CN112327901A - 一种基于网络数据更新的无人机地形跟随系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于网络数据更新的无人机地形跟随系统及方法，包括无人机端和云服务器端，所述无人机端包括数据通信模块、飞行控制模块、设备驱动模块、GPS模块和定高传感器，对无人机的飞行进行控制，在飞行的同时将飞行高度数据以及经纬度信息传输到云服务器端，云服务器端包括云端数据通信模块、地形数据查询更新模块和地形数据库，将无人机端传送过来的数据与地形数据库内的数据进行对比并更新地形数据库。本发明通过无人机在飞行中调整高度，与目标高度一致，达到地形跟随的目的，同时将高度数据传送到云服务器端，与云服务器端内的地形数据库进行对比并更新地形数据库。

Description

一种基于网络数据更新的无人机地形跟随系统及方法

技术领域

本发明涉及地形跟随领域，具体为一种基于网络数据更新的无人机地形跟随系统及方法。

背景技术

无人机即无人驾驶飞行器，无人机采用卫星定位、遥感、地理空间、航空航天、自动控制、计算机辅助分析等高新技术，可服务于国土、测绘、林业、交通、水利及军事等多个领域，传统的无人机在进行地形测绘时需要人为调整飞行高度，地形跟随能力差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于网络数据更新的无人机地形跟随系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于网络数据更新的无人机地形跟随系统，包括：

无人机端和云服务器端，其中：

无人机端，其包括数据通信模块、飞行控制模块、设备驱动模块、GPS模块和定高传感器，所述定高传感器和GPS模块分别获取无人机与地面的垂直高度信息和无人机的经纬度信息，所述设备驱动模块与定高传感器和GPS模块电连接并接收定高传感器和GPS模块获取到的信息数据，对定高传感器和GPS模块的通信和运行状态进行监控，所述飞行控制模块与所述设备驱动模块电连接并根据设备驱动模块获取的数据对无人机的飞行进行控制，所述数据通信模块与飞行控制模块电连接并将无人机的飞行信息传输给云服务器端同时接收云服务器端传输过来的数据；

云服务器端，其包括云端数据通信模块、地形数据查询更新模块和地形数据库，所述云端数据通信模块与无人机端建立连接进行数据传输，地形数据库查询更新模块接收无人机端发送的数据与地形数据库中的数据进行对比并更新地形数据库，同时地形数据库查询更新模块接收无人机端发送的请求查询地形数据库内的相应数据并通过云端数据通信模块将查询结果反馈到无人机端。

进一步的，所述飞行控制模块包括飞行控制基本功能模块、高度控制模块、高度融合更新模块和数据指令分发与订阅模块，所述飞行控制基本功能模块实现对无人机飞行的基本控制，所述高度控制模块控制无人机的飞行高度，所述高度更新融合模块根据无人机的实际情况确认当前高度以及跟随目标高度，所述数据指令分发与订阅模块对数据进行传输同时响应指令。

进一步的，所述定高传感器为红外雷达、超声波雷达、摄像头、毫米波雷达和激光雷达中的一种或多种。

进一步的所述无人机端设有飞行状态指示模块，用于指示无人机的飞行状态，以实现飞行状态的显示及预警。

进一步的,所述无人机端还包括环境感应模块和避障模块，所述环境感应模块对无人机四周的飞行环境进行探测，所述避障模块与环境感应模块电连接并根据探测的环境调整飞行线路以最短路线绕过障碍物。

进一步的,所述环境感应模块包括多个均匀分布在无人机侧边对无人机周围扫描测距检测的雷达。

一种基于网络数据更新的无人机地形跟随方法,包括如下步骤：

S1：根据需要测量的区域提前预设好无人机的飞行路径；

S2：无人机在飞行时定高传感器和GPS模块分别获取无人机与地面的垂直高度信息和无人机的经纬度信息；

S3：无人机飞行过程中，环境感应模块模块扫描检测无人机的飞行环境，避障系统根据飞行环境对预设路线做出适时调整，以最短线路绕过障碍物，避免与其他物体碰撞，具体过程如下：

