CN112506229A - 一种旅游观光飞行器的飞行预设路径生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旅游观光飞行器的飞行预设路径生成方法，包括利用测绘飞行器对景区进行航测；建立景区地图的等高线地图；设置每个运行节点的到达次序，使得每个景区模块的运行节点连接后形成8字形；在等高线地图上导入飞行器的预设路径，确定飞行器在预设路径上的飞行高度；飞行高度满足飞行器与周边障碍物的距离不低于安全飞行间距。本发明的方法使得景区内所有的飞行器不容易出现撞机、起降损坏的情况；飞行器的运行轨迹是固定的，稳定性较好，用户通过控制摄像头的转动，其运动或者运转过程中不受影响，使得使用者能够专心利用摄像头获得良好的拍摄质量。

Description

一种旅游观光飞行器的飞行预设路径生成方法

技术领域

本发明涉及旅游观光系统技术领域，具体涉及到一种旅游观光飞行器的飞行预设路径生成方法。

背景技术

旅游是人们日常生活中休闲的重要方式之一，目前人们在旅游时往往通过线上查询相关旅游咨询，然后到达景区后进行实地旅游。人们旅游的目的之一，主要集中在观看景区的景色和环境，现有的这种旅游方式将会造成交通拥堵和环境污染，游客也需要预留非常长的时间和高昂的旅游费用，特别是一些徒步时间长的景区，对游客的身体负担也大大加重。

现有技术中应用于旅游行业的飞行器飞行路线大多是用户直接控制，没有进行统一规划。

例如文献1：CN202010912163.2中公开了一种用于景区的无人机观光方法，属于无人机领域，其包括主服务器、智能终端和多个无人机；智能终端发送控制信号至主服务器，主服务器将该控制信号转送至无人机，控制无人机的飞行状态；无人机飞行时获取景区相应位置的图像，并通过主服务器传输至智能终端；与现有技术相比，本发明的无人机观光系统可以用智能终端远程控制无人机在景区内飞行，让用户足不出户即可游览各个景区，且获取的图像信息真实，相比传统的视频观看景区，可以看到景区内的实时景象。

文献1是通过用户控制无人机来获取景区的图像，用户能够自由控制无人机的起降和飞行方式，但是这种方式需要让每个用户配置一个无人机，无人机的运行轨迹由用户完全操作，也难以控制统一。考虑到到无人机的操作是具有专业性的，无人机直接由用户进行操作控制极易引起空中碰撞、飞行不稳定、起降损坏、观察效果不佳的情况出现。当景区内上线多个无人机后，其出现风险的概率将会大大出现，进而影响上述观光方法的实际使用效果。

其次，文献1公开的技术中，用户不能够控制摄像头，摄像头是拍摄和观光的最重要的设备。文献1的摄像头的拍摄角度是需要通过调节无人机的飞行角度来实现的，然而无人机在调节飞行角度时，容易出现晃动，也会降低拍摄质量。

由此可见，现有技术中通过用户直接控制无人机的飞行路线，容易产生诸多安全隐患，也不利于初次观光的用户，这类用户由于不清楚景点大小和游览方式，容易出现飞行器飞出景区的情形，使得用户不能够很好的观看整个景区。

现有技术中也有对飞行器的飞行路径进行固定的方法，但是飞行器的预设路径往往是根据需求来设立的，发明人暂未发现旅游观光行业中有通过固定飞行器路线，通过控制飞行器摄像头的方式进行旅游观光的方法，因此也未发现有根据旅游景区来设定飞行器飞行路线的方法。

更重要的时，现有技术中的飞行器若搭载多个摄像头后，其摄像头分布在飞行器的两侧，摄像头的转向虽然角度很广，但是一侧的摄像头转向观看另一侧的景色时，另一侧的摄像头的安装结构或者另一侧的摄像头将会形成遮挡，因此实际上摄像头观看同侧的景色最佳。然而，若摄像头不大角度转向，则只能观看同侧的景色。为了解决上述问题，现有技术往往通过让摄像头往返重复路线，但是这样增加了飞行长度，对飞行器的续航有要求。

