CN113885381A - 一种用于无人机智能勘测的远程控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于无人机智能勘测的远程控制系统，包括远程控制端、服务器端、地面遥控器端和无人机，所述无人机与所述地面遥控器端无线连接；所述服务器端与所述地面遥控器端和远程控制端均为5G通信数据连接；所述远程控制端设有第一通讯模块，以及与第一通讯模块连接的人机交互模块，所述人机交互模块包括无人机实时画面直播单元、远程遥控单元、航线规划单元、任务管理单元、飞行和图像数据处理单元，以及设备和人员管理单元。本发明能有效融合、统一完整地实现远程无人机控制、远程设备管理，以及实时的远程数据处理，具备多种人机交互功能，扩展了无人机智能勘测的应用范围，提高了工程勘测效率，节省人力和物力。

Description

一种用于无人机智能勘测的远程控制系统

技术领域

本发明涉及无人机远程控制技术领域，具体涉及一种用于无人机智能勘测的远程控制系统。

背景技术

随着无人机技术的日益成熟，无人机在军用、警用及民用等领域得到了广泛的应用。无人机是利用自备的程序控制装置来操纵的不载人飞行器，机上安装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备。地面人员通过遥测、遥信、遥视等设备，对无人机进行控制、操纵，对监测设备进行观测。无人机具有体积小、造价低、使用方便、环境干扰小等优点，在电力规划设计、施工验收、电网巡检、发电巡视、特种作业等方面，无人机能起到事半功倍的效果。但是，现有的无人机存在一个不足之处，即无法有效融合、统一完整地实现远程控制、远程管理和远程数据处理等功能，为此需要设计一种基于互联网远程控制的无人机飞控系统。

例如，中国专利文献CN108445899A，公开了一种远程无人机控制系统，包括无人机组和远程控制中心，所述无人机组包括若干架无人机，每架所述无人机包括第二无线通讯模块、智能监控器、自动驾驶装置和航拍装置，所述智能监控器通过无线传输线路与遥控器连接，所述的遥控器用于控制无人机，包括遥控器本体和安装在遥控器本体上的无线传输模块，所述远程控制中心包括第一无线通讯模块、任务分配模块、信号处理模块和初始化模块。上述专利虽然实现了对多无人机的控制、图像质量好等目标，但不足之处仍然存在，无法有效融合、统一完整地实现远程控制、远程管理、远程数据处理等功能，并且后期管理和处理数据的难度大，导致工程效率低。

发明内容

本发明主要是为了解决现有的无人机飞控平台远程控制系统功能单一、控制过程复杂、实用效率低、人机交互性差的问题，提供了一种用于无人机智能勘测的远程控制系统，能有效融合、统一完整地实现对无人机的远程控制、远程设备管理，以及实时的远程数据处理，具备多种人机交互功能，扩展了无人机智能勘测的应用范围，提高了工程勘测效率，节省人力物力。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于无人机智能勘测的远程控制系统，包括远程控制端、服务器端、地面遥控器端和无人机，所述无人机与所述地面遥控器端无线连接；所述服务器端与所述地面遥控器端和远程控制端均为5G通信数据连接；所述远程控制端设有第一通讯模块，以及与第一通讯模块连接的人机交互模块，所述人机交互模块包括无人机实时画面直播单元、远程遥控单元、航线规划单元、任务管理单元、飞行和图像数据处理单元，以及设备和人员管理单元。本发明提供了一种用于无人机智能勘测的远程控制系统，包括远程控制端、服务器端、地面遥控器端和无人机，服务器端与远程控制端和地面遥控器端均为5G通信数据连接，无人机与地面遥控器端无线连接，其中，远程控制端包括第一通讯模块和人机交互模块，第一通讯模块与人机交互模块连接，人机交互模块集成在网页端，提供丰富的人机交互功能，包括无人机实时画面直播功能、远程遥控功能、航线规划功能、任务管理功能、飞行和图像数据处理功能，以及设备和人员管理功能。具体地，无人机实时画面直播功能是指无人机在勘测现场执行飞行任务时的云台镜头画面传回控制中心，控制中心的内业人员在网页端登录认证后就能实时查看回传的云台镜头画面；远程遥控功能是指在网页端通过键盘按键远程操控无人机的飞行运动，包括前后上下左右的飞行方向控制和云台俯仰角控制；航线规划功能是指选用服务器端数据库中已规划好的飞行路径进行自动飞行，服务器端数据库中存储有事先通过网页端规划好的飞行路径；任务管理功能是指选用服务器端数据库中已建好的任务进行自动执行，服务器端数据库中存储有事先通过网页端新建的任务；飞行和图像数据处理功能是指对无人机的飞行和图像数据进行处理，处理后的数据传输给其它单元以实现其它功能；设备和人员管理功能是指连接地面遥控器端的无人机和登录网页端的操作人员都会在服务器端自动生成设备和人员记录，网页端也可以手动编辑和管理，以实现对设备和人员的有效管控。本发明能有效融合、统一完整地实现对无人机的远程控制、远程的设备和人员管理，以及实时的远程数据处理，具备多种人机交互功能，扩展了无人机智能勘测的应用范围，提高了工程勘测效率，节省人力物力。

