CN114291262B - 一种基于无人机的自动换水道路清扫方法、系统及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于无人机的自动换水道路清扫系统。通过无人机完成自动中转补水，实现清扫车的不间断补水作业。通过标准水箱、标准泊口、标准对接口设计，实现了产品系列化通用化，节约零件及备件成本，实现了补水装置、清扫机数量的灵活编组配置。并且补水、加水、换水全过程无人作业，节约了人力资本，提升了产品效益。

Description

一种基于无人机的自动换水道路清扫方法、系统及装置

技术领域

本发明涉及清扫车辆技术领域，更具体的，涉及一种可无限补水的自动清扫车辆的控制方法、系统及配套装置。

背景技术

无人清扫车辆多采用喷淋+清扫结合的方式防止扬尘，提升清扫效果。喷淋系统需在清扫车内部设置储水箱。受限于清扫车本身体积，水箱容积大多在17L~20L范围内。当水箱排空时需及时补水才能继续清扫

目前清扫车多采用人工补水方式，水箱排空后需将车辆行驶回补水点，由人工向车辆接入补水管补水，补水过程中车辆无法作业。一方面需占用人力资源，无法实现全自动，一方面加水及折返时间内车辆无法作业，影响出勤率。

另外，现有技术中部分车身上设置有补水管快插口，车辆开回补水点后，由人工接入水管补水。上水完成后车辆开回上次作业结束点继续清扫作业。

但现有技术中也存在一定的缺点：

1. 需人工加水，不能实现完全无人作业；

2. 车辆返回加水点及加水过程中均不能实施清扫作业，但该过程车辆都会产生实际电耗，进而降低车辆一次充电的使用效率，减少了实际车辆清扫作业时间；车辆水箱耗尽后需折返供水点进行加水，车辆作业半径受供水补给点距离限制。

发明内容

本发明主要目的在于提供一种无缝化的清扫车补水方法，通过清扫车辆、补水无人机一、补水无人机二、补水装置，实现清扫车辆的不间断补水、无缝换水。通过移动清扫车的位置共享、补水无人机的自主定位换水及自主回补水点补水，实现了清扫车在一次充电后的连续清扫作业，提升了清扫车作业效率，实现了完全无人化的清扫作业。其具体技术方案如下所述。

首先，一种基于无人机的自动换水道路清扫系统，其特征在于，所述系统包括：清扫车辆、补水无人机、补水装置，其中，

清扫车辆，用于获取补水无人机提供的水源进行清扫；清扫车辆包括对接泊口一、定位天线一、定位标志一，所述对接泊口一设置于清扫车辆的车头部位的后方，定位天线一设置于对接泊口一的开口处四周的任意一处水平面，定位标志一设置于对接泊口一的开口处四周的任意一处水平面，清扫车辆的对接泊口一用于供补水无人机的水箱底部设置的对接口进行对接；

补水无人机，用于将补水装置的水源运载至清扫车辆进行补水；补水无人机包括无人机本体、定位模块、水箱，无人机本体底部安装有水箱，水箱底部设置有对接口，定位模块安装于无人机本体与水箱连接区域外的无人机本体上，定位模块通过与定位天线的数据连接确定清扫车辆或补水装置的位置，且通过定位标志与清扫车辆或补水装置的对接泊口完成对接；

补水装置，用于给补水无人机提供水源；补水装置包括对接泊口二、定位天线二、定位标志二，对接泊口二设置于补水装置的顶部，定位天线二设置于对接泊口二的开口处四周的任意一处水平面，定位标志二设置于对接泊口二的开口处四周的任意一处水平面，对接泊口二用于供补水无人机的水箱底部设置的对接口进行对接。

作为优选，所述系统还包括水位监测系统，用于实时监测水位，判断是否对清扫车辆进行补水。

作为优选，所述系统还包括对接系统，用于清扫车辆与补水无人机之间以及补水无人机与固定补水装置之间的定位、周围环境评测以及对接。

另外，本发明提供了应用于所述一种基于无人机的自动换水道路清扫系统的一种基于无人机的自动换水道路清扫方法，其特征在于，所述方法步骤如下：

S1，当监测到清扫车辆当前所对接的补水无人机供给的水源不足时，执行步骤S2；

S2，补水无人机脱离清扫车辆，通过与补水装置的定位天线进行通信连接后，获取补水装置的定位数据飞行至补水装置处，补水无人机通过识别补水装置的定位标志进行对接，补水装置向补水无人机补充水源至满载状态；

