CN114715390A - 辅助无人机、应急救援系统和应急救援方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供的一种辅助无人机、应急救援系统和应急救援方法，涉及应急救援技术领域。该辅助无人机包括机身、四个旋翼和涵道壳体，四个旋翼分别与机身连接，且设于涵道壳体内；机身上设有图像传输装置、充电装置和功能扩展装置，图像传输装置用于采集图像信息并将图像信息传递至应急车辆，充电装置用于与应急车辆上的充电桩连接，功能扩展装置包括报警器、喊话器和通信设备中的至少一种。该辅助无人机安全性高，可以及时了解应急车辆前方的路况，为应急车辆规划最优路径，及时采取相应的救援措施，提高救援效率。

Description

辅助无人机、应急救援系统和应急救援方法

技术领域

本发明涉及应急救援技术领域，具体而言，涉及一种辅助无人机、应急救援系统和应急救援方法。

背景技术

无人机应用于应急救援已成为一个热门的研究领域，无人机搭载不同的设备或搭载不同构型的无人机完成相关救援任务已然成为一种趋势。近年来，根据相关统计调查数据显示，我国每天的救护车和消防车出车率约为95%，平均到达事故地点时间约为11分12秒，比其它一些发达国家落后约五分钟，究其原因，道路拥堵、线路规划不好等问题成为延长到达事故地时间的重要因素。

发明内容

本发明的目的包括，例如，提供了一种辅助无人机、应急救援系统和应急救援方法，其能够有效解决救援途中道路拥堵、路径规划不好等问题，缩短到达救援现场的时间，提高救援效率，减少不必要的生命和财产损失。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明提供一种辅助无人机，应用于应急车辆，所述辅助无人机包括机身、四个旋翼和涵道壳体，所述四个旋翼分别与所述机身连接，且设于所述涵道壳体内；

所述机身上设有图像传输装置、充电装置和功能扩展装置，所述图像传输装置用于采集图像信息并将所述图像信息传递至所述应急车辆，所述充电装置用于与所述应急车辆上的充电桩连接，所述功能扩展装置包括报警器、喊话器和通信设备中的至少一种。

在可选的实施方式中，所述图像传输装置包括视频采集模块、视频编码模块、视频传输模块，所述视频采集模块与所述视频编码模块连接，所述视频编码模块与所述视频传输模块连接，所述视频传输模块与所述应急车辆连接；

所述应急车辆包括显示装置，所述显示装置用于显示所述视频传输模块传递的图像信息，所述图像信息用于供操作人员查看，以便于采取对应的救援措施。

在可选的实施方式中，包括避障装置，所述避障装置包括摄像头和避障算法控制芯片，所述摄像头与所述避障算法控制芯片通信连接，所述摄像头用于连续拍摄图像，并将图像传输到所述避障算法控制芯片中，所述避障算法控制芯片内存储有基于图像的配准算法，通过计算前后两帧图像的特征区域和像素变化，获取无人机的运动信息，以及判断无人机离障碍物体的远近程度，然后通过方向决策规划最优路径完成避障操作。

在可选的实施方式中，所述充电装置包括无线充电模块、电池模块、导航模块和通信模块，所述导航模块用于定位所述应急车辆的位置，所述无线充电模块用于与所述应急车辆上的充电桩连接，所述电池模块与所述无线充电模块连接，所述通信模块用于在所述无线充电模块与所述充电桩连接的状态下，向所述充电桩发出充电请求指令，并用于在所述电池模块充电完成的状态下，向所述充电桩发出停止充电指令。

在可选的实施方式中，所述喊话器包括无线喊话器和远程喊话器，所述远程喊话器包括地面控制端和机载喊话端，所述地面控制端设于所述应急车辆上，所述机载喊话端设于所述机身上，所述地面控制端与所述机载喊话端通信连接，所述远程喊话器用于在检测到路面出现异常状态时使用，所述无线喊话器用于自动发出语音提醒，所述远程喊话器用于操作人员临时发出语音提醒。

