CN115027696A - 一种无人机飞行安全性能分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机飞行安全性能分析方法，属于无人机安全评价领域，用于解决现有的无人机安全性能分析评价方法无法实时对无人机的运行状态进行监控的问题，包括以下步骤：步骤一：对无人机的运行状态进行监测分析，获取无人机的获取运行时段i内无人机的振动数据ZDi、噪声数据ZSi以及温度数据WDi并进行数值计算得到运行系数与运行表现值，通过运行系数与运行表现值的数值大小对无人机的运行状态与运行波动状态是否满足要求进行判定，本发明通过运行检测模块可以实时对无人机运行性能与运行波动性能进行监控分析，在无人机运行性能或运行波动性能不满足要求时及时进行安全预警，以此避免安全事故的发生。

Description

一种无人机飞行安全性能分析方法

技术领域

本发明属于无人机性能分析领域，涉及数据分析技术，具体是一种无人机飞行安全性能分析方法。

背景技术

随着无人机技术的日渐成熟，无人机逐渐用于农业、林业、航拍、测绘以及巡检等领域。无人机飞行性能关系着无人机飞行的安全性和可靠性。为了降低无人机飞行过程中发生故障的概率，同时也为了提高无人机执行任务的效率，对无人机各项性能的监测显得尤为重要。

现有技术中，无人机安全性能多是通过使用者的日常使用记录来进行分析的，其无法实时对无人机的运行状态进行实时的分析，无法在无人机运行异常时对异常原因进行分析，导致无法判定无人机运行异常由内因引起还是外因引起，进而不能对无人机的运行安全性能进行精准判定，为此，我们提出一种无人机飞行安全性能分析方法。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种无人机飞行安全性能分析方法，用于解决现有的无人机安全性能分析评价方法无法实时对无人机的运行状态进行监控的问题。

本发明所要解决的技术问题为：如何提供一种可以对无人机运行状态进行实时监控的无人机安全性能分析评价方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种无人机飞行安全性能分析方法，包括运行检测模块、异常分析模块，该方法具体包括以下步骤：

步骤一、运行检测模块对无人机的运行状态进行监测分析，判定无人机的运行状态是否满足运行要求；

步骤二、由异常分析模块对无人机的运行环境进行监测分析，判定无人机的运行环境是否满足运行要求；

步骤三、结合运行检测模块和异常分析模块的判定结果，得到无人机的安全等级，将无人机的安全等级通过安全评价平台发送至用户的手机终端。

作为本发明的一种优选实施方式，运行检测模块的分析过程如下：

在无人机运行时将无人机的运行时间分割为运行时段i，i=1，2，…，n；

获取无人机的获取运行时段i内无人机的振动数据ZDi、噪声数据ZSi以及温度数据WDi并进行数值计算得到运行系数与运行表现值；

通过运行系数与运行表现值的数值大小对无人机的运行状态与运行波动状态是否满足要求进行判定。

作为本发明的一种优选实施方式，无人机的振动数据ZDi的获取过程包括：在运行时段i内实时获取无人机的振动频率，将运行时段内数值最大的振动频率标记为无人机在运行时段内的振动数据ZDi；

无人机的噪声数据ZSi的获取过程包括：在运行时段i内实时获取无人机运行时产生的噪声分贝值，将运行时段内数值最大的噪声分贝值标记为噪声数据ZSi；

无人机温度数据WDi的获取过程包括：在运行时段i内实时获取无人机电池或发动机的温度值，将运行时段内数值最大的温度值标记为温高值，将温高值与无人机连续运行时长的比值标记为温度数据WDi。

作为本发明的一种优选实施方式，无人机的运行状态是否满足要求的判定过程包括：

通过存储模块获取到运行阈值YXmax，将无人机在运行时段i内的运行系数进行比较：

若运行系数YXi大于等于运行阈值YXmax，则判定无人机在运行时段i内的运行状态不满足要求，运行检测模块向安全评价平台发送异常分析信号，安全评价平台接收到异常分析信号后将异常分析信号发送至异常分析模块；

若运行系数YXi小于运行阈值YXmax，则判定无人机在运行时段i内的运行状态满足要求。

作为本发明的一种优选实施方式，无人机的运行波动性能是否满足要求的具体过程包括：

将运行时段i内的运行系数YXi建立运行集合，对运行集合进行方差计算得到运行表现值；

通过存储模块获取到运行表现阈值，将运行表现值与运行表现阈值进行比较：

若运行表现值小于运行表现阈值，则判定无人机的运行波动性能满足要求，运行检测模块向安全评价平台发送波动正常信号；

若运行表现值大于等于运行表现阈值，则判定无人机的运行波动性能不满足要求，运行检测模块向安全评价平台发送异常分析信号，安全评价平台接收到异常分析信号后将异常分析信号发送至异常分析模块。

