CN113487915A - 一种基于无人机飞行服务监管系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无人机飞行服务监管系统，所述航线校准模块将定位模块采集到的无人机的空间位置与无人机的预制航线进行比较，判断无人机当前位置相对于预制航线的位置，计算无人机的偏转距离，并根据当前位置对航线、无人机产生向前推力的发动机转速及操控方的无人机偏转方向进行校准。本发明不仅能够对无人机飞行过程中周边的风向及风力进行采集，还能够通过采集的风向及风力对无人机的航线进行校准，使得无人机能够免受风力的影响，达到正常飞行的目的，同时还能够实时对无人机的电量进行监控，确保无人机的剩余电量能够使得无人机安全返航，避免无人机操控者寻找无人机，极大的节省了人力资源。

Description

一种基于无人机飞行服务监管系统及方法

技术领域

本发明涉及无人机监管技术领域，具体为一种基于无人机飞行服务监管系统及方法。

背景技术

随着科技的发展，人们对无人机的运用逐渐得到普及，无人机在各个领域中的运用，均为人们带来了便利，增加了人们获取信息的途径。但是，在对无人机的使用中，由于无人机中电池的电量是有上限的，因此，其飞行的距离存在限制，最主要的是天气对无人机的飞行路程影响巨大，当顺风时，会使无人机的航程变大，当逆风时，会使无人机的航程变小，因此，为了无人机的安全性，需要对无人机中电池的电量进行监控。

现有技术中，只是简单的对电池的电量进行判断，当电量低于警戒值时，会报警显示，但是，该方式会导致无人机的降落位置偏离无人机的操控者所在位置，且需要操控者人为去寻找，极大的浪费了人力物力。

针对上述情况，我们需要一种基于无人机飞行服务监管系统及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于无人机飞行服务监管系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于无人机飞行服务监管系统，包括：

周边环境数据采集模块，所述周边环境数据采集模块用于对航行过程中无人机周边的风向a及风力大小b进行采集；

机身数据采集模块，所述机身数据采集模块用于对无人机产生向前推力的发动机转速r及操控方的无人机偏转方向f进行采集；

定位模块，所述定位模块通过定位传感器实时对无人机的空间位置进行采集；

航线校准模块，所述航线校准模块将定位模块采集到的无人机的空间位置与无人机的预制航线进行比较，判断无人机当前位置相对于预制航线的位置，计算无人机的偏转距离，并根据当前位置对航线、无人机产生向前推力的发动机转速及操控方的无人机偏转方向进行校准；

预警模块，所述预警模块计算无人机从当前位置进行返航的时间，并对无人机自身电量进行监测，判断无人机剩余电量w是否能够从当前位置顺利返回到控制人员位置，并在判定结果为无人机无法顺利返回时对无人机的控制人员进行预警。

本发明通过各个模块的协同合作，共同实现对无人机航线的校准及对无人机的电量预警，确保无人机能够顺利返航，确保了无人机航线的准确性及返航的安全性，同时避免了人为搜寻无人机的时间。

进一步的，所述操控方的无人机偏转方向为无风状态下操控无人机时，无人机的移动方向，所述操控方的无人机偏转方向与无人机的实际移动方向可能不同。

本发明操控方的无人机偏转方向与无人机的实际移动方向可能不同是因为当风向与操控方的无人机偏转方向不在同一条直线上时，会导致无人机的实际移动方向与操控方的无人机偏转方向出现偏移。

进一步的，所述定位模块通过定位传感器实时对无人机的空间位置进行采集时，采集的空间位置包括当前无人机所处的经度c1、纬度c2及距离地面的高度c3，记为（c1，c2，c3）。

本发明在确定无人机的空间位置时采用了经度c1、纬度c2及距离地面的高度c3，但是在计算航线时，采用的是经度c1、纬度c2所处的二维平面。

进一步的，所述航线校准模块包括新航线规划模块及机身数据校准模块，

所述新航线规划模块根据无人机当前的空间位置与无人机的预制航线间的关系，规划新的航线；

所述机身数据校准模块获取新航线规划模块中新的航线上各点的方向，将新的航线上各点的方向作为无人机在该点上的实际移动方向，结合周边环境数据采集模块采集到的无人机周边的风向a及风力大小b，对无人机产生向前推力的发动机转速及操控方的无人机偏转方向进行校准。

本发明航线校准模块中新航线规划模块及机身数据校准模块分别对应的功能不同，新航线规划模块主要负责计算航线出现的偏差，并规划新的航线，机身数据校准模块主要负责对对无人机产生向前推力的发动机转速及操控方的无人机偏转方向进行校准，确保无人机的实现移动方向与新的航线一致，不在继续出现偏差。

