CN114460971B - 一种融合飞行器控制的交互平台及平台数据识别处理方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种融合飞行器控制的交互平台及平台数据识别处理方法，属于数据识别技术领域，交互平台包括人机交互控制台，人机交互控制台连接有上位机，上位机连接有多传感器系统和车辆及飞行下位机，车辆及飞行下位机连接有车辆及飞行转向执行器、车辆及飞行加速踏板和车辆及飞行制动执行器，人机交互控制台和上位机搭载在驾驶舱内，多传感器系统搭载在驾驶舱外，多传感器系统包括激光雷达、超声波传感器、摄像头、惯性导航、RTK差分和旋转编码器，多传感器系统用于对环境的感知和定位，车辆及飞行下位机、车辆及飞行转向执行器、车辆及飞行加速踏板和车辆及飞行制动执行器位于执行舱内。

Description

一种融合飞行器控制的交互平台及平台数据识别处理方法

技术领域

本发明是一种融合飞行器控制的交互平台及平台数据识别处理方法，属于数据识别技术领域。

背景技术

随着现如今的无人驾驶技术的兴起，人们逐渐去思考如何才能获得一辆既可以奔跑又可以飞行的汽车上面。

现有技术中飞行汽车，结构为一体式的，在飞行过程中，汽车车辆底盘重量大，会在飞行时带来很大的飞行负担；在道路行驶时，飞行器的机翼和结构加大车辆底盘的体积和重量，给行驶造成很大的阻碍。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种融合飞行器控制的交互平台及平台数据识别处理方法，飞行器和车辆底盘都可以和驾驶舱进行脱离，能够更高效的完成空中和地面的运输人员和货物任务，飞行器和车辆底盘共用同一个控制交互平台，飞行器和车辆底盘完成自动驾驶任务的雷达、摄像头、RTK差分、超声波传感器、惯性导航都安装在驾驶舱上，这样不仅实现飞行器和车辆底盘共用一个控制交互平台，而且大大降低了设备成本。

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种融合飞行器控制的交互平台，所述融合飞行器包括驾驶舱和执行舱，执行舱包括车辆底盘和飞行器，驾驶舱可装载车辆底盘或飞行器；

所述驾驶舱、车辆底盘和飞行器在各自的连接面设有工业以太网口、开关触点和电源触点，工业以太网口是为了保证驾驶舱与执行舱的通信交流，电源触点是为了保证驾驶舱与执行舱的电路闭环，开关触点则是为了驾驶舱与车辆底盘和飞行器自动切换，保证了自动驾驶载人飞行汽车的安全驾驶；

所述融合飞行器控制的交互平台包括人机交互控制台，人机交互控制台连接有上位机，上位机连接有多传感器系统和车辆及飞行下位机，车辆及飞行下位机连接有车辆及飞行转向执行器、车辆及飞行加速踏板和车辆及飞行制动执行器，人机交互控制台和上位机搭载在驾驶舱内，多传感器系统搭载在驾驶舱外，多传感器系统包括激光雷达、超声波传感器、摄像头、惯性导航、RTK差分和旋转编码器，多传感器系统用于对环境的感知和定位，车辆及飞行下位机、车辆及飞行转向执行器、车辆及飞行加速踏板和车辆及飞行制动执行器位于执行舱内。

进一步的，所述融合飞行器控制的交互平台包括感知层、认知层、决策规划层、控制层和执行层。

进一步的，所述感知层是以多传感器融合技术为主，感知层包括多传感器系统，多传感器系统连接有数据接受层，数据接受层连接有数据处理层，数据处理层连接有多传感器融合，多传感器融合采用人工神经网络方法进行融合，神经网络的强大的非线性处理能力，整合了激光雷达、超声波传感器、摄像头、惯性导航、RTK差分和旋转编码器等多传感器信息。

进一步的，所述认知层包括驾驶环境认知、轨迹预测、运动目标、静态栅格、道路结构和高精度融合定位，驾驶环境认知连接轨迹预测、运动目标、静态栅格和道路结构，轨迹预测、运动目标、静态栅格、道路结构和高精度融合定位连接有多传感融合器。