步骤1，无人机飞行过程中，环境感应模块对无人机周围环境的360°全方位扫描测距检测，从而获得对应周围环境的雷达信号；

步骤2，避障模块根据雷达信号，分析出体现无人机附近环境特征的地形图；

步骤3，避障模块根据所处的环境，结合预设好的飞行路线，得出避开所有障碍物后回到规划路线的最短路线；

步骤4，避障模块将重新确立的路线反馈到飞行控制模块以及云服务器端进行路线更新；

S4：飞行控制模块控制无人机按预设飞行路径飞行，同时确定无人机飞行的跟随高度，具体步骤如下：

第一步：数据分发与订阅模块接收指令，传输给飞行控制基本功能模块实现对无人机的基本飞行控制功能；

第二步：高度控制模块控制无人机飞行高度，将当前高度趋近于目标高度一致，达到地形跟随的目的；

第三步:高度融合更新模块获取无人机当前高度，并在需要时更新数据库，包括：

a:以20HZ的频率向定高传感器获取当前无人机的离地高度；

b:以1hz的频率向云端通告当前坐标定高传感器获取的高度数据；

c:发送当前经纬度以及网格区域大小的请求，并将获取的数据建立成一个高度网格表；

d:当无人机的定高传感器工作正常，优先使用传感器的高度作为当前高度数据以及跟随目标高度，当无人机的定高传感器工作异常或者超过量程，使用跟随定高数据源为气压计与GPS融合高度来作为当前高度，数据网格表中的高度作为跟随目标高度；

第四步:在飞行控制模块本地数据在有变化或有新指令下发的情况下，数据指令分发与订阅模块将其分发到各个其它模块,使其它模块更新数据或响应指令；

S5：云服务器端将多个无人机在相同地点获取的高度数据与数据库中已有的数据进行对比，在有确信的数据源的情况下且多于3台无人机上传相同经纬度的地点，离地高度数据误差小于0.5m，则采用该数据，并更新地形数据库。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过无人机在飞行中调整高度，与目标高度一致，达到地形跟随的目的，同时将高度数据传送到云服务器端，与云服务器端内的地形数据库进行对比并更新地形数据库。

附图说明

图1为本发明系统构成示意图，

图2为本发明飞行控制模块构成示意图。

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楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

请参阅图1和2，本发明提供一种技术方案：一种基于网络数据更新的无人机地形跟随系统，包括：

无人机端和云服务器端，其中：

无人机端，其包括数据通信模块、飞行控制模块、设备驱动模块、GPS模块和定高传感器，所述定高传感器和GPS模块分别获取无人机与地面的垂直高度信息和无人机的经纬度信息，所述设备驱动模块与定高传感器和GPS模块电连接并接收定高传感器和GPS模块获取到的信息数据，对定高传感器和GPS模块的通信和运行状态进行监控，所述飞行控制模块与所述设备驱动模块电连接并根据设备驱动模块获取的数据对无人机的飞行进行控制，所述数据通信模块与飞行控制模块电连接并将无人机的飞行信息传输给云服务器端同时接收云服务器端传输过来的数据；

云服务器端，其包括云端数据通信模块、地形数据查询更新模块和地形数据库，所述云端数据通信模块与无人机端建立连接进行数据传输，地形数据库查询更新模块接收无人机端发送的数据与地形数据库中的数据进行对比并更新地形数据库，同时地形数据库查询更新模块接收无人机端发送的请求查询地形数据库内的相应数据并通过云端数据通信模块将查询结果反馈到无人机端。

所述飞行控制模块包括飞行控制基本功能模块、高度控制模块、高度融合更新模块和数据指令分发与订阅模块，所述飞行控制基本功能模块实现对无人机飞行的基本控制，所述高度控制模块控制无人机的飞行高度，所述高度更新融合模块根据无人机的实际情况确认当前高度以及跟随目标高度，所述数据指令分发与订阅模块对数据进行传输同时响应指令。

所述定高传感器为红外雷达、超声波雷达、摄像头、毫米波雷达和激光雷达中的一种或多种。

进一步的所述无人机端设有飞行状态指示模块，用于指示无人机的飞行状态，以实现飞行状态的显示及预警。

进一步的,所述无人机端还包括环境感应模块和避障模块，所述环境感应模块对无人机四周的飞行环境进行探测，所述避障模块与环境感应模块电连接并根据探测的环境调整飞行线路以最短路线绕过障碍物。