进一步的，所述新航线规划模块获取无人机当前的空间位置中对应的c1与c2，生成经纬度位置点A（c1，c2），在经纬度平面图中标出A（c1，c2）及无人机的预制航线，计算A（c1，c2）到无人机的预制航线的最短距离L，将最短距离L与第一预设值进行比较，

当L小于第一预设值时，判定该无人机在预制航线的误差范围之内，不需要针对该无人机规划新的航线；

当L大于等于第一预设值时，则判定该无人机超出预制航线的误差范围，需要针对该无人机规划新的航线。

本发明新航线规划模块采用误差范围的概念，考虑到传感器采集结果的误差导致的航线的微弱偏差，且该微弱偏差对无人机的空间位置的影响不大的情况，针对这种情况则不对其进行校准。

进一步的，所述新航线规划模块针对该无人机规划新的航线的方法包括以下步骤：

S1.1、将L与第二预设值进行比较，判断两者的关系；

S1.2、当L大于等于第二预设值时，则采用第一规划航线方案，

当L小于第二预设值时，则采用第二规划航线方案；

S1.3、当S1.2中采用的规划航线方案为第一规划航线方案时，获取A（c1，c2）及无人机的预制航线中L对应的经纬位置点B（c1₁，c2₁），将A与B相连，构成新的航线中的第一部分，将无人机的预制航线中B到终点位置的这部分航线记为新的航线中的第二部分，新的航线中的第一部分与第二部分拼接即为完整的新的航线；

S1.4、当S1.2中采用的规划航线方案为第二规划航线方案时，获取A（c1，c2）及无人机的预制航线中L对应的经纬位置点B（c1₁，c2₁），并获取以A为圆心、第二预设值为半径的圆o与无人机的预制航线的两个交点B2、B3，所述B2为无人机的预制航线中起始点与B之间这部分航线与圆o的交点，所述B3为无人机的预制航线中终点位置与B之间这部分航线与圆o的交点，

将A与B3相连，构成新的航线中的第一部分，将无人机的预制航线中B3到终点位置的这部分航线记为新的航线中的第二部分，新的航线中的第一部分与第二部分拼接即为完整的新的航线。

本发明新航线规划模块对L进行判断，并针对不同的情况采用不同的航线规划方案，当L小于第二预设值时，采用第二规划航线方案是因为两点之间线段最短，即AB3=AB+BB3，但是当L大于等于第二预设值时，采用第一规划航线方案是因为圆o与预制航线没有交点，无法获取B3，因此我们只能获取B的位置，而采用两点之间线段最短的原理，即可获取新的航线中的第一部分。

进一步的，所述机身数据校准模块获取新航线规划模块中新的航线上各点p的方向f1，将f1作为无人机最终前进的方向，对无人机最终前进方向产生影响的力包括风力g1和发动机的推力g2，

所述g1的方向为a，g1的大小为b，

所述g2的方向为f，g2的大小与r成正比，记为k*r，所述k为g2的大小与r的正比关系系数，

实时对新的航线上各点做受力分析，即g1与g2的合力方向为f1，将g1与f1的夹角记为∠apf1，将g2与f1的夹角记为∠fpf1，

所述∠apf1与∠fpf1的取值范围均大于等于0度且小于360度，获取∠apf1与∠fpf1时，∠apf1对应的值为顺时针方向上射线pf1与pa射线之间的夹角，∠fpf1对应的值为顺时针方向射线pf1与射线pf之间的夹角，

则得到g2需要满足的条件①、条件②及条件③，即r与f同时需要满足的条件①、条件②及条件③，

所述条件①为

，即

，

所述条件②为

，即

，

所述条件③为∠apf1与∠fpf1中，当其中一个角对应的值大于等于0度且小于180度时，那么另一个角对应的值的范围在180度至360度之内，且g1与g2沿着f1方向的合力最大，