作为本发明的一种优选实施方式，异常分析模块的分析过程如下：

获取无人机运行时的空温数据KW、风力数据FL以及灰尘数据HC并进行数值计算得到环境系数；

通过环境系数的数值大小对无人机的运行环境是否满足要求进行判定。

作为本发明的一种优选实施方式，对无人机的运行环境是否满足要求进行判定的具体过程包括：

通过存储模块获取到环境阈值，将无人机的环境系数与环境阈值进行比较：

若环境系数小于环境阈值，则判定无人机的运行环境满足要求，异常分析模块将安全评价信号发送至安全评价平台，安全评价平台接收到安全评价信号后将安全评价信号发送至安全分析模块；

若环境系数HJ大于等于环境阈值，则判定无人机的运行环境不满足要求，异常分析模块将环境异常信号发送至安全评价平台

作为本发明的一种优选实施方式，对无人机的整体安全性能进行评价分析的具体过程包括：

对无人机在运行时段内的运行系数进行求和取平均数得到无人机的运行值YZ；获取无人机的使用时长并标记为SC，单位为年，获取无人机的行驶公里数并标记为GL，单位为万；

通过对YZ、SC以及GL进行数值计算得到无人机的安全系数AQ；

通过存储模块获取到安全阈值AQmin与AQmax，将无人机的安全系数AQ与安全阈值AQmin、AQmax进行比较：

若AQ≤AQmin，则判定无人机的安全等级为一等级；

若AQmin＜AQ＜AQmax，则判定无人机的安全等级为二等级；

若AQ≥AQmax，则判定无人机的安全等级为三等级。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过运行检测模块可以实时对无人机运行性能与运行波动性能进行监控分析，进而通过运行性能与运行波动性能的检测结果对无人机运行安全性进行分析，在无人机运行性能或运行波动性能不满足要求时及时进行安全预警，以此避免飞行事故的发生；

2、本发明通过异常分析模块可以对导致无人机运行异常的原因进行监测分析，将无人机运行异常是否由飞行环境导致进行判定，从而对无人机运行异常为偶发性异常或习惯性异常进行判定，进而通过环境分析的结果对无人机的实际运行安全状态进行判定；

3、本发明通过安全分析模块可以对无人机的运行安全等级进行分析，通过安全等级可以对无人机的实际运行安全状态进行反馈，结合当前运行状态与历史使用数据对无人机安全性能进行精准评价。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明实施例一的整体系统框图；

图2为本发明实施例二的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明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它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

请参阅图1所示，一种基于大数据的无人机安全性能分析评价系统，包括安全评价平台，安全评价平台通信连接有运行检测模块、异常分析模块、安全分析模块以及存储模块。

该方法具体包括以下步骤：

步骤一、运行检测模块对无人机的运行状态进行监测分析，判定无人机的运行状态是否满足运行要求；

步骤二、由异常分析模块对无人机的运行环境进行监测分析，判定无人机的运行环境是否满足运行要求；

步骤三、结合运行检测模块和异常分析模块的判定结果，得到无人机的安全等级，将无人机的安全等级通过安全评价平台发送至用户的手机终端。

其中，运行检测模块用于对无人机的运行状态进行监测分析，具体的分析过程包括以下步骤：

S001、在无人机运行时将无人机的运行时间分割为运行时段i，i=1，2，…，n，n为正整数；

S002、获取运行时段i内无人机的振动数据ZDi、噪声数据ZSi以及温度数据WDi，并 进行数值计算得到运行系数与运行表现值；其中，运行时的参数还包括电池电量（发动机燃油余量）、飞行高度、遥控信号质量、GPS信号质量等。

其中，无人机的振动数据ZDi的获取过程包括：

S00201、在运行时段i内实时获取无人机的振动频率，振动频率由振动传感器直接获取，振动传感器在测试技术中是关键部件之一，它的作用主要是将机械量接收下来，并转换为与之成比例的电量。由于它也是一种机电转换装置；

