CN115390580A - 一种仿地飞行方法、装置、无人设备以及存储介质 - Google Patents

一种仿地飞行方法、装置、无人设备以及存储介质 Download PDF

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CN115390580A CN202210744671.3A CN202210744671A CN115390580A CN 115390580 A CN115390580 A CN 115390580A CN 202210744671 A CN202210744671 A CN 202210744671A CN 115390580 A CN115390580 A CN 115390580A
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王铁浩
许家仁
钟欣辰
蔡浩
蔡国桢
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Guangzhou Xaircraft Technology Co Ltd
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    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
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    • G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
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Abstract

本发明实施例公开了一种仿地飞行方法、装置、无人设备以及存储介质，方法包括：在无人设备仿地飞行时，确定无人设备的实际飞行高度；当实际飞行高度大于高度阈值时，控制无人设备以第一策略进行仿地飞行；当实际飞行高度小于或等于高度阈值时，控制无人设备以第二策略进行仿地飞行；第一策略包括：根据无人设备当前所在地块区域的第一数字高程模型DEM信息确定无人设备的垂直速度，根据垂直速度控制无人设备进行仿地飞行，地块区域根据无人设备当前的飞行位置确定。本发明实施例能够在不受仿地雷达的探测高度限制的情况下实现无人设备的仿地飞行，解决了现有技术中当无人设备无法从仿地雷达中获取地面高度信息时无法进行仿地飞行的技术问题。

Description

一种仿地飞行方法、装置、无人设备以及存储介质
技术领域
本申请实施例涉及仿地飞行领域，尤其涉及一种仿地飞行方法、装置、无人设备以及存 储介质。
背景技术
仿地飞行，是指无人设备在作业过程中，通过设定与已知三维地形的固定高度，使得无 人设备与三维地形保持恒定高差，通过仿地飞行能够使得无人设备适应不同的地形。目前无 人设备进行仿地飞行的过程中，一般通过仿地雷达获取被测地块的地面高度信息，并根据地 面高度信息生成变高航线以实时调整自身高度，从而在飞行的过程中保持地面分辨率一致， 提高航测效果。
然而，由于仿地雷达的探测高度有限，当无人设备无法从仿地雷达中获取地面高度信息 时，无人设备只能进行平飞飞行，在影响了航测效果的同时，无人设备也存在较高的飞行风 险。
发明内容
本发明实施例提供了一种仿地飞行方法、装置、无人设备以及存储介质，能够在不受仿 地雷达的探测高度限制的情况下实现无人设备的仿地飞行，解决了现有技术中当无人设备无 法从仿地雷达中获取地面高度信息时无法进行仿地飞行的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种仿地飞行方法，包括：
在无人设备仿地飞行时，确定无人设备的实际飞行高度；
当所述实际飞行高度大于高度阈值时，控制所述无人设备以第一策略进行仿地飞行；当 所述实际飞行高度小于或等于所述高度阈值时，控制所述无人设备以第二策略进行仿地飞 行；