当r与f两者中任意一个发生改变，另一个也需要相应发生改变，同时实现对无人机产生向前推力的发动机转速及操控方的无人机偏转方向进行校准。

本发明机身数据校准模块对新的航线上各个点上受到的风力g1及发动机的推力g2进行分析，将新的航线上各点的方向作为该点上g1与g2的合力方向，进而推导出发动机的推力方向及对应推力大小，并根据发动及的推力与r之间的关系，进一步得到发动机的推力大小与r之间的关系，推导的结果中g2需要同时满足条件①、条件②及条件③，满足条件①是为了确保g1与g2在垂直与f1的方向上的合力为0，即保证无人机沿着新的航线上，不发生偏离新的航线的情况；满足条件②是为了确保g1与g2在垂直与f1的方向上的合力大于0，即保证无人机沿着新的航线前进，不会出现后退或者停滞不前的情况发生；满足条件③是为了针对满足条件①与条件②的多个g2进行筛选，确保g2的唯一性。无人机自身存在重力，但是本发明针对此重力的向上的推动力是另算的，是一个定值，是有专门产生向上推动力的发动机提供，其与本发明无人机中产生向前推力的发动机不同，两个发动机相互独立。

进一步的，所述预警模块包括返回时间预测模块及电量预警模块，

所述返回时间预测模块获取无人机当前的空间位置，并计算当前无人机产生向前推力的发动机转速不变的情况下，无人机返航的时间t；

所述电量预警模块对无人机自身电量进行监测，并根据当前无人机产生向前推力的发动机转速不变的情况下对应的功率与预测的无人机返航的时间t，判断无人机剩余电量w是否能够从当前位置顺利返回到控制人员位置，并在判定结果为无人机无法顺利返回时对无人机的控制人员进行预警，所述当前无人机产生向前推力的发动机转速不变的情况下对应的功率通过传感器进行获取；

所述判断无人机剩余电量w是否能够从当前位置顺利返回到控制人员位置的方法包括以下步骤：

S2.1、计算当前无人机产生向前推力的发动机转速不变的情况下对应的功率与预测的无人机返航的时间t的乘积w1；

S2.2、获取无人机单位时间内的无用功耗记为m，计算m与t的乘积w2，所述m一个固定值，是通过数据库查询获取的；

S2.3、计算w1与w2的和记为w3，将无人机剩余电量w与w3的差与预设警戒值进行比较，

当w-w3大于等于预设警戒值时，则判定无人机能够顺利返回，

当w-w3小于预设警戒值时，则判定无人机无法顺利返回。

本发明预警模块中通过返回时间预测模块预测无人机从当前位置返回到操控人员的位置所需的时间，通过电量预警模块根据当前功率及返回时间预测模块预测的时间判断无人机返回时需要消耗的能量，并结合对无人机电池内剩余电量的检测结果，判断无人机是否能够顺利返航，并针对并不能顺利返航的情况进行报警。在判断无人机剩余电量w是否能够从当前位置顺利返回到控制人员位置时，获取无人机单位时间内的无用功耗记为m是因为无人机不仅仅是发动机产生的向前的推力需要消耗剩余电量，还有一些其他的功能需要消耗无人机的电量，比如针对无人机自身重力的向上的推动力，由于无人机自身重力是固定的，因此对应的向上的推动力也是固定的，进而m是个定值，这个m值直接可以通过数据库查询得到。

进一步的，所述返回时间预测模块预测无人机返航的时间t的方法包括以下步骤：

S3.1、获取当前无人机产生向前推力的发动机转速，记为r1，获取风力g1，返航时发动机的推力记为g2₁，g2₁的大小为k*r1，将g2₁的方向记为f2，将返航时新的航线上各点p的方向记为f3，所述f3与f1相反；

S3.2、获取同时满足

与

且f2与f不同时，g2₁的方向f2，

即同时满足

与

且f2与f不同时，g2₁的方向f2；

S3.3、获取无人机产生向前推力的发动机转速为r1时，无人机返航时，沿f3方向的合力

，对比速度数据库，匹配出合力为

时，无人机的速度v；

S3.4、根据当前无人机的空间位置，计算出无人机沿新的航线进行返航时需行驶的路程s；

S3.5、将s除以v即可得到预测的无人机返航的时间t。

本发明返回时间预测模块考虑收到的风力不变的情况下，无人机返航时维持沿新的航线返航时g2₁肯定会发生变动，在保持转速不变的情况下，则g2₁的大小与g2的大小相同，进而结合S3.2可以推导出的g2₁方向及g1与g2₁的合力大小，然后通过速度数据库匹配出无人机返回时的速度，进而预测出无人机返航的时间。

一种基于无人机飞行服务监管方法，该方法包括以下步骤：

S1、通过周边环境数据采集模块对航行过程中无人机周边的风向a及风力大小b进行采集；

S2、通过机身数据采集模块对无人机产生向前推力的发动机转速r及操控方的无人机偏转方向f进行采集；

S3、在定位模块中，通过定位传感器实时对无人机的空间位置进行采集；

S4、在航线校准模块中，将定位模块采集到的无人机的空间位置与无人机的预制航线进行比较，判断无人机当前位置相对于预制航线的位置，计算无人机的偏转距离，并根据当前位置对航线、无人机产生向前推力的发动机转速及操控方的无人机偏转方向进行校准；