将运行时段内数值最大的振动频率标记为无人机在运行时段内的振动数据ZDi；

S00202、无人机的噪声数据ZSi的获取过程包括：

在运行时段i内实时获取无人机运行时产生的噪声分贝值，噪声分贝值由声音传感器直接获取，噪声传感器内置一个对声音敏感的电容式驻极体话筒。声波使话筒内的驻极体薄膜振动，导致电容的变化，而产生与之对应变化的微小电压。这一电压随后被转化成0-5V的电压，经过A/D转换被数据采集器接收，并传送给计算机；

将运行时段内数值最大的噪声分贝值标记为噪声数据ZSi；

S00203、无人机温度数据WDi的获取过程包括：

在运行时段i内实时获取无人机电池或发动机的温度值，温度值由温度传感器直接获取，温度传感器是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多；

S00204、将运行时段内数值最大的温度值标记为温高值，将温高值与无人机连续运行时长的比值标记为温度数据WDi，无人机连续运行时长的单位为小时；

S003、通过公式YXi=α1*ZDi+α2*ZSi+α3*WDi得到无人机在运行时段i内的运行系数YXi，运行系数是一个反应无人机运行状态好坏的数值，运行系数的数值越大，则表示无人机的运行状态越差；其中α1、α2以及α3均为比例系数，且α1＞α2＞α3＞1；

S00301、通过存储模块获取到运行阈值YXmax，将无人机在运行时段i内的运行系数进行比较，并根据比较结果实行以下步骤：

若运行系数YXi大于等于运行阈值YXmax，则判定无人机在运行时段i内的运行状态不满足要求，运行检测模块向安全评价平台发送异常分析信号，安全评价平台接收到异常分析信号后将异常分析信号发送至异常分析模块；

若运行系数YXi小于运行阈值YXmax，则判定无人机在运行时段i内的运行状态满足要求；

S00302、将运行时段i内的运行系数YXi建立运行集合，对运行集合进行方差计算得到运行表现值，运行表现值是一个反应无人机运行波动程度的数值，运行表现值的数值越大，则表示无人机运行时的波动程度越大；

通过存储模块获取到运行表现阈值，将运行表现值与运行表现阈值进行比较：

若运行表现值小于运行表现阈值，则判定无人机的运行波动性能满足要求，运行检测模块向安全评价平台发送波动正常信号；

若运行表现值大于等于运行表现阈值，则判定无人机的运行波动性能不满足要求，运行检测模块向安全评价平台发送异常分析信号，安全评价平台接收到异常分析信号后将异常分析信号发送至异常分析模块；实时对无人机运行性能与运行波动性能进行监控分析，进而通过运行性能与运行波动性能的检测结果对无人机运行安全性进行分析，在无人机运行性能或运行波动性能不满足要求时及时进行安全预警，以此避免安全事故的发生。

在一个实施方式中，异常分析模块用于接收到异常分析信号后对无人机的运行环境进行监测分析，具体的分析过程包括以下步骤：

S004、获取无人机运行时的空温数据KW、风力数据FL以及灰尘数据HC，无人机运行时的空温数据KW为无人机外部空气的温度值，无人机运行时的风力数据FL为风力等级，无人机运行的灰尘数据为无人机外部空气中的灰尘含量HC；

S005、通过公式HJ=β1*KW+β2*FL+β3*HC得到无人机的环境系数HJ，环境系数是一个反应无人机运行环境好坏的数值，环境系数的数值越大，则表示无人机的运行环境越差；其中β1、β2以及β3均为比例系数，且β1＞β2＞β3＞1；

S006、通过存储模块获取到环境阈值HJmax，将无人机的环境系数HJ与环境阈值HJmax进行比较：

S00601、若环境系数HJ小于环境阈值HJmax，则判定无人机的运行环境满足要求，异常分析模块将安全评价信号发送至安全评价平台，安全评价平台接收到安全评价信号后将安全评价信号发送至安全分析模块；

S00602、若环境系数HJ大于等于环境阈值HJmax，则判定无人机的运行环境不满足要求，异常分析模块将环境异常信号发送至安全评价平台；对导致无人机运行异常的原因进行监测分析，将无人机运行异常是否由飞行环境导致进行判定，从而对无人机运行异常为偶发性异常或习惯性异常进行判定，进而通过环境分析的结果对无人机的实际运行安全状态进行判定。

更为具体的，安全分析模块用于在接收到安全评价信号后对无人机的整体安全性能进行评价分析，具体分析步骤如下：

S007、对无人机在运行时段内的运行系数进行求和取平均数得到无人机的运行值YZ，获取无人机的使用时长并标记为SC，单位为年，获取无人机的行驶公里数并标记为GL，单位为万；