在可选的实施方式中，所述机身上设有悬框式固定壳，所述喊话器安装在所述悬框式固定壳内；所述悬框式固定壳采用重量轻且声音传播效果好的材料。

在可选的实施方式中，还包括跟随装置，所述跟随装置采用北斗导航定位系统，所述跟随装置用于计算所述无人机与所述应急车辆之间的距离，并控制所述无人机主动跟近所述应急车辆，以使所述距离小于或等于预设距离。

第二方面，本发明提供一种应急救援系统，包括应急车辆和如前述实施方式中任一项所述的辅助无人机，所述无人机与所述应急车辆通信连接。

在可选的实施方式中，所述应急车辆包括充电桩，所述充电桩包括太阳能充电板、储能电池、无线通信组件和导航定位组件，所述太阳能充电板与所述储能电池连接，所述储能电池用于与所述无人机连接，所述无线通信组件和所述导航定位组件分别用于与所述无人机连接。

在可选的实施方式中，所述应急车辆包括控制系统，所述太阳能充电板、所述储能电池、所述无线通信组件和所述导航定位组件分别与所述控制系统连接。

第三方面，本发明提供一种应急救援方法，适用于如前述实施方式中任一项所述的应急救援系统，应急救援系统包括应急车辆和辅助无人机，所述方法包括：

采集图像信息，依据所述图像信息避开障碍物，以及依据所述图像信息发出语音指令；

发送所述图像信息至应急车辆，以便操作人员进行人工指挥；

分别检测辅助无人机和应急车辆之间的位置坐标，依据所述位置坐标计算所述辅助无人机和应急车辆之间的距离，依据所述距离控制所述辅助无人机的位置，以使所述距离小于或等于预设距离；

检测辅助无人机的剩余电量，在所述剩余电量不足的状态下，控制所述辅助无人机返回至所述应急车辆进行充电；其中，所述充电步骤包括：

定位所述应急车辆上充电桩的位置；依据所述充电桩的位置规划返回路径，按照所述返回路径飞行至所述充电桩，以使所述辅助无人机的无线充电模块与充电桩连接，在所述无线充电模块与所述充电桩连接的状态下，发出充电请求指令，在所述电池模块充电完成的状态下，发出停止充电指令。

本发明实施例的有益效果包括：

本发明实施例提供的辅助无人机，四个旋翼设置在涵道壳体内，具有良好的防撞功能，提高辅助无人机飞行的安全性。辅助无人机上设有图像传输装置，可以实时掌握应急车辆前方的道路状况，避开拥堵路段、提前疏通道路、规划前往救援地的最佳路径，以提高救援质量和效率。辅助无人机上设有充电装置，可以及时补充电量，延长续航里程，提高救援效率。辅助无人机上还设有诸如报警器、喊话器和通信设备等的功能扩展装置，可以实现报警、喊话即发送语音指令等，提高道路疏通效率，使用场景更加灵活，以提高救援效率。

本发明实施例提供的应急救援系统，包括应急车辆和上述的辅助无人机，应急车辆和辅助无人机可以实现通信连接，辅助无人机实时采集路况信息并传输至应急车辆，便于操作人员临时指挥和操控，可以快速实现道路疏通、规划最优路径，从而提高紧急救援的效率。

本发明实施例提供的应急救援方法，采用辅助无人机实时采集图像信息，根据图像信息可以实现最优道路的规划，同时可以有效避开障碍物，提高辅助无人机的飞行效率。同时通过发出语音指令即喊话操作，可以快速有效地疏通拥堵路段，缩短到达救援现场的时间，提高救援效率。并且可以实现辅助无人机对应急车辆的自动跟随，确保辅助无人机和应急车辆的可靠通信。此外，辅助无人机可实现随车充电，及时补充电量，延长续航里程，提高救援效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的辅助无人机的第一种视角的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的辅助无人机的第二种视角的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的辅助无人机的图像传输装置的应用连接示意框图；

图4为本发明实施例提供的辅助无人机的充电装置的应用连接示意框图；

图5为本发明实施例提供的应急救援系统的组成示意框图；

图6为本发明实施例提供的应急救援系统的充电步骤示意框图。

图标：100-辅助无人机；110-机身；111-充电接口；120-旋翼；130-涵道壳体；131-贯通孔；150-图像传输装置；151-视频采集模块；153-视频编码模块；155-视频传输模块；160-充电装置；200-应急车辆；210-信息处理单元；220-显示装置；230-充电桩。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