进一步的，所述决策规划层包括行为决策、路径规划和运动规划，行为决策连接高精度融合定位和驾驶环境认知，行为决策连接路径规划，路径规划连接运动规划。

进一步的，所述控制层包括车辆控制系统和飞行控制系统，车辆控制系统和飞行控制系统连接有运动规划，车辆控制系统和飞行控制系统可进行切换。

进一步的，所述车辆控制系统和飞行控制系统通过开关触点的组合来切换的工作过程如下：

用驾开关触点A指代驾驶舱与飞行器组合驾驶舱的触点，用驾开关触点B指代驾驶舱与车辆底盘组合驾驶舱的触点，用飞开关触点指代飞行器与驾驶舱组合飞行器的触点，用车开关触点指代车辆底盘与驾驶舱组合车辆底盘的触点，切换过程如下：

当驾开关触点A不与飞开关触点结合，驾开关触点B不与车开关触点结合时，整个系统处于安全模式，不会运动；

当驾开关触点A与飞开关触点结合，驾开关触点B与车开关触点结合时，整个系统处于待机模式，也不会运动，但会通过人机交互控制台告诉用户需要将飞行器或者车辆底盘进行脱离才能进入相应的运动模式；

当驾开关触点A与飞开关触点结合，驾开关触点B不与车开关触点结合时，整个系统处于飞行模式，其控制系统也会切换为飞行运动控制系统；

当驾开关触点A不与飞开关触点结合，驾开关触点B与车开关触点结合时，整个系统处于车辆模式，其控制系统也会切换为车辆运动控制系统。

进一步的，所述执行层包括车辆及飞行底层执行，车辆及飞行底层执行连接有车辆控制系统和飞行控制系统，车辆及飞行下位机、车辆及飞行转向执行器、车辆及飞行加速踏板和车辆及飞行制动执行器位于执行层。

进一步的，所述上位机用于处理感知层的数据接受层、数据处理层和多传感器融合、认知层、决策规划层和控制层的数据处理。

一种融合飞行器控制的交互平台的平台数据识别处理方法，包括以下步骤：

步骤一，当驾开关触点A与飞开关触点结合，驾开关触点B与车开关触点结合时，整个系统处于待机模式；

步骤二，驾驶员给车辆底盘或飞行器发送脱离信号同时把脱离信号传回指挥调度中心，当要执行车辆模式时，则需要发送脱离飞行器信号，当驾开关触点A与飞开关触点脱离时，飞行器成功脱离，此时系统进入车辆模式；驾驶员可以在人机交互控制台上输入前往目的地，再给车辆底盘和指挥调度中心发送启动信号，车辆底盘执行定点自动驾驶控制；

步骤三，当要执行飞行模式时，则需要发送脱离车辆底盘信号，驾开关触点B与车开关触点脱离，此时车辆底盘成功脱离，系统处于飞行模式，驾驶员同样在人机交互控制台上输入前往目的地，再给飞行器和指挥调度中心发送启动信号，飞行器执行定点自动驾驶控制；

步骤四，飞行器到达目的地上空后，飞行器自动执行降低到指定高度，飞行器再利用其视觉定位，通过观察是否在专用降落标识的降落靶标车辆，如果有，则执行定点降落任务，降落到靶标车辆上，如果没有，则扩大搜索半径及反馈给指挥调度中心进行调度；

步骤五，飞行器降落到车辆底盘上后，判断驾开关触点A与飞开关触点，驾开关触点B与车开关触点是否置位，电源和通讯是否正常，若正常置位，则系统处于待机模式，否则，系统处于安全模式，不执行任何操作，等待指挥调度中心诊断及控制，直到置位，使系统处于待机模式；

步骤六，驾驶员给飞行器和指挥调度中心发送飞行器脱离信号，进入车辆模式，再进行车辆运输，如此能循环的从飞行器运输到车辆运输。

本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：

飞行器和车辆底盘都可以和驾驶舱进行脱离，能够更高效的完成空中和地面的运输人员和货物任务，飞行器和车辆底盘共用同一个控制交互平台，飞行器和车辆底盘完成自动驾驶任务的雷达、摄像头、RTK差分、超声波传感器、惯性导航都安装在驾驶舱上，这样不仅实现飞行器和车辆底盘共用一个控制交互平台，而且大大降低了成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明中融合飞行器控制的交互平台的结构框图；

