CN113284370A - 基于区块链技术的城市共享无人机智能管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于区块链技术的城市共享无人机智能管理系统，包括：用户客户端，发布飞行需求订单；分布式的区块链无人机后台管理系统，接收飞行需求订单，并处根据飞行需求订单下达相应的飞行指令；共享无人机，接收后台管理系统的飞行指令，执行飞行指令要求的巡飞任务，同时向后台管理系统反馈自身的飞行信息及任务执行情况信息；共享无人机自动机场，提供机场起降信息和环境信息；分布式信息处理系统，用于获取、存储和处理任务无人机回传的各种传感器信息及图像信息，并将结果发送给后台管理系统供用户调阅。本发明兼顾城市低空巡检应用和低空管理两方面需求，并可最大限度的调度政府各部门及主要行业闲置无人机，形成城市管理的合理性。
Description
技术领域
本发明属于无人机应用领域，具体涉及一种基于区块链技术的城市共享无人机智能管理系统。
背景技术
应用无人机对城市范围内的交通、治安、环境、土地、基建等领域进行巡检和应急响应等是目前城市管理的新型手段和技术。同时，考虑到城市管理场景下的人员安全，为防止出现次生事故，在无人机选型上往往选择体积较小、操作便利且安全性较好的多旋翼无人机完成相关任务，但相应的无人机续航时间无法保证。同时政府各部门大量低、慢、小无人机的应用对城市低空管理也带来了挑战。
目前已公布的专利中，将区块链技术应用在无人机方面的专利包括：一种基于区块链技术的用于物流运输的无人机(CN201911236706.7)、一种基于区块链技术的用于仓储物流的无人机(CN201911235263.X)、一种基于区块链技术的具有缓冲功能的无人机(CN201911255417.1)、一种基于区块链的无人机光伏板检修方法及其系统(CN202010015757.3)、一种基于区块链技术的安全可靠性高的航拍无人机(CN201911157948.7)、一种基于区块链技术的用于物流运输的无人机(CN201911343254.2)、一种基于区块链技术的用于物流配送的无人机(CN201911157988.1)、一种基于区块链技术的具有缓冲功能的防护型无人机(CN201911402168.4)等，但以上专利主要偏重于对具体某一款应用级无人机的发明，涉及可由系统管控的无人机数量较少，对多无人机系统尤其是无人机共享方面缺少创新及总体构想。
还包括以下几项：1.基于区块链技术的无人机物流系统及其运行方法(CN201910308883.5)，该专利主要应用于物流领域，对于基于区块链技术的无人机承接及执行物流任务流程进行了描述，与本专利差异性在于没有对无人机如何自动运行、自动执行任务进行说明。2.一种基于区块链的无人机信息采集方法及系统(CN201810888155.1)，该专利偏重于阐明基于区块链技术如何对无人机采集的信息进行筛选及上链发布，对于无人机系统本身没有描述。3.基于区块链的共享无人机系统(CN201810823752.6)，该发明提出了无人机与区块链服务器之间通信、交互并完成请求任务的过程，但是对于无人机适合完成哪些任务、可以提供哪些服务没有规范，对于用户权限没有划分，对于无人机如何实现自动飞行、自动续航缺少解决方案。4.去中心化的无人机和停机坪交互系统(CN201810823785.0)，该发明提出了无人机自动起降解决方案，但停机坪不等于自动机场，无法较好的解决续航问题，同时也缺少任务机制的安全机制，尤其对于远程控制而言风险较大。