第一实施例

请结合图1至图5，本实施例提供了一种辅助无人机100，应用于应急车辆200，可以与应急车辆200配套使用。辅助无人机100包括机身110、四个旋翼120和涵道壳体130，四个旋翼120分别与机身110连接，且设于涵道壳体130内。涵道壳体130对旋翼120具有良好的保护作用，确保旋翼120的正常工作，同时涵道壳体130的设置使得该辅助无人机100具有良好的防撞性能，飞行状态下的安全性更高。

机身110上设有图像传输装置150、充电装置160和功能扩展装置，图像传输装置150用于采集图像信息并将图像信息传递至应急车辆200，通过图像传输装置150实时采集道路信息，可以及时了解和更新路况信息，有利于规划出应急车辆200行驶的最优路径，以缩短救援路途中使用的时间，提高救援效率。

充电装置160用于与应急车辆200上的充电桩230连接，可以实现辅助无人机100的随车充电，及时补充电量，延长续航里程，适宜长距离飞行、长时间的救援工作，提高救援效率。

功能扩展装置包括报警器、喊话器和通信设备中的至少一种。报警器可在遇到紧急情况或特殊路况时进行报警，起到警示作用。喊话器可以进行语音播放或临时人工发出语音通知，即喊话功能。通信设备可采用蓝牙设备，能够确保辅助无人机100和应急车辆200之间的可靠通信，有利于提高道路疏通效率、规划最优行驶路径，进而提高救援效率。可以理解，充电装置160具有充电接口111，充电接口111设于机身110的底面，功能扩展装置具有多个功能扩展接口，功能扩展接口可设于机身110表面的任意位置，根据辅助无人机100执行的不同任务，选择性地加装不同的功能扩展装置，使用更加灵活。

本实施例中，涵道壳体130的两端分别设有开口，形成贯通孔131，旋翼120设于该贯通孔131内，涵道壳体130呈收敛状，从机身110的背面至底面的方向（由上往下的方向）涵道的开口逐渐减小，旋翼120与涵道壳体130的内壁之间具有一定间隙，涵道壳体130的设置，不仅能保护旋翼120，具有防撞功能，收敛状的涵道壳体130还有利于提升无人机的升力，保证无人机飞行的稳定性。

可选地，图像传输装置150包括视频采集模块151、视频编码模块153、视频传输模块155，视频采集模块151与视频编码模块153连接，视频编码模块153与视频传输模块155连接，视频传输模块155与应急车辆200连接。其中，视频采集模块151主要用于无人机搭载的摄像头与机身110上的控制单元之间的交互，控制单元内包括各类芯片，如不限于处理芯片和存储芯片等。摄像头采集的图像送入到图像压缩处理器，并通过HDMI驱动设备将图像流入到芯片中。

视频编码模块153主要用于处理传过来的图像原始码流并进行压缩，以便于后续图像的传输。对于航拍飞行的辅助无人机100来说，不同的飞行距离、飞行高度和飞行环境等都会对无线图像传输质量造成影响，因此需要对视频分辨率、帧率以及压缩IQ比例等进行实时调整，保证具有1080P高清图像，时间延至50毫秒，以实现稳定传输。视频编码模块153可以使得传输到应急车辆200上的图片或视频信息清晰、流畅、及时。视频传输模块155能够将压缩完成的视频码流打包成可以用于传输的传输流，以便于传输给应急车辆200，传输更加快速高效，且传输质量更好，不失真。

容易理解，应急车辆200包括显示装置220，显示装置220用于显示视频传输模块155传递的图像信息，图像信息用于供操作人员查看，以便于采取对应的救援措施。可选地，应急车辆200还包括信息处理单元210，视频传输模块155与信息处理单元210连接，信息处理单元210与显示装置220连接，无人机传输过来的传输流需要经信息处理单元210进行解码处理，再在显示装置220中显示，显示装置220可以采用高清显示屏，以便于操作人员实时观察道路状况。

