CN113110598A - 一种无人机控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无人机控制方法及系统，其方法包括下列步骤：基于根据飞行任务要求，所述地面控制系统预设多个第一航点，将多个第一航点依次相连合围形成二维作业区域，在所述二维作业区域内，设定无人机的飞行航线；基于所述飞行航线，获取多个待传输给无人机的第二航点，所述第二航点包括高度、经纬度以及GPS位置信息，依次判断所述第二航点是否合规；若所述第二航点均合规，所述地面控制系统将第二航点依次传输至所述无人机，所述无人机判断所接收到的第二航点信息是否正确；若所述第二航点信息正确，所述无人机按照由第二航点构成的飞行航线进行作业。

Description

一种无人机控制方法及系统

技术领域

本发明涉及无人机应用技术领域，尤其涉及一种无人机控制方法及系统。

背景技术

随着无人机技术的快速发展，无人机在很多领域得到了广泛应用。其中，无人机航点传输是一种应用在无人机上的大量航点实时可靠上传与处理的方法。

现有技术中，无人机在执行任务前，通常会预先设置航线，无人机起飞后沿着预设航线飞行。地面控制系统在无人机飞行的过程中，会实时向无人机上传新的航点。然而，地面控制系统在航点的经度、纬度、高度等信息发生改变时，无法快速地对其进行合规校验，来确保上传的航点各项信息的准确性，从而导致无人机运行异常，发生偏离航线、撞击山体、误入禁飞区和影响机场飞机起降等危险情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无人机控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：本发明第一方面公开了一种无人机控制方法，用于控制无人机与地面控制系统之间的航点传输，包括下列步骤：

基于根据飞行任务要求，所述地面控制系统预设多个第一航点，将多个第一航点依次相连合围形成二维作业区域，在所述二维作业区域内，设定无人机的飞行航线；

基于所述飞行航线，获取多个待传输给无人机的第二航点，所述第二航点包括高度、经纬度以及GPS位置信息，依次判断所述第二航点是否合规；

若所述第二航点均合规，所述地面控制系统将第二航点依次传输至所述无人机，所述无人机判断所接收到的第二航点信息是否正确；

若所述第二航点信息正确，所述无人机按照由第二航点构成的飞行航线进行作业。

可选的，所述地面控制系统预设多个第一航点，包括：

根据飞行任务要求，所述地面控制系统获取任务区域的卫星图像，基于卫星图像以及经纬度数据，将所述任务区域划分为二维栅格，在所述二维栅格上设置多个第一航点，所述第一航点为带有经纬度的GPS二维位置信息。

可选的，在所述二维作业区域内，设定无人机的飞行航线，包括：根据所述二维作业区域的轮廓形状和预设航线规划算法，规划无人机在所述作业区域内的飞行航线。

可选的，依次判断所述第二航点是否合规，包括：

获取所述二维作业区域内的禁飞区域信息，所述禁飞区域信息包括禁飞高度区间信息以及禁飞经纬度信息；

判断所述第二航点的高度信息是否处于禁飞高度区间范围内，且所述第二航点的经纬度信息是否处于禁飞经纬度信息覆盖的范围内；

若是，则所述第二航点不合规，修改所述飞行航线，获得新的第二航点，并对新的第二航点依次进行合规校验；

否则，则所述第二航点为合规航点。

可选的，所述无人机判断所接收到的第二航点信息是否正确，包括：

若所述第二航点为合规航点，为第二航点分配对应的随机数，并进行存储，同时将第二航点以及对应的随机数发送至无人机，所述第二航点与唯一随机数相对应；

无人机接收第二航点以及随机数后，向所述地面控制系统回传随机数，所述地面控制系统将接收到的随机数与自身存储的随机数进行对比，判断二者是否一致；

若是，则确定所述第二航点信息正确且传输可靠，并向所述无人机传输下一个第二航点；

否则，确定所述第二航点信息传输不可靠，所述地面控制系统停止传输所述第二航点信息。

本发明第二方面提供了一种无人机控制系统，包括：

作业区域构建单元，用于根据飞行任务要求，在地图上构建二维作业区域；

航线规划单元，根据飞行任务要求，在二维作业区域内构建三维飞行航线，所述飞行航线包括多个第二航点；

第一判断单元，用于获取第二航点信息，并依次判断所述第二航点是否合规；

第二判断单元，用于若所述第二航点合规，则将第二航点传输给无人机，并依次判断第二航点是否传输正确。

可选的，所述航线规划单元具体用于：根据飞行任务要求，所述地面控制系统获取任务区域的卫星图像，基于卫星图像以及经纬度数据，将所述任务区域划分为二维栅格，在所述二维栅格上设置多个第一航点，所述第一航点为带有经纬度的GPS二维位置信息。