目前公布的专利中，没有全流程解决无人机任务需求与供给相匹配的安全性较高的方案，且没有很好的解决无人机受领任务过程中的全自主飞行问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于区块链技术的城市共享无人机智能管理系统，兼顾城市低空巡检应用和低空管理两方面需求，并可最大限度的调度政府各部门及主要行业闲置无人机，形成城市管理的合理性，避免重复建设及低空过多的无人机飞行器，可以很好的适应未来城市低空发展需求。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于区块链技术的城市共享无人机智能管理系统，其特征在于，包括：
用户客户端，用于发布飞行需求订单；
分布式的区块链无人机后台管理系统，该后台管理系统调用分布在城市各单位、各行业的若干台服务器进行后台管理，采用去中心化的分布式架构；该后台管理系统用于接收飞行需求订单，并处根据飞行需求订单下达相应的飞行指令；
若干架共享无人机，无人机用于接收后台管理系统的飞行指令，执行飞行指令要求的巡飞任务，同时向后台管理系统反馈自身的飞行信息及任务执行情况信息；
若干个共享无人机自动机场，用于无人机的能量补给、停泊起降和信号中继，同时既向后台管理系统也向任务无人机提供机场起降信息和环境信息；
若干套分布式信息处理系统，用于获取、存储和处理任务无人机回传的各种传感器信息及图像信息，并将处理后的结果发送给后台管理系统，由后台管理系统供用户客户端调阅应用。
进一步地，所述无人机还包括无人机地面控制站，用于控制无人机的飞行和任务的执行。
进一步地，所述无人机自动机场包括用于台站、无人机方舱和电源；所述台站用于环境检测和信号中继，与无人机方舱和无人机双向通信；所述无人机方舱用于停泊起降无人机；所述电源用于给无人机提供能量补给。
进一步地，所述分布式信息处理系统包括图像识别服务器和数据管理分析服务器，分别用于处理图像信息和各种传感器信息。
进一步地，所述后台管理系统包括管理中心、环境数据上链模块、任务订单数据上链模块、无人机智能合约模块以及区块链底层平台；
所述管理中心用于为无人机、无人机自动机场、分布式信息处理系统，及后台管理节点、图像处理节点、用户任务节点，提供数字证书的生成和身份认证；
所述环境数据上链模块主要包括机场环境感知模块和任务缓冲模块；所述机场环境感知模块主要用于无人机巡飞任务中环境数据的采集和处理；所述任务缓冲模块则通过引入消息队列机制对机场环境感知模块传输来的数据进行缓存，并根据无人机状态适时推送；
所述任务订单数据上链模块包括无人机飞控及图像传送模块和加密传输模块；所述无人机飞控及图像传送模块通过调用管理中心的相关接口确定用户是否有调用无人机的权限，并通过智能合约实现订单数据的上链和查询操作；所述加密传输模块用于对每一项订单数据信息加密后上链；
所述智能合约模块负责提供数据上链和查询的接口，包括合约的部署、初始化、实例化、链码交互；主要用于对无人机飞行路线和行为进行约束，和设置用户和任务的优先级；
所述区块链底层平台主要用于：通过多通道隔离为每个任务过程创建一个自己独有的通道，实现数据隔离和信息保护；使用分布式账本实现数据、区块索引、状态数据、历史数据的分布式存储和调用；采用点对点数据分发，实现不同节点的状态同步、动态节点增加和网络分区；提供任务排序，实现共识服务，保证各节点数据的一致性。
进一步地，该智能管理系统的系统层级根据使用用户情况划分为系统管理层、行业应用层和普通应用层；
所述系统管理层为整个智能管理系统的底层，由管理级用户建设，主要作用是城市低空安防和态势感知，相关数据由管理级用户控制开放等级，闲置无人机可向所有用户开放；
所述行业应用层由行业级用户建设，允许管理级用户调用，闲置时优先保证本单位本行业调用，其次再允许其他行业级用户或普通级用户调用；
所述普通应用层只能在系统管理层允许的情况下，调用闲置设备而且只能访问公开不加密的数据以及本人历史数据。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