可选地，视频采集模块151为摄像头，视频编码模块153采用编码芯片，信息处理单元210采用解码芯片TVP5150，视频传输模块155采用现场可编程逻辑门阵列FPGA和芯片FT601。具体传输过程为：摄像头采集图像或视频信息后，经过编码芯片压缩编码，通过刺刀螺母连接器（即BNC接口）将视频信息传输到解码芯片TVP5150，解码芯片将摄像头采集到的视频解码为YCBCR色彩空间4∶2∶2类型的数字视频格式，并通过两片静态随机存取存储器（SRAM）的写入和读出，实现图像或视频数据缓存。利用现场可编程逻辑门阵列FPGA控制图像传输和接收速率，同时通过配置USB3.0芯片FT601将缓存后的数据快速地传输到显示装置220上，实现图像数据的实时传输和显示。

操作人员可以根据道路的实际状况进行最优线路规划，或者在道路出现异常情况、出现拥堵时进行喊话操作，快速疏通道路，以节约路途中的行驶时间，提高救援效率。需要说明的是，最优路线规划可以由操作人员规划完成，也可以通过应急车辆200或辅助无人机100自主规划，类似地，喊话操作也可以由操作人员完成，也可以通过应急车辆200或辅助无人机100自主完成。

辅助无人机100应用于应急道路疏通的情况下，其飞行工作是在低空空域进行的，由于是低空飞行，辅助无人机100难免会遇到一些障碍物，不仅要面对如地形、建筑物等静态障碍物，也会遇到其他动态障碍物，同时还可能面对空域内的其他飞行器，因此设置避障装置非常重要。可选地，辅助无人机100还包括避障装置，避障装置包括摄像头和避障算法控制芯片，摄像头用于连续拍摄图像，并将图像传输到避障算法控制芯片中。避障算法控制芯片内存储有基于图像的配准算法（即SURF算法），通过计算前后两帧图像的特征区域和像素变化，获取无人机的运动信息，以及判断无人机离障碍物体的远近程度，然后通过方向决策规划最优路径完成避障操作。当然，在地形简单、无人机前方视野开阔的情况下，也可采取人工避障方式进行避障。即相关工作人员依据摄像机采集的图像对前方障碍物进行判断分析，并进行远程遥控无人机的运动姿态进行避障。

需要说明的是，避障装置中的摄像头与图像传输装置150中的摄像头可以是同一个，也可以是不同的。

可选的，充电装置160包括无线充电模块、电池模块、导航模块和通信模块，导航模块用于定位应急车辆200的位置，无线充电模块用于与应急车辆200上的充电桩230连接，电池模块与无线充电模块连接，通信模块用于在无线充电模块与充电桩230连接的状态下，向充电桩230发出充电请求指令，并用于在电池模块充电完成的状态下，向充电桩230发出停止充电指令。本实施例中，充电桩230设于应急车辆200上，辅助无人机100采用无线充电，通过导航模块定位导航后，辅助无人机100到达应急车辆200的充电桩230处，辅助无人机100与充电桩230采用磁性吸附连接，以使机身110上的充电接口111与充电桩230的充电端口连接。采用磁性吸附的方式连接可靠，并且具有一定的容错纠偏功能，在充电接口111定位有误差的情况下，可通过磁性吸附实现精准对接。此外，磁吸结构可以设置在内部，从而保持机身110和充电桩230表面结构的完整性，比如无需开槽或开孔以实现机身110和充电桩230的对接，防止充电桩230内积灰或有异物掉入充电桩230等，提高充电桩230使用的安全性和稳定性，且在充满电后也可以实现快速分离。

无线充电模块主要是无线充电过程中接收电能的电路，与充电桩230对接后进行无线充电，产生足够的直流电供给电池模块。接收电能的电路主要是利用与充电桩230中原边线圈产生电磁感应现象，从而产生高频交流电。无线充电模块属于目前的成熟技术，已有现有成品，可通过市面购买获得。

电池模块作为辅助无人机100的动力源，为无人机的飞行作业提供动力，用于给无人机的各个模块提供电能，还能接收电能传输电路中的无线电能，电池模块可采用锂电池。锂电池相对于其他类型的电池来说具有良好的放电能力，放电压降较为平缓。锂电池主要采用参数为5300mAh，具有良好的续航性能，并保证无人机运行的稳定性。