S3，补水无人机脱离补水装置，通过与清扫车辆的定位天线进行通信连接后，获取清扫车辆的定位数据飞行至清扫车辆处，补水无人机通过识别清扫车辆的定位标志进行对接；

S4，对接完成后，清扫车辆获取补水无人机供给的水源。

作为优选，所述方法可以进一步优化为如下步骤：

S1，当监测到清扫车辆上所对接的补水无人机一供给的水源不足时，执行步骤S2；

S2，补水无人机一脱离清扫车辆，同时，补水装置处待机的满载补水无人机二脱离补水装置；

S3，补水无人机一通过与补水装置的定位天线进行通信连接后，获取补水装置的定位数据一；同时，补水无人机二通过与清扫车辆的定位天线进行通信连接后，获取清扫车辆的定位数据二；

S4,结合定位数据一和定位数据二，分别规划补水无人机一的飞行路径一与补水无人机二的飞行路径二，

S5判断补水无人机一按照飞行路径一飞行且补水无人机二按照飞行路径二飞行时是否有碰撞风险，对飞行路径一或飞行路径二进行调整。

S6，补水无人机一按照调整后的飞行路径一飞行至补水装置处，补水无人机一通过识别补水装置的定位标志，在确认对接环境内无干扰后进行对接，补水装置向补水无人机一补充水源至满载状态，且补水无人机一处于待机状态；

同时，补水无人机二按照调整后的飞行路径二飞行至清扫车辆处，补水无人机二通过识别清扫车辆的定位标志，在确认对接环境内无干扰后进行对接，清扫车辆获取补水无人机一供给的水源，且补水无人机二处于待机状态。

作为优选，其方法中所述补水无人机一和补水无人机二在对接前，悬停于预设高度并等待预设时间，在预设时间内判断对接对象周围是否满足对接条件，当满足对接条件或预设时间到期时自动启动对接，并进行危险提示。

作为优选，所述补水无人机通过识别补水装置的定位标志进行对接或补水无人机通过识别清扫车辆的定位标志进行对接的方法如下：

通过gps引导补水无人机飞到对接泊口一、二的降落点上方的预设高度，执行末端对准算法；

通过补水无人机的机载相机驱动读取视频帧，读取机载相机的内参和外参的参数；其中，机载相机内参的标定方法为：通过棋盘格进行标定，机载相机外参的标定方法为：通过特征点提取标定法进行标定；

调用定位标志的函数，所述定位标志为生成的aruco码，且aruco码ID编号与清扫车辆编号或补水装置编号绑定，为唯一标识；将aruco码安装于与对接泊口一、二的开口处平行的平面上，获取aruco码的中心分别和对接泊口一、二的降落点中心的相对位置；识别aruco ID编号，与数据库中清扫车辆编号或补水装置编号匹配，若匹配不成功，报警；若匹配成功，则调用位姿估算函数，得到机载相机与aruco码中心的相对位姿；

根据aruco码的中心分别和对接泊口一、二的降落点中心的相对位置进行矩阵变换，得到机载相机中心和降落点中心的相对位姿，补水无人机根据机载相机中心和降落点中心的相对位姿，与清扫车辆的对接泊口一或补水装置的对接泊口二进行对接。

作为优选，补水装置向补水无人机补充水源至满载状态的补水方法为：

对接泊口二内设计有触点开关，补水无人机降落停泊对接泊口二后触点开关闭合，其中触点开关直接与补水装置的控制器硬线连接；且补水无人机水箱的标准对接口的单向阀被对接泊口二内的头部为锥形的水管顶开，水箱与水管联通；