S5、通过预警模块计算无人机从当前位置进行返航的时间，并对无人机自身电量进行监测，判断无人机剩余电量w是否能够从当前位置顺利返回到控制人员位置，并在判定结果为无人机无法顺利返回时对无人机的控制人员进行预警。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明不仅能够对无人机飞行过程中周边的风向及风力进行采集，还能够通过采集的风向及风力对无人机的航线进行校准，使得无人机能够免受风力的影响，达到正常飞行的目的，同时还能够实时对无人机的电量进行监控，确保无人机的剩余电量能够使得无人机安全返航，避免无人机操控者寻找无人机，极大的节省了人力资源。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明一种基于无人机飞行服务监管系统的结构示意图；

图2是本发明一种基于无人机飞行服务监管系统中新航线规划模块针对该无人机规划新的航线的方法的流程示意图；

图3是本发明一种基于无人机飞行服务监管系统中返回时间预测模块预测无人机返航的时间t的方法的流程示意图；

图4是本发明一种基于无人机飞行服务监管方法的流程示意图。

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-图4，本发明提供技术方案：一种基于无人机飞行服务监管系统，包括：

周边环境数据采集模块，所述周边环境数据采集模块用于对航行过程中无人机周边的风向a及风力大小b进行采集；

机身数据采集模块，所述机身数据采集模块用于对无人机产生向前推力的发动机转速r及操控方的无人机偏转方向f进行采集；

定位模块，所述定位模块通过定位传感器实时对无人机的空间位置进行采集；

航线校准模块，所述航线校准模块将定位模块采集到的无人机的空间位置与无人机的预制航线进行比较，判断无人机当前位置相对于预制航线的位置，计算无人机的偏转距离，并根据当前位置对航线、无人机产生向前推力的发动机转速及操控方的无人机偏转方向进行校准；

预警模块，所述预警模块计算无人机从当前位置进行返航的时间，并对无人机自身电量进行监测，判断无人机剩余电量w是否能够从当前位置顺利返回到控制人员位置，并在判定结果为无人机无法顺利返回时对无人机的控制人员进行预警。

本发明通过各个模块的协同合作，共同实现对无人机航线的校准及对无人机的电量预警，确保无人机能够顺利返航，确保了无人机航线的准确性及返航的安全性，同时避免了人为搜寻无人机的时间。

所述操控方的无人机偏转方向为无风状态下操控无人机时，无人机的移动方向，所述操控方的无人机偏转方向与无人机的实际移动方向可能不同。

本发明操控方的无人机偏转方向与无人机的实际移动方向可能不同是因为当风向与操控方的无人机偏转方向不在同一条直线上时，会导致无人机的实际移动方向与操控方的无人机偏转方向出现偏移。

所述定位模块通过定位传感器实时对无人机的空间位置进行采集时，采集的空间位置包括当前无人机所处的经度c1、纬度c2及距离地面的高度c3，记为（c1，c2，c3）。

本发明在确定无人机的空间位置时采用了经度c1、纬度c2及距离地面的高度c3，但是在计算航线时，采用的是经度c1、纬度c2所处的二维平面。

所述航线校准模块包括新航线规划模块及机身数据校准模块，

所述新航线规划模块根据无人机当前的空间位置与无人机的预制航线间的关系，规划新的航线；

所述机身数据校准模块获取新航线规划模块中新的航线上各点的方向，将新的航线上各点的方向作为无人机在该点上的实际移动方向，结合周边环境数据采集模块采集到的无人机周边的风向a及风力大小b，对无人机产生向前推力的发动机转速及操控方的无人机偏转方向进行校准。

本发明航线校准模块中新航线规划模块及机身数据校准模块分别对应的功能不同，新航线规划模块主要负责计算航线出现的偏差，并规划新的航线，机身数据校准模块主要负责对对无人机产生向前推力的发动机转速及操控方的无人机偏转方向进行校准，确保无人机的实现移动方向与新的航线一致，不在继续出现偏差。

所述新航线规划模块获取无人机当前的空间位置中对应的c1与c2，生成经纬度位置点A（c1，c2），在经纬度平面图中标出A（c1，c2）及无人机的预制航线，计算A（c1，c2）到无人机的预制航线的最短距离L，将最短距离L与第一预设值进行比较，