因此，如何设置合理的飞行预设路径，能够在摄像头不发生较大转向的情况下，以较短的行程，使得用户可以看到更大范围的景色，是目前的技术问题之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种旅游观光飞行器的飞行预设路径生成方法。

为达上述目的，本发明的一个实施例中提供了一种旅游观光飞行器的飞行预设路径生成方法，包括以下步骤：

（1）利用测绘飞行器对景区进行航测，获得景区地图；建立景区地图的等高线地图；

（2）将景区的等高线地图分隔成两个景区模块，每个景区模块上标记至少四个运行节点，设置每个运行节点的到达次序，使得每个景区模块的运行节点连接后形成8字形或者沙漏形的预设路径；

其中运行节点的到达次序具体为：飞行器从第一景区模块的起始运行节点A出发，依次经过运行节点B/C/D后返回至起始运行节点A，并从第一景区模块的起始运行节点A到达第二景区模块的起始运行节点A2，然后从起始运行节点A2出发，依次经过运行节点B2/C2/D2后返回至起始运行节点A2；

飞行器按照运行节点依次飞行，所有运行节点依次连接后形成飞行的预设路径；

（3）在等高线地图上导入飞行器的预设路径，确定飞行器在预设路径上的飞行高度；飞行高度满足飞行器与周边障碍物的距离不低于安全飞行间距或者安全飞行海拔高度。

优选的，景区根据面积和形状进行分隔成两个景区模块，每个运行节点上飞行器的飞行方向发生转向。

优选的，飞行器的飞行高度确定方法为：

（a2）在等高线地图上导入飞行器的预设路径，生成飞行器在等高线地图上的飞行曲线，飞行曲线与预设路径对应；基于等高线地图获取飞行曲线上每个坐标点的海拔高度；

（b2）获取飞行器上摄像机的物理变焦倍数Z，获取飞行器飞行环境中的风速V和雨量P；

（c2）飞行器在每个坐标点上的安全飞行海拔高度H满足以下公式：

其中S为坐标点的海拔高度值；K为预设安全高度值，V为风速，单位m/s；P为雨量，单位mm/d；Z为物理变焦倍数；A为比例系数，取值范围为0.04~0.1；

（d2）在飞行器上设置测距传感器，判断飞行器当前的飞行高度是否在安全飞行海拔高度H的范围内；

（e2）通过等高线地图测算当前坐标点与下一坐标点的海拔高度差，计算得到飞行器飞行到下一位置时飞行器的升降幅度。

优选的，步骤（d2）中，当飞行器的当前飞行高度低于安全飞行海拔高度H的最低值时，计算飞行器距离安全飞行海拔高度的差值，并根据该差值控制飞行器的上升高度；当飞行器的当前飞行高度高于安全飞行海拔高度H的最高值时，计算飞行器距离安全飞行海拔高度的差值，并根据该差值控制飞行器的下降高度。

优选的，步骤（e2）中，每间隔50m设置一个坐标点；若相邻两个坐标点之间的等高线海拔差值大于预设安全高度值K时，则在高海拔坐标点上增设坐标点；飞行器根据两个坐标点的海拔高度差计算出升降幅度后，获取两个坐标点之间的距离，获取飞行器的加速度范围、升降幅度和两个坐标点之间的距离，核算出飞行器的飞行速度。

综上所述，本发明具有以下优点：

1、本发明的飞行器在启动后是按照预设路径进行的，景区内所有的飞行器不容易出现撞机、起降损坏的情况，并通过用户控制摄像头，同样可以实现对景区的观看和摄像等。本发明的飞行器的运行轨迹是固定的，因此稳定性较好，用户通过控制摄像头的转动，其运动或者运转过程中不受影响，使得使用者能够专心利用摄像头获得良好的拍摄质量。