作为优选，所述服务器端设有第二通讯模块，以及与第二通讯模块连接的存储模块和处理模块，所述处理模块包括指令处理单元和数据处理单元。本发明服务器端的存储模块即为上述所说的服务器端数据库，用于存储事先设好的飞行路径、飞行任务和飞行数据、图像数据等。

作为优选，所述地面遥控器端设有第三通讯模块，以及与第三通讯模块连接的直接操控模块和信号处理模块。本发明的直接操控模块用于飞手直接对无人机进行地面中短距离的飞行控制和任务执行控制；信号处理模块用于对第三通讯模块接收的实时飞行数据进行处理得到无人机执行命令，并将执行命令与任务命令进行比对。

作为优选，所述无人机设有第四通讯模块，以及与第四通讯模块连接的状态传感模块、飞行模块和云台模块，所述状态传感模块包括定位单元、高度感知单元、速度感知单元和电池电量检测单元；所述飞行模块用于控制无人机的三维空间飞行运动；所述云台模块包括姿态控制单元和图传单元，本发明的姿态控制单元用于控制云台的俯仰角及其它镜头参数，图传单元用于将云台镜头画面数据传输至第三通讯模块；状态传感模块用于感知无人机的位置、高度、速度和电池电量。

作为优选，所述第一通讯模块向所述第二通讯模块发送指令和数据，并接收所述第二通讯模块发送的指令和数据。本发明的远程控制端和服务器端通过第一通讯模块和第二通讯模块实现指令和数据交互。

作为优选，所述第二通讯模块向所述第三通讯模块发送指令和数据，并接收所述第三通讯模块发送的指令和数据。本发明的服务器端和地面遥控器端通过第二通讯模块和第三通讯模块实现指令和数据交互。

作为优选，所述第三通讯模块向所述第四通讯模块发送测试命令、任务命令和修正命令，并接收所述第四通讯模块发送的实时飞行数据。本发明的地面遥控器端和无人机通过第三通讯模块和第四通讯模块实现指令和数据交互。

作为优选，所述第四通讯模块接收并回复所述第三通讯模块发送的测试指令、任务指令和修正指令。本发明地面遥控器端的第三通讯模块向无人机的第四通讯模块发送测试指令、任务指令和修正指令，当第四通讯模块接收到测试指令、任务指令和修正指令后，根据接收到的测试指令、任务指令和修正指令做出回复。

作为优选，所述姿态控制单元用于控制云台的镜头参数。本发明的云台模块包括姿态控制单元和图传单元，姿态控制单元用于控制云台的俯仰角及其它镜头参数。

作为优选，所述图传单元用于将云台镜头画面数据传输至所述第三通讯模块。本发明的云台模块包括姿态控制单元和图传单元，图传单元用于将云台镜头画面数据传输至地面遥控器端的第三通讯模块。

因此，本发明的优点是：能有效融合、统一完整地实现远程的无人机控制、远程的设备和人员管理、远程的航线规划、远程的任务管理、无人机实时画面直播，以及实时的远程数据处理等多种功能，人机交互性强，不仅扩展了无人机智能勘测的应用范围，而且提高了工程勘测效率，节省人力和物力。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明远程控制端的结构示意图。

图3是本发明服务器端的结构示意图。

图4是本发明地面遥控器端的结构示意图。

图5是本发明无人机的结构示意图。

1、远程控制端 2、服务器端 3、地面遥控器端 4、无人机 11、第一通讯模块 12、人机交互模块 13、无人机实时画面直播单元 14、远程遥控单元 15、航线规划单元 16、任务管理单元 17、飞行和图像数据处理单元 18、设备和人员管理单元 21、第二通讯模块22、存储模块 23、处理模块 24、指令处理单元 25、数据处理单元 31、第三通讯模块 32、直接操控模块 33、信号处理模块 41、第四通讯模块 42、状态传感模块 43、飞行模块 44、云台模块 45、定位单元 46、高度感知单元 47、速度感知单元 48、电池电量检测单元 49、姿态控制单元 410、图传单元。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。