当L小于第一预设值时，判定该无人机在预制航线的误差范围之内，不需要针对该无人机规划新的航线；

当L大于等于第一预设值时，则判定该无人机超出预制航线的误差范围，需要针对该无人机规划新的航线。

本发明新航线规划模块采用误差范围的概念，考虑到传感器采集结果的误差导致的航线的微弱偏差，且该微弱偏差对无人机的空间位置的影响不大的情况，针对这种情况则不对其进行校准。

所述新航线规划模块针对该无人机规划新的航线的方法包括以下步骤：

S1.1、将L与第二预设值进行比较，判断两者的关系；

S1.2、当L大于等于第二预设值时，则采用第一规划航线方案，

当L小于第二预设值时，则采用第二规划航线方案；

S1.3、当S1.2中采用的规划航线方案为第一规划航线方案时，获取A（c1，c2）及无人机的预制航线中L对应的经纬位置点B（c1₁，c2₁），将A与B相连，构成新的航线中的第一部分，将无人机的预制航线中B到终点位置的这部分航线记为新的航线中的第二部分，新的航线中的第一部分与第二部分拼接即为完整的新的航线；

S1.4、当S1.2中采用的规划航线方案为第二规划航线方案时，获取A（c1，c2）及无人机的预制航线中L对应的经纬位置点B（c1₁，c2₁），并获取以A为圆心、第二预设值为半径的圆o与无人机的预制航线的两个交点B2、B3，所述B2为无人机的预制航线中起始点与B之间这部分航线与圆o的交点，所述B3为无人机的预制航线中终点位置与B之间这部分航线与圆o的交点，

将A与B3相连，构成新的航线中的第一部分，将无人机的预制航线中B3到终点位置的这部分航线记为新的航线中的第二部分，新的航线中的第一部分与第二部分拼接即为完整的新的航线。

本发明新航线规划模块对L进行判断，并针对不同的情况采用不同的航线规划方案，当L小于第二预设值时，采用第二规划航线方案是因为两点之间线段最短，即AB3=AB+BB3，但是当L大于等于第二预设值时，采用第一规划航线方案是因为圆o与预制航线没有交点，无法获取B3，因此我们只能获取B的位置，而采用两点之间线段最短的原理，即可获取新的航线中的第一部分。

所述机身数据校准模块获取新航线规划模块中新的航线上各点p的方向f1，将f1作为无人机最终前进的方向，对无人机最终前进方向产生影响的力包括风力g1和发动机的推力g2，

所述g1的方向为a，g1的大小为b，

所述g2的方向为f，g2的大小与r成正比，记为k*r，所述k为g2的大小与r的正比关系系数，

实时对新的航线上各点做受力分析，即g1与g2的合力方向为f1，将g1与f1的夹角记为∠apf1，将g2与f1的夹角记为∠fpf1，

所述∠apf1与∠fpf1的取值范围均大于等于0度且小于360度，获取∠apf1与∠fpf1时，∠apf1对应的值为顺时针方向上射线pf1与pa射线之间的夹角，∠fpf1对应的值为顺时针方向射线pf1与射线pf之间的夹角，

则得到g2需要满足的条件①、条件②及条件③，即r与f同时需要满足的条件①、条件②及条件③，

所述条件①为

，即

，

所述条件②为

，即

，

所述条件③为∠apf1与∠fpf1中，当其中一个角对应的值大于等于0度且小于180度时，那么另一个角对应的值的范围在180度至360度之内，且g1与g2沿着f1方向的合力最大，

当r与f两者中任意一个发生改变，另一个也需要相应发生改变，同时实现对无人机产生向前推力的发动机转速及操控方的无人机偏转方向进行校准。

本发明机身数据校准模块对新的航线上各个点上受到的风力g1及发动机的推力g2进行分析，将新的航线上各点的方向作为该点上g1与g2的合力方向，进而推导出发动机的推力方向及对应推力大小，并根据发动及的推力与r之间的关系，进一步得到发动机的推力大小与r之间的关系，推导的结果中g2需要同时满足条件①、条件②及条件③，满足条件①是为了确保g1与g2在垂直与f1的方向上的合力为0，即保证无人机沿着新的航线上，不发生偏离新的航线的情况；满足条件②是为了确保g1与g2在垂直与f1的方向上的合力大于0，即保证无人机沿着新的航线前进，不会出现后退或者停滞不前的情况发生；满足条件③是为了针对满足条件①与条件②的多个g2进行筛选，确保g2的唯一性。无人机自身存在重力，但是本发明针对此重力的向上的推动力是另算的，是一个定值，是有专门产生向上推动力的发动机提供，其与本发明无人机中产生向前推力的发动机不同，两个发动机相互独立。

