CN113267213B - 无人机采集环境数据系统和无人机采集环境数据方法 - Google Patents

无人机采集环境数据系统和无人机采集环境数据方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种环境数据采集系统和相关方法，环境数据采集系统包括主设备以及多个非主设备，其中当所述主设备位于信号采集区域时，根据所述信号采集区域多个传感器的分布情境，所述主设备控制非主‑同步设备以及至少一非主‑异步设备作对应分布以分别撷取所述多个传感器的数据。本发明优点为：通过智能的无人机传感器热点分布方案，科研人员只需沿着传感器的地图行驶，无需下车手动从传感器导出数据，而且多台无人机同时上传传感器的数据，效率会大幅提升。

Description

无人机采集环境数据系统和无人机采集环境数据方法
技术领域
本申请涉及采集环境数据的应用，尤其涉及使用无人机采集环境数据的系统和方法。
背景技术
在高山、海岛、沙漠等人迹稀少的偏远地区，由于居住人数较少，运营商基本上没有部署通信基站，因此所述偏远地区无法与外界进行信息交换。另一方面，为了能够有效监测偏远地区的环境数据，科研人员往往会在偏远地区安装较多的传感器来获取环境的信息，传感器可包括温度计、湿度计以及气压计等等，比如通过温度计来检测当地的温度，通过湿度计来检测当地的湿度，通过气压计来检测当地的气压等等。然而，由于没有部署通信基站，这些环境数据无法通过无线通信网络传到公网，造成数据传递上极大的不便。
现有的解决方案是通过科研人员定期开车去不同的传感器所在位置以手动方式导出环境数据，这样的做法比较费时费力，效率低且不够智能化。因此，现有的技术有待进一步的改进。
综上所述，实有需要一种智能的环境数据侦测方案来改善现有技术的不足。
发明内容
对于现有技术存在的问题，本发明提供了一种无人机采集环境数据的方案，其中，对每一个传感器安装一个Wi-Fi硬件设备，传感器一边采集环境数据，一边等待无人机通过Wi-Fi网络唤醒；科研人员驾驶一辆车依次穿过传感器区域，若干无人机和车里的Wi-Fi设备组成Wi-Fi感知网络，并且在车辆行驶过程中，无人机队伍紧紧地跟随移动的车辆；当车辆行驶至传感器附近时，无人机通过Wi-Fi网络主动唤醒传感器，使得传感器将环境数据通过Wi-Fi网络上传到无人机；当车辆到达终点时，所有传感器采集的环境数据都被上传到无人机队伍，无人机依次将环境数据转发至车里的Wi-Fi设备；最后，当车辆行驶至有基站信号的区域时，车里的Wi-Fi设备与基站建立通信链接，将环境数据转发至公网。
根据以上目的，本发明实施例提供一种环境数据采集系统，包括主设备以及多个非主设备。所述主设备包括第一无线通信模组，其中所述主设备搭载移动构件；所述多个非主设备各自包括第二无线通信模组以链接于所述第一无线通信模组；其中：所述多个非主设备中直接链接于所述主设备的非主设备为非主-同步设备，所述多个非主设备中通过所述非主-同步设备链接于所述主设备的至少一非主设备为非主-异步设备；所述非主-同步设备根据所述主设备传来的数据解析出所述主设备当前的位置和行进方向，且依据所述主设备当前的位置和行进方向，所述非主-同步设备跟随所述主设备作移动或停留；所述至少一非主-异步设备根据所述非主-同步设备传来的数据解析出所述非主-同步设备当前的位置和行进方向，且依据所述所述非主-同步设备当前的位置和行进方向，所述至少一非主-异步设备跟随所述非主-同步设备作移动或停留；以及当所述主设备位于信号采集区域时，根据所述信号采集区域多个传感器的分布情境，所述主设备控制所述非主-同步设备以及所述至少一非主-异步设备作对应分布以分别撷取所述多个传感器的数据。
可选地，在上述环境数据采集系统的一些延伸应用中，所述分布情境呈现所述多个传感器为直线型分布时，所述主设备控制所述非主-同步设备位于所述多个非主设备的中间位置。
可选地，在上述环境数据采集系统的一些延伸应用中，所述分布情境呈现所述多个传感器为聚焦分布时，所述主设备决定出拟合点，并且控制所述非主-同步设备邻近于所述拟合点，其中所述拟合点是通过以下条件决定：所述多个非主设备至所述拟合点的距离和为最小。