进一步的,所述环境感应模块包括多个均匀分布在无人机侧边对无人机周围扫描测距检测的雷达。

一种基于网络数据更新的无人机地形跟随方法,包括如下步骤：

S1：根据需要测量的区域提前预设好无人机的飞行路径；

S2：无人机在飞行时定高传感器和GPS模块分别获取无人机与地面的垂直高度信息和无人机的经纬度信息；

S3：无人机飞行过程中，环境感应模块模块扫描检测无人机的飞行环境，避障系统根据飞行环境对预设路线做出适时调整，以最短线路绕过障碍物，避免与其他物体碰撞，具体过程如下：

步骤1，无人机飞行过程中，环境感应模块对无人机周围环境的360°全方位扫描测距检测，从而获得对应周围环境的雷达信号；

步骤2，避障模块根据雷达信号，分析出体现无人机附近环境特征的地形图；

步骤3，避障模块根据所处的环境，结合预设好的飞行路线，得出避开所有障碍物后回到规划路线的最短路线；

步骤4，避障模块将重新确立的路线反馈到飞行控制模块以及云服务器端进行路线更新；

S4：飞行控制模块控制无人机按预设飞行路径飞行，同时确定无人机飞行的跟随高度，具体步骤如下：

第一步：数据分发与订阅模块接收指令，传输给飞行控制基本功能模块实现对无人机的基本飞行控制功能；

第二步：高度控制模块控制无人机飞行高度，将当前高度趋近于目标高度一致，达到地形跟随的目的；

第三步:高度融合更新模块获取无人机当前高度，并在需要时更新数据库，包括：

a:以20HZ的频率向定高传感器获取当前无人机的离地高度；

b:以1hz的频率向云端通告当前坐标定高传感器获取的高度数据；

c:发送当前经纬度以及网格区域大小的请求，并将获取的数据建立成一个高度网格表；

d:当无人机的定高传感器工作正常，优先使用传感器的高度作为当前高度数据以及跟随目标高度，当无人机的定高传感器工作异常或者超过量程，使用跟随定高数据源为气压计与GPS融合高度来作为当前高度，数据网格表中的高度作为跟随目标高度；

第四步:在飞行控制模块本地数据在有变化或有新指令下发的情况下，数据指令分发与订阅模块将其分发到各个其它模块,使其它模块更新数据或响应指令；

S5：云服务器端将多个无人机在相同地点获取的高度数据与数据库中已有的数据进行对比，在有确信的数据源的情况下，即多于3台无人机上传相同经纬度的地点，离地高度数据误差小于0.5m，则采用该数据，并更新地形数据库。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种基于网络数据更新的无人机地形跟随系统，其特征在于，包括无人机端和云服务器端，其中：

无人机端，其包括数据通信模块、飞行控制模块、设备驱动模块、GPS模块和定高传感器，所述定高传感器和GPS模块分别获取无人机与地面的垂直高度信息和无人机的经纬度信息，所述设备驱动模块与定高传感器和GPS模块电连接并接收定高传感器和GPS模块获取到的信息数据，对定高传感器和GPS模块的通信和运行状态进行监控，所述飞行控制模块与所述设备驱动模块电连接并根据设备驱动模块获取的数据对无人机的飞行进行控制，所述数据通信模块与飞行控制模块电连接并将无人机的飞行信息传输给云服务器端同时接收云服务器端传输过来的数据；

云服务器端，其包括云端数据通信模块、地形数据查询更新模块和地形数据库，所述云端数据通信模块与无人机端建立连接进行数据传输，地形数据库查询更新模块接收无人机端发送的数据与地形数据库中的数据进行对比并更新地形数据库，同时地形数据库查询更新模块接收无人机端发送的请求查询地形数据库内的相应数据并通过云端数据通信模块将查询结果反馈到无人机端。