所述预警模块包括返回时间预测模块及电量预警模块，

所述返回时间预测模块获取无人机当前的空间位置，并计算当前无人机产生向前推力的发动机转速不变的情况下，无人机返航的时间t；

所述电量预警模块对无人机自身电量进行监测，并根据当前无人机产生向前推力的发动机转速不变的情况下对应的功率与预测的无人机返航的时间t，判断无人机剩余电量w是否能够从当前位置顺利返回到控制人员位置，并在判定结果为无人机无法顺利返回时对无人机的控制人员进行预警，所述当前无人机产生向前推力的发动机转速不变的情况下对应的功率通过传感器进行获取；

所述判断无人机剩余电量w是否能够从当前位置顺利返回到控制人员位置的方法包括以下步骤：

S2.1、计算当前无人机产生向前推力的发动机转速不变的情况下对应的功率与预测的无人机返航的时间t的乘积w1；

S2.2、获取无人机单位时间内的无用功耗记为m，计算m与t的乘积w2，所述m一个固定值，是通过数据库查询获取的；

S2.3、计算w1与w2的和记为w3，将无人机剩余电量w与w3的差与预设警戒值进行比较，

当w-w3大于等于预设警戒值时，则判定无人机能够顺利返回，

当w-w3小于预设警戒值时，则判定无人机无法顺利返回。

本发明预警模块中通过返回时间预测模块预测无人机从当前位置返回到操控人员的位置所需的时间，通过电量预警模块根据当前功率及返回时间预测模块预测的时间判断无人机返回时需要消耗的能量，并结合对无人机电池内剩余电量的检测结果，判断无人机是否能够顺利返航，并针对并不能顺利返航的情况进行报警。在判断无人机剩余电量w是否能够从当前位置顺利返回到控制人员位置时，获取无人机单位时间内的无用功耗记为m是因为无人机不仅仅是发动机产生的向前的推力需要消耗剩余电量，还有一些其他的功能需要消耗无人机的电量，比如针对无人机自身重力的向上的推动力，由于无人机自身重力是固定的，因此对应的向上的推动力也是固定的，进而m是个定值，这个m值直接可以通过数据库查询得到。

所述返回时间预测模块预测无人机返航的时间t的方法包括以下步骤：

S3.1、获取当前无人机产生向前推力的发动机转速，记为r1，获取风力g1，返航时发动机的推力记为g2₁，g2₁的大小为k*r1，将g2₁的方向记为f2，将返航时新的航线上各点p的方向记为f3，所述f3与f1相反；

S3.2、获取同时满足

与

且f2与f不同时，g2₁的方向f2，

即同时满足

与

且f2与f不同时，g2₁的方向f2；

S3.3、获取无人机产生向前推力的发动机转速为r1时，无人机返航时，沿f3方向的合力

，对比速度数据库，匹配出合力为

时，无人机的速度v；

S3.4、根据当前无人机的空间位置，计算出无人机沿新的航线进行返航时需行驶的路程s；

S3.5、将s除以v即可得到预测的无人机返航的时间t。

本发明返回时间预测模块考虑收到的风力不变的情况下，无人机返航时维持沿新的航线返航时g2₁肯定会发生变动，在保持转速不变的情况下，则g2₁的大小与g2的大小相同，进而结合S3.2可以推导出的g2₁方向及g1与g2₁的合力大小，然后通过速度数据库匹配出无人机返回时的速度，进而预测出无人机返航的时间。

一种基于无人机飞行服务监管方法，该方法包括以下步骤：

S1、通过周边环境数据采集模块对航行过程中无人机周边的风向a及风力大小b进行采集；

S2、通过机身数据采集模块对无人机产生向前推力的发动机转速r及操控方的无人机偏转方向f进行采集；

S3、在定位模块中，通过定位传感器实时对无人机的空间位置进行采集；

S4、在航线校准模块中，将定位模块采集到的无人机的空间位置与无人机的预制航线进行比较，判断无人机当前位置相对于预制航线的位置，计算无人机的偏转距离，并根据当前位置对航线、无人机产生向前推力的发动机转速及操控方的无人机偏转方向进行校准；

S5、通过预警模块计算无人机从当前位置进行返航的时间，并对无人机自身电量进行监测，判断无人机剩余电量w是否能够从当前位置顺利返回到控制人员位置，并在判定结果为无人机无法顺利返回时对无人机的控制人员进行预警。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于无人机飞行服务监管系统，其特征在于，包括：