如图1和图2所示，一种用于无人机智能勘测的远程控制系统，包括远程控制端1、服务器端2、地面遥控器端3和无人机4，无人机4与地面遥控器端3无线连接；服务器端2与地面遥控器端3和远程控制端1均为5G通信数据连接；远程控制端1设有第一通讯模块11，以及与第一通讯模块11连接的人机交互模块12，人机交互模块12包括无人机实时画面直播单元13、远程遥控单元14、航线规划单元15、任务管理单元16、飞行和图像数据处理单元17，以及设备和人员管理单元18。本发明提供了一种用于无人机智能勘测的远程控制系统，包括远程控制端1、服务器端2、地面遥控器端3和无人机4，服务器端2与远程控制端1和地面遥控器端3均为5G通信数据连接，无人机4与地面遥控器端3无线连接，其中，远程控制端1包括第一通讯模块11和人机交互模块12，第一通讯模块11与人机交互模块12连接，人机交互模块12集成在网页端，提供丰富的人机交互功能，包括无人机实时画面直播功能、远程遥控功能、航线规划功能、任务管理功能、飞行和图像数据处理功能，以及设备和人员管理功能。具体地，无人机实时画面直播功能是指无人机4在勘测现场执行飞行任务时的云台镜头画面传回控制中心，控制中心的内业人员在网页端登录认证后就能实时查看回传的云台镜头画面；远程遥控功能是指在网页端通过键盘按键远程操控无人机4的飞行运动，包括前后上下左右的飞行方向控制和云台俯仰角控制；航线规划功能是指选用服务器端2数据库中已规划好的飞行路径进行自动飞行，服务器端2数据库中存储有事先通过网页端规划好的飞行路径；任务管理功能是指选用服务器端2数据库中已建好的任务进行自动执行，服务器端2数据库中存储有事先通过网页端新建的任务；飞行和图像数据处理功能是指对无人机4的飞行和图像数据进行处理，处理后的数据传输给其它单元以实现其它功能；设备和人员管理功能是指连接地面遥控器端3的无人机4和登录网页端的操作人员都会在服务器端2自动生成设备和人员记录，网页端也可以进行手动编辑和管理，以实现对设备和人员的有效管控。

如图3所示，服务器端2设有第二通讯模块21，以及与第二通讯模块21连接的存储模块22和处理模块23，处理模块23包括指令处理单元24和数据处理单元25。本发明服务器端2的存储模块22即为上述所说的服务器端2数据库，用于存储事先设好的飞行路径、飞行任务和飞行、图像数据等。

如图4所示，地面遥控器端3设有第三通讯模块31，以及与第三通讯模块31连接的直接操控模块32和信号处理模块33。本发明的直接操控模块32用于飞手直接对无人机4进行地面中短距离的飞行控制和任务执行控制；信号处理模块33用于对第三通讯模块31接收的实时飞行数据进行处理得到无人机4执行命令，并将执行命令与任务命令进行比对。

如图5所示，无人机4设有第四通讯模块41，以及与第四通讯模块41连接的状态传感模块42、飞行模块43和云台模块44，状态传感模块42包括定位单元45、高度感知单元46、速度感知单元47和电池电量检测单元48；飞行模块43用于控制无人机4的三维空间飞行运动；云台模块44包括姿态控制单元49和图传单元410。本发明的姿态控制单元49用于控制云台的俯仰角及其它镜头参数，图传单元410用于将云台镜头画面数据传输至第三通讯模块31。状态传感模块42用于感知无人机4的位置、高度、速度和电池电量。

第一通讯模块11向第二通讯模块21发送指令和数据，并接收第二通讯模块21发送的指令和数据；第二通讯模块21向第一通讯模块11发送指令和数据，并接收第一通讯模块11发送的指令和数据。本发明的远程控制端1和服务器端2通过第一通讯模块11和第二通讯模块21实现指令和数据交互。

第二通讯模块21向第三通讯模块31发送指令和数据，并接收第三通讯模块31发送的指令和数据；第三通讯模块31向第二通讯模块21发送指令和数据，并接收第二通讯模块21发送的指令和数据。本发明的服务器端2和地面遥控器端3通过第二通讯模块21和第三通讯模块31实现指令和数据交互。

