电，但是现在缺乏一种多无人机、多自动充电基站的调度设计，无法充分利用无人机电量和充电站资源。

本发明实施例的第一方面提供一种多无人机、多充电基站的自动充电调度方法，所述方法包括：

所有的无人机及充电基站由调度站统一调配，每台飞行状态无人机都会动态锁定一个有空闲充电位的基站，此锁定为一对一型，每个无人机仅可锁定一个充电基站，一个充电基站的充电位仅可被一架无人机锁定。

无人机内嵌入的电量管理子系统模块能实时监测剩余电量，并根据历史飞行中的平均功率计算出剩余的飞行续航。无人机和充电基站中的卫星定位模块能实时计算无人机和充电基站的实时位置。

无人机调度站定时获取所有飞行无人机的位置及电量信息和各充电基站的位置及状态信息；调度站将充电基站卫星定位位置与固定坐标求差，得出位置偏移，然后利用这些位置偏移对无人机卫星定位信息进行校正，消除充电基站与无人机共同误差。

然后根据现有飞行范围地图信息和风向风速气象，依次计算每个正常飞行状态无人机与每个空闲状态无人机加权返航距离。

若无人机未锁定充电基站，则锁定加权返航距离最近的空闲无人机充电基站；若无人机已锁定充电基站，将无人机与被锁定充电基站加权返航距离与最近空闲充电基站加权返航距离比较，选择加权返航距离更近的基站重新锁定。

计算无人机返回锁定基站所需加权里程并据此设置返航电量阈值和警告电量阈值，对无人机实时电量与电量阈值对比，若电量大于警示电量阈值，则处于安全状态，继续飞行；若电量处于返航电量阈值与警示电量阈值之间，发送低电量预警信息；若电量小于返航电量阈值，立即返航至所锁定充电基站。

无人机电量充足但是飞行任务已完成，仍返回其锁定的基站。

在无人机返航过程中，调度站会引导无人机按照既定路线返航至被锁定充电基站。

可选的，所述方法还包括：每台充电基站所能充电飞机的数量可以根据需求定制，最少能停靠一台，在至少停靠一台的基础上根据需求增加，调度系统能根据无人机充电基站容量自动适应。

可选的，所述方法还包括：无人机在正常电量飞行状态时，既可全自动飞行，也可人为遥控；在人为遥控状态下，当到达返航电量阈值时，调度中心自动收回无人机控制权限，使无人机转入自动返航状态。

本发明实施例的另一方面提供一种多无人机、多充电基站的自动充电调度装置，所述装置包括：

无人机电量检测子系统模块，用于实时监测无人机电量，并能根据本无人机历史耗电情况估计出飞行功率，用于精确计算无人机剩余续航里程；

无人机充电基站近地气象信息收集模块，由于收集风速风向等信息，便于计算返航距离加权值；

通信模块，用于调度站与无人机和充电基站通信；

卫星定位模块，用于实时获取无人机和充电基站位置；

调度中心计算与储存模块，用于快速帮助无人机锁定最近距离充电基站，并且存储基站状态信息。

可选的，无人机充电基站可设计为电网供电型和太阳能电池板供电型，其中太阳能电池板供电型又可分为位置固定型和移动型。调度系统能对所有型号充电基站进行自适应。

本发明能够确保每架无人机都能安全返航至充电基站，并且能够使返航加权路程最短，最大化利用充电基站资源和无人机电池电量。

本发明一种多无人机及多充电基站充电调度调度方法和装置通过调度站定时获取所有飞行无人机的位置及电量信息和各充电基站的位置及状态信息；将飞行中无人机与距离最近的空闲状态充电基站锁定；计算无人机返回锁定基站所需电量并据此设置电量阈值，检查无人机电量与阈值关系，分别发出正常飞行、电量预警和返航命令。本发明能够确保无人机返回的充电基站能根据实际情况实时更新，保证安全情况下最大化利用无人机电量；

能量剩余计算公式W＝h(v)w:电池剩余能量，v：电池电压无人机续航里程：leavex＝w/p leavex:无人机剩余续航；p：在本次飞行任务中之前时间的平均功率；充电基站有三种状态：被占用，被锁定，空闲；