周边环境数据采集模块，所述周边环境数据采集模块用于对航行过程中无人机周边的风向a及风力大小b进行采集；

机身数据采集模块，所述机身数据采集模块用于对无人机产生向前推力的发动机转速r及操控方的无人机偏转方向f进行采集；

定位模块，所述定位模块通过定位传感器实时对无人机的空间位置进行采集；

航线校准模块，所述航线校准模块将定位模块采集到的无人机的空间位置与无人机的预制航线进行比较，判断无人机当前位置相对于预制航线的位置，计算无人机的偏转距离，并根据当前位置对航线、无人机产生向前推力的发动机转速及操控方的无人机偏转方向进行校准；

预警模块，所述预警模块计算无人机从当前位置进行返航的时间，并对无人机自身电量进行监测，判断无人机剩余电量w是否能够从当前位置顺利返回到控制人员位置，并在判定结果为无人机无法顺利返回时对无人机的控制人员进行预警。

2.根据权利要求1所述的一种基于无人机飞行服务监管系统，其特征在于：所述操控方的无人机偏转方向为无风状态下操控无人机时，无人机的移动方向，所述操控方的无人机偏转方向与无人机的实际移动方向可能不同。

3.根据权利要求1所述的一种基于无人机飞行服务监管系统，其特征在于：所述定位模块通过定位传感器实时对无人机的空间位置进行采集时，采集的空间位置包括当前无人机所处的经度c1、纬度c2及距离地面的高度c3，记为（c1，c2，c3）。

4.根据权利要求3所述的一种基于无人机飞行服务监管系统，其特征在于：所述航线校准模块包括新航线规划模块及机身数据校准模块，

所述新航线规划模块根据无人机当前的空间位置与无人机的预制航线间的关系，规划新的航线；

所述机身数据校准模块获取新航线规划模块中新的航线上各点的方向，将新的航线上各点的方向作为无人机在该点上的实际移动方向，结合周边环境数据采集模块采集到的无人机周边的风向a及风力大小b，对无人机产生向前推力的发动机转速及操控方的无人机偏转方向进行校准。

5.根据权利要求4所述的一种基于无人机飞行服务监管系统，其特征在于：所述新航线规划模块获取无人机当前的空间位置中对应的c1与c2，生成经纬度位置点A（c1，c2），在经纬度平面图中标出A（c1，c2）及无人机的预制航线，计算A（c1，c2）到无人机的预制航线的最短距离L，将最短距离L与第一预设值进行比较，

当L小于第一预设值时，判定该无人机在预制航线的误差范围之内，不需要针对该无人机规划新的航线；

当L大于等于第一预设值时，则判定该无人机超出预制航线的误差范围，需要针对该无人机规划新的航线。

6.根据权利要求5所述的一种基于无人机飞行服务监管系统，其特征在于：所述新航线规划模块针对该无人机规划新的航线的方法包括以下步骤：

S1.1、将L与第二预设值进行比较，判断两者的关系；

S1.2、当L大于等于第二预设值时，则采用第一规划航线方案，

当L小于第二预设值时，则采用第二规划航线方案；

S1.3、当S1.2中采用的规划航线方案为第一规划航线方案时，获取A（c1，c2）及无人机的预制航线中L对应的经纬位置点B（c1₁，c2₁），将A与B相连，构成新的航线中的第一部分，将无人机的预制航线中B到终点位置的这部分航线记为新的航线中的第二部分，新的航线中的第一部分与第二部分拼接即为完整的新的航线；

S1.4、当S1.2中采用的规划航线方案为第二规划航线方案时，获取A（c1，c2）及无人机的预制航线中L对应的经纬位置点B（c1₁，c2₁），并获取以A为圆心、第二预设值为半径的圆o与无人机的预制航线的两个交点B2、B3，所述B2为无人机的预制航线中起始点与B之间这部分航线与圆o的交点，所述B3为无人机的预制航线中终点位置与B之间这部分航线与圆o的交点，

将A与B3相连，构成新的航线中的第一部分，将无人机的预制航线中B3到终点位置的这部分航线记为新的航线中的第二部分，新的航线中的第一部分与第二部分拼接即为完整的新的航线。

7.根据权利要求5所述的一种基于无人机飞行服务监管系统，其特征在于：所述机身数据校准模块获取新航线规划模块中新的航线上各点p的方向f1，将f1作为无人机最终前进的方向，对无人机最终前进方向产生影响的力包括风力g1和发动机的推力g2，