触点开关闭合后输入低电平信号给控制器，控制器接受到触点开关信号后，判断水箱接驳到位，使能继电器，开启补水装置的电磁阀及水泵电机，补水装置开始为水箱加水；

水箱加满后，补水无人机飞离对接泊口二；

补水无人机飞离过程中，单向阀自动关闭。

作为优选，清扫车辆获取补水无人机供给的水源的补水方法为：

对接泊口一内设计有触点开关，补水无人机停泊到位后触点开关闭合，其中触点开关直接与清扫车辆VCU硬线连接；

且补水无人机水箱的标准对接口的单向阀被对接泊口一内的头部为锥形的水管顶开，水箱与水管联通；

触点开关闭合后输入低电平信号给VCU，VCU接受到触点开关信号后，判断水箱接驳到位，使能继电器，开启清扫车辆的电磁阀及水泵电机，补水无人机开始为清扫车辆供水；

水箱供水至空载状态后，补水无人机飞离对接泊口一；

补水无人机飞离过程中，单向阀自动关闭。

本发明还提供了一种基于无人机的自动换水道路清扫装置，所述装置包括：清扫车辆、至少一架补水无人机、补水装置，其中：

清扫车辆包括对接泊口一、定位天线一、定位标志一，所述对接泊口一设置于清扫车辆的车头部位的后方，定位天线一设置于对接泊口一的开口处四周的任意一处水平面，定位标志一设置于对接泊口一的开口处四周的任意一处水平面，清扫车辆的对接泊口一的开口处与清扫车辆内部的水路管道连通；

补水无人机包括无人机本体、定位模块、水箱，无人机本体底部安装有水箱，水箱底部设置有对接口，对接口开口处设置有阀门，定位模块安装于无人机本体与水箱连接区域外的无人机本体上；

补水装置包括对接泊口二、定位天线二、定位标志二，对接泊口二设置于补水装置的顶部，定位天线二设置于对接泊口二的开口处四周的任意一处水平面，定位标志二设置于对接泊口二的开口处四周的任意一处水平面，所述对接泊口二与外部水源管道连通；

对接泊口一和对接泊口二规格一致，均与所述对接口相匹配。

作为优选，定位天线一设置于清扫车辆的尾部，定位标志一为视觉定位标志，设置于对接泊口一的开口处四周的任意一处水平面；

定位模块安装于无人机本体的侧面；

定位天线二设置于补水装置除对接泊口二区域外的外露面的任意一处水平面，且高于所述对接泊口二，定位标志二为视觉定位标志，设置于对接泊口二的开口处四周的任意一处水平面，所述对接泊口二与外部水源管道连通；

所述定位天线一和定位天线二可以为RTK高精度定位天线或GPS+4G二合一车载天线。可以提供无人机临近清扫车辆和补水装置的精确导航。

所述对接泊口一和对接泊口二的横截面为上宽下窄的梯形，所述水箱底部也设置为横截面为上宽下窄的梯形。

作为优选，所述对接泊口一和对接泊口二的底部设有凸出的管道，管道的侧壁设有n个出水口一，且所述水箱的底部的中心处设有单向阀，单向阀包括带有内腔的阀体、弹性装置、挡水装置，其挡水装置与弹性装置固定连接，弹性装置与阀体内部固定连接，阀体的侧壁设有n个出水口二，所述挡水装置的外径等于所述阀体内腔的内径，所述管道的外径小于或等于所述阀体内腔的内径。

作为优选，所述清扫车辆的车头顶部设置有激光雷达。

作为优先，所述补水装置的顶部等间距间隔设置多个对接泊口二、定位天线二设置于所述多个对接泊口二的其中任意一个的外露面的任意一处水平面，定位标志二设置于每个对接泊口二的外露面的任意一处水平面，所述多个对接泊口二通过管路与外部水源管道连通。

本发明的有益效果是：

1. 实现了清扫过程中水箱水量的不间断补给，补水时车辆不用返回，提升了作业效率，扩大了一次充电的作业半径

2. 通过标准对接口及标准水箱泊口的标准化设计，可以实现补水无人机、无人清扫车辆、补水装置的零件通用化及系列化，可根据园区作业半径及撒水消耗率，灵活配置补水无人机、补水装置及清扫车数量（如两车三无人机），实现产品使用效益最大化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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一些实施例，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它的附图。