被占用状态为已有飞机停靠在充电站上，被锁定状态为有正在飞行的飞机准备停靠在这个充电基站上，空闲状态为可接受任意无人机停靠。

另外无人机和基站上都装有GPS定位系统，可实时定位。

总调度站掌握有所有无人机电量和位置信息，及充电基站停靠状况及位置信息。调度站以一固定频率f收集实时信息，并且刷新无人机状态。

设飞行中飞机数量为N，标号为a1，a2…aN，控制中心从a1至aN逐个更新飞机状态信息，当更新至飞机aM时，计算无人机至所有空闲基站的返航路程，并计算出最小值，若飞机未锁定基站，则锁定返航路程最近的基站；若已锁定基站，则对比锁定基站与空闲基站返航路程，选择路程最短者继续锁定。完成锁定更新后，判断剩余续航leavex是否满足条件leavex>(1+k1)*x+a，x为锁定基站返航路程，k1为安全提醒系数,k2为返航阈值，a 为固定安全偏执，若leavex>(1+k1)*x+a，正常飞行；若(1+k2)*x+a<＝leavex<(1+k1) *x+a，则提醒电量不足，引导向充电基站方向飞行；若leavex<＝(1+k2)*x+a，则被锁定基站准备，无人机立即返回。

获取所有飞行无人机的位置及电量信息和各充电基站的位置及状态信息可以扩展粗放定域巡检和精细定域巡检两种模式工作(比如一天隔一天粗放定域巡检和精细定域巡检)，比如在电力线路、植保、草场、边界等精细图像的要求时能够满足要求。精细定域巡检是在慢速多图像及线路分布网络细致巡检。

本发明实施例的多无人机及多充电基站充电调度方法和装置，所有的无人机及充电基站由调度站统一调配，每台飞行状态无人机都会动态锁定一个有空闲充电位的基站，此锁定为一对一型，每个无人机仅可锁定一个充电基站，一个充电基站的充电位仅可被一架无人机锁定。通过利用本发明能够确保每架无人机都能安全返航至充电基站，并且能够使返航加权路程最短，最大化利用充电基站资源和无人机电池电量。

应当理解的是，本发明中的多无人机及多充电基站充电调度方法和装置可用在所有多无人机及多充电基站自动返航场景，并非仅仅背景介绍中的农田监测和线路巡航场景。特别的，本发明实施例中的多无人机多充电基站充电调度方法和装置可以应用于多人通过有通信连接的操作终端分别操控无人机的场景，且此类操作终端有与用户交互的操作界面。

图1为本发明一实施例中的多无人机及多充电基站充电调度流程示意图，请参见图1，本发明实施例中多无人机及多充电基站充电调度方法一个实施例包括：

步骤101，调度站定时获取所有飞行无人机的位置及电量信息和各充电基站的位置及状态信息；

其中获取无人机和基站位置信息包括但不限于以下方式，依靠GPS、北斗定位等卫星定位系统，或者区域性安装的能测定经纬度或者直接测定区域地图内无人机和充电基站坐标点的其它定位系统。其中充电基站可为固定点安装方式，或者可以移动，但是在安放充电基站时都能精确确定其坐标，此时仍和无人机同时测量定位信息时为了消除无人机和充电基站定位的共同误差。

设共有M个充电基站，N个无人机，M大于等于N。在充电基站将定位信息滤波后，得到位置分别为：基站1测量位置，基站2测量位置…基站M测量位置，然后将测量位置与实际位置相减后计算平均值得到定位误差，无人机经过滤波后的定位位置分别为：无人机 1测量位置，无人机2测量位置…无人机N测量位置，各种减去定位误差后得到各个无人机实际位置。

此外无人机电量信息由无人机电量管理系统测得，电量管理模块测出即时无人机电池电压和放点电流，根据提前拟合好的剩余电量计算函数计算出电池剩余能量，再根据此次飞行中本次测量前无人机平均功率情况计算出无人机剩余续航。

无人机剩余电量计算公式为：剩余电池能量＝f(电池现在电压+电池放电电流*电池内阻)，f为历史数据拟合得到的经验函数。

无人机剩余续航计算公式：剩余续航＝剩余电池能量/(无人机此前航程/无人机此前消耗能量)，公式中航程和能量均指本次飞行任务中，此时测量前飞机的航程和消耗能量。

调度站将以1赫兹的频率向无人机和充电基站发送实时数据请求，并且接收所有飞行无人机的位置及电量信息和各充电基站的位置及状态信息，其中信息传递途径包括但不限于有线网络及移动蜂窝通信、WIFI和蓝牙等无线通信方式。