所述g1的方向为a，g1的大小为b，

所述g2的方向为f，g2的大小与r成正比，记为k*r，所述k为g2的大小与r的正比关系系数，

实时对新的航线上各点做受力分析，即g1与g2的合力方向为f1，将g1与f1的夹角记为∠apf1，将g2与f1的夹角记为∠fpf1，

所述∠apf1与∠fpf1的取值范围均大于等于0度且小于360度，获取∠apf1与∠fpf1时，∠apf1对应的值为顺时针方向上射线pf1与pa射线之间的夹角，∠fpf1对应的值为顺时针方向射线pf1与射线pf之间的夹角，

则得到g2需要满足的条件①、条件②及条件③，即r与f同时需要满足的条件①、条件②及条件③，

所述条件①为

，即

，

所述条件②为

，即

，

所述条件③为∠apf1与∠fpf1中，当其中一个角对应的值大于等于0度且小于180度时，那么另一个角对应的值的范围在180度至360度之内，且g1与g2沿着f1方向的合力最大，

当r与f两者中任意一个发生改变，另一个也需要相应发生改变，同时实现对无人机产生向前推力的发动机转速及操控方的无人机偏转方向进行校准。

8.根据权利要求7所述的一种基于无人机飞行服务监管系统，其特征在于：所述预警模块包括返回时间预测模块及电量预警模块，

所述返回时间预测模块获取无人机当前的空间位置，并计算当前无人机产生向前推力的发动机转速不变的情况下，无人机返航的时间t；

所述电量预警模块对无人机自身电量进行监测，并根据当前无人机产生向前推力的发动机转速不变的情况下对应的功率与预测的无人机返航的时间t，判断无人机剩余电量w是否能够从当前位置顺利返回到控制人员位置，并在判定结果为无人机无法顺利返回时对无人机的控制人员进行预警，所述当前无人机产生向前推力的发动机转速不变的情况下对应的功率通过传感器进行获取；

所述判断无人机剩余电量w是否能够从当前位置顺利返回到控制人员位置的方法包括以下步骤：

S2.1、计算当前无人机产生向前推力的发动机转速不变的情况下对应的功率与预测的无人机返航的时间t的乘积w1；

S2.2、获取无人机单位时间内的无用功耗记为m，计算m与t的乘积w2，所述m一个固定值，是通过数据库查询获取的；

S2.3、计算w1与w2的和记为w3，将无人机剩余电量w与w3的差与预设警戒值进行比较，

当w-w3大于等于预设警戒值时，则判定无人机能够顺利返回，

当w-w3小于预设警戒值时，则判定无人机无法顺利返回。

9.根据权利要求8所述的一种基于无人机飞行服务监管系统，其特征在于：所述返回时间预测模块预测无人机返航的时间t的方法包括以下步骤：

S3.1、获取当前无人机产生向前推力的发动机转速，记为r1，获取风力g1，返航时发动机的推力记为g2₁，g2₁的大小为k*r1，将g2₁的方向记为f2，将返航时新的航线上各点p的方向记为f3，所述f3与f1相反；

S3.2、获取同时满足

与

且f2与f不同时，g2₁的方向f2，

即同时满足

与

且f2与f不同时，g2₁的方向f2；

S3.3、获取无人机产生向前推力的发动机转速为r1时，无人机返航时，沿f3方向的合力

，对比速度数据库，匹配出合力为

时，无人机的速度v；

S3.4、根据当前无人机的空间位置，计算出无人机沿新的航线进行返航时需行驶的路程s；

S3.5、将s除以v即可得到预测的无人机返航的时间t。

10.应用权利要求1-9任意一项所述的一种基于无人机飞行服务监管系统的基于无人机飞行服务监管方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1、通过周边环境数据采集模块对航行过程中无人机周边的风向a及风力大小b进行采集；

S2、通过机身数据采集模块对无人机产生向前推力的发动机转速r及操控方的无人机偏转方向f进行采集；

S3、在定位模块中，通过定位传感器实时对无人机的空间位置进行采集；

S4、在航线校准模块中，将定位模块采集到的无人机的空间位置与无人机的预制航线进行比较，判断无人机当前位置相对于预制航线的位置，计算无人机的偏转距离，并根据当前位置对航线、无人机产生向前推力的发动机转速及操控方的无人机偏转方向进行校准；

S5、通过预警模块计算无人机从当前位置进行返航的时间，并对无人机自身电量进行监测，判断无人机剩余电量w是否能够从当前位置顺利返回到控制人员位置，并在判定结果为无人机无法顺利返回时对无人机的控制人员进行预警。

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