图1为本发明的方法流程图；

图2为本发明的操作示意图一；

图3为本发明的操作示意图二；

图4为本发明的操作示意图三；

图5为本发明的对接方法流程图；

图6为本发明的aruco码示意图；

图7为本发明的清扫车辆的VCU、触点开关、电磁阀及水泵电机的电路连接图；

图8为本发明的清扫车辆结构示意图；

图9为本发明的补水无人机结构示意图；

图10为本发明的补水装置结构示意图；

图11为本发明的单向阀打开的结构示意图；

图12为本发明的单向阀关闭的结构示意图；

图13为本发明的补水平台的结构示意图。

附图标识：1-清扫车辆、11-对接泊口一、12-定位天线一、13-定位标志一、14-激光雷达、2A-补水无人机一、2B-补水无人机一、21-无人机本体、22-定位模块、23-水箱、24-对接口、3-补水装置、31-对接泊口二、32-定位天线二、33-定位标志二、4-凸出的管道、41-出水口一、51-带有内腔的阀体、52-弹簧、53-挡水块、54-出水口二、6-水管接口、7-电源接口。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例。

实施例1

如图1所示，本发明提供了一种基于无人机的自动换水道路清扫方法，其运行过程如下：

1、如图2所示，运行过程初始状态，补水无人机一为满水，并停泊固定于无人清扫车辆1对接泊口一11，随无人清扫车辆1一起进行洗扫作业。此时补水无人机一的标准对接口24被无人清扫车辆1对接泊口一11打开，标准水箱23与无人清扫车辆1喷洒管路联通，为清扫车供水。

此时，补水无人机二为空水箱状态，并停泊固定于固定补水装置3的对接泊口二31。此时补水无人机二标准对接口24被固定补水装置3的对接泊口二31打开，标准水箱23与固定补水装置3的补水管路联通，固定补水装置3为补水无人机二补水。

补水无人机二水箱23装满后，补水装置3电磁阀关闭，停止为补水无人机二补水，补水无人机二进入待命状态

2、如图3所示，补水无人机一的水箱23排空后，无人清扫车辆1原地停止作业，并同时对补水无人机一、补水无人机二发送换水指令。两无人机收到换水指令后升空，水箱23状态为“空”补水无人机一通过视觉定位模板寻找固定补水装置3的定位标记点；水箱23状态为“满”的补水无人机二寻找无人清扫车辆1定位标记点。

3、如图4所示，补水无人机二飞至无人清扫车辆1通过定位天线一12确定清扫车辆1位置，并飞行至清扫车辆1的定位标记点上空后，悬停约30s，等待无人清扫车辆1环境指令。无人清扫车辆1利用激光雷达14判断周围5米半径内无人员或其他杂物后发送环境信号“空”，补水无人机二收到环境信号“空”连续5s后开始缓慢下降，下降至地面约5m时开启视觉系统引导，通过视觉定位模块22识别无人清扫车辆1上固定的视觉定位标志二13，引导无人机将水箱23精确定位于无人清扫车辆1对接泊口一11上，为喷洒系统供水。补水无人机二与对接泊口一11对接完成后，无人机启动继续进行喷洒清扫作业。此为完成一次清扫车补水。

4、如图4所示，补水无人机一飞至固定补水装置3的定位标志上空后，悬停约30s，同时固定补水装置3内置扩音器连续发送预警广播“无人机降落，请注意避让”。30s后无人机开始缓慢下降，下降至地面约5m时开启视觉定位模块22进行引导，通过视觉定位模块22识别固定补水装置3上的视觉定位标志二33，引导无人机将水箱23精确定位于固定补水装置3的对接泊口二31上。补水无人机一与对接泊口二31对接完成后，预警广播关闭，对接泊口二31的电磁阀开启为补水无人机一补水直至水箱23充满。

当无人清扫车辆1上补水无人机二水箱23水量耗尽时，再次重复上述步骤，通过补水无人机一实现再一次补水。由此实现了整个清扫过程中喷洒用水的不间断供给。

其中，如图5所示，所述补水无人机通过识别补水装置的定位标志进行对接或补水无人机通过识别清扫车辆的定位标志进行对接的方法如下：

通过gps引导补水无人机飞到对接泊口一、二的降落点上方的2米的高度，执行末端对准算法。

通过补水无人机的机载相机驱动读取视频帧，读取机载相机的内参和外参的参数；其中，机载相机内参的标定方法为：通过棋盘格进行标定，机载相机外参的标定方法为：通过特征点提取标定法进行标定。