第三通讯模块31向第四通讯模块41发送测试命令、任务命令和修正命令，并接收第四通讯模块41发送的实时飞行数据；第四通讯模块41向第三通讯模块31发送实时飞行数据，接收并回复第三通讯模块31发送的测试指令、任务指令和修正指令。本发明的地面遥控器端3和无人机4通过第三通讯模块31和第四通讯模块41实现指令和数据交互。

人机交互模块12是集成在网页web端的功能模块，提供多种人机交互功能，包括无人机实时画面直播功能、远程遥控功能、航线规划功能、任务管理功能、飞行和图像数据处理功能，以及设备和人员管理功能。其中，无人机实时画面直播功能的具体实现过程为：无人机4云台镜头拍摄到的画面借助无人机4和地面遥控器端3的图传功能，通过第四通讯模块41和第三通讯模块31传送到地面遥控器端3（本实施例中，地面遥控器端3为app端），点击打开地面遥控器端3的“直播”功能，地面遥控器端3通过第三通讯模块31和第二通讯模块21，将图传画面实时上传到服务器端2。远程控制端1（本实施例中，远程控制端1为网页web端）的网页后台通过第一通讯模块11和第二通讯模块21连接着服务器端2，控制中心的内业人员登录网页后，在“无人机列表”页面的无人机列表中找到当前处于直播状态的无人机4，点击选择其中一架无人机4后，远程控制端1通过第一通讯模块11和第二通讯模块21向服务器端2发送无人机相关数据请求，服务器端2回传数据后，远程控制端1即网页端的界面会显示选中的无人机4云台镜头拍摄到的实时画面，实现无人机实时画面直播功能。除此之外，远程控制端1的界面还会显示该无人机4的飞行状态信息、飞手信息、无人机信息、视频推流参数等信息。

远程遥控功能的具体实现过程为：在远程控制端1直播界面的右上方有“云台控制”和“远程控制”两个按钮，点击这两个按钮后，远程控制端1依次通过第一通讯模块11、第二通讯模块21、第三通讯模块31向地面遥控器端3发送控制请求指令（控制请求指令传送到第二通讯模块21对应的服务器端2后，再传到第三通讯模块31对应的地面遥控器端3），地面遥控器端3接收到控制请求指令后，确认并移交控制权限，此时，地面遥控器端3依次通过第三通讯模块31、第二通讯模块21、第一通讯模块11向远程控制端1回传确认指令，远程控制端1接收到确认指令后，开始通过按键操作发出动作控制指令（动作控制指令包括前后左右上下运动方向指令和云台俯仰角指令），动作控制指令依次通过第一通讯模块11、第二通讯模块21、第三通讯模块31和第四通讯模块41传送到无人机4，无人机4接收到动作控制指令后，逐步执行动作指令串，实现远程遥控功能。

航线规划功能的具体实现过程为：在远程控制端1的“航迹模板”页面导入kml航迹文件后，远程控制端1通过第一通讯模块11和第二通讯模块21将航迹文件上传到服务器端2数据库，服务器端2回传数据后，在“航迹模板”页面的航迹模板列表上会生成一条航迹模板。实际使用过程中，整个航迹模板列表包括多条航迹模板的路径标题、创建时间、路径预览等内容，其中，路径预览列可以查看本条航迹模板在三维地图上的轨迹。

点击打开地面遥控器端3的“航迹”功能，地面遥控器端3通过第三通讯模块31和第二通讯模块21向服务器端2数据库发送航迹数据请求，服务器端2回传数据后，地面遥控器端3弹出一个单独的界面显示路径列表，飞手可以在路径列表上进行选用。飞手选用路径后，地面遥控器端3通过第三通讯模块31和第二通讯模块21向服务器端2发送航迹数据请求，服务器端2回传数据后，无人机4将自动执行该航迹下的任务。

另外，在远程控制端1（即网页端）可以对航迹模板进行编辑和管理，修改的数据会通过第一通讯模块11和第二通讯模块21向服务器端2数据库发送并留存，服务器端2回传数据后，在远程控制端1的“航迹模板”页面会显示更新后的航迹模板列表。

任务管理功能的具体实现过程为：在远程控制端1的“历史任务”页面新建任务后，远程控制端1通过第一通讯模块11和第二通讯模块21将任务上传到服务器端2数据库，服务器端2回传数据后，在“历史任务”页面的历史任务列表上会生成一条任务记录。实际使用过程中，整个历史任务列表包括任务名称、创建时间、多媒体数据等内容，其中，多媒体数据包括该任务下无人机拍得的照片。