2、本发明通过优化飞行器的预设路径，使得飞行器在更短的行程中，在摄像头仅观看本侧景色情况下，能够使得用户具有更宽的观看区域，避免漏掉更多的景区景色。

3、本发明优化了飞行器的飞行海拔高度，使得飞行器在平面型景区上飞行时，在保持良好的摄像效果时，也能够保证飞行器的安全。

附图说明

图1为本发明一个实施例中飞行预设路径的生成方法流程图；

图2为本发明一个实施例中飞行器的预设路径示意图。

其中一个景区模块分隔成N1/N2/N3/N4四个观光区域，另一个景区模块分隔为M1/M2/M3/M4四个观光区域；R1/R2为飞行器左侧的摄像头，L1/L2为飞行器右侧的摄像头。

具体实施方式

本发明提供了一种旅游观光飞行器的飞行预设路径生成方法，包括：

（1）利用测绘飞行器对景区进行航测，获得景区地图；建立景区地图的等高线地图。

（2）将景区的等高线地图分隔成两个景区模块，每个景区模块上标记至少四个运行节点，设置每个运行节点的到达次序，使得每个景区模块的运行节点连接后形成8字形或者沙漏形的预设路径。

其中运行节点的到达次序具体为：飞行器从第一景区模块的起始运行节点A出发，依次经过运行节点B/C/D后返回至起始运行节点A，并从第一景区模块的起始运行节点A到达第二景区模块的起始运行节点A2，然后从起始运行节点A2出发，依次经过运行节点B2/C2/D2后返回至起始运行节点A2。

飞行器按照运行节点依次飞行，所有运行节点依次连接后形成飞行的预设路径。

（3）在等高线地图上导入飞行器的预设路径，确定飞行器在预设路径上的飞行高度；飞行高度满足飞行器与周边障碍物的距离不低于安全飞行间距或者安全飞行海拔高度。

本发明的飞行器安装了多个摄像头，对于现有技术中的无人机来说，多个摄像头的安装一般是在飞行器的轴向两侧安装摄像头，即每侧安装2-3个摄像头。虽然摄像头可以转动，但是在转动的范围有限，其次是若通过转动左侧的摄像头观察右侧的景色时，右侧的摄像头配套的硬件结构等容易形成遮挡；或者通过转动右侧的摄像头观察左侧的景色时，左侧的摄像头配套的硬件结构等也容易形成遮挡。因此在观光时最好的观察角度是左侧的摄像头观察左侧的景色，右侧的摄像头观察右侧的景色。

以图2为例，飞行器从起点位置A起飞，沿路线1/2/3/4/进行观光。飞行器在支线路1时，飞行器的摄像头L能够观察到景区N1，摄像头R不能够观察到景区，经过支线路2时，摄像机L看到区域N1和N3，摄像机R看到区域N2和N4；经过支线路3时，摄像机R能看到N4，摄像机L不能够看到景区，经过支线路4时，摄像机R能够看到N3和N4，摄像机L能够看到N1和N2。

由此可见，本发明通过摄像沙漏型或者8字形的飞行路径，能够使得飞行器上的所有摄像头在不转向对侧的情况下，依然能够对景区大部分的景色景区区域进行观光；同时飞行的路径总长度也适中。

景区地图分隔成两个景区模块时，每个景区模块上可以标记有四个运行节点，例如图2中的节点A/B/C/D，每个景区模块的运行节点连接后形成8字形或者沙漏形的预设路径。

飞行器从第一个景区模块的起点运行节点沿预设路径移动后返回至起点运行节点，然后从起点运行节点开始沿第二个景区模块的预设路径进行移动，最终再次返回至运行起点。

本发明设置的路径还有一个优点在于，当设置有两个景区模块时，沙漏型的预设路径能够让飞行器从节点A出发，观光完一个景区模块后，中途回到A后再从A出发，对下一个景区模块进行观光，最终仍然回到节点A；这种路线的规划行程短，同时能够满足用户对景点观光的需求，这种路径规划能够使得无人机能够连续运作，不需要掉头。例如，本发明飞行器依次经过的运行节点可以为：A/B/C/D/A2/B2/C2/D2/A2/A。