步骤102，逐个计算飞行中无人机与空闲基站加权距离，将每个无人机与距离最近的空闲状态充电基站锁定；

其中充电基站有三种状态：被占用，被锁定，空闲；被占用状态为已有飞机停靠在充电站上，被锁定状态为有正在飞行的飞机准备停靠在这个充电基站上，空闲状态为可接受任意无人机停靠或锁定；

无人机充电基站会收集风速风向等天气信息，调度中心逐个计算飞行中无人机至每个空闲基站的加权返航路程，其中加权返航路程公式为：

加权返航路程＝顺风路程*(1+风速*顺风比例系数)+逆风路程*(1+风速*逆风比例系数)；

特别指出，以上加权返航路程计算公式仅为本发明一个简单考虑到风速风向的实例，可以拥有考虑更多实际情况的其它实例计算公式；

若无人机未锁定充电基站，则锁定加权返航距离最近的空闲无人机充电基站；若无人机已锁定充电基站，将无人机与被锁定充电基站加权返航距离与最近空闲充电基站加权返航距离比较，选择加权返航距离更近的基站重新锁定。

如图2，以一个简单的四充电基站、三无人机系统为例，三架无人机中1号无人机停靠在无人机充电基站2上，3号无人机刚刚起飞，尚未锁定基站，2号无人机在飞行状态中，已锁定最近充电基站3；现在1号4号充电基站处于空闲状态，2号充电基站处于被占用状态，3号充电基站处于被锁定状态，另外假设现在风速为由地图右至左，风速5米每秒，逆风飞行系数-0.1，顺风飞行系数为0.1。在上一个无人机锁定更新后,计算飞行中无人机与各空闲充电基站距离，无人机2号与充电基站3、1、4加权返航里程为：

L23＝30*(1-5*0.1)＝15(m)，

L21＝30*(1-5*0.1)+40*(1+0*0.1)＝55(m)

L24＝80*(1+5*0.1)＝120(m)

无人机2仍距被锁定的充电基站3加权返航距离更近，继续锁定3号充电基站；

无人机3号距离1号4号充电基站的距离分别为：

L31＝120*(1+5*0.1)+40*(1+0*0.1)＝220(m)

L34＝10*(1+5*0.1)+20*(1+0*0.1)＝35(m)