图2为本发明中平台数据识别处理方法的流程图。

具体实施方式

实施例1，一种融合飞行器，包括驾驶舱和执行舱，执行舱包括车辆底盘和飞行器，驾驶舱不能同时装载车辆底盘和飞行器，在一个时刻只能装载其中一种执行舱，驾驶舱的外面搭载着各种在运动过程中所需要的传感器，如激光雷达、惯性导航、超声波传感器、摄像头、RTK差分和旋转编码器等，用于对环境的感知和定位等，车辆底盘是给自动驾驶载人飞行汽车提供在地面上的行驶动力，其与驾驶舱部分是可以拆卸分离开的，飞行器是给自动驾驶载人飞行汽车提供在空中的飞行能力，其与驾驶舱部分是可以拆卸分离开的。

如图1所示，一种融合飞行器控制的交互平台包括人机交互控制台，人机交互控制台连接有上位机，上位机连接有多传感器系统和车辆及飞行下位机，车辆及飞行下位机连接有车辆及飞行转向执行器、车辆及飞行加速踏板和车辆及飞行制动执行器，人机交互控制台和上位机搭载在驾驶舱内，多传感器系统搭载在驾驶舱外，多传感器系统包括激光雷达、超声波传感器、摄像头、惯性导航、RTK差分和旋转编码器，多传感器系统用于对环境的感知和定位，车辆及飞行下位机、车辆及飞行转向执行器、车辆及飞行加速踏板和车辆及飞行制动执行器位于执行舱内。

所述融合飞行器控制的交互平台包括感知层、认知层、决策规划层、控制层和执行层。

所述感知层是以多传感器融合技术为主，感知层包括多传感器系统，多传感器系统连接有数据接受层，数据接受层连接有数据处理层，数据处理层连接有多传感器融合，多传感器融合采用人工神经网络方法进行融合，神经网络的强大的非线性处理能力，整合了激光雷达、超声波传感器、摄像头、惯性导航、RTK差分和旋转编码器等多传感器信息。

在多传感器系统中，各信息源所提供的环境信息都具有一定程度的不确定性，对这些不确定信息的融合过程实际上是一个不确定性推理过程，神经网络根据当前系统所接受的样本相似性确定分类标准，这种确定方法主要表现在网络的权值分布上，同时，可以采用深度学习算法来获取知识，得到不确定性推理机制，利用神经网络的信号处理能力和自动推理功能，即实现了多传感器数据融合。

所述认知层包括驾驶环境认知、轨迹预测、运动目标、静态栅格、道路结构和高精度融合定位，驾驶环境认知连接轨迹预测、运动目标、静态栅格和道路结构，轨迹预测、运动目标、静态栅格、道路结构和高精度融合定位连接多传感融合器。

所述决策规划层包括行为决策、路径规划和运动规划，行为决策连接高精度融合定位和驾驶环境认知，行为决策连接路径规划，路径规划连接运动规划。

所述控制层包括车辆控制系统和飞行控制系统，车辆控制系统和飞行控制系统连接运动规划。

融合飞行器具有两套控制系统，分别为车辆控制系统和飞行控制系统，车辆控制系统和飞行控制系统可进行切换，驾驶舱、车辆底盘和飞行器在各自的连接面设有工业以太网口、开关触点和电源触点，工业以太网口是为了保证驾驶舱与执行舱的通信交流，电源触点是为了保证驾驶舱与执行舱的电路闭环，开关触点则是为了自动切换系统的控制模式，保证了自动驾驶载人飞行汽车的安全驾驶。

用驾开关触点A指代驾驶舱与飞行器组合驾驶舱的触点，用驾开关触点B指代驾驶舱与车辆底盘组合驾驶舱的触点，用飞开关触点指代飞行器与驾驶舱组合飞行器的触点，用车开关触点指代车辆底盘与驾驶舱组合车辆底盘的触点。车辆控制系统和飞行控制系统通过开关触点的组合来切换的工作过程如下：

1、当驾开关触点A不与飞开关触点结合，驾开关触点B不与车开关触点结合时，整个系统处于安全模式，不会运动。2、当驾开关触点A与飞开关触点结合，驾开关触点B与车开关触点结合时，整个系统处于待机模式，也不会运动，但会通过人机交互控制台告诉用户需要将飞行器或者车辆底盘进行脱离才能进入相应的运动模式。3、当驾开关触点A与飞开关触点结合，驾开关触点B不与车开关触点结合时，整个系统处于飞行模式，其控制系统也会切换为飞行运动控制系统。4、当驾开关触点A不与飞开关触点结合，驾开关触点B与车开关触点结合时，整个系统处于车辆模式，其控制系统也会切换为车辆运动控制系统。