其中，所述第一策略包括：根据所述无人设备当前所在地块区域的第一数字高程模型 DEM信息确定所述无人设备的垂直速度，所述地块区域根据所述无人设备当前的飞行位置 确定；
根据所述垂直速度控制所述无人设备进行仿地飞行。
优选的，所述第一DEM信息由云端服务器按照设定频率发送至所述无人设备，所述第 一DEM信息是所述云端服务器根据所述飞行位置在第二DEM信息中截取的DEM信息，所述第二DEM信息是所述无人设备的仿地飞行区域的DEM信息。
优选的，所述仿地飞行区域包括所述无人设备的作业地块区域；
所述方法还包括：
控制所述无人设备在起飞位置垂直上升至第一设定高度；
在所述无人设备从所述起飞位置向所述作业地块区域的作业起点位置飞行的过程中实 时调整当前的实时飞行高度，以使所述无人设备到达所述作业起点位置时的所述实时飞行高 度达到仿地飞行时的目标飞行高度。
优选的，所述仿地飞行区域为包含所述无人设备启动飞行时的起飞位置和所述无人设备 的作业地块区域的最小地块区域。
优选的，在所述无人设备仿地飞行之前，还包括：
向所述云端服务器发送DEM信息获取请求，以使所述云端服务器根据所述DEM信息获取请求获取所述仿地飞行区域的第二DEM信息并在所述无人设备启动仿地飞行后按照所述设定频率从所述第二DEM信息中截取及发送所述第一DEM信息。
优选的，所述第二策略包括：
根据所述无人设备当前所在地块区域的第一DEM信息和所述无人设备的雷达测得到的 地表高度信息确定所述无人设备的仿地飞行高度；
根据所述仿地飞行高度控制所述无人设备进行仿地飞行。
优选的，所述根据所述无人设备当前所在地块区域的第一DEM信息确定所述无人设备 的垂直速度，包括：
根据所述无人设备当前所在地块区域的第一DEM信息确定所述无人设备的前馈控制 量；
根据所述第一DEM信息以及所述实际飞行高度确定所述无人设备的反馈控制量；
根据所述前馈控制量以及所述反馈控制量确定所述无人设备的垂直速度。
优选的，所述根据所述第一DEM信息以及所述飞行高度确定所述无人设备的反馈控制 量，包括：
根据所述第一DEM信息和仿地飞行的预设航线高度确定所述无人设备当前的目标飞行 高度；
将所述目标飞行高度以及所述实际飞行高度输入到比例控制环节中，利用所述比例控制 环节得到所述无人设备的反馈控制量。
优选的，所述第一DEM信息所对应的地块区域是以所述无人设备当前的飞行位置为中 心的正方形地块区域，所述正方形地块区域被划分成N×N个正方形子区域，N≥3。
优选的，所述根据所述无人设备当前所在地块区域的第一DEM信息确定所述无人设备 的前馈控制量，包括：
根据所述无人设备当前所在地块区域的第一DEM信息确定所述无人设备当前的目标飞 行高度的一阶微分量和二阶微分量；
根据所述一阶微分量和所述二阶微分量确定所述无人设备的前馈控制量。
优选的，所述正方形地块区域中相邻的两条边分别处于东西方向和南北方向；
所述根据所述无人设备当前所在地块区域的第一DEM信息确定所述无人设备当前的目 标飞行高度的一阶微分量和二阶微分量包括：
根据所述无人设备当前所在地块区域的第一DEM信息分别确定所述无人设备当前的目 标飞行高度在所述飞行位置正北方向上的一阶偏微分和二阶偏微分、在所述飞行位置正东方 向上的一阶偏微分和二阶偏微分以及在所述飞行位置由正北偏正东方向上的二阶偏微分；
根据所述正北方向上的一阶偏微分和所述正东方向上的一阶偏微分确定所述目标飞行 高度的一阶微分量；
根据所述正北方向上的一阶偏微分和二阶偏微分、所述正东方向上的一阶偏微分和二阶 偏微分以及所述正北偏正东方向上的二阶偏微分确定所述目标飞行高度的二阶微分量。
优选的，根据所述无人设备当前所在地块区域的第一DEM信息确定所述无人设备当前 的目标飞行高度在所述飞行位置正北方向上的一阶偏微分包括：
根据所述无人设备当前所在地块区域的第一DEM信息确定北向正方形子区域和目标正 方形子区域的第一DEM高度差，所述目标正方形子区域为所述飞行位置所在的正方形子区 域，所述北向正方形子区域为位于所述飞行位置正北方向且距离所述飞行位置最远的正方形 子区域；