导航模块采用北斗导航系统，主要定位无人机的位置，而且当辅助无人机100需要充电时，导航模块会定位就近充电桩230的位置，导航到充电桩230附近，并且识别充电桩230。搭配机身110上的摄像头对充电桩230进行信息分析并完成精准降落，以此来实现准确对接，完成无线充电。

通信模块可采用蓝牙等无线通信方式，技术成熟，信息交互快速可靠。主要用于实现无线充电模块与充电桩230之间的通信，当无人机与充电桩230成功对接后，通过蓝牙通知充电桩230对其充电，并且在无人机电量充满后通知充电桩230停止对其充电。本实施例中，通信模块采用蓝牙设备，以蓝牙作为无线通信模式具有低成本、抗干扰能力强等优点。

可选地，喊话器包括无线喊话器和远程喊话器，远程喊话器包括地面控制端和机载喊话端，地面控制端设于应急车辆200上，机载喊话端设于机身110上，地面控制端与机载喊话端通信连接，比如采用远程通信模块实现数据通信远程连线。远程喊话器用于在检测到路面出现异常状态时使用，无线喊话器用于自动发出语音提醒，远程喊话器用于操作人员临时发出语音提醒。无线喊话器设于机身110上，通过无线喊话器，辅助无人机100可以进行自主喊话操作。本实施例中，喊话器采用成至MP140长距离扬声装置（LRAD），声压高达140db，最远扬声距离可达1000m，在有效覆盖区域内声音清晰、穿透力强，能够有效传递语音信息至目标处，并配有手持麦可实现实时喊话，循环播放录音等功能。

本实施例中，辅助无人机100在执行飞行任务时，当存在不可预测的情况下，比如路面拥堵，或有部分车辆不避让的情况，可以通过数据通信远程连线应急车辆200的指挥中心，内置远程通信模块可将指挥中心通信内容实时传递并且广播，即操作人员人工喊话，喊话内容通过远程通信模块传递至辅助无人机100，并通过辅助无人机100上的机载喊话端播放出来。在执行常规任务时，数据库会自动记录实时道路状况，当辅助无人机100通过图像采集或视觉模块检测到路面出现异常状况时，将从数据库调用提前记录的数据进行实时指挥。可以理解，在出现道路拥堵时，可以优先选择辅助无人机100自主喊话，若在自主喊话后仍有车辆不听从、不避让等情况，再通过人工操作进行远程喊话。

本实施例中，机身110上设有悬框式固定壳（图未示），根据实际情况，悬框式固定壳可设置在机身110的任意位置，喊话器安装在悬框式固定壳内；悬框式固定壳采用重量轻且声音传播效果好的材料。可选地，悬框式固定壳可采用轻质合金材料，结构强度高、重量轻、经久耐用，其次，可以将悬框式固定壳设置呈喇叭口的形状，喊话器安装在喇叭状的悬框式固定壳内，有利于改善声音的传播效果。

辅助无人机100还包括跟随装置，跟随装置采用北斗导航定位系统，跟随装置用于计算无人机与应急车辆200之间的距离，并控制无人机主动跟近应急车辆200，以使距离小于或等于预设距离。可以理解，跟随装置可以与充电装置160共用同一个导航模块，也可以分别设置两个导航模块，这里不作具体限定。跟随装置采用北斗导航定位系统，可以实现双向通信功能，相比与GPS或其它导航定位系统，定位更精准且相对要求更低。比如，其它导航定位系统需要结合其它通信设备才能实现运动目标的远程定位和调度功能，而本实施例中的跟随装置采用北斗导航定位系统，无需借助其它通信设备也能实现运动目标的远程定位和调度功能，可以实现双向通信功能。

本实施例中的跟随装置专门针对城市中道路、环境的复杂状况而设计，能够准确把控辅助无人机100与应急车辆200之间的相对距离，可以在一个相对稳定的距离上实现道路疏散、路径规划和相互通信。该导航定位原理如下：