可选地，在上述环境数据采集系统的一些延伸应用中，所述分布情境呈现所述多个传感器为类聚焦分布时，所述主设备决定出拟合点，并且控制所述非主-同步设备邻近于所述拟合点，其中所述拟合点是通过以下条件决定：在排除所述多个非主设备中与其余非主设备距离最远的非主设备的情况下，所述多个其余非主设备至所述拟合点的距离和为最小。
可选地，在上述环境数据采集系统的一些延伸应用中，于采集完毕后，所述非主-同步设备以及所述至少一非主-异步设备将所述多个传感器的数据传至所述主设备，所述主设备进一步将所述多个传感器的数据转发至公网。
除了上述环境数据采集系统，本发明还对应提供一种环境数据采集方法，其特征在于，包括：主设备移动至靠近信号采集区域，其中所述主设备搭载移动构件并且包括第一无线通信模组；主设备链接于多个非主设备，其中所述多个非主设备各自包括第二无线通信模组以链接于所述第一无线通信模组，且所述多个非主设备中直接链接于所述主设备的非主设备为非主-同步设备，所述多个非主设备中通过所述非主-同步设备链接于所述主设备的至少一非主设备为非主-异步设备；所述非主-同步设备根据所述主设备传来的数据解析出所述主设备当前的位置和行进方向，且依据所述主设备当前的位置和行进方向，所述非主-同步设备跟随所述主设备作移动或停留；所述至少一非主-异步设备根据所述非主-同步设备传来的数据解析出所述非主-同步设备当前的位置和行进方向，且依据所述所述非主-同步设备当前的位置和行进方向，所述至少一非主-异步设备跟随所述非主-同步设备作移动或停留；以及当所述主设备位于信号采集区域时，根据所述信号采集区域多个传感器的分布情境，所述主设备控制所述非主-同步设备以及所述至少一非主-异步设备作对应分布以分别撷取所述多个传感器的数据。
可选地，在上述环境数据采集方法的一些延伸应用中，所述分布情境呈现所述多个传感器为直线型分布时，所述主设备控制所述非主-同步设备位于所述多个非主设备的中间位置。
可选地，在上述环境数据采集方法的一些延伸应用中，所述分布情境呈现所述多个传感器为聚焦分布时，所述主设备决定出拟合点，并且控制所述非主-同步设备邻近于所述拟合点，其中所述拟合点是通过以下条件决定：所述多个非主设备至所述拟合点的距离和为最小。
可选地，在上述环境数据采集方法的一些延伸应用中，所述分布情境呈现所述多个传感器为类聚焦分布时，所述主设备决定出拟合点，并且控制所述非主-同步设备邻近于所述拟合点，其中所述拟合点是通过以下条件决定：
在排除所述多个非主设备中与其余非主设备距离最远的非主设备的情况下，所述多个其余非主设备至所述拟合点的距离和为最小。
可选地，在上述环境数据采集方法的一些延伸应用中，于采集完毕后，所述非主-同步设备以及所述至少一非主-异步设备将所述多个传感器的数据传至所述主设备，所述主设备进一步将所述多个传感器的数据转发至公网。
本发明与现有技术相比具有以下优点：科研人员只需沿着传感器的地图行驶，无需下车手动从传感器导出数据，而且多台无人机同时上传传感器的数据，效率会大幅提升。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明一实施例车辆与若干台无人机组建Wi-Fi感知网络的示意图。
图2是本发明规定的服务发现帧的格式的示意图。
图3是本发明简化的服务发现帧的格式的示意图。
图4是本发明消息ID的定义及其说明的示意图。
图5是本发明跟随状态下车辆控制设备发送GPS位置信息的消息格式的示意图。
图6是本发明传感器呈现“一”字型分布情境一的示意图。
图7是本发明实施例的工作状态下车辆控制设备发送GPS位置信息的消息格式的示意图。
图8是本发明传感器的环境数据上传完成的消息格式的示意图。
图9是本发明传感器呈现“一”字型分布情境二的示意图。
图10为本发明传感器聚集状态场景一的示意图。
图11为本发明传感器聚集状态场景二的示意图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本申请可用以实施的特定实施例。本申请所提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”、“侧面”等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本申请，而非用以限制本申请。