可选的，所述第一判断单元具体用于：

获取所述二维作业区域内的禁飞区域信息，所述禁飞区域信息包括禁飞高度区间信息以及禁飞经纬度信息；

判断所述第二航点的高度信息是否处于禁飞高度区间范围内，且所述第二航点的经纬度信息是否处于禁飞经纬度信息覆盖的范围内；

若是，则所述第二航点不合规，修改所述飞行航线，获得新的第二航点，并对新的第二航点依次进行合规校验

否则，则所述第二航点为合规航点。

可选的，所述第二判断单元具体用于：

若所述第二航点为合规航点，为第二航点分配对应的随机数，并进行存储，同时将第二航点以及对应的随机数发送至无人机，所述第二航点与唯一随机数相对应；

无人机接收第二航点以及随机数后，向所述地面控制系统回传随机数，所述地面控制系统将接收到的随机数与自身存储的随机数进行对比，判断二者是否一致；

若是，则确定所述第二航点信息正确且传输可靠，并向所述无人机传输下一个第二航点；

否则，确定所述第二航点信息传输不可靠，所述地面控制系统停止传输所述第二航点信息。

与现有技术相比，本发明达到的有益效果如下：

本发明提供的一种无人机控制方法以及系统，在航点传输前快速地进行合规校验，对于不合规航点，可以在飞行任务执行前就给予换掉，有效的避免了无人机在空中飞行过程中，易误入禁飞区域的风险，同时在航点传输时还进一步进行信息传输可靠性校验，来确保传输到无人机中的航点信息的准确性，有效避免出现无人机运行异常的情况，满足了控制系统的应用需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种无人机控制方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种无人机控制系统的结构示意图。

具体实施方式

为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，并结合附图对本发明做进一步的说明。

参见图1，图1示例性的示出了本发明实施例提供的公开的一种无人机控制方法，该方法用于控制无人机与地面控制系统之间的航点传输，能够确保传输到无人机中的航点信息的准确性，包括下列步骤：

步骤101：基于根据飞行任务要求，所述地面控制系统预设多个第一航点，将多个第一航点依次相连合围形成二维作业区域，在所述二维作业区域内，设定无人机的飞行航线；

步骤102：基于所述飞行航线，获取多个待传输给无人机的第二航点，所述第二航点包括高度、经纬度以及GPS位置信息，依次判断所述第二航点是否合规；

步骤103：若所述第二航点均合规，所述地面控制系统将第二航点依次传输至所述无人机，所述无人机判断所接收到的第二航点信息是否正确；

步骤104：若所述第二航点信息正确，所述无人机按照由第二航点构成的飞行航线进行作业。

需要说明的是，本实施例中所述的无人机可以为合适的无人飞行器，包括固定翼无人飞行器和旋转翼无人飞行器，例如直升机、四旋翼机和具有其他数量的旋翼和/或旋翼配置的飞行器，还可以是其他可移动物体，例如载人飞行器、航模、无人飞艇和无人热气球等。而无人机的飞控计算机至少包括存储器、处理器、通信总线以及网络接口等。

需要说明的是，本实施例中所述的地面控制系统至少包括处理器和显示器，还可以包括存储器、通信总线等。

在步骤101中，无人机在执行飞行任务前，需要根据飞行任务划定作业区域，其作业区域通常由多个位置点互相连接而成，在作业区域中，可针对飞行任务的不同要求，划定不同的飞行航线。

在本申请提供的一个可选实施例中，公开了划定作业区域的方式，其具体步骤如下：

步骤1011、根据飞行任务，以某一地面标识性物体，划定一定半径的任务区域，所述地面控制系统获取任务区域的卫星图像，基于卫星图像以及经纬度数据，将所述任务区域划分为二维栅格，在所述二维栅格上设置多个第一航点，所述第一航点为带有经纬度的GPS二维位置信息；将多个第一航点连接即构成了作业区域；

在该步骤中，其卫星图像可与通过与地面控制系统连接的地理信息系统获得，其采集的卫星图像经过地面控制系统的处理，在图像中对包括经纬度数据在内的GPS数据进行标识。

需要说明的是，封闭曲线围成的作业区域的形状根据飞行任要求的不同而不同。可以是规则的几何形状，例如，矩形、方形或圆形；也可以是不规则的其他样式的形状，本申请实施例对此亦不作限定。

在具体实现中，可以按照一定的间距将作业区域划分为二维栅格，使得二维栅格中每个网格的边长均与该间距相等。根据间距大小的不同，划分获得的二维栅格也会不同，但二维栅格的不同并不会影响无人机在该作业区域内的初始航线的位置。