本发明的自动模式下的预设路径的设置方法，适用于利用飞行器观光平面型旅游景点。本发明的平面型旅游景点，是指观光路线大部分或者全部是在水平方向上延伸或者布局，观光路线上的景点分布在不同的水平位置点上，无人机能够从任意一个观光点移动到另一个观光点，不会受到中间障碍物的遮挡。平面型旅游景点可以包括人文景观、公园、博物馆、游乐场、河域等，人们在观光这类旅游景点时，往往在平面方向上移动。平面型旅游景点往往不包括类似于山峰的旅游景点，因为山峰这类旅游景点主要的游览路线是在爬山过程中进行观光，无人机也因为山体的阻碍，无法从山体中的任意一个观光点直线移动到另一个任意的观光点。

本发明飞行器的飞行高度确定方法为：

（a2）在等高线地图上导入飞行器的预设路径，生成飞行器在等高线地图上的飞行曲线，飞行曲线与预设路径对应；基于等高线地图获取飞行曲线上每个坐标点的海拔高度；

（b2）获取飞行器上摄像机的物理变焦倍数Z，获取飞行器飞行环境中的风速V和雨量P；

（c2）飞行器在每个坐标点上的安全飞行海拔高度H满足以下公式：

其中S为坐标点的海拔高度值；K为预设安全高度值，V为风速，单位m/s；P为雨量，单位mm/d；Z为物理变焦倍数；A为比例系数，取值范围为0.04~0.1；

（d2）在飞行器上设置测距传感器，判断飞行器当前的飞行高度是否在安全飞行海拔高度H的范围内；

（e2）通过等高线地图测算当前坐标点与下一坐标点的海拔高度差，计算得到飞行器飞行到下一位置时飞行器的升降幅度。

其中预设安全高度值为保证安全飞行的最低值，一般可以预设为50m~80m之间的数值较为合适。飞行器在飞行过程中通常考虑了风速，但是并未考虑摄像头的物理变焦倍数。本发明考虑环境参数例如风速和雨量是为了保证飞行器的飞行安全高度和稳定性之间的关系，考虑物理变焦倍数是基于飞行高度与观光的清晰度的关系。例如若物理变焦倍数较低，则不适合高空观光。

为了保证绝对安全，考虑到无人机飞行过程中的安全性能受风速的影响最大，因此，当检测到风速超过安全值后，例如超过12m/s后，无人机可以中止观光，按照预设路径飞行至安全区域停机。

例如，结合经济性和实用性，本发明选择的摄像机镜头的物理变焦倍数可以为20倍变焦倍数，比例系数A取值0.04，预设安全高度值K选择60m。

本发明的比例系数A是根据飞行器的飞行环境的稳定性来确定的，若景区的风速或者环境每天中变化较大，则适用于选择较大的比例系数，相反可以选择较低的比例系数。

无人机的飞行环境是可以检测的，一般也在飞行条件较好的情况下进行飞行，例如阴天少风的情况下、检测风速为5m/s、雨量为0，比例系数选择0.04，K值选择60m；当前海拔500m。此时计算出的H值为610.4m，离地飞行高度为110.4米。

基于上述原因，本发明通过大量实验验证了环境参数、物理变焦倍数、高度与观光清晰度、观光视觉之间的关系，核算了上述公式。由于上述公式是本发明根据实验得知的，因此上述公式的单位并不统一，因此计算结果是使用绝对值来进行计算，保证了数值单位的统一性。

（d2）在飞行器上设置测距传感器，判断飞行器当前的飞行高度是否在安全飞行海拔高度H的范围内；若低于安全飞行海拔高度H的最小值，A取0.04时，应当升高，若高于安全飞行海拔高度H的最大值，A取0.06时，应当降低。

（e2）通过等高线地图测算当前坐标点与下一坐标点的海拔高度差，计算得到飞行器飞行到下一位置时飞行器的升降幅度，在环境不发生变化的情况下，升降幅度与海拔高度差相同。

当分析器飞行至某一坐标点时，实时计算出H值，并根据测距传感器或者其他方法判断飞行器的当前飞行高度或者飞行器的海拔高度；同时假设环境参数不发生变化的情况下，预估下一个节点飞行器应道处于多少海拔高度，进而控制飞行器的升降。