公开特别以下述例子加以描述，这些例子仅是用以举例说明而已，因为对于熟习此技艺者而言，在不脱离本揭示内容的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本揭示内容的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。在通篇说明书与权利要求中，除非内容清楚指定，否则“一”以及“所述”的意义包括这一类叙述包括“一或至少一”所述组件或成分。此外，如本公开所用，除非从特定上下文明显可见将复数个排除在外，否则单数冠词亦包括复数个组件或成分的叙述。而且，应用在此描述中与下述的全部权利要求中时，除非内容清楚指定，否则“在其中”的意思可包括“在其中”与“在其上”。在通篇说明书与权利要求所使用的用词，除有特别注明，通常具有每个用词使用在此领域中、在此公开的内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本公开的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供从业人员在有关本公开的描述上额外的引导。在通篇说明书的任何地方的例子，包括在此所讨论的任何用词的例子的使用，仅是用以举例说明，当然不限制本公开或任何例示用词的范围与意义。同样地，本公开并不限于此说明书中所提出的各种实施例。
在此所使用的用词“大约”、“约”或“近乎”应大体上意味在给定值或误差范围在20％以内，较佳是在10％以内。此外，在此所提供的数量可为近似的，因此意味着若无特别陈述，可用词“大约”、“约”或“近乎”加以表示。当数量、浓度或其他数值或参数有指定的范围、较佳范围或表列出上下理想值的时，应视为特别公开由任何上下限的数对或理想值所构成的所有范围，不论所述等范围是否分别公开。举例而言，如公开范围某长度为X公分到Y公分，应视为公开长度为H公分且H可为X到Y之间的任意实数。
可了解如在此所使用的用词“包括”、“具有”、“含有”等等，为开放性的用词，即意指包括但不限于。另外，本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所公开的全部目的或优势或特点。此外，摘要部分和标题仅作为来辅助专利文件搜寻的目的，并非用来限制权利要求的范围。
请参照附图中的图式，其中相同的组件符号代表相同的组件。以下的说明是基于所例示的本发明具体实施例，其不应被视为限制本发明未在此详述的其它具体实施例。
无人航空载具(Unmanned Aerial Vehicle，UAV)或称无人飞行器系统(UnmannedAircraft System，UAS)，又称无人飞机、无人机、蜂型机(drone)，广义上为不需要驾驶员登机驾驶的各式遥控飞行器，在用途上通常分为军用和民用。无人机通常使用遥控、导引或自动驾驶来控制，并且可应用于科学研究、场地探勘、军事目的、休闲娱乐等。无人机的全球市场在近年大幅增长，现已成为商业、政府和消费应用的重要工具。其能够支持诸多领域的解决方案，广泛应用于建筑、石油、天然气、能源、农业、救灾等领域，在情境感知方面也支持侦测、分类和地理定位等用途。
在使用无人机和Wi-Fi网络的基础上，本发明提供了一种无人机采集环境数据的方案，其中，对每一个传感器安装一个Wi-Fi硬件设备，传感器一边采集环境数据，一边等待无人机通过Wi-Fi网络唤醒。接着，由科研人员驾驶车辆依次穿过若干传感器所在区域，车辆搭载有Wi-Fi设备，藉此与多个无人机保持通信，其中若干无人机和车里的Wi-Fi设备组成Wi-Fi感知网络，并且在车辆行驶过程中，无人机队伍能够紧紧地跟随移动的车辆。当车辆行驶至多个传感器附近时，无人机通过Wi-Fi网络主动唤醒传感器，使得传感器将环境数据通过Wi-Fi网络上传到无人机，最终所有传感器采集的环境数据都被上传到无人机队伍，无人机依次将环境数据转发至车里的Wi-Fi设备。最后当车辆行驶至有基站信号的区域时，车里的Wi-Fi设备与基站建立通信链接，将环境数据转发至公网，或是通过4G或5G移动网络将环境数据转发至公网。为了对本发明有更好的理解，后续段落将介绍本发明各种实施例以及使用情境。