根据所述第一DEM高度差和所述正方形子区域的分辨率确定所述无人设备当前的目标 飞行高度在所述飞行位置正北方向上的一阶偏微分。
优选的，所述根据所述第一DEM信息确定所述无人设备当前的目标飞行高度在所述飞 行位置正北方向上的二阶偏微分包括：
根据所述无人设备当前所在地块区域的第一DEM信息确定目标正方形子区域和南向正 方形子区域的第二DEM高度差，所述南向正方形子区域为位于所述飞行位置正南方向且距 离所述飞行位置最远的正方形子区域；
将所述第一DEM高度差减去所述第二DEM高度差，得到第三DEM高度差；
根据所述第三DEM高度差和所述正方形子区域的分辨率确定所述无人设备当前的目标 飞行高度在所述飞行位置正北方向上的二阶偏微分。
优选的，根据所述第一DEM信息确定所述无人设备当前的目标飞行高度在所述飞行位 置正北偏正东方向上的二阶偏微分包括：
根据所述无人设备当前所在地块区域的第一DEM信息确定东北向正方形子区域和东南 向正方形子区域的第四DEM高度差，所述东北向正方形子区域为位于所述飞行位置东北方 向且距离所述飞行位置最远的正方形子区域，所述东南向正方形子区域为位于所述飞行位置 东南方向且距离所述飞行位置最远的正方形子区域；
根据所述无人设备当前所在地块区域的第一DEM信息确定西北向正方形子区域和西南 向正方形子区域的第五DEM高度差，所述西北向正方形子区域为位于所述飞行位置西北方 向且距离所述飞行位置最远的正方形子区域，所述西南向正方形子区域为位于所述飞行位置 西南方向且距离所述飞行位置最远的正方形子区域；
根据所述第四DEM高度差、所述第五DEM高度差和所述正方形子区域的分辨率确定所述无人设备当前的目标飞行高度在所述飞行位置正北偏正东方向上的二阶偏微分。
第二方面，本发明实施例提供了一种仿地飞行装置，包括高度确定模块以及飞行策略切 换模块；
所述高度确定模块用于在无人设备仿地飞行时，确定无人设备的实际飞行高度；
所述飞行策略切换模块用于当所述实际飞行高度大于高度阈值时，控制所述无人设备以 第一策略进行仿地飞行；当所述实际飞行高度小于或等于所述高度阈值时，控制所述无人设 备以第二策略进行仿地飞行；
其中，所述第一策略包括：根据所述无人设备当前所在地块区域的第一数字高程模型 DEM信息确定所述无人设备的垂直速度，根据所述垂直速度控制所述无人设备进行仿地飞 行，所述地块区域根据所述无人设备当前的飞行位置确定。
第三方面，本发明实施例提供了一种无人设备，所述无人设备包括处理器以及存储器；
所述存储器用于存储计算机程序，并将所述计算机程序传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述计算机程序中的指令执行如第一方面所述的一种仿地飞行方 法。
第四方面，本发明实施例提供了一种存储计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可 执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如第一方面所述的一种仿地飞行方法。
上述，本发明实施例在无人设备的实际飞行高度大于高度阈值时，根据无人设备所在地 块区域的第一DEM信息来实时计算无人设备的垂直速度，并根据垂直速度控制无人设备进 行仿地飞行，即使无人设备的飞行高度超出雷达的探测范围时，也能通过第一DEM信息来 控制无人设备仿地飞行，不再依赖于仿地雷达使得无人设备能够进行仿地飞行，解决了现有 技术中当无人设备无法从仿地雷达中获取地面高度信息时无法进行仿地飞行的技术问题。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种仿地飞行方法的流程图。
图2为本发明实施例提供的一种无人机和云端服务器通信的示意图。
图3为本发明实施例提供的一种无人机在起飞时的起飞位置以及无人机的作业地块区域 的示意图。
图4为本发明实施例提供的一种无人设备启动仿地飞行之前的流程图。
图5为本发明实施例提供的另一种无人设备启动仿地飞行的流程图。
图6为本发明实施例提供的另一种仿地飞行方法的流程图。
图7为本发明实施例提供的又一种仿地飞行方法的流程图。