进一步的，可以根据划分二维栅格时所使用的间距的大小，以及作业区域的边界的坐标信息，确定出二维栅格中每个交叉点的二维坐标信息，即确定出在平面上，每个交叉点的坐标值(x,y)，根据交叉点的坐标值，确定第一航点的坐标值，其第一航点可以与所述交叉点重合，也可以设置于所述交叉点侧。

步骤1012、根据所述二维作业区域的轮廓形状和预设航线规划算法，规划无人机在所述作业区域内的飞行航线。

需要说明的是，航线规划算法包括本领域常用的航向规划算法，本实施例在此不做具体阐述。

在本申请实施例中，以二维作业区域的任一顶点或作业区域的任一边界上的点作为飞行航线的起始点，同样以二维作业区域的任一其他顶点或作业区域的任一边界上的点作为飞行航线的终点，在两点之间规划无人机的飞行航线，其飞行航线是由多个第二航点构成，而第二航点为多个经度、纬度、高度等信息发生更改的位置点，根据二维栅格中每个交叉点的二维坐标信息，可获得第二航点的经度、纬度信息。

进一步的，在本申请的一个可选实施方式中，通过数字高程模型DEM、数字地面模型DTM、数字线划地图DLG、数字栅格地图DRG、数字正射影像图DOM或数字地表模型DSM中的任意一种或多种地图获取二维栅格中每个交叉点的点位高度信息，通过交叉点的点位高度信息，即可方便的获得包括经度、纬度、高度信息在内的第二航点。

在步骤102中，地面控制系统将获取到的所有第二航点均进行传输前的合规性检查后，可筛选掉一些不满足合规要求的第二航点，地面控制系统将通过合规校验的第二航点按序依次传输给无人机。

在本申请提供的一个可选实施例中，依次判断所述第二航点是否合规包括下列步骤：

步骤1021、获取所述二维作业区域内的禁飞区域信息，所述禁飞区域信息包括禁飞高度区间信息以及禁飞经纬度信息；

步骤1022、判断所述第二航点的高度信息是否处于禁飞高度区间范围内，且所述第二航点的经纬度信息是否处于禁飞经纬度信息覆盖的范围内；

在该步骤中，地面控制系统将第二航点的高度信息和经纬度信息分别与无人机的飞行区域的高程信息和禁飞区域信息进行比较，即判断第二航点航点的高度信息是否处于高程信息覆盖的范围内，并且第二航点航点的经纬度信息是否也处于禁飞区域信息覆盖的范围内；

步骤1023、若是，则所述第二航点不合规，修改所述飞行航线，获得新的第二航点，并对新的第二航点依次进行合规校验，否则，则所述第二航点为合规航点；

若经过比较，判断出该航点的高度信息处于高程信息覆盖的范围内，或者该航点的经纬度信息处于禁飞区域信息覆盖的范围内，则确定该航点未通过合规校验，不满足向无人机传输的初始条件。因此，在后续的传输过程中，应将该航点舍弃或修改成符合条件的航点，然后继续对下一个第二航点进行合规校验，即获取下一个第二航点的高度信息和经纬度信息，直至把获取到的所有第二航点均校验完毕，从而得出通过合规校验的全部第二航点。

若经过比较，判断出该第二航点的高度信息处于高程信息覆盖的范围内且该航点的经纬度信息也处于禁飞区域信息覆盖的范围内，则确定该第二航点通过合法性校验，满足向无人机传输的初始条件。

在步骤103中，若所述第二航点均合规，所述地面控制系统将第二航点依次传输至所述无人机，所述无人机判断所接收到的第二航点信息是否正确；

在本申请提供的一个可选实施例中，所述地面控制系统将第二航点依次传输至所述无人机，所述无人机依次判断第二航点信息是否正确包括下列步骤：

步骤1031、在第二航点被判断为合规航点时，其地面控制系统为为第二航点分配对应的随机数，所述随机数可以为任一自然数，并且每个第二航点均与唯一的随机数相对应，其随机数不互相重复，在获得随机数后，地面控制系统将第二航点以及对应的随机数一并存储至自身的数据库中。

步骤1032、将第二航点以及对应的随机数发送至无人机，无人机接收第二航点以及随机数后，向所述地面控制系统回传随机数，所述地面控制系统将接收到的随机数与自身存储的随机数进行对比，判断二者是否一致；

步骤1033、若是，则确定所述第二航点信息正确且传输可靠，并向所述无人机传输下一个第二航点，否则，确定所述第二航点信息传输不可靠，所述地面控制系统停止传输下一第二航点信息，并且所述地面控制系统重新向无人机传输上一第二航点信息。