2.根据权利要求1所述的基于网络数据更新的无人机地形跟随系统，其特征在于，所述飞行控制模块包括飞行控制基本功能模块、高度控制模块、高度融合更新模块和数据指令分发与订阅模块，所述飞行控制基本功能模块实现对无人机飞行的基本控制，所述高度控制模块控制无人机的飞行高度，所述高度更新融合模块根据无人机的实际情况确认当前高度以及跟随目标高度，所述数据指令分发与订阅模块对数据进行传输同时响应指令。

3.根据权利要求1所述的基于网络数据更新的无人机地形跟随系统，其特征在于，所述定高传感器为红外雷达、超声波雷达、摄像头、毫米波雷达和激光雷达中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的基于网络数据更新的无人机地形跟随系统，其特征在于,所述无人机端设有飞行状态指示模块，用于指示无人机的飞行状态，以实现飞行状态的显示及预警。

5.根据权利要求1所述的基于网络数据更新的无人机地形跟随系统，其特征在于,所述无人机端还包括环境感应模块和避障模块，所述环境感应模块对无人机四周的飞行环境进行探测，所述避障模块与环境感应模块电连接并根据探测的环境调整飞行线路以最短路线绕过障碍物。

6.根据权利要求1所述的基于网络数据更新的无人机地形跟随系统，其特征在于,所述环境感应模块包括多个均匀分布在无人机侧边对无人机周围扫描测距检测的雷达。

7.一种基于网络数据更新的无人机地形跟随方法，其特征在于,包括如下步骤：

S1：根据需要测量的区域提前预设好无人机的飞行路径；

S2：无人机在飞行时定高传感器和GPS模块分别获取无人机与地面的垂直高度信息和无人机的经纬度信息；

S3：无人机飞行过程中，环境感应模块模块扫描检测无人机的飞行环境，避障系统根据飞行环境对预设路线做出适时调整，以最短线路绕过障碍物，避免与其他物体碰撞，并传送到飞行控制模块以及云服务器端进行路线更新；

S4：飞行控制模块控制无人机按更新后的路线飞行，同时确定无人机飞行的跟随高度；

S5：云服务器端将多个无人机在相同地点获取的高度数据与数据库中已有的数据进行对比，在有确信的数据源的情况下，则采用该数据，并更新地形数据库。

8.根据权利要求7所述的基于网络数据更新的无人机地形跟随方法，其特征在于,所述步骤S3飞行控制模块对无人机的控制步骤如下：

第一步：数据分发与订阅模块接收指令，传输给飞行控制基本功能模块实现对无人机的基本飞行控制功能；

第二步：高度控制模块控制无人机飞行高度，将当前高度趋近于目标高度一致，达到地形跟随的目的；

第三步:高度融合更新模块获取无人机当前高度，并在需要时更新数据库；

第四步:在飞行控制模块本地数据在有变化或有新指令下发的情况下，数据指令分发与订阅模块将其分发到各个其它模块,使其它模块更新数据或响应指令。

9.根据权利要求8所述的基于网络数据更新的无人机地形跟随方法，其特征在于,所述第三部高度融合更新模块处理步骤如下：

a:以20HZ的频率向定高传感器获取当前无人机的离地高度；

b:以1hz的频率向云端通告当前坐标定高传感器获取的高度数据；

c:发送当前经纬度以及网格区域大小的请求，并将获取的数据建立成一个高度网格表；

d:当无人机的定高传感器工作正常，优先使用传感器的高度作为当前高度数据以及跟随目标高度，当无人机的定高传感器工作异常或者超过量程，使用跟随定高数据源为气压计与GPS融合高度来作为当前高度，数据网格表中的高度作为跟随目标高度。

10.根据权利要求6所述的基于网络数据更新的无人机地形跟随方法，其特征在于,所述步骤S3包含以下步骤：

步骤1，无人机飞行过程中，环境感应模块对无人机周围环境的360°全方位扫描测距检测，从而获得对应周围环境的雷达信号；

步骤2，避障模块根据雷达信号，分析出体现无人机附近环境特征的地形图；

步骤3，避障模块根据所处的环境，结合预设好的飞行路线，得出避开所有障碍物后回到规划路线的最短路线；

步骤4，避障模块将重新确立的路线反馈到飞行控制模块以及云服务器端进行路线更新。

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