图8为本发明实施例提供的一种垂直速度规划模块的结构示意图。
图9为本发明实施例提供的一种正方形地块区域的示意图。
图10为本发明实施例提供的无人设备在飞行过程中正方形地块区域的示意图。
图11为本发明实施例提供的一种计算垂直速度的示意图。
图12为本发明实施例提供的一种仿地飞行装置的结构示意图。
图13为本发明实施例提供的一种无人设备的结构示意图。
具体实施方式
以下描述和附图充分地示出本申请的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它 们。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作 的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特 征。本申请的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的 等同物。在本文中，各实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方 便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发 明或发明构思。本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用于将一个实体或者操作与 另一个实体或操作区分开来，而不要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或 者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使 得包括一系列要素的过程、方法或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其 他要素。本文中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例 的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的结构、产品等 而言，由于其与实施例公开的部分相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说 明即可。
如图1所示，图1为本发明实施例提供的一种仿地飞行方法的流程图。本发明实施例提 供的仿地飞行方法可以由无人设备执行，该无人设备可以通过软件和/或硬件的方式实现，该 无人设备可以是两个或多个物理实体构成，也可以由一个物理实体构成。一个实施例中，无 人设备是指不载人且可以进行飞行的设备，例如无人设备可以是无人机等设备，仿地飞行方 法包括以下步骤：
步骤101、在无人设备仿地飞行时，确定无人设备的实际飞行高度。
示例性的，无人设备具有仿地飞行的功能，运行该功能时，无人设备进行仿地飞行。在 本实施例中，当无人设备在进行仿地飞行时，确定无人设备的实际飞行高度，实际飞行高度 是指无人设备当前距离水平线的高度。在一个实施例中，还可以按照设定的频率确定无人设 备的实际飞行高度，其中，频率可根据实际需求进行设置，示例性的，考虑到无人设备仿地 飞行时跟随仿地高度的实时性，可以将频率预先设置为25hz，此时周期为1/25＝0.04S，即 每隔0.04秒确定一次无人设备的实际飞行高度。
在本实施例中，以无人设备为无人机为例进行说明，由无人机上的处理器执行仿地飞行 方法。无人机有仿地飞行模式，该模式下无人机运行仿地功能。当无人机进入仿地飞行模式 后进行仿地飞行，并在仿地飞行的过程中，按照预先设定的频率确定无人机当前实时的实际 飞行高度。无人机的实际飞行高度可通过多种方式获取，例如，无人机上设置有气压计，气 压计与处理器相连接，气压计用于检测当前无人机所在环境的气压值，处理器通过从气压计 中获取当前环境的气压值从而计算出无人机当前的实际飞行高度；又或者是，无人机上设置 有RTK(Real-time kinematic，实时动态)模块，RTK模块与处理器相连接，RTK模块用于 实现厘米级的定位，处理器可通过获取RTK模块上的定位数据，从而计算出无人机当前的 实际飞行高度；又或者是，无人机上设置有雷达，雷达与处理器相连接，雷达用于测量地表 高度信息，处理器通过获取仿地雷达测量到的地表高度信息来确定无人设备的实际飞行高 度。