(1)本发明的系统是一种区块链技术与无人机自动巡查应用需求相结合的新型系统，主要应用场景为城市这种需求较为集中、需要管理和调配的公用无人机数量较多的场景，但也可应用于其他类似场景。能兼顾城市低空巡检应用和低空管理两方面需求，并可最大限度的调度政府各部门及主要行业闲置无人机，形成城市管理的合理性，避免重复建设及低空过多的无人机飞行器，可以较好的适应未来城市低空发展需求。本发明旨在改善目前城市应用无人机加强巡检有需求但难管理的现状。
(2)本发明以城市为单位形成了一个完整的多无人机管控、调度和共享应用系统闭环，充分发挥区块链数据不可篡改伪造、可执行智能合约等功能，建设覆盖多行业、监管多风险的去中心化的低空无人机应用及管理体系。
(3)本发明在系统内增加了多个无人机自动机场作为节点，可支撑无人机全自动起降及能量补给，进一步减少了人为干涉，使全系统的自动化、智能化成为可能。
(4)本发明采用了图像、数据分布式采集、存储及支持多方分级调阅的共享方案，从源头上做好公共类信息的共享，避免了信息孤岛及公共资源的浪费。
(5)本发明可最大效用的发挥分散在城市各单位、各行业系统的无人机和配套系统资源，最大程度满足单位及个人利用低空、使用无人机的需求，可以实现全城市公用无人机的统一监管、统一调度。
附图说明
图1是基于区块链技术的城市共享无人机智能管理系统的示意图。
图2是智能管理系统中具体飞行订单下达的流程示意图。
图3是智能管理系统中具体层级划分的示意图。
具体实施方式
下面将结合具体实施例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。
一种基于区块链技术的城市共享无人机智能管理系统，可供多用户使用的无人机综合调度及共享系统，主要应用场景为对低空数据、实时数据要求较高，且对图像、信息等内容需求较为类似需要持续开展数据采集及巡检的城市低空环境。如图1所示，主要包括：用户客户端、后台管理系统、无人机、无人机自动机场和分布式信息处理系统。其中
用户客户端用于发布飞行需求订单，支持多种访问方式，但用户只能通过系统授权的账户。
分布式的区块链无人机后台管理系统，该后台管理系统调用分布在城市各单位、各行业的若干台服务器综合形成处理性能强大的后台管理系统，进行后台管理，采用去中心化的分布式架构；该后台管理系统用于接收飞行需求订单，并处根据飞行需求订单下达相应的飞行指令。
若干架的共享无人机，含配套的任务吊舱、地面控制系统等，其中地面控制系统包括无人机地面控制站，用于控制无人机的飞行和任务的执行。无人机用于接收后台管理系统的飞行指令，执行飞行指令要求的巡飞任务，同时向后台管理系统反馈自身的飞行信息及任务执行情况信息，具体包括飞行状态、任务执行进度、传感器信息、实时图像等信息。需要注意的是本系统中可共享的巡飞任务无人机主要是可悬挂各种不同任务吊舱的专业级无人机，而非消费级无人机。主要是适合城市环境的长航时电动多旋翼无人机，也可以是具备垂直起降功能的电动复合翼无人机。同时，作为公用无人机，一般使用方和所有权方为政府部门、行业内大型央企、国企等。
若干个的共享无人机自动机场，所述无人机自动机场包括用于台站、无人机方舱和电源，所述台站用于环境检测和信号中继，与无人机方舱和无人机双向通信，所述无人机方舱用于停泊起降无人机，所述电源用于给无人机提供能量补给。同时既向后台管理系统也向任务无人机提供机场起降信息和环境信息，影响无人机调度和起降策略。本系统所说的公用共享无人机自动机场与上述的无人机并无一一对应关系，而是根据飞行策略及任务调度要求采用就近原则为任务无人机提供能量补给或临时停泊场地。
若干套的分布式信息处理系统，所述分布式信息处理系统包括图像识别服务器和数据管理分析服务器，用于获取、存储和处理任务无人机回传的图像信息及各种传感器信息，并将处理后的结果发送给后台管理系统。自动巡检所需要依托的信息处理、图像识别等应用系统是分布式的大数据处理系统，进行分类和判断后可将结果发送给后台管理系统，供不同类型被授权的用户调阅应用。