1、车辆与无人机组建Wi-Fi感知局域网
参考图1，图1是根据本发明一实施例车辆与若干台无人机组建Wi-Fi感知网络的示意图，如图1所示，本发明公开车辆与无人机组建Wi-Fi感知局域网，其中车辆安装有一台Wi-Fi硬件设备(又称车辆控制设备)，且每台无人机(诸如无人机C2、C1、A、B1以及B2)安装有一台Wi-Fi硬件设备(未图示)，其中车辆与无人机C2、C1、A、B1以及B2中若干台无人机组建Wi-Fi感知网络(Wi-Fi Aware Network)，并保持无线通信链接以进行信息交互。Wi-Fi硬件设备的作用为通过Wi-Fi感知网络实时分享车辆上的全球卫星导航系统(GlobalPositioning System，GPS)的位置信息，使得车辆移动的过程中，无人机队伍自动调节飞行速度紧紧跟随车辆，同时指挥无人机与传感器建立Wi-Fi直连网络(Wi-Fi DirectNetwork)，传感器将存储的环境数据上传至无人机。无人机上的Wi-Fi设备的作用可以描述为：通过Wi-Fi感知网络的连接，自动调整无人机的飞行位置使得无人机能够跟随移动中的车辆，且可通过Wi-Fi直连网络上传传感器的环境数据，具体的传感器范例可参考图6、图9、图10以及图11。
进一步而言，车辆与若干台无人机组建Wi-Fi感知网络如图1所示，整个Wi-Fi感知网络由5个Wi-Fi感知群组(Group)级联而成，即：以Wi-Fi硬件设备为主设备的Wi-Fi感知群组1、以无人机A为主设备的Wi-Fi感知群组2、以无人机B1为主设备的Wi-Fi感知群组3、以无人机A为主设备的Wi-Fi感知群组4，以及以无人机C1为主设备的Wi-Fi感知群组5。群组1～5中每个群组的最大通信范围是200米，因此整个网络的有效通信范围可以多达1200米(考虑到群组2～5的800米通信范围，以及无人机C2后方和无机人B2前方皆可继续延伸200米)。可以理解的是，级联的无人机的数量越多，通信范围越广，而本发明并不限制无人机的数量。需要注意的是，本图中群组1的链接方向是垂直于地面，群组2～5的链接方向是平行于地面。
在图1中，以Wi-Fi感知群组1为例，来描述Wi-Fi硬件设备组建Wi-Fi感知群组的过程。根据Wi-Fi感知协议，Wi-Fi感知群组有3个角色，分别是主设备、非主-同步设备和非主-异步设备，本发明Wi-Fi感知群组的组建过程可分为以下三个步骤：
(1)以车辆控制设备(或搭载有车辆控制设备的车辆)为主设备，发送发现信标帧，以侦测周边的无人机，形成一个Wi-Fi感知群组，无人机A、B1、B2、C1、C2随机成为非主-同步设备或非主-异步设备的角色，在图1的范例中，无人机A为非主-同步设备(因为直接链接于主设备)，无人机B1、B2、C1、C2为非主-同步设备(因为间接链接于主设备)；
(2)所述群组的主设备和非主-同步设备发送同步信标帧，用来同步整个网络的时钟，降低群组的功耗；
(3)在所述群组里，主设备、非主-同步设备或非主-异步设备，可以收发服务发现帧，获取特定信息。
群组2到群组5的组建过程可参考群组1，在这里不再具体展开描述。在Wi-Fi感知网络中，每个群组都有一个编号(6字节编号)，用于区分不同的群组；群组中的每个设备都有一个接口地址(6字节地址)，用来区分不同的设备。可以理解的是，无人机A同时在群组1、群组2和群组4里；无人机B1既在群组2里，又在群组3里；无人机C1既在群组4里，又在群组5里。
Wi-Fi感知网络组建成功后，群组中的一个设备既可以向同一个群组中的另外一个设备发送消息，可以向同一个群组中的多个设备发送消息，也可以向同一个群组中的所有设备广播消息。对于无人机A、B1和C1，可以向多个群组发送消息，举例来说，无人机A可以向群组1中的控制设备发送消息，也可以向群组2中的无人机B1发送消息，也可以向群组4中的无人机C1发送消息。上述所描述的消息承载在服务发现帧。