步骤102、当实际飞行高度大于高度阈值时，控制无人设备以第一策略进行仿地飞行； 当实际飞行高度小于或等于高度阈值时，控制无人设备以第二策略进行仿地飞行。
其中，第一策略包括：根据无人设备当前所在地块区域的第一数字高程模型DEM信息 确定无人设备的垂直速度，根据垂直速度控制无人设备进行仿地飞行，地块区域根据无人设 备当前的飞行位置确定。
当前，为了保证无人设备在各飞行高度下均能进行仿地飞行，为不同的飞行高度范围设 置了不同的仿地飞行策略，之后，便可基于当前实际飞行高度选择合适的仿地飞行策略。在 执行过程中，获取实际飞行高度后，将实际飞行高度与预先设置的高度阈值进行比较，该高 度预设可根据实际的需要进行设置，该高度阈值可以认为是飞行高度范围的分界高度，实际 飞行高度大于高度阈值时，采用第一策略进行仿地飞行；当实际飞行高度小于或等于高度阈 值时，采用第二策略进行仿地飞行。在本实施例中，考虑到无人设备上雷达的探测高度，将 高度阈值设置为300米。
一个实施例中，当实际飞行高度大于高度阈值时，第一策略是根据无人设备当前所在地 块区域的第一数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)信息(以下简称第一DEM信息)， 计算无人设备在垂直方向上所需要达到的垂直速度，并根据垂直速度控制无人设备进行仿地 飞行。其中，DEM是对地球表面地形地貌的一种离散的数学表达，DEM信息表示某一区域 上的三维向量有限序列，用函数的形式描述为：
Vi＝(Xi,Yi,Zi)；i＝1,2,...,n
其中，Xi，Yi为平面坐标，Zi为(Xi，Yi)对应的高程，在本实施例中，将当前使用的DEM信息记为第一DEM信息，第一DEM信息为无人设备当前所在地块区域的表面地形地 貌的数学表达，其中，无人设备当前所在地块区域包括了无人设备当前的飞行位置对应的地 面区域以及飞行位置周围一定范围内的地面区域。可选的，地块区域为一块正方形的区域。
第一DEM信息的获取方式当前不作限定，例如，第一DEM信息从云端服务器获取，此时，第一DEM信息由云端服务器按照设定频率发送至无人设备，第一DEM信息是云端 服务器根据飞行位置在第二DEM信息中截取的DEM信息，第二DEM信息是无人设备的仿 地飞行区域的DEM信息。
在一个实施例中，如图2所示，以无人设备为无人机为例，无人设备还能够与云端服务 器进行通信，其中，云端服务器是利用网络技术与无人设备进行通信，为无人设备提供服务 的设备，通信过程中，由无人设备的处理器利用通信模块与云端服务器进行通信，其中，通 信过程中使用的通信标准当前不作限定。当无人设备开始进行仿地飞行时，无人设备将仿地 飞行的航线上传到云端服务器中，云端服务器在接收到仿地飞行的航线后，确认无人设备进 行仿地飞行时所经过的区域，即仿地飞行区域。之后，获取无人设备仿地飞行时所经过的仿 地飞行区域的DEM信息，当前，将仿地飞行区域的DEM信息记为第二DEM信息，示例性 的，云端服务器可从Google提供的开源DEM数字高程模型获取仿地飞行区域的第二DEM 信息。
后续在无人设备仿地飞行过程中，云端服务器可以按设定频率获取无人设备当前的飞行 位置，其中，飞行位置可以由无人设备确定并按照设定频率上传到云端服务器中，其中，无 人设备可从定位系统中实时获取当前的飞行位置并上传到云端服务器中。可选的，飞行位置 还可以由云端服务器通过其他的方式获取，如利用地面上的导航系统确定飞行位置。云端服 务器获取无人设备当前的飞行位置后，确定无人设备当前所在的地块区域，并从仿地飞行区 域的第二DEM信息中截取出无人设备当前所在地块区域的第一DEM信息。之后，云端服 务器再将第一DEM信息发送给无人设备。云端服务器按频率将第一DEM信息发送给无人 设备，以供无人设备使用，在一个实施例中，云端服务器将第一DEM信息发送给处无人设 备的频率和无人设备确定实际飞行高度的频率一致，均为25hz。