S008、通过公式AQ=γ1*YZ/（γ2*SC+γ3*GL）得到无人机的安全系数AQ，无人机的安全系数是一个反应无人机运行安全程度的数值，安全系数的数值越大，则表示无人机的实际运行安全性能越差；

S009、通过存储模块获取到安全阈值AQmin与AQmax，将无人机的安全系数AQ与安全阈值AQmin、AQmax进行比较：

若AQ≤AQmin，则判定无人机的安全等级为一等级；

若AQmin＜AQ＜AQmax，则判定无人机的安全等级为二等级；

若AQ≥AQmax，则判定无人机的安全等级为三等级；安全分析模块将无人机的安全等级发送至安全评价平台，安全评价平台接收到安全等级后将安全等级发送至用户的手机终端；对无人机的运行安全等级进行分析，通过安全等级可以对无人机的实际运行安全状态进行反馈，结合当前运行状态与历史使用数据对无人机安全性能进行精准评价。

还包括风险评估系统，该风险评估系统包括以下步骤：

在无人机出库时间以及运行时段i内的，将出库时间和运行时段i标记为风险分析时间段；

在风险分析时间段内，获取到无人机绑定的注册遥控端数量，记做QZy；

获取各个子时间段内无人机绑定的遥控端数量记做QTy，并将各个子时间段内接入的遥控端接入频率记做QCy；

通过公式

获取到子时间段内的无人机控制性能安全系数 Rt，无人机控制性能安全系数Rt越大，代表安全性能越低，其中，a1、a2以及a3均为预设比例 系数，且a1＞a2＞a3＞0；将子时间段内无人机控制性能安全系数Rt与无人机飞控登记端的 阈值进行比较；

通过比较结果判定无人机是否存在被盗用情况，其中无人机飞行登记端的阈值为通过使用机构确认的合法注册数量，并通过上述数据得出的数值，合法注册数量可以是多个。

在实际使用的过程中，在出库期间，若无人机控制性能安全系数Rt超过阈值，则及时反馈至安全评价平台，安全评价平台接收到安全等级后将安全等级发送至用户的手机终端，停止或改动无人机的飞行作业，若出现在运行时段，则通过控制端尝试剔除非注册遥控端，无法剔除时，召回无人机进行维护。

一种无人机飞行安全性能分析方法，工作时，获取无人机的运行时段i内无人机的振动数据ZDi、噪声数据ZSi以及温度数据WDi并进行数值计算得到运行系数与运行表现值，通过运行系数与运行表现值的数值大小对无人机的运行状态与运行波动状态是否满足要求进行判定，在无人机运行性能或运行波动性能不满足要求时及时进行安全预警，以此避免安全事故的发生；异常分析模块对无人机的运行环境进行监测分析，获取无人机运行时的空温数据KW、风力数据FL以及灰尘数据HC并进行数值计算得到环境系数，通过环境系数的数值大小对无人机的运行环境是否满足要求进行判定，通过环境分析的结果对无人机的实际运行安全状态进行判定；在无人机环境满足要求时对无人机的整体安全性能进行评价分析并得到无人机的安全等级，将无人机的安全等级通过安全评价平台发送至用户的手机终端，结合当前运行状态与历史使用数据对无人机安全性能进行精准评价。

上述公式均是去量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最近真实情况的一个公式，公式中的预设参数由本领域的技术人员根据实际情况进行设置；

如公式：YXi=α1*ZDi+α2*ZSi+α3*WDi；

由本领域技术人员采集多组样本数据并对每一组样本数据设定对应的运行系数；将设定的运行系数和采集的样本数据代入公式，任意三个公式构成三元一次方程组，将计算得到的系数进行筛选并取均值，得到α1、α2以及α3取值分别为5.87、3.25和2.26；

系数的大小是为了将各个参数进行量化得到的一个具体的数值，便于后续比较，关于系数的大小，只要不影响参数与量化后数值的比例关系即可。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种无人机飞行安全性能分析方法，其特征在于，包括运行检测模块、异常分析模块，该方法具体包括以下步骤：