为了保证系统应用的安全性及可控性，在完成无人机管理和自动调度的飞行订单方面还将无人机技术、物联网技术和区块链技术相结合，具体飞行订单下达的流程如图2所示，其中后台管理系统包括管理中心(证书中心)、环境数据上链模块、任务订单数据上链模块、无人机智能合约模块以及区块链底层平台。具体的应用步骤描述如下：
(1)管理中心负责为所有为无人机、无人机自动机场、分布式信息处理系统等主要设备，及系统内的后台管理节点、图像处理节点、用户任务节点等，提供数字证书的生成和身份认证。
(2)所述环境数据上链模块主要包括机场环境感知模块和任务缓冲模块；所述机场环境感知模块主要用于无人机巡飞任务中环境数据的采集和处理，既包括飞行环境也包括机场情况等预降落区域的环境。所述任务缓冲模块则通过引入消息队列机制对机场环境感知模块传输来的数据进行缓存，并根据无人机状态适时推送(如是否适合起降等)。
(3)所述任务订单数据上链模块包括无人机飞控及图像传送模块和加密传输模块；所述无人机飞控及图像传送模块通过调用管理中心的相关接口确定用户是否有调用无人机的权限，并通过智能合约实现订单数据的上链和查询操作。所述加密传输模块用于对每一项订单数据信息加密后上链，确保任务信息不会被非相关方获取。
(4)所述智能合约模块负责提供数据上链和查询的接口，包括合约的部署、初始化、实例化、链码交互等。其主要是对无人机飞行路线和行为等进行约束，如在城市环境下只能按照特定航线飞行、居民区禁用相机功能、不得在禁飞区飞行，在限飞区需要在指定高度下飞行等，此外还可以设置用户和任务的优先级。系统内各参与主体应部署相同的智能合约，一旦合约建立其内容将无法修改。
(5)所述区块链底层平台是整个系统的核心，主要有四个方面的功能：一是通过多通道隔离为每个任务过程创建一个自己独有的通道，实现数据隔离和信息保护；二是使用分布式账本实现数据、区块索引、状态数据、历史数据的分布式存储和调用；三是采用点对点数据分发，这种模式下，系统内的节点都是对等节点，这种模式下，系统内的节点都是对等节点，而非结构化网络，可以实现从单个源节点到所有节点高效的数据分发，实现不同节点的状态同步、动态节点增加和网络分区；四是提供任务排序，实现共识服务，保证各节点数据的一致性。
该智能管理系统的共享特点主要体现在对城市范围内公用可共享无人机的统一管理和调配方面。系统层级根据使用用户情况划分为系统管理层、行业应用层和普通应用层。统具体层级划分如图3所示，其中
系统管理层为整个智能管理系统的底层，由管理级用户建设，为覆盖城市主要节点、重点部位的基础系统产品，可形成对整个城市的大范围的覆盖。主要作用是城市低空安防和态势感知，相关数据由管理级用户控制开放等级(可有针对性对行业级用户开放，非重大事件信息不对普通用户开放)，闲置无人机可向所有用户开放。
行业应用层由行业级用户建设，允许管理级用户调用，闲置时优先保证本单位本行业调用，其次再允许其他行业级用户或普通级用户调用。
普通应用层只能在系统管理层允许的情况下，调用闲置设备(如闲置无人机、闲置自动机场、闲置分布式信息处理系统等)，而且只能访问公开不加密的数据以及本人历史数据。
本系统可最大效用的发挥分散在城市各单位、各行业系统的无人机和配套系统资源，最大程度满足单位及个人利用低空、使用无人机的需求，可以实现全城市公用无人机的统一监管、统一调度。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上；可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
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 (6)