另外，在远程控制端1“历史飞行”页面的历史飞行列表上显示有每一架次飞行的记录。实际使用过程中，整个历史飞行列表包括设备类型、飞行人员、起飞时间、飞行时长、飞行照片、视频回放、轨迹回放等内容。

点击打开地面遥控器端3的“任务”功能，地面遥控器端3通过第三通讯模块31和第二通讯模块21向服务器端2数据库发送任务数据请求，服务器端2回传数据后，地面遥控器端3会弹出一个单独的界面显示任务列表，飞手可以在任务列表上进行选用。飞手选用任务后，地面遥控器端3通过第三通讯模块31和第二通讯模块21向服务器端2数据库发送本飞行架次任务下所有的飞行和图像数据。

同样地，在远程控制端1（即网页端）可以对任务进行编辑和管理，修改的数据会通过第一通讯模块11和第二通讯模块21向服务器端2数据库发送并留存，服务器端2回传数据后，在远程控制端1的“历史任务”页面会显示更新后的任务列表。

设备和人员管理功能的具体实现过程为：地面遥控器端3通过第三通讯模块31和第二通讯模块21向服务器端2数据库发送设备和人员数据，服务器端2自动生成设备和人员记录。实际使用过程中，远程控制端1通过第一通讯模块11和第二通讯模块21向服务器端2发送设备和人员数据请求，服务器端2回传数据后，远程控制端1的“设备与飞手管理”页面会显示所有连接过地面遥控器端3的设备或者登录过的飞手。

同样地，在远程控制端1可以对设备和人员进行编辑和管理，修改的数据会通过第一通讯模块11和第二数据模块21向服务器端2数据库发送并留存，服务器端2回传数据后，在远程控制端1的“设备与飞手管理”页面会显示更新后的设备和飞手。

Claims (10)

1.一种用于无人机智能勘测的远程控制系统，其特征在于，包括远程控制端、服务器端、地面遥控器端和无人机，所述无人机与所述地面遥控器端无线连接；所述服务器端与所述地面遥控器端和远程控制端均为5G通信数据连接；所述远程控制端设有第一通讯模块，以及与第一通讯模块连接的人机交互模块，所述人机交互模块包括无人机实时画面直播单元、远程遥控单元、航线规划单元、任务管理单元、飞行和图像数据处理单元，以及设备和人员管理单元。

2.根据权利要求1所述的一种用于无人机智能勘测的远程控制系统，其特征在于，所述服务器端设有第二通讯模块，以及与第二通讯模块连接的存储模块和处理模块，所述处理模块包括指令处理单元和数据处理单元。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于无人机智能勘测的远程控制系统，其特征在于，所述地面遥控器端设有第三通讯模块，以及与第三通讯模块连接的直接操控模块和信号处理模块。

4.根据权利要求1或3所述的一种用于无人机智能勘测的远程控制系统，其特征在于，所述无人机设有第四通讯模块，以及与第四通讯模块连接的状态传感模块、飞行模块和云台模块，所述状态传感模块包括定位单元、高度感知单元、速度感知单元和电池电量检测单元；所述飞行模块用于控制无人机的三维空间飞行运动；所述云台模块包括姿态控制单元和图传单元。

5.根据权利要求2所述的一种用于无人机智能勘测的远程控制系统，其特征在于，所述第一通讯模块向所述第二通讯模块发送指令和数据，并接收所述第二通讯模块发送的指令和数据。

6.根据权利要求3所述的一种用于无人机智能勘测的远程控制系统，其特征在于，所述第二通讯模块向所述第三通讯模块发送指令和数据，并接收所述第三通讯模块发送的指令和数据。

7.根据权利要求4所述的一种用于无人机智能勘测的远程控制系统，其特征在于，所述第三通讯模块向所述第四通讯模块发送测试命令、任务命令和修正命令，并接收所述第四通讯模块发送的实时飞行数据。

8.根据权利要求7所述的一种用于无人机智能勘测的远程控制系统，其特征在于，所述第四通讯模块接收并回复所述第三通讯模块发送的测试指令、任务指令和修正指令。

9.根据权利要求4所述的一种用于无人机智能勘测的远程控制系统，其特征在于，所述姿态控制单元用于控制云台的镜头参数。

10.根据权利要求4所述的一种用于无人机智能勘测的远程控制系统，其特征在于，所述图传单元用于将云台镜头画面数据传输至所述第三通讯模块。

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