本发明优选的，在步骤（d2）中，当飞行器的当前飞行高度低于安全飞行海拔高度H的最低值时，计算飞行器距离安全飞行海拔高度的差值，并根据该差值控制飞行器的上升高度；当飞行器的当前飞行高度高于安全飞行海拔高度H的最高值时，计算飞行器距离安全飞行海拔高度的差值，并根据该差值控制飞行器的下降高度。

本发明优选的，在步骤（e2）中，每间隔50m设置一个坐标点；若相邻两个坐标点之间的等高线海拔差值大于预设安全高度值K时，则在高海拔坐标点上增设坐标点；飞行器根据两个坐标点的海拔高度差计算出升降幅度后，获取两个坐标点之间的距离，获取飞行器的加速度范围、升降幅度和两个坐标点之间的距离，核算出飞行器的飞行速度。

本发明优选的，在景区根据面积和形状进行分隔成两个景区模块，每个运行节点上飞行器的飞行方向发生转向。

虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (5)

1.一种旅游观光飞行器的飞行预设路径生成方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）利用测绘飞行器对景区进行航测，获得景区地图；建立景区地图的等高线地图；

（2）将景区的等高线地图分隔成两个景区模块，每个景区模块上标记至少四个运行节点，设置每个运行节点的到达次序，使得每个景区模块的运行节点连接后形成8字形或者沙漏形的预设路径；

其中运行节点的到达次序具体为：飞行器从第一景区模块的起始运行节点A出发，依次经过运行节点B/C/D后返回至起始运行节点A，并从第一景区模块的起始运行节点A到达第二景区模块的起始运行节点A2，然后从起始运行节点A2出发，依次经过运行节点B2/C2/D2后返回至起始运行节点A2；

飞行器按照运行节点依次飞行，所有运行节点依次连接后形成飞行的预设路径；

（3）在等高线地图上导入飞行器的预设路径，确定飞行器在预设路径上的飞行高度；所述飞行高度满足安全飞行海拔高度。

2.如权利要求1所述的旅游观光飞行器的飞行预设路径生成方法，其特征在于：所述景区根据面积和形状进行分隔成两个景区模块，每个运行节点上飞行器的飞行方向发生转向。

3.如权利要求1所述的旅游观光飞行器的飞行预设路径生成方法，其特征在于，所述飞行器的飞行高度确定方法为：

（a2）在等高线地图上导入飞行器的预设路径，生成飞行器在等高线地图上的飞行曲线，飞行曲线与预设路径对应；基于等高线地图获取飞行曲线上每个坐标点的海拔高度；

（b2）获取飞行器上摄像机的物理变焦倍数Z，获取飞行器飞行环境中的风速V和雨量P；

（c2）飞行器在每个坐标点上的安全飞行海拔高度H满足以下公式：

其中S为坐标点的海拔高度值；K为预设安全高度值，V为风速，单位m/s；P为雨量，单位mm/d；Z为物理变焦倍数；A为比例系数，取值范围为0.04~0.1；

（d2）在飞行器上设置测距传感器，判断飞行器当前的飞行高度是否在安全飞行海拔高度H的范围内；

（e2）通过等高线地图测算当前坐标点与下一坐标点的海拔高度差，计算得到飞行器飞行到下一位置时飞行器的升降幅度。

4.如权利要求3所述的旅游观光飞行器的飞行预设路径生成方法，其特征在于：所述步骤（d2）中，当飞行器的当前飞行高度低于安全飞行海拔高度H的最低值时，计算飞行器距离安全飞行海拔高度的差值，并根据该差值控制飞行器的上升高度；当飞行器的当前飞行高度高于安全飞行海拔高度H的最高值时，计算飞行器距离安全飞行海拔高度的差值，并根据该差值控制飞行器的下降高度。

5.如权利要求3所述的旅游观光飞行器的飞行预设路径生成方法，其特征在于：所述步骤（e2）中，每间隔50m设置一个坐标点；若相邻两个坐标点之间的等高线海拔差值大于预设安全高度值K时，则在高海拔坐标点上增设坐标点；所述飞行器根据两个坐标点的海拔高度差计算出升降幅度后，获取两个坐标点之间的距离，获取飞行器的加速度范围、升降幅度和两个坐标点之间的距离，核算出飞行器的飞行速度。

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