持续以上过程，直至把加载的所有航点均判断完毕，最终使得无人机获得能够构成飞行航线的所有第二航点，无人机可按照飞行航线执行飞行任务。

综上所述，本发明实施例提供的一种无人机控制方法，在航点传输前快速地进行合规校验，对于不合规航点，可以在飞行任务执行前就给予换掉，有效的避免了无人机在空中飞行过程中，易误入禁飞区域的风险，同时在航点传输时还进一步进行信息传输可靠性校验，来确保传输到无人机中的航点信息的准确性，有效避免出现无人机运行异常的情况，满足了控制系统的应用需求。

参见图2，基于同一发明构思，本发明第二方面提供了一种无人机控制系统，包括：

作业区域构建单元301，用于根据飞行任务要求，在地图上构建二维作业区域；

航线规划单元302，根据飞行任务要求，在二维作业区域内构建三维飞行航线，所述飞行航线包括多个第二航点；

第一判断单元303，用于获取第二航点信息，并依次判断所述第二航点是否合规；

第二判断单元304，用于若所述第二航点合规，则将第二航点传输给无人机，并依次判断第二航点是否传输正确。

此处需要说明的是，上述作业区域构建单元301、航线规划单元302、第一判断单元303和第二判断单元304对应于上述方法实施例中的步骤101至步骤104，四个单元与对应的步骤所实现的实例和应用场景相同，但不限于上述方法实施例所公开的内容。

可选的，所述作业区域构建单元301具体用于，根据飞行任务，以某一地面标识性物体，划定一定半径的任务区域，所述地面控制系统获取任务区域的卫星图像，基于卫星图像以及经纬度数据，将所述任务区域划分为二维栅格，在所述二维栅格上设置多个第一航点，所述第一航点为带有经纬度的GPS二维位置信息；将多个第一航点连接即构成了作业区域。

可选的，所述航线规划单元302具体用于：根据所述二维作业区域的轮廓形状和预设航线规划算法，规划无人机在所述作业区域内的飞行航线，其航线规划算法包括本领域常用的航向规划算法。

可选的，所述第一判断单元303具体用于：获取所述二维作业区域内的禁飞区域信息，所述禁飞区域信息包括禁飞高度区间信息以及禁飞经纬度信息；

判断所述第二航点的高度信息是否处于禁飞高度区间范围内，且所述第二航点的经纬度信息是否处于禁飞经纬度信息覆盖的范围内；

若是，则所述第二航点不合规，修改所述飞行航线，获得新的第二航点，并对新的第二航点依次进行合规校验；

否则，则所述第二航点为合规航点。

可选的，所述第二判断单元304具体用于：若所述第二航点为合规航点，为第二航点分配对应的随机数，并进行存储，同时将第二航点以及对应的随机数发送至无人机，所述第二航点与唯一随机数相对应；

无人机接收第二航点以及随机数后，向所述地面控制系统回传随机数，所述地面控制系统将接收到的随机数与自身存储的随机数进行对比，判断二者是否一致；

若是，则确定所述第二航点信息正确且传输可靠，并向所述无人机传输下一个第二航点；

否则，确定所述第二航点信息传输不可靠，所述地面控制系统停止传输下一第二航点信息，并且所述地面控制系统重新向无人机传输上一第二航点信息。

需要说明的是，本发明实施例提供的无人机航点传输控制装置与前述实施例所述的无人机航点传输控制方法属于相同的技术构思，其具体实施过程可参照前述实施例中对方法步骤的说明，在此不再赘述。

应当理解，以上一种无人机控制系统包括的单元仅为根据该装置实现的功能进行的逻辑划分，实际应用中，可以进行上述单元的叠加或拆分。并且该实施例提供的一种无人机控制系统所实现的功能与上述实施例提供的一种无人机控制方法一一对应，对于该装置所实现的更为详细的处理流程，在上述方法实施例中已做详细描述，此处不再详细描述。

综上所述，本发明实施例提供的一种无人机控制系统，在航点传输前快速地进行合规校验，对于不合规航点，可以在飞行任务执行前就给予换掉，有效的避免了无人机在空中飞行过程中，易误入禁飞区域的风险，同时在航点传输时还进一步进行信息传输可靠性校验，来确保传输到无人机中的航点信息的准确性，有效避免出现无人机运行异常的情况，满足了控制系统的应用需求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种无人机控制方法，用于控制无人机与地面控制系统之间的航点传输，其特征在于，包括下列步骤：