所述执行层包括车辆及飞行底层执行，车辆及飞行底层执行连接车辆控制系统和飞行控制系统。

所述上位机用于处理感知层的数据接受层、数据处理层和多传感器融合、认知层、决策规划层和控制层的数据处理，车辆及飞行下位机、车辆及飞行转向执行器、车辆及飞行加速踏板和车辆及飞行制动执行器位于执行层。

如图2所示，一种融合飞行器控制的交互平台的平台数据识别处理方法包括以下步骤：

步骤一，当驾开关触点A与飞开关触点结合，驾开关触点B与车开关触点结合时，整个系统处于待机模式；

步骤二，驾驶员给车辆底盘或飞行器发送脱离信号同时把脱离信号传回指挥调度中心，当要执行车辆模式时，则需要发送脱离飞行器信号，当驾开关触点A与飞开关触点脱离时，飞行器成功脱离，此时系统进入车辆模式；驾驶员可以在人机交互控制台上输入前往目的地，再给车辆底盘和指挥调度中心发送启动信号，车辆底盘执行定点自动驾驶控制；

步骤三，当要执行飞行模式时，则需要发送脱离车辆底盘信号，驾开关触点B与车开关触点脱离，此时车辆底盘成功脱离，系统处于飞行模式，驾驶员同样在人机交互控制台上输入前往目的地，再给飞行器和指挥调度中心发送启动信号，飞行器执行定点自动驾驶控制；

步骤四，飞行器到达目的地上空后，飞行器自动执行降低到指定高度，飞行器再利用其视觉定位，通过观察是否在专用降落标识的降落靶标车辆，如果有，则执行定点降落任务，降落到靶标车辆上，如果没有，则扩大搜索半径及反馈给指挥调度中心进行调度；

步骤五，飞行器降落到车辆底盘上后，判断驾开关触点A与飞开关触点，驾开关触点B与车开关触点是否置位，电源和通讯是否正常，若正常置位，则系统处于待机模式，否则，系统处于安全模式，不执行任何操作，等待指挥调度中心诊断及控制，直到置位，使系统处于待机模式；

步骤六，驾驶员给飞行器和指挥调度中心发送飞行器脱离信号，进入车辆模式，再进行车辆运输，如此能循环的从飞行器运输到车辆运输，无需换乘转移人员及货物，大大提高了效率。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好的说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (7)

1.一种融合飞行器控制的交互平台，其特征在于：所述融合飞行器包括驾驶舱和执行舱，执行舱包括车辆底盘和飞行器，驾驶舱可装载车辆底盘或飞行器；

所述驾驶舱、车辆底盘和飞行器在各自的连接面设有工业以太网口、开关触点和电源触点，工业以太网口是为了保证驾驶舱与执行舱的通信交流，电源触点是为了保证驾驶舱与执行舱的电路闭环，开关触点则是为了驾驶舱与车辆底盘和飞行器自动切换，保证了自动驾驶载人飞行汽车的安全驾驶；

所述融合飞行器控制的交互平台包括人机交互控制台，人机交互控制台连接有上位机，上位机连接有多传感器系统和车辆及飞行下位机，车辆及飞行下位机连接有车辆及飞行转向执行器、车辆及飞行加速踏板和车辆及飞行制动执行器，人机交互控制台和上位机搭载在驾驶舱内，多传感器系统搭载在驾驶舱外，多传感器系统包括激光雷达、超声波传感器、摄像头、惯性导航、RTK差分和旋转编码器，多传感器系统用于对环境的感知和定位，车辆及飞行下位机、车辆及飞行转向执行器、车辆及飞行加速踏板和车辆及飞行制动执行器位于执行舱内；

所述融合飞行器控制的交互平台包括感知层、认知层、决策规划层、控制层和执行层；

所述控制层包括车辆控制系统和飞行控制系统，车辆控制系统和飞行控制系统连接有运动规划，车辆控制系统和飞行控制系统可进行切换；

所述车辆控制系统和飞行控制系统通过开关触点的组合来切换的工作过程如下：

用驾开关触点A指代驾驶舱与飞行器组合驾驶舱的触点，用驾开关触点B指代驾驶舱与车辆底盘组合驾驶舱的触点，用飞开关触点指代飞行器与驾驶舱组合飞行器的触点，用车开关触点指代车辆底盘与驾驶舱组合车辆底盘的触点，切换过程如下：