调用定位标志的函数，所述定位标志为生成的图6所示的aruco码，且aruco码ID编号与清扫车辆编号或补水装置编号绑定，为唯一标识；aruco码大小选择10*10cm，便于布置，将aruco码安装于与对接泊口一、二的开口处平行的平面上，便于识别和降落。获取aruco码的中心分别和对接泊口一、二的降落点中心的相对位置；识别aruco ID编号，与数据库中清扫车辆编号或补水装置编号匹配，若匹配不成功，报警；若匹配成功，则调用位姿估算函数，得到机载相机与aruco码中心的相对位姿。

根据aruco码的中心分别和对接泊口一、二的降落点中心的相对位置进行矩阵变换，得到机载相机中心和降落点中心的相对位姿，补水无人机根据机载相机中心和降落点中心的相对位姿，与清扫车辆1的对接泊口一11或补水装置3的对接泊口二31进行对接。

其中，补水装置向补水无人机补充水源至满载状态的补水方法为：

对接泊口二31内设计有触点开关，补水无人机降落停泊对接泊口二31后触点开关闭合，其中触点开关直接与补水装置3的控制器硬线连接；且补水无人机水箱23的标准对接口24的单向阀被对接泊口二31内的头部为锥形的水管顶开，水箱与水管联通。

触点开关闭合后输入低电平信号给控制器，控制器接受到触点开关信号后，判断水箱23接驳到位，使能继电器，开启补水装置3的电磁阀及水泵电机，电磁阀接通水箱23与补水装置3的水路，且通过水泵电机将市政水源抽取至水路内，并向水箱23进行补充，实现补水装置3为水箱23加水。

水箱23加满后，补水无人机飞离对接泊口二31。补水无人机飞离过程中，单向阀自动关闭。

其中，清扫车辆获取补水无人机供给的水源的补水方法为：

对接泊口一11内设计有触点开关，补水无人机停泊到位后触点开关闭合，其中触点开关直接与清扫车辆1的VCU硬线连接。

且补水无人机水箱23的标准对接口24的单向阀被对接泊口一11内的头部为锥形的水管顶开，水箱23与水管联通。

触点开关闭合后输入低电平信号给VCU，VCU接受到触点开关信号后，判断水箱23接驳到位，使能继电器，开启清扫车辆1的电磁阀及水泵电机，电磁阀接通水箱23与清扫车辆1的水路，且通过水泵电机将水箱23的水源抽取至水路内，实现补水无人机开始为清扫车辆1供水。如图7所示，清扫车辆1的VCU的型号为NXP MPC 5748，其7号引脚和8号引脚分别与出点开关的正极接触点硬线连接，其82号引脚与使能继电器连接。且使能继电器与电磁阀及水泵电机的正极接触点硬线连接。

水箱23供水至空载状态后，补水无人机飞离对接泊口一11。补水无人机飞离过程中，单向阀自动关闭。

实施例2

本发明提供了一种基于无人机的自动换水道路清扫装置，所述装置包括：清扫车辆、两台补水无人机、补水装置，其中：

如图8所示，清扫车辆1包括对接泊口一11、定位天线一12、定位标志一13。所述对接泊口一11设置于清扫车辆1的车头部位的后方，定位天线一12设置于清扫车辆1的尾部的中间部位，定位标志一11为视觉定位标志（如aruco码）定位标志一13设置于对接泊口一11的右侧，与接泊口一11的开口处于同一水平面，清扫车辆1的对接泊口一11的开口处与清扫车辆1内部的水路管道连通；所述清扫车辆1的车头顶部设置有激光雷达14。

如图9所示，补水无人机包括无人机本体21、定位模块22、水箱23，无人机本体21底部安装有水箱23，水箱23底部设置有对接口24，对接口24开口处设置有阀门，定位模块22安装于无人机本体21的左侧面，且超出水箱23范围；

如图10所示，补水装置3包括对接泊口二31、定位天线二32、定位标志二33，对接泊口二31设置于补水装置3的顶部，定位天线二32设置于对接泊口二31的一侧的高台处，使其高于所述接泊口二。定位标志二33为视觉定位标志（如aruco码），设置于对接泊口二31的开口处的左侧，与对接泊口二33的开口处于同一水平面，所述对接泊口二31通过水管接口6与外部水源管道连通。且设置有电源接口7，为补水装置3提供外部电源。