基于根据飞行任务要求，所述地面控制系统预设多个第一航点，将多个第一航点依次相连合围形成二维作业区域，在所述二维作业区域内，设定无人机的飞行航线；

基于所述飞行航线，获取多个待传输给无人机的第二航点，所述第二航点包括高度、经纬度以及GPS位置信息，依次判断所述第二航点是否合规；

若所述第二航点均合规，所述地面控制系统将第二航点依次传输至所述无人机，所述无人机判断所接收到的第二航点信息是否正确；

若所述第二航点信息正确，所述无人机按照由第二航点构成的飞行航线进行作业。

2.根据权利要求1所述的一种无人机控制方法，其特征在于，所述地面控制系统预设多个第一航点，包括：

根据飞行任务要求，所述地面控制系统获取任务区域的卫星图像，基于卫星图像以及经纬度数据，将所述任务区域划分为二维栅格，在所述二维栅格上设置多个第一航点，所述第一航点为带有经纬度的GPS二维位置信息。

3.根据权利要求2所述的一种无人机控制方法，其特征在于，在所述二维作业区域内，设定无人机的飞行航线，包括：根据所述二维作业区域的轮廓形状和预设航线规划算法，规划无人机在所述作业区域内的飞行航线。

4.根据权利要求3所述的一种无人机控制方法，其特征在于，依次判断所述第二航点是否合规，包括：

获取所述二维作业区域内的禁飞区域信息，所述禁飞区域信息包括禁飞高度区间信息以及禁飞经纬度信息；

判断所述第二航点的高度信息是否处于禁飞高度区间范围内，且所述第二航点的经纬度信息是否处于禁飞经纬度信息覆盖的范围内；

若是，则所述第二航点不合规，修改所述飞行航线，获得新的第二航点，并对新的第二航点依次进行合规校验；

否则，则所述第二航点为合规航点。

5.根据权利要求4所述的一种无人机控制方法，其特征在于，所述无人机判断所接收到的第二航点信息是否正确，包括：

若所述第二航点为合规航点，为第二航点分配对应的随机数，并进行存储，同时将第二航点以及对应的随机数发送至无人机，所述第二航点与唯一随机数相对应；

无人机接收第二航点以及随机数后，向所述地面控制系统回传随机数，所述地面控制系统将接收到的随机数与自身存储的随机数进行对比，判断二者是否一致；

若是，则确定所述第二航点信息正确且传输可靠，并向所述无人机传输下一个第二航点；

否则，确定所述第二航点信息传输不可靠，所述地面控制系统停止传输所述第二航点信息。

6.一种无人机控制系统，其特征在于，包括：

作业区域构建单元，用于根据飞行任务要求，在地图上构建二维作业区域；

航线规划单元，根据飞行任务要求，在二维作业区域内构建三维飞行航线，所述飞行航线包括多个第二航点；

第一判断单元，用于获取第二航点信息，并依次判断所述第二航点是否合规；

第二判断单元，用于若所述第二航点合规，则将第二航点传输给无人机，并依次判断第二航点是否传输正确。

7.根据权利要求6所述的一种无人机控制方法，其特征在于，所述航线规划单元具体用于：根据飞行任务要求，所述地面控制系统获取任务区域的卫星图像，基于卫星图像以及经纬度数据，将所述任务区域划分为二维栅格，在所述二维栅格上设置多个第一航点，所述第一航点为带有经纬度的GPS二维位置信息。

8.根据权利要求7所述的一种无人机控制方法，其特征在于，所述第一判断单元具体用于：

获取所述二维作业区域内的禁飞区域信息，所述禁飞区域信息包括禁飞高度区间信息以及禁飞经纬度信息；

判断所述第二航点的高度信息是否处于禁飞高度区间范围内，且所述第二航点的经纬度信息是否处于禁飞经纬度信息覆盖的范围内；

若是，则所述第二航点不合规，修改所述飞行航线，获得新的第二航点，并对新的第二航点依次进行合规校验

否则，则所述第二航点为合规航点。

9.根据权利要求8所述的一种无人机控制方法，其特征在于，所述第二判断单元具体用于：

若所述第二航点为合规航点，为第二航点分配对应的随机数，并进行存储，同时将第二航点以及对应的随机数发送至无人机，所述第二航点与唯一随机数相对应；

无人机接收第二航点以及随机数后，向所述地面控制系统回传随机数，所述地面控制系统将接收到的随机数与自身存储的随机数进行对比，判断二者是否一致；

若是，则确定所述第二航点信息正确且传输可靠，并向所述无人机传输下一个第二航点；

否则，确定所述第二航点信息传输不可靠，所述地面控制系统停止传输所述第二航点信息。

Images