在符合Wi-Fi感知协议的前提下，本发明所描述的设备利用服务发现帧，相互收发特定的消息，对应的服务发现帧的格式如图2所示。图2是本发明规定的服务发现帧的格式的示意图，其中，Category是指所述帧的类型为公共行动帧(Public Action Frame)；Action Field是指与指定制造商有关的公共行动帧；OUI是指组织唯一编号(Organizationally Unique Identifier)；OUI Type是指OUI的类型；Attributes是指属性，包括服务描述属性和制造商特定属性。在制造商特定属性中，Attribute ID是指制造商特定属性的编号；Length是指OUI和Body的字节长度和；OUI是指制造商的编号；Body是指制造商的特定信息，用作本发明规定的信息。
为了更好地理解本发明规定的服务发现帧的格式，这里将图2所描述的服务发现帧进行简化表示，如图3所示，图3是本发明简化的服务发现帧的格式的示意图，其中Body字段即为图2中的Body字段，图3中消息ID的定义及其说明如图4所示，图4是本发明消息ID的定义及其说明的示意图。
当车辆在行驶过程中，且行驶区域没有传感器分布，为了确保无人机队伍能够跟随移动的车辆，且呈“一”字形分布，车辆的控制设备需要与无人机进行一系列的信令交互，具体如下描述。在车辆移动过程中，车辆的控制设备实时地将车辆的GPS位置信息发送给无人机A，对应的消息格式如图5所示，图5是本发明跟随状态下车辆控制设备发送GPS位置信息的消息格式的示意图。
无人机A根据收到的相邻的两条消息，可以解析出车辆当前的位置和车辆前进的方向，使得无人机A自我定位到车辆当前的位置，也可以计算出当前时刻其他无人机的位置。举例来说，无人机B1的位置是车辆当前位置沿着车辆前进方向200米的位置，无人机C1的位置是车辆当前位置反着车辆前进方向200米的位置，无人机B2和C2的位置计算方法类同。然后无人机A通过级联的Wi-Fi感知网络将计算得出的无人机位置信息依次发送给其他4台无人机，对应的消息格式如图5所示。
2、传感器将环境数据上传至无人机
当车辆经过有传感器分布的区域时，若干台无人机和车辆组建Wi-Fi感知网络，车辆通过Wi-Fi感知信令交互通知无人机定位到传感器的正上方，并且让无人机主动唤醒正下方的传感器设备，使得传感器的环境数据通过Wi-Fi直连链接上传到无人机。
车辆的控制设备预先存有传感器的GPS位置分布图，当车辆进入传感器的区域时，车辆控制设备会根据传感器的分布位置来调整无人机的位置。具体地说，车辆控制设备利用图像识别技术来识别传感器呈现“一”字型分布或聚集状态，有以下几种典型的场景。
2.1、传感器呈现“一”字型分布情境一
“一”字型分布情境一可以描述为：车辆控制设备利用图像识别技术识别出五个传感器大致呈现“一”字型分布(即在五个传感器的位置处拟合出一条曲线，使得五个传感器到所述直线的距离之和最短。如果传感器到所述直线的最大距离小于某个阈值，比如说30米，则可以判断五个传感器大致呈现“一”字型分布)，且这五个传感器左右之间的距离小于200米，如图6所示，图6是本发明传感器呈现“一”字型分布情境一的示意图，其中字母的位置代表无人机的位置。车辆控制设备通过Wi-Fi感知网络分别通知五台无人机调整位置，每台无人机的水平方向的位置与传感器的水平方向的位置相同，每台无人机与地面的竖直高度定在50米左右，对应的消息格式如图7所示，图7是本发明实施例的工作状态下车辆控制设备发送GPS位置信息的消息格式的示意图。
车辆开到A无人机对应的传感器的位置附近，五台无人机接收到消息后，分别一一飞行到传感器的正上方空间。由于无人机左右之间的距离还是小于200米，因此，五台无人机还是可以与车辆控制设备建立Wi-Fi感知网络，图6中的每个圈的半径为200米，代表一个Wi-Fi感知群组。平时状态下，传感器的车辆控制设备保持低功耗状态(周期性地扫描Wi-Fi直连链接请求帧)，当无人机飞行到传感器的正上方时，无人机主动唤醒传感器建立Wi-Fi直连链接，也就是说，无人机主动发出Wi-Fi直连链接请求帧，传感器的车辆控制设备扫描到此链接请求帧，然后，无人机和传感器建立Wi-Fi直连链接。Wi-Fi直连协议是一种点对点(Point To Point，P2P)高速传输数据的Wi-Fi协议。传感器就可以通过Wi-Fi直连链接将采集的环境数据上传到无人机。当环境数据上传完成后，无人机会将此事件通知到车辆控制设备，对应的消息格式如图8所示，图8是本发明传感器的环境数据上传完成的消息格式的示意图。可以看出，在同一区域，五台无人机通过Wi-Fi直连链接，同时上传传感器的环境数据，与此同时，工作人员无需走到传感器附近，工作效率得到较大的提升。