2号无人机处于为锁定基站状态，直接锁定加权返航距离更近的4号充电基站。

步骤103，计算无人机返回锁定基站所需电量并据此设置电量阈值，检查无人机电量与阈值关系，分别发出正常飞行、电量预警和返航命令；

此步骤在锁定更新后立即执行，无人机返回其锁定基站加权返航距离即为无人机返回锁定基站所需电量，设k1为安全提醒系数,k2为低电量返航阈值，k1>k2，

则低电量提醒阈值为：(1+k1)*加权返航路程+固定安全冗余；

低电量返航阈值为：(1+k2)*加权返航路程+固定安全冗余；

若无人机剩余续航>(1+k1)*加权返航路程+固定安全冗余，正常飞行；

若(1+k2)*加权返航路程+固定安全冗余<＝无人机剩余续航<(1+k1)*加权返航路程+ 固定安全冗余，则提醒电量不足，引导向充电基站方向飞行；

若无人机剩余续航<(1+k2)*加权返航路程+固定安全冗余，则被锁定基站准备，无人机立即返回。

继续上例，安全提醒系数k1＝1.5,低电量返航阈值k2＝1.2,固定安全冗余设置为10m；假设2号无人机剩余续航为25m,3号无人机剩余续航为100m；

2号无人机：无人机剩余续航(25m)<(1+k2)*加权返航路程+固定安全冗余(28m),立即返航；

3号无人机：无人机剩余续航(100m)>(1+k1)*加权返航路程+固定安全冗余(62.5m), 继续正常飞行；

步骤104，无人机按照103所判断状态飞行，若飞机处于低电量提醒和正常电量状态则继续飞行，等待下一轮锁定状态更新；若无人机被强制返航，则调度站提供返航路线引导。

这一多无人机多充电基站充电调度方法能够确保每架无人机都能安全返航至充电基站，并且能够使返航加权路程最短，最大化利用充电基站资源和无人机电池电量。

本发明实施例的另一方面提供一种多无人机、多充电基站的自动充电调度装置，所述装置包括：

无人机电量检测子系统模块，用于实时监测无人机电量，并能根据本无人机历史耗电情况估计出飞行功率，用于精确计算无人机剩余续航里程；

无人机充电基站近地气象信息收集模块，由于收集风速风向等信息，便于计算返航距离加权值；

通信模块，用于调度站与无人机和充电基站通信；

卫星定位模块，用于实时获取无人机和充电基站位置；

调度中心计算与储存模块，用于快速帮助无人机锁定最近距离充电基站，并且存储基站状态信息。

可选的，无人机充电基站可设计为电网供电型和太阳能电池板供电型，其中太阳能电池板供电型又可分为位置固定型和移动型。调度系统能对所有型号充电基站进行自适应。

无人机充电调度动态锁定算法实施例：

1.无人机起飞后自动与起飞基站锁定

2.算法运行前所有无人机都会处在已经锁定基站的状态

3.计算无人机与各个充电基站的距离

4.计算飞行中的无人机与所有未被占用的充电基站的距离，并计算出距离最近的未被占用基站，如下图，○表示此轮算法运算前的锁定状态，□表示此时距离最近的未被占用基站。

	充电站1	充电站2	充电站3	充电站4	充电站5
						无人机1	○□0.6	2.1	2.4	2.6	2.5
无人机2	□0.7	3.2	○0.8	4.3	2.9
						无人机3	1.8	○1.6	4.2	□1.4	2.8
无人机4	5.4	□1.4	3.2	4.3	○1.6

5.存在多个无人机与同一个基站距离最近的情况，此时优先将本次距离最近的基站和上次锁定基站相同的无人机与基站锁定，取消上次锁定标记，然后重新计算剩余无人机距离最近的未被占用同时本轮未被锁定的基站。

6.重复步骤5，直至不存在上轮锁定充电基站与本轮计算最近基站重合的情况

7.此时若存在无人机最近的充电基站未被锁定，并且无其它无人机与此基站同时距离最近，则将无人机与此基站锁定，取消上次锁定标记，然后重新计算剩余无人机距离最近的未被占用同时本轮未被锁定的基站。

8.重复步骤7，直至不存在满足步骤7条件的情况，此时有两种情况，所有无人机都已重新锁定，此时本轮计算结束；或者存在所有无人机的距离最近基站都被其他无人机上轮锁定的状态，如下表

9.交换锁定，无人机3和4互相锁定上次锁定的无人机充电基站。

Claims (9)

1.一种多无人机及多充电基站充电调度方法，其特征是，基于若干无人机及不少于无人机个数的充电基站，所有的无人机及充电基站由调度站统一调配；无人机内嵌入的电量管理模块能实时监测剩余电量，并根据在刚刚飞行中的平均功率计算出剩余的飞行里程，每台无人机均在完成电量允许的范围内完成定域巡检航程线路，若干无人机完成整个定域的巡检；

通过调度站定时获取所有飞行和静止的所有无人机的位置及电量信息和各充电基站的位置及状态信息；将飞行中无人机与距离最近的空闲状态充电基站锁定；计算无人机返回锁定基站所需电量并据此设置电量阈值，检查无人机电量与阈值关系，分别发出正常飞行、电量预警和返航命令；对无人机实时电量与电量阈值对比，若电量大于警示电量阈值，则处于安全状态，继续飞行；若电量处于返航电量阈值与警示电量阈值之间，发送低电量预警信息；若电量小于返航电量阈值，立即返航至所锁定充电基站；

每一个飞行中的无人机都会锁定一个最近的空闲充电基站，在无人机飞行过程中调度站会定时刷新所有飞行无人机的位置及电量信息和各充电基站的位置及状态信息，依次计算飞行中无人机与各空闲基站距离，重新锁定最近基站；

在所述无人机重新锁定基站后会计算飞机返航至被锁定充电基站距离，以此计算出所需电量，并以此设置警示电量阈值、返航电量阈值；

能够确保无人机返回的充电基站能根据实际情况实时更新，保证安全情况下最大化利用无人机电量。

2.根据权利要求1所述的多无人机及多充电基站充电调度方法，其特征是，在定域的巡检的中心区设置备用充电基站。

3.根据权利要求1所述的多无人机及多充电基站充电调度方法，其特征是，调度站中会存有每个充电基站的状态信息，充电基站有三种状态：被占用，被锁定，空闲；被占用状态为已有飞机停靠在充电站上，被锁定状态为有正在飞行的飞机准备停靠在这个充电基站上，空闲状态能接受任意无人机停靠或锁定；调度站会实时更新锁定状况，确保飞行中的每架无人机会一直锁定距离最近的基站。