1.一种基于区块链技术的城市共享无人机智能管理系统，其特征在于，包括：
用户客户端，用于发布飞行需求订单；
分布式的区块链无人机后台管理系统，该后台管理系统调用分布在城市各单位、各行业的若干台服务器进行后台管理，采用去中心化的分布式架构；该后台管理系统用于接收飞行需求订单，并处根据飞行需求订单下达相应的飞行指令；
若干架共享无人机，无人机用于接收后台管理系统的飞行指令，执行飞行指令要求的巡飞任务，同时向后台管理系统反馈自身的飞行信息及任务执行情况信息；
若干个共享无人机自动机场，用于无人机的能量补给、停泊起降和信号中继，同时既向后台管理系统也向任务无人机提供机场起降信息和环境信息；
若干套分布式信息处理系统，用于获取、存储和处理任务无人机回传的各种传感器信息及图像信息，并将处理后的结果发送给后台管理系统，由后台管理系统供用户客户端调阅应用。
2.根据权利要求1所述的基于区块链技术的城市共享无人机智能管理系统，其特征在于，所述无人机还包括无人机地面控制站，用于控制无人机的飞行和任务的执行。
3.根据权利要求1所述的基于区块链技术的城市共享无人机智能管理系统，其特征在于，所述无人机自动机场包括用于台站、无人机方舱和电源；所述台站用于环境检测和信号中继，与无人机方舱和无人机双向通信；所述无人机方舱用于停泊起降无人机；所述电源用于给无人机提供能量补给。
4.根据权利要求1所述的基于区块链技术的城市共享无人机智能管理系统，其特征在于，所述分布式信息处理系统包括图像识别服务器和数据管理分析服务器，分别用于处理图像信息和各种传感器信息。
5.根据权利要求1所述的基于区块链技术的城市共享无人机智能管理系统，其特征在于，所述后台管理系统包括管理中心、环境数据上链模块、任务订单数据上链模块、无人机智能合约模块以及区块链底层平台；
所述管理中心用于为无人机、无人机自动机场、分布式信息处理系统，及后台管理节点、图像处理节点、用户任务节点，提供数字证书的生成和身份认证；
所述环境数据上链模块主要包括机场环境感知模块和任务缓冲模块；所述机场环境感知模块主要用于无人机巡飞任务中环境数据的采集和处理；所述任务缓冲模块则通过引入消息队列机制对机场环境感知模块传输来的数据进行缓存，并根据无人机状态适时推送；
所述任务订单数据上链模块包括无人机飞控及图像传送模块和加密传输模块；所述无人机飞控及图像传送模块通过调用管理中心的相关接口确定用户是否有调用无人机的权限，并通过智能合约实现订单数据的上链和查询操作；所述加密传输模块用于对每一项订单数据信息加密后上链；
所述智能合约模块负责提供数据上链和查询的接口，包括合约的部署、初始化、实例化、链码交互；主要用于对无人机飞行路线和行为进行约束，和设置用户和任务的优先级；
所述区块链底层平台主要用于：通过多通道隔离为每个任务过程创建一个自己独有的通道，实现数据隔离和信息保护；使用分布式账本实现数据、区块索引、状态数据、历史数据的分布式存储和调用；采用点对点数据分发，实现不同节点的状态同步、动态节点增加和网络分区；提供任务排序，实现共识服务，保证各节点数据的一致性。
6.根据权利要求1所述的基于区块链技术的城市共享无人机智能管理系统，其特征在于，该智能管理系统的系统层级根据使用用户情况划分为系统管理层、行业应用层和普通应用层；
所述系统管理层为整个智能管理系统的底层，由管理级用户建设，主要作用是城市低空安防和态势感知，相关数据由管理级用户控制开放等级，闲置无人机可向所有用户开放；
所述行业应用层由行业级用户建设，允许管理级用户调用，闲置时优先保证本单位本行业调用，其次再允许其他行业级用户或普通级用户调用；
所述普通应用层只能在系统管理层允许的情况下，调用闲置设备而且只能访问公开不加密的数据以及本人历史数据。
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