2.2传感器呈现“一”字型分布情境二
“一”字型分布情境二可以描述为，车辆控制设备利用图像识别技术识别出只有四个传感器大致呈现“一”字型分布，且前三个传感器左右之间的距离小于200米，第三个传感器与第四个传感器的距离在200米到400米之间，如图9所示。
车辆控制设备通过Wi-Fi感知网络分别通知四台无人机(A、B2、C1、C2)调整位置，每台无人机的水平方向的位置与传感器的水平方向的位置相同，每台无人机与地面的竖直高度定在50米左右，对应的消息格式如图7所示。B1无人机的定位位置为A无人机和B2无人机的中间点位置。
车辆开到A无人机对应的传感器的位置附近，五台无人机接收到消息后，分别一一飞行到指定位置。由于无人机左右之间的距离还是小于200米，因此，五台无人机还是可以与车辆控制设备建立Wi-Fi感知网络。参见图9，图9是传感器呈“一”字型分布情境二的示意图。图9中的每个圈的半径为200米，代表一个Wi-Fi感知群组。当无人机飞行到传感器的正上方时，无人机主动唤醒传感器建立Wi-Fi直连链接。传感器就可以通过Wi-Fi直连链接将采集的环境数据上传到无人机。当环境数据上传完成后，无人机会将此事件通知到车辆控制设备，对应的消息格式则如图8所示。
2.3传感器呈现聚集状态场景一
如图10所示，图10为本发明传感器聚集状态场景一的示意图。车辆控制设备利用图像识别技术识别出五个传感器大致呈现聚集状态(即在五个传感器的位置处拟合出一个点，使得五个传感器到所述点的距离之和最短。如果传感器到所述点的最大距离小于某个阈值，比如说100米，则可以判断五个传感器大致呈现聚集状态)，且位于中心位置的传感器与其他四个传感器的距离小于200米。
车辆控制设备通过Wi-Fi感知网络分别通知五台无人机调整位置，每台无人机的水平方向的位置与传感器的水平方向的位置相同，每台无人机与地面的竖直高度定在50米左右，对应的消息格式如图7所示。
车辆开到无人机A对应的传感器的位置附近，五台无人机接收到消息后，分别一一飞行到传感器的正上方空间。无人机A到其他4台无人机的距离小于200米，则无人机A以主设备的身份，分别建立四个Wi-Fi感知群组，与此同时，无人机A与车辆控制设备建立Wi-Fi感知群组，图10中的每个圈的半径为200米，代表一个Wi-Fi感知群组。当无人机飞行到传感器的正上方时，无人机主动唤醒传感器建立Wi-Fi直连链接。传感器就可以通过Wi-Fi直连链接将采集的环境数据上传到无人机。当环境数据上传完成后，无人机会将此事件通知到车辆控制设备，对应的消息格式如图8所示。
2.4传感器呈现聚集状态场景二
图11为本发明传感器聚集状态场景二的示意图。聚集状态场景二可以描述为，车辆控制设备利用图像识别技术识别出只有三个传感器大致呈现聚集状态(即在三个传感器的位置处拟合出一个点，使得三个传感器到所述点的距离之和最短。如果三个传感器到所述点的最大距离小于某个阈值，比如说100米，则可以判断三个传感器大致呈现聚集状态)，第四个传感器与所述拟合点的距离在200米到400米之间。
车辆控制设备通过Wi-Fi感知网络分别通知四台无人机(A、B1、B2、C1)调整位置，每台无人机的水平方向的位置与传感器的水平方向的位置相同，每台无人机与地面的竖直高度定在50米左右，对应的消息格式如图7所示。C2无人机的位置位于A无人机和C1无人机的中间位置。