北斗卫星导航定位系统是利用基于三维几何体的线面相交，面面相交的原理来确定位置信息的。因此，辅助无人机100自带的信号接收装置，可以接收来自北斗导航的信号，无人机接收装置会以定位卫星为球心，卫星到接收装置的距离为半径的三个球的交点上。但是，需要排除另外一个点，因为那个点并不在地球上，所以，我们需要知道四颗卫星的具体位置才可以进行定位解算。但想要知道无人机的具体位置，还必须知道北斗卫星在空中的位置以及无人机与北斗导航之间的距离差。距离差我们用r来表示，通过以下公式可以得到这个数据。

r=

假设无人机的三维坐标为需求量（X，Y，Z），卫星在空中的三维坐标是由接收装置从卫星发出的导航电文中得到的，这个已知量用（X_S，Y_S，Z_S）表示，c为光速，V_S为卫星时钟差，待求量V为无人机接收机时钟差，当有四颗或四颗以上卫星时列出方程组，就可以求得无人机接收机的位置坐标和无人机接收机时钟差。

求出无人机的位置坐标后，我们可以用相同的方法求出应急车辆200的具体位置坐标，然后将二者位置标注在电子地图上，并计算出相对位置，辅助无人机100即可根据相对位置调整自身速度，确保辅助无人机100和应急车辆200在预设的跟随距离范围内，并且辅助无人机100将实时反馈前方路况给应急车辆200，并自主为其进行最优路径规划，最优路径规划实时在显示装置220中显示。

可以理解，充电装置160中的导航模块，与跟随装置中的北斗导航定位系统可以采用同一个，在不同应用场景下实现导航定位。

本实施例提供的辅助无人机100，包括图像传输装置150、避障装置、充电装置160、喊话器和跟随装置，具有防撞功能，飞行稳定，体积小、灵活性高，可以随车充电，续航里程长，能实时掌握路面的道路交通情况，可实现道路疏通和路线规划等功能，确保应急车辆200高效、安全地完成救援任务。

第二实施例

本发明实施例提供一种应急救援系统，包括应急车辆200和如前述实施方式中任一项的辅助无人机100，辅助无人机100与应急车辆200通信连接。应急车辆200包括但不限于消防车和救护车等。应急车辆200包括充电桩230、控制系统和显示装置220，充电桩230包括太阳能充电板、储能电池、无线通信组件和导航定位组件，太阳能充电板与储能电池连接，储能电池用于与无人机连接，无线通信组件和导航定位组件分别用于与无人机连接。太阳能充电板、储能电池、无线通信组件和导航定位组件分别与控制系统连接。可选地，应急车辆200上设有固定杆，用于安装充电桩230，太阳能充电板可安装在应急车辆200的车顶，控制系统与充电桩230连接，控制充电桩230对辅助无人机100充电。可选地，控制系统控制导航定位组件准确的与辅助无人机100对接、控制无线通信组件与辅助无人机100之间通信充电开始和充电结束的信息。太阳能充电板可以对储能电池进行充电，使储能电池输出电压达到额定，并受控制系统的控制，储能电池用于对辅助无人机100充电。显示装置220用于实时显示辅助无人机100的航拍图像和视频，以及显示导航线路图等，便于操作人员了解路况动态，采取科学合理的应急措施。

本实施例中，未提及的部分内容，与第一实施例中描述的内容相似，这里不再赘述。

第三实施例

本发明实施例提供一种应急救援方法，适用于如前述实施方式中任一项的应急救援系统，应急救援系统包括应急车辆200和辅助无人机100，方法包括：

采集图像信息，依据图像信息避开障碍物，以及依据图像信息发出语音指令；可以理解，在辅助无人机100执行飞行任务时，实时采集路况信息，即道路的图像信息以及飞行周围的环境信息，通过将采集的图像信息发送至应急车辆200，可在应急车辆200的显示装置220上显示出来，以便操作人员进行人工指挥。可选地，根据实时采集的图像信息，辅助无人机100可以进行道路规划、道路疏通，也可以根据实时采集的图像信息自主避开障碍物，或者通过人工操作避开障碍物、通过人工操作进行路径规划或道路疏通等。依据图像信息发出语音指令可以理解为辅助无人机100自主喊话，或者远程人工喊话。