对接泊口一11和对接泊口二31规格一致，均与所述对接口24相匹配。所述对接泊口一11和对接泊口二31的横截面为上宽下窄的梯形，所述水箱23底部也设置为横截面为上宽下窄的梯形。便于在对接过程中的无人机滑入对接泊口一、二进行定位，保障对接精度。

如图11所示，所述对接泊口一11和对接泊口二31的底部设有凸出的头部为锥形的水管4，水管4的侧壁的相对两侧设有2个出水口一41，且所述水箱23的底部的中心处内嵌设有单向阀，单向阀包括带有内腔的阀体51、弹簧52、挡水块53，其挡水块53与弹簧52固定连接，弹簧52与阀体51内腔底部固定连接，阀体51内腔的侧壁的相对两侧设有2个出水口二54，其出水口二54与出水口一41的位置处于同轴，所述挡水块53的外径等于所述阀体51内腔的内径，所述水管4的外径小于或等于所述阀体51内腔的内径。水管4接触挡水块53并对其进行挤压，弹簧52被挤压至出水口一41与出水口二54互相对齐后，其水箱与管道之间的水路实现连通。如图12所示，当补水无人机飞离后，其挡水块53在弹簧52的推挤和重力的作用下归位，使挡水块53将出水口二54进行封堵，保证水箱里的水不会漏出。

无人清扫车辆1本身具备行走、动力、清扫功能。补水无人机一、补水无人机二为相同的多轴飞行器结构，本身自带的电源、动力系统、飞行系统外，补水无人机的水箱23对接口24与标准水箱23对接泊口一、二均为单向导通结构，当无人机停泊于标准水箱23对接泊口一、二时，标准对接口24被对接泊口一、二单向打开。

补水装置3安装于固定补水点，通过水管接口6与自来水管道连接。其本身除必要的水管接口6、电源接口7外，还设置有供水电磁阀。

实施例3

本发明还提供了一种适用于多个本发明所述清无人扫车的固定补水平台。可以为多个无人清扫车辆提供多个对应的补水无人机及对接泊口二，避免了多个补水无人机在同一时间段内同时补水所造成的拥堵及排队等待，保证了整个系统的补水效率。

如图13所示，所述固定补水平台的台面上等间距设置有6个补水装置3，其间隔距离能保证两架补水无人机同时降落时互不干扰。每个补水装置3均配备有对接泊口二31和定位标志二33，但是仅平台最外端的一个补水装置3配置有定位天线32，这样既能起到固定补水平台的定位功能，又能节约设备成本。每个补水装置3的对接泊口二31通过管道进行接驳、汇总至平台的总水管，并通过总水管的外漏于平台侧面的水管接头6与外界水源（如市政自来水管道）接驳，从而为每个补水装置3提供水源。且水管接头6旁边设置有电源接头7，用于连接外部电源（如市政用电、工业用电），为平台的相关电气设备提供必要的电源。

应理解，上述实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解为在阅读本发明的内容后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动和修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种基于无人机的自动换水道路清扫系统，其特征在于，所述系统包括：清扫车辆、补水无人机、补水装置，其中，

清扫车辆，用于获取补水无人机提供的水源进行清扫；清扫车辆包括对接泊口一、定位天线一、定位标志一，所述对接泊口一设置于清扫车辆的车头部位的后方，定位天线一设置于清扫车辆的外露面的任意一处，定位标志一设置于对接泊口一的开口处四周的任意一处水平面，清扫车辆的对接泊口一用于供补水无人机的水箱底部设置的对接口进行对接；

补水无人机，用于将补水装置的水源运载至清扫车辆进行补水；补水无人机包括无人机本体、定位模块、水箱，无人机本体底部安装有水箱，水箱底部设置有对接口，定位模块安装于无人机本体与水箱连接区域外的无人机本体上，定位模块通过与定位天线的数据连接确定清扫车辆或补水装置的位置，且通过定位标志与清扫车辆或补水装置的对接泊口完成对接；