车辆开到A无人机对应的传感器的位置附近，五台无人机接收到消息后，分别一一飞行到指定位置。无人机A到B1、B2、C2这3台无人机的距离小于200米，则无人机A以主设备的身份，分别建立三个Wi-Fi感知群组，无人机C2以主设备的身份，与C1建立一个Wi-Fi感知群组，与此同时，无人机A与车辆控制设备建立Wi-Fi感知群组，图11中的每个圈的半径为200米，代表一个Wi-Fi感知群组。当无人机飞行到传感器的正上方时，无人机主动唤醒传感器建立Wi-Fi直连链接。传感器就可以通过Wi-Fi直连链接将采集的环境数据上传到无人机。当环境数据上传完成后，无人机会将此事件通知到车辆控制设备，对应的消息格式则如图8所示。
3、无人机通过车辆控制设备将环境数据转发至公网
五台无人机跟随着车辆沿着传感器的地图行驶，途中不断地上传传感器的数据。当传感器的环境数据全部上传到无人机后，无人机分别与车辆的控制设备建立一对一的Wi-Fi直连链接，使得无人机将环境数据转发至车辆控制设备，当车辆行驶到有基站覆盖的区域时，由车辆控制设备将环境数据通过LTE(Long Term Evolution，长期演进)网络转发至公网。
本发明描述了一种无人机采集环境数据的方案。具体地说，在没有基站覆盖的偏远地区，分布有多个传感器不停地采集周围的环境数据，这些环境数据需要定期地送到科研人员分析和研究。车辆沿着传感器的分布地图行驶，若干台无人机与车辆组建Wi-Fi感知网络，根据传感器的不同分布状态，车辆通过Wi-Fi感知信令交互使得若干台无人机定位到传感器的正上方，然后无人机与正下方的传感器建立一对一的Wi-Fi直连链接，使得若干台传感器的环境数据并行高速地上传到无人机。最后无人机将接收到的环境数据转发至车辆控制设备，由车辆控制设备行驶到有基站覆盖的区域将环境数据转发至公网。本发明的方案，工作人员无需到达传感器处手动导出传感器的环境数据，而是利用若干台无人机并行来上传环境数据，工作效率得到较大的提升。
总的来说，对于现有技术存在的问题，本发明提供了一种无人机采集环境数据的方案，其中，对每一个传感器安装一个车辆控制设备，传感器一边采集环境数据，一边等待无人机通过Wi-Fi网络唤醒。科研人员驾驶一辆车依次穿过传感器区域，若干无人机和车里的Wi-Fi设备组成Wi-Fi感知网络，并且在车辆行驶过程中，无人机队伍紧紧地跟随移动的车辆。当车辆行驶至传感器附近时，无人机通过Wi-Fi网络主动唤醒传感器，使得传感器将环境数据通过Wi-Fi网络上传到无人机。当车辆到达终点时，所有传感器采集的环境数据都被上传到无人机队伍，无人机依次将环境数据转发至车里的Wi-Fi设备。最后，当车辆行驶至有基站信号的区域时，车里的Wi-Fi设备与基站建立通信链接，将环境数据转发至公网。本发明方案的优点在于，通过智能的无人机传感器热点分布方案，科研人员只需沿着传感器的地图行驶，无需下车手动从传感器导出数据，而且多台无人机同时上传传感器的数据，效率会得到较大的提升。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。上述所描述的实施例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，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得所有其他实施例，除本发明实施例提到的与本发明实施例方案一致的此类设计，都属于本发明保护的范围。
综上所述，虽然本发明已以优选实施例公开如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种环境数据采集系统，其特征在于，包括：
主设备，包括第一无线通信模组，其中所述主设备搭载移动构件，其中，所述主设备为车辆；
多个非主设备，各自包括第二无线通信模组以链接于所述第一无线通信模组，其中，所述非主设备为无人机；
其中：
所述多个非主设备中直接链接于所述主设备的非主设备为非主-同步设备，所述多个非主设备中通过所述非主-同步设备链接于所述主设备的至少一非主设备为非主-异步设备；
所述非主-同步设备根据所述主设备传来的数据解析出所述主设备当前的位置和行进方向，且依据所述主设备当前的位置和行进方向，所述非主-同步设备跟随所述主设备作移动或停留；
所述至少一非主-异步设备根据所述非主-同步设备传来的数据解析出所述非主-同步设备当前的位置和行进方向，且依据所述所述非主-同步设备当前的位置和行进方向，所述至少一非主-异步设备跟随所述非主-同步设备作移动或停留；以及