结合图6，检测辅助无人机100的剩余电量，在剩余电量不足的状态下，控制辅助无人机100返回至应急车辆200进行充电；应当理解，剩余电量应当至少满足辅助无人机100返回至最近的充电桩230，并且该应急救援系统还设有备用无人机，当其中一个辅助无人机100返回充电时，备用无人机启动，接管上一个辅助无人机100的任务，确保任务执行不中断，提高救援效率。充电步骤包括：

定位应急车辆200上充电桩230的位置；依据充电桩230的位置规划返回路径，按照返回路径飞行至充电桩230，以使辅助无人机100的无线充电模块与充电桩230磁性吸附连接，且充电接口111和充电端口电性连接，在无线充电模块与充电桩230连接的状态下，发出充电请求指令，在电池模块充电完成的状态下，发出停止充电指令。可选地，可以通过蓝牙等无线通信方式实现充电开始和结束的信息交互。

分别检测辅助无人机100和应急车辆200之间的位置坐标，依据位置坐标计算辅助无人机100和应急车辆200之间的距离，依据距离控制辅助无人机100的位置，以使距离小于或等于预设距离。可选地，利用本实施例中的跟随装置，可以自主调节辅助无人机100的飞行速度和位置，确保辅助无人机100与应急车辆200在预设的跟随距离范围内。

本发明实施例提供的应急救援系统和方法，具体实施场景如下：

当消防车或者救护车需要紧急执行任务时，操作人员发动应急车辆200并启动辅助无人机100，辅助无人机100执飞过程中，时速可达150km/h以上，并保证在应急车辆200的前方300m至400m的范围，始终跟随应急车辆200。辅助无人机100起飞后，通过报警器单一拉响警报，通过无线喊话器执行喊话功能，以此来疏通道路。同时，辅助无人机100通过图像传输装置150实时监控道路状况，保证道路畅通。若遇到紧急情况如前方出现交通事故或者道路拥挤等异常状况，辅助无人机100智能识别路况并为应急车辆200重新规划最优路线。若前方车辆出现不配合、不避让等行为，辅助无人机100通过图像传输装置150传输到应急车辆200中的高清显示屏上，操作人员根据图像内容对该车辆进行喊话使其避让，以此来保证应急车辆200高效、安全的完成救援任务，提高救援效率。该应急救援系统也可以应用在物资运输或其它应用场合，这里不作具体限定。

本实施例中，未提及的部分内容，与第一实施例、第二实施例中描述的内容相似，这里不再赘述。

综上所述，本发明实施例提供了一种辅助无人机100、应急救援系统和应急救援方法，具有以下几个方面的有益效果：

利用辅助无人机100体积小、速度快、灵活、易部署等优势，在城市交通应急领域具有良好的发展前景。随着5G技术和无人机的飞速发展，利用无人机的三维飞行能力，采用优化方法规划路径，能够使其在救援任务中比地面车辆以更短的时间到达相应救援区域，提高地面工作效率，针对真实的地理环境，进行航线规划避开障碍物，为应急车辆200开辟或规划最优线路。本实施例中的辅助无人机100是一个时速可达120-150km/h的涵道四轴无人机，且搭载了相应的警报器、喊话器、道路智能识别系统、避障装置和图像传输装置150等，同时辅助无人机100以惯性导航为基础导航，搭配北斗导航技术和5G的导航技术，在城市中可以快速响应，实时更新路线，完成比地面导航更精准更实时的道路预警和规划，不仅提高了紧急救援的效率，而且可产生巨大的社会效益。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种辅助无人机，其特征在于，应用于应急车辆，所述辅助无人机包括机身、四个旋翼和涵道壳体，所述四个旋翼分别与所述机身连接，且设于所述涵道壳体内；

所述机身上设有图像传输装置、充电装置和功能扩展装置，所述图像传输装置用于采集图像信息并将所述图像信息传递至所述应急车辆，所述充电装置用于与所述应急车辆上的充电桩连接，所述功能扩展装置包括报警器、喊话器和通信设备中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的辅助无人机，其特征在于，所述图像传输装置包括视频采集模块、视频编码模块、视频传输模块，所述视频采集模块与所述视频编码模块连接，所述视频编码模块与所述视频传输模块连接，所述视频传输模块与所述应急车辆连接；