步骤一、运行检测模块对无人机的运行状态进行监测分析，判定无人机的运行状态是否满足运行要求；

步骤二、由异常分析模块对无人机的运行环境进行监测分析，判定无人机的运行环境是否满足运行要求；

步骤三、结合运行检测模块和异常分析模块的判定结果，得到无人机的安全等级，将无人机的安全等级通过安全评价平台发送至用户的手机终端。

2.根据权利要求1所述的一种无人机飞行安全性能分析方法，其特征在于，运行检测模块的分析过程如下：

在无人机运行时将无人机的运行时间分割为运行时段i，i=1，2，…，n；

获取无人机的获取运行时段i内无人机的振动数据ZDi、噪声数据ZSi以及温度数据WDi，并进行数值计算得到运行系数与运行表现值；

通过运行系数与运行表现值的数值大小对无人机的运行状态与运行波动状态是否满足要求进行判定。

3.根据权利要求2所述的一种无人机飞行安全性能分析方法，其特征在于，无人机的振动数据ZDi的获取过程包括：在运行时段i内实时获取无人机的振动频率，将运行时段内数值最大的振动频率标记为无人机在运行时段内的振动数据ZDi；

无人机的噪声数据ZSi的获取过程包括：在运行时段i内实时获取无人机运行时产生的噪声分贝值，将运行时段内数值最大的噪声分贝值标记为噪声数据ZSi；

无人机温度数据WDi的获取过程包括：在运行时段i内实时获取无人机电池或发动机的温度值，将运行时段内数值最大的温度值标记为温高值，将温高值与无人机连续运行时长的比值标记为温度数据WDi。

4.根据权利要求2所述的一种无人机飞行安全性能分析方法，其特征在于，无人机的运行状态是否满足要求的判定过程包括：

通过存储模块获取到运行阈值YXmax，将无人机在运行时段i内的运行系数进行比较：

若运行系数YXi大于等于运行阈值YXmax，则判定无人机在运行时段i内的运行状态不满足要求，运行检测模块向安全评价平台发送异常分析信号，安全评价平台接收到异常分析信号后将异常分析信号发送至异常分析模块；

若运行系数YXi小于运行阈值YXmax，则判定无人机在运行时段i内的运行状态满足要求。

5.根据权利要求4所述的一种无人机飞行安全性能分析方法，其特征在于，无人机的运行波动性能是否满足要求的具体过程包括：

将运行时段i内的运行系数YXi建立运行集合，对运行集合进行方差计算得到运行表现值；

通过存储模块获取到运行表现阈值，将运行表现值与运行表现阈值进行比较：

若运行表现值小于运行表现阈值，则判定无人机的运行波动性能满足要求，运行检测模块向安全评价平台发送波动正常信号；

若运行表现值大于等于运行表现阈值，则判定无人机的运行波动性能不满足要求，运行检测模块向安全评价平台发送异常分析信号，安全评价平台接收到异常分析信号后将异常分析信号发送至异常分析模块。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种无人机飞行安全性能分析方法，其特征在于，异常分析模块的分析过程如下：

获取无人机运行时的空温数据KW、风力数据FL以及灰尘数据HC并进行数值计算得到环境系数；

通过环境系数的数值大小对无人机的运行环境是否满足要求进行判定。

7.根据权利要求6所述的一种无人机飞行安全性能分析方法，其特征在于，对无人机的运行环境是否满足要求进行判定的具体过程包括：

通过存储模块获取到环境阈值，将无人机的环境系数与环境阈值进行比较：

若环境系数小于环境阈值，则判定无人机的运行环境满足要求，异常分析模块将安全评价信号发送至安全评价平台，安全评价平台接收到安全评价信号后将安全评价信号发送至安全分析模块；

若环境系数HJ大于等于环境阈值，则判定无人机的运行环境不满足要求，异常分析模块将环境异常信号发送至安全评价平台。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的一种无人机飞行安全性能分析方法，其特征在于，对无人机的整体安全性能进行评价分析的具体过程包括：

对无人机在运行时段内的运行系数进行求和取平均数得到无人机的运行值YZ；获取无人机的使用时长并标记为SC，单位为年，获取无人机的行驶公里数并标记为GL，单位为万；

通过对YZ、SC以及GL进行数值计算得到无人机的安全系数AQ；

通过存储模块获取到安全阈值AQmin与AQmax，将无人机的安全系数AQ与安全阈值AQmin、AQmax进行比较：

若AQ≤AQmin，则判定无人机的安全等级为一等级；

若AQmin＜AQ＜AQmax，则判定无人机的安全等级为二等级；

若AQ≥AQmax，则判定无人机的安全等级为三等级。

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