当所述主设备位于信号采集区域时，根据所述信号采集区域多个传感器的分布情境，所述主设备控制所述非主-同步设备以及所述至少一非主-异步设备作对应分布以分别撷取所述多个传感器的数据，所述信号采集区域不具有基站信号；
所述主设备从所述非主-同步设备以及所述至少一非主-异步设备中获取所述数据，以当所述主设备位于有基站信号的区域时将所述数据转发至公网。
2.如权利要求1所述的环境数据采集系统，其特征在于，所述分布情境呈现所述多个传感器为直线型分布时，所述主设备控制所述非主-同步设备位于所述多个非主设备的中间位置。
3.如权利要求1所述的环境数据采集系统，其特征在于，所述分布情境呈现所述多个传感器为聚焦分布时，所述主设备决定出拟合点，并且控制所述非主-同步设备邻近于所述拟合点，其中所述拟合点是通过以下条件决定：
所述多个非主设备至所述拟合点的距离和为最小。
4.如权利要求1所述的环境数据采集系统，其特征在于，所述分布情境呈现所述多个传感器为类聚焦分布时，所述主设备决定出拟合点，并且控制所述非主-同步设备邻近于所述拟合点，其中所述拟合点是通过以下条件决定：
在排除所述多个非主设备中与其余非主设备距离最远的非主设备的情况下，所述多个其余非主设备至所述拟合点的距离和为最小。
5.如权利要求1所述的环境数据采集系统，其特征在于，于采集完毕后，所述非主-同步设备以及所述至少一非主-异步设备将所述多个传感器的数据传至所述主设备，所述主设备进一步将所述多个传感器的数据转发至公网。
6.一种环境数据采集方法，其特征在于，包括：
主设备移动至靠近信号采集区域，其中所述主设备搭载移动构件并且包括第一无线通信模组，其中，所述主设备为车辆；
主设备链接于多个非主设备，其中所述多个非主设备各自包括第二无线通信模组以链接于所述第一无线通信模组，且所述多个非主设备中直接链接于所述主设备的非主设备为非主-同步设备，所述多个非主设备中通过所述非主-同步设备链接于所述主设备的至少一非主设备为非主-异步设备，其中，所述非主设备为无人机；
所述非主-同步设备根据所述主设备传来的数据解析出所述主设备当前的位置和行进方向，且依据所述主设备当前的位置和行进方向，所述非主-同步设备跟随所述主设备作移动或停留；
所述至少一非主-异步设备根据所述非主-同步设备传来的数据解析出所述非主-同步设备当前的位置和行进方向，且依据所述所述非主-同步设备当前的位置和行进方向，所述至少一非主-异步设备跟随所述非主-同步设备作移动或停留；以及
当所述主设备位于信号采集区域时，根据所述信号采集区域多个传感器的分布情境，所述主设备控制所述非主-同步设备以及所述至少一非主-异步设备作对应分布以分别撷取所述多个传感器的数据，所述信号采集区域不具有基站信号；
所述主设备从所述非主-同步设备以及所述至少一非主-异步设备中获取所述数据，以当所述主设备位于有基站信号的区域时将所述数据转发至公网。
7.如权利要求6所述的环境数据采集方法，其特征在于，所述分布情境呈现所述多个传感器为直线型分布时，所述主设备控制所述非主-同步设备位于所述多个非主设备的中间位置。
8.如权利要求6所述的环境数据采集方法，其特征在于，所述分布情境呈现所述多个传感器为聚焦分布时，所述主设备决定出拟合点，并且控制所述非主-同步设备邻近于所述拟合点，其中所述拟合点是通过以下条件决定：
所述多个非主设备至所述拟合点的距离和为最小。
9.如权利要求6所述的环境数据采集方法，其特征在于，所述分布情境呈现所述多个传感器为类聚焦分布时，所述主设备决定出拟合点，并且控制所述非主-同步设备邻近于所述拟合点，其中所述拟合点是通过以下条件决定：
在排除所述多个非主设备中与其余非主设备距离最远的非主设备的情况下，所述多个其余非主设备至所述拟合点的距离和为最小。
10.如权利要求6所述的环境数据采集方法，其特征在于，于采集完毕后，所述非主-同步设备以及所述至少一非主-异步设备将所述多个传感器的数据传至所述主设备，所述主设备进一步将所述多个传感器的数据转发至公网。
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