4.根据权利要求1所述的多无人机及多充电基站充电调度方法，其特征是，获取所有飞行无人机的位置及电量信息和各充电基站的位置及状态信息能扩展粗放定域巡检和精细定域巡检两种模式工作：一天隔一天粗放定域巡检和精细定域巡检，在电力线路、植保、草场、边界精细图像的要求时能够满足要求；精细定域巡检是指在慢速多图像及线路分布网络细致的模式。

5.根据权利要求1所述的多无人机及多充电基站充电调度方法，其特征是，所述方法还包括：对于位置不再改动的充电基站，其获取GPS或/与北斗定位信息后作为校准信号，与基准位置做差求出定位偏差，用于校正移动性强的无人机的卫星定位信息，能消去充电基站和飞行无人机的共同误差；每台充电基站所能充电飞机的数量根据需求定制，最少能停靠一台，在至少停靠一台的基础上根据需求增加。

6.根据权利要求1所述的多无人机及多充电基站充电调度方法，其特征是，所述方法还包括：飞机与基站的距离并非单指物理返航距离，根据当天风向、风速飞行状况求出加权后的加权返航距离；返航逆风段根据风速v设置权重为（1+av），顺风段权重为（1-bv），其中系数a、b根据飞机实际情况设置。

7.根据权利要求1所述的多无人机及多充电基站充电调度方法，其特征是，

能量剩余计算公式W=h(v)： w:电池剩余能量，v：电池电压无人机续航里程； leavex=w/p： leavex: 无人机剩余续航；p：在本次飞行任务中之前时间的平均功率；充电基站有三种状态：被占用，被锁定，空闲；

被占用状态为已有飞机停靠在充电站上，被锁定状态为有正在飞行的飞机准备停靠在这个充电基站上，空闲状态为能接受任意无人机停靠；

另外无人机和基站上都装有GPS定位系统，能实时定位；

总调度站掌握有所有无人机电量和位置信息，及充电基站停靠状况及位置信息；调度站以一固定频率f收集实时信息，并且刷新无人机状态；

设飞行中飞机数量为N，标号为a1，a2…aN，控制中心从a1至aN逐个更新飞机状态信息，当更新至飞机aM时，计算无人机至所有空闲基站的返航路程，并计算出最小值，若飞机未锁定基站，则锁定返航路程最近的基站;若已锁定基站，则对比锁定基站与空闲基站返航路程，选择路程最短者继续锁定；完成锁定更新后，判断剩余续航leavex是否满足条件leavex>（1+k1）*x+a，x为锁定基站返航路程，k1为安全提醒系数,k2为返航阈值，a为固定安全偏置，若leavex>（1+k1）*x+a，正常飞行；若（1+k2）*x+a <=leavex<（1+k1）*x+a，则提醒电量不足，引导向充电基站方向飞行；若leavex<=（1+k2）*x+a，则被锁定基站准备，无人机立即返回。

8.根据权利要求1所述的多无人机及多充电基站充电调度方法，其特征是，所述方法还包括：在飞机电量充足但是已完成飞行任务时，能够依旧返航至已锁定基站；在飞机收到返航指令后，调度站会引导无人机按照既定路线返航至被锁定充电基站；无人机充电基站设计为电网供电型和太阳能电池板供电型，其中太阳能电池板供电型又分为位置固定型和移动型。

9.根据权利要求1-8任一所述的多无人机及多充电基站充电调度方法的系统，其特征是，系统包括：无人机电量检测子系统模块，用于实时监测无人机电量，并能根据本无人机历史耗电情况估计出飞行功率，用于精确计算无人机剩余续航里程；无人机充电基站近地气象信息收集模块，用于收集风速风向信息，便于计算返航距离加权值；通信模块，用于调度站与无人机和充电基站通信；卫星定位模块，用于实时获取无人机和充电基站位置；调度中心计算与储存模块，用于快速帮助无人机锁定最近距离充电基站，并且存储基站状态信息。

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