当驾开关触点A不与飞开关触点结合，驾开关触点B不与车开关触点结合时，整个系统处于安全模式，不会运动；

当驾开关触点A与飞开关触点结合，驾开关触点B与车开关触点结合时，整个系统处于待机模式，也不会运动；

当驾开关触点A与飞开关触点结合，驾开关触点B不与车开关触点结合时，车辆底盘成功脱离，整个系统处于飞行模式，其控制系统也会切换为飞行运动控制系统；

当驾开关触点A不与飞开关触点结合，驾开关触点B与车开关触点结合时，飞行器成功脱离，整个系统处于车辆模式，其控制系统也会切换为车辆运动控制系统。

2.如权利要求1所述的一种融合飞行器控制的交互平台，其特征在于：所述感知层是以多传感器信息融合技术为主，感知层包括多传感器系统，多传感器系统连接有数据接受层，数据接受层连接有数据处理层，数据处理层连接有多传感器融合，多传感器信息融合采用人工神经网络方法进行融合，神经网络的强大的非线性处理能力，整合了激光雷达、超声波传感器、摄像头、惯性导航、RTK差分和旋转编码器多传感器信息。

3.如权利要求1所述的一种融合飞行器控制的交互平台，其特征在于：所述认知层包括驾驶环境认知、轨迹预测、运动目标、静态栅格、道路结构和高精度融合定位，驾驶环境认知连接轨迹预测、运动目标、静态栅格和道路结构，轨迹预测、运动目标、静态栅格、道路结构和高精度融合定位连接有多传感融合器。

4.如权利要求1所述的一种融合飞行器控制的交互平台，其特征在于：所述决策规划层包括行为决策、路径规划和运动规划，行为决策连接高精度融合定位和驾驶环境认知，行为决策连接路径规划，路径规划连接运动规划。

5.如权利要求1所述的一种融合飞行器控制的交互平台，其特征在于：所述执行层包括车辆及飞行底层执行，车辆及飞行底层执行连接有车辆控制系统和飞行控制系统，车辆及飞行下位机、车辆及飞行转向执行器、车辆及飞行加速踏板和车辆及飞行制动执行器位于执行层。

6.如权利要求2所述的一种融合飞行器控制的交互平台，其特征在于：所述上位机用于处理感知层的数据接受层、数据处理层和多传感器信息融合、认知层、决策规划层和控制层的数据处理。

7.一种融合飞行器控制的交互平台的平台数据识别处理方法，其特征在于：所述平台数据识别处理方法应用于如权利要求1-6中任意一权利要求所述的融合飞行器控制的交互平台中，包括以下步骤：

步骤一，当驾开关触点A与飞开关触点结合，驾开关触点B与车开关触点结合时，整个系统处于待机模式；

步骤二，驾驶员给车辆底盘或飞行器发送脱离信号同时把脱离信号传回指挥调度中心，当要执行车辆模式时，则需要发送脱离飞行器信号，当驾开关触点A与飞开关触点脱离时，飞行器成功脱离，此时系统进入车辆模式；驾驶员可以在人机交互控制台上输入前往目的地，再给车辆底盘和指挥调度中心发送启动信号，车辆底盘执行定点自动驾驶控制；

步骤三，当要执行飞行模式时，则需要发送脱离车辆底盘信号，驾开关触点B与车开关触点脱离，此时车辆底盘成功脱离，系统处于飞行模式，驾驶员同样在人机交互控制台上输入前往目的地，再给飞行器和指挥调度中心发送启动信号，飞行器执行定点自动驾驶控制；

步骤四，飞行器到达目的地上空后，飞行器自动执行降低到指定高度，飞行器再利用其视觉定位，若观察到在降落标识的降落靶标车辆，执行定点降落任务，降落到靶标车辆上，如果没有，则扩大搜索半径及反馈给指挥调度中心进行调度；

步骤五，飞行器降落到车辆底盘上后，判断驾开关触点A与飞开关触点，驾开关触点B与车开关触点是否置位，电源和通讯是否正常，若正常置位，则系统处于待机模式，否则，系统处于安全模式，不执行任何操作，等待指挥调度中心诊断及控制，直到置位，使系统处于待机模式；

步骤六，驾驶员给飞行器和指挥调度中心发送飞行器脱离信号，进入车辆模式，再进行车辆运输，如此能循环的从飞行器运输到车辆运输。

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