补水装置，用于给补水无人机提供水源；补水装置包括对接泊口二、定位天线二、定位标志二，对接泊口二设置于补水装置的顶部，定位天线二设置于补水装置的外露面的任意一处，定位标志二设置于对接泊口二的开口处四周的任意一处水平面，对接泊口二用于供补水无人机的水箱底部设置的对接口进行对接。

2.一种基于无人机的自动换水道路清扫方法，应用于权利要求1所述一种基于无人机的自动换水道路清扫系统，其特征在于，所述方法步骤如下：

S1，当监测到清扫车辆当前所对接的补水无人机供给的水源不足时，执行步骤S2；

S2，补水无人机脱离清扫车辆，通过与补水装置的定位天线进行通信连接后，获取补水装置的定位数据飞行至补水装置处，补水无人机通过识别补水装置的定位标志进行对接，补水装置向补水无人机补充水源至满载状态；

S3，补水无人机脱离补水装置，通过与清扫车辆的定位天线进行通信连接后，获取清扫车辆的定位数据飞行至清扫车辆处，补水无人机通过识别清扫车辆的定位标志进行对接；

S4，对接完成后，清扫车辆获取补水无人机供给的水源。

3.根据权利要求2所述的一种基于无人机的自动换水道路清扫方法，其特征在于，所述方法步骤如下：

S1，当监测到清扫车辆上所对接的补水无人机一供给的水源不足时，执行步骤S2；

S2，补水无人机一脱离清扫车辆，同时，补水装置处待机的满载补水无人机二脱离补水装置；

S3，补水无人机一通过与补水装置的定位天线进行通信连接后，获取补水装置的定位数据一；同时，补水无人机二通过与清扫车辆的定位天线进行通信连接后，获取清扫车辆的定位数据二；

S4,结合定位数据一和定位数据二，分别规划补水无人机一的飞行路径一与补水无人机二的飞行路径二，

S5判断补水无人机一按照飞行路径一飞行且补水无人机二按照飞行路径二飞行时是否有碰撞风险，对飞行路径一或飞行路径二进行调整；

S6，补水无人机一按照调整后的飞行路径一飞行至补水装置处，补水无人机一通过识别补水装置的定位标志，在确认对接环境内无干扰后进行对接，补水装置向补水无人机一补充水源至满载状态，且补水无人机一处于待机状态；

同时，补水无人机二按照调整后的飞行路径二飞行至清扫车辆处，补水无人机二通过识别清扫车辆的定位标志，在确认对接环境内无干扰后进行对接，清扫车辆获取补水无人机一供给的水源，且补水无人机二处于待机状态。

4.根据权利要求2或3所述的一种基于无人机的自动换水道路清扫方法，其特征在于，所述补水无人机通过识别补水装置的定位标志进行对接或补水无人机通过识别清扫车辆的定位标志进行对接的方法如下：

通过gps引导补水无人机飞到对接泊口一、二的降落点上方的预设高度，执行末端对准算法；

通过补水无人机的机载相机驱动读取视频帧，读取机载相机的内参和外参的参数；其中，机载相机内参的标定方法为：通过棋盘格进行标定，机载相机外参的标定方法为：通过特征点提取标定法进行标定；

调用定位标志的函数，所述定位标志为生成的aruco码，且aruco码ID编号与清扫车辆编号或补水装置编号绑定，为唯一标识；将aruco码安装于与对接泊口一、二的开口处平行的平面上，获取aruco码的中心分别和对接泊口一、二的降落点中心的相对位置；识别arucoID编号，与数据库中清扫车辆编号或补水装置编号匹配，若匹配不成功，报警；若匹配成功，则调用位姿估算函数，得到机载相机与aruco码中心的相对位姿；

根据aruco码的中心分别和对接泊口一、二的降落点中心的相对位置进行矩阵变换，得到机载相机中心和降落点中心的相对位姿，补水无人机根据机载相机中心和降落点中心的相对位姿，与清扫车辆的对接泊口一或补水装置的对接泊口二进行对接。

5.根据权利要求2或3所述的一种基于无人机的自动换水道路清扫方法，其特征在于，

补水装置向补水无人机补充水源至满载状态的补水方法为：

对接泊口二内设计有触点开关，补水无人机降落停泊对接泊口二后触点开关闭合，其中触点开关直接与补水装置的控制器硬线连接；且补水无人机水箱的标准对接口的单向阀被对接泊口二底部的管道顶开，水箱与水管联通；