所述应急车辆包括显示装置，所述显示装置用于显示所述视频传输模块传递的图像信息，所述图像信息用于供操作人员查看，以便于采取对应的救援措施。

3.根据权利要求1所述的辅助无人机，其特征在于，包括避障装置，所述避障装置包括摄像头和避障算法控制芯片，所述摄像头与所述避障算法控制芯片通信连接，所述摄像头用于连续拍摄图像，并将图像传输到所述避障算法控制芯片中，所述避障算法控制芯片内存储有基于图像的配准算法，通过计算前后两帧图像的特征区域和像素变化，获取无人机的运动信息，以及判断无人机离障碍物体的距离，然后通过方向决策规划最优路径完成避障操作。

4.根据权利要求1所述的辅助无人机，其特征在于，所述充电装置包括无线充电模块、电池模块、导航模块和通信模块，所述导航模块用于定位所述应急车辆的位置，所述无线充电模块用于与所述应急车辆上的充电桩连接，所述电池模块与所述无线充电模块连接，所述通信模块用于在所述无线充电模块与所述充电桩连接的状态下，向所述充电桩发出充电请求指令，并用于在所述电池模块充电完成的状态下，向所述充电桩发出停止充电指令。

5.根据权利要求1所述的辅助无人机，其特征在于，所述喊话器包括无线喊话器和远程喊话器，所述远程喊话器包括地面控制端和机载喊话端，所述地面控制端设于所述应急车辆上，所述机载喊话端设于所述机身上，所述地面控制端与所述机载喊话端通信连接，所述远程喊话器用于在检测到路面出现异常状态时使用，所述无线喊话器用于自动发出语音提醒，所述远程喊话器用于操作人员临时发出语音提醒。

6.根据权利要求1所述的辅助无人机，其特征在于，所述机身上设有悬框式固定壳，所述喊话器安装在所述悬框式固定壳内；所述悬框式固定壳采用重量轻且声音传播效果好的材料。

7.根据权利要求1所述的辅助无人机，其特征在于，还包括跟随装置，所述跟随装置采用北斗导航定位系统，所述跟随装置用于计算所述辅助无人机与所述应急车辆之间的距离，并控制所述辅助无人机主动跟近所述应急车辆，以使所述距离小于或等于预设距离。

8.一种应急救援系统，其特征在于，包括应急车辆和如权利要求1至7中任一项所述的辅助无人机，所述辅助无人机与所述应急车辆通信连接。

9.根据权利要求8所述的应急救援系统，其特征在于，所述应急车辆包括充电桩和控制系统，所述充电桩包括太阳能充电板、储能电池、无线通信组件和导航定位组件，所述太阳能充电板与所述储能电池连接，所述储能电池用于与所述辅助无人机连接，所述无线通信组件和所述导航定位组件分别用于与所述辅助无人机连接；

所述太阳能充电板、所述储能电池、所述无线通信组件和所述导航定位组件分别与所述控制系统连接。

10.一种应急救援方法，其特征在于，适用于如权利要求8或9所述的应急救援系统，所述方法包括：

采集图像信息，依据所述图像信息避开障碍物，以及依据所述图像信息发出语音指令；

发送所述图像信息至应急车辆，以便操作人员进行人工指挥；

分别检测辅助无人机和应急车辆之间的位置坐标，依据所述位置坐标计算所述辅助无人机和应急车辆之间的距离，依据所述距离控制所述辅助无人机的位置，以使所述距离小于或等于预设距离；

检测辅助无人机的剩余电量，在所述剩余电量不足的状态下，控制所述辅助无人机返回至所述应急车辆进行充电；其中，所述充电步骤包括：

定位所述应急车辆上充电桩的位置；依据所述充电桩的位置规划返回路径，按照所述返回路径飞行至所述充电桩，以使所述辅助无人机的无线充电模块与充电桩连接，在所述无线充电模块与所述充电桩连接的状态下，发出充电请求指令，在电池模块充电完成的状态下，发出停止充电指令。

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