触点开关闭合后输入低电平信号给控制器，控制器接受到触点开关信号后，判断水箱接驳到位，使能继电器，开启补水装置的电磁阀及水泵电机，补水装置开始为水箱加水；

水箱加满后，补水无人机飞离对接泊口二；

补水无人机飞离过程中，单向阀自动关闭；

清扫车辆获取补水无人机供给的水源的补水方法为：

对接泊口一内设计有触点开关，补水无人机停泊到位后触点开关闭合，其中触点开关直接与清扫车辆VCU硬线连接；

且补水无人机水箱的标准对接口的单向阀被对接泊口一底部的管道顶开，水箱与水管联通；

触点开关闭合后输入低电平信号给VCU，VCU接受到触点开关信号后，判断水箱接驳到位，使能继电器，开启清扫车辆的电磁阀及水泵电机，补水无人机开始为清扫车辆供水；

水箱供水至空载状态后，补水无人机飞离对接泊口一；

补水无人机飞离过程中，单向阀自动关闭。

6.根据权利要求1所述的一种基于无人机的自动换水道路清扫系统，其特征在于，所述系统还包括水位监测系统，用于实时监测水位，判断是否对清扫车辆进行补水；所述系统还包括对接系统，用于清扫车辆与补水无人机之间以及补水无人机与固定补水装置之间的定位、周围环境评测以及对接。

7.一种基于无人机的自动换水道路清扫装置，其特征在于，所述装置包括：清扫车辆、至少一架补水无人机、补水装置，其中：

清扫车辆包括对接泊口一、定位天线一、定位标志一，所述对接泊口一设置于清扫车辆的车头部位的后方，定位天线一设置于清扫车辆的外露面的任意一处，定位标志一设置于对接泊口一的开口处四周的任意一处水平面，清扫车辆的对接泊口一的开口处与清扫车辆内部的水路管道连通；

补水无人机包括无人机本体、定位模块、水箱，无人机本体底部安装有水箱，水箱底部设置有对接口，对接口开口处设置有阀门，定位模块安装于无人机本体与水箱连接区域外的无人机本体上；

补水装置包括对接泊口二、定位天线二、定位标志二，对接泊口二设置于补水装置的顶部，定位天线二设置于补水装置的外露面的任意一处，定位标志二设置于对接泊口二的开口处四周的任意一处水平面，所述对接泊口二与外部水源管道连通；

对接泊口一和对接泊口二规格一致，均与所述对接口相匹配。

8.根据权利要求7所述的一种基于无人机的自动换水道路清扫装置，其特征在于，

定位天线一设置于清扫车辆的尾部，定位标志一为视觉定位标志，设置于对接泊口一的开口处四周的任意一处水平面；所述清扫车辆的车头顶部设置有激光雷达；

定位模块安装于无人机本体的侧面；

定位天线二设置于补水装置除对接泊口二区域外的外露面的任意一处，且高于所述对接泊口二，定位标志二为视觉定位标志，设置于对接泊口二的开口处四周的任意一处水平面，所述对接泊口二与外部水源管道连通；

所述对接泊口一和对接泊口二的横截面为上宽下窄的梯形，所述水箱底部也设置为横截面为上宽下窄的梯形；

所述对接泊口一和对接泊口二的底部设有凸出的管道，管道的侧壁设有n个出水口一，且所述水箱的底部的中心处设有单向阀，单向阀包括带有内腔的阀体、弹性装置、挡水装置，其挡水装置与弹性装置固定连接，弹性装置与阀体内部固定连接，阀体的侧壁设有n个出水口二，所述挡水装置的外径等于所述阀体内腔的内径，所述管道的外径小于或等于所述阀体内腔的内径。

9.根据权利要求7或8所述的一种基于无人机的自动换水道路清扫装置，其特征在于，所述补水装置的顶部等间距间隔设置多个对接泊口二、定位天线二设置于所述多个对接泊口二的其中任意一个的外露面的任意一处，定位标志二设置于每个对接泊口二的外露面的任意一处水平面，所述多个对接泊口二通过管路与外部水源管道连通。

10.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有一个或多个程序指令，所述程序指令被处理器执行时，完成权利要求2至5中的任意一种方法。

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