实际应用中，还可以是云端服务器获取第二DEM信息后便将第二DEM信息发送至无人设备。无人设备仿地飞行中，结合自身的飞行位置，从第二DEM信息截取第一DEM信 息。
在一个实施例中，无人设备确定当前的实际飞行高度大于高度阈值时，根据云端服务器 发送的第一DEM信息计算无人设备飞行时在垂直方向上的垂直速度。其中，垂直速度可以 改变当前的实际飞行高度。
可理解，无人设备存储有预设航线高度，预设航线高度是仿地飞行时无人设备应该与地 面地表之间保持的高度。预设航线高度可以由用户在无人设备飞行前输入至无人设备中。示 例性的，无人设备通过第一DEM信息可以确定当前地块区域的地面地表的高度，进而根据 地面地表的高度和预设航线高度确定仿地飞行时的垂直速度。一种可选方式，无人设备根据 第一DEM信息确定前馈控制量以及反馈控制量，根据前馈控制量和反馈控制量确定垂直速 度。其中，反馈控制量用于消除无人设备实际飞行高度和目标飞行高度之间的误差，其中， 目标飞行高度是地表高度与预设航线高度的和值，即仿地飞行时无人设备在实际的地表下应 达到的飞行高度。可理解，反馈控制量是在已获取实际飞行高度下确定的，此时，反馈控制 量的调节作用会落后于误差造成的干扰作用，呈现滞后性，因此，使用前馈控制量减少反馈 控制带来的滞后性，示例性的，由于第一DEM信息对应的地块区域包含无人设备当前飞行 位置一定范围内的地块区域，因此，无人设备可以结合周边地块的高程确定下一飞行时刻的 地表高度，进而确定出拟补滞后性所需的前馈控制量，反馈控制量和前馈控制量均是针对垂 直速度的控制量。之后，基于反馈控制量和前馈控制量确定无人设备满足仿地飞行时所需的 垂直速度。
确定无人设备在垂直方向上的垂直速度后，无人设备根据垂直速度控制垂直方向上的飞 行。其中，垂直速度，是指无人设备的升降速度，对无人设备的垂直速度进行控制，实际上 就是对无人设备的纵向轨迹角或者航向轨迹角进行控制，从而无人设备爬升或者下降。在本 实施例中，无人设备根据垂直速度控制垂直方向上的飞行，以使得无人设备与地面地表之间 固定为预设航线高度，即使得无人设备能够根据地形高低起伏调整飞行高度，从而完成仿地 飞行。
本发明实施例在无人设备的实际飞行高度大于高度阈值时，根据无人设备所在地块区域 的第一DEM信息来实时计算无人设备的垂直速度，并根据垂直速度控制无人设备进行仿地 飞行，即使无人设备的飞行高度超出雷达的探测范围时，也能通过第一DEM信息来控制无 人设备仿地飞行，不再依赖于仿地雷达使得无人设备能够进行仿地飞行，解决了现有技术中 当无人设备无法从仿地雷达中获取地面高度信息时无法进行仿地飞行的技术问题。尤其在基 于仿地飞行功能进行航测任务时，使得无人设备在与地表固定高度的位置进行拍摄，使得拍 摄图像或视频中的地面分辨率一致(即图像或视频中地面的实际面积一致)，保证航测效果， 防止出现由于地形起伏造成相邻图像中重叠度不够(如当前帧的图像中未包含前一帧图像中 边缘地面)的问题。
在一个实施例中，第二DEM信息所对应的仿地飞行区域包括无人设备的作业地块区域； 其中，作业地块区域，是指无人设备开展航测等任务时所需要经过的地块区域。举例而言， 如图3所示，其示出了无人设备一次飞行过程涉及的地块区域，无人设备从起飞位置起飞并 飞行到作业起点位置，之后，从作业起点位置开始执行任务(如航测任务)，任务过程所涉 及的地面的区域便是作业地块区域。此时，无人设备在作业地块区域中进行仿地飞行，云端 服务器获取的第二DEM信息仅对应于作业地块区域。此时，图4为本发明实施例提供的一 种无人设备启动仿地飞行之前的流程图，如图4所示，在无人设备仿地飞行时，确定无人设 备的实际飞行高度之前，还包括以下步骤：
步骤1001、控制无人设备在起飞位置垂直上升至第一设定高度。
在一个实施例中，第一设定高度为预先设置的一个高度，其可以是用户在设置无人设备 的航线时设置的且可结合实际情况改变的高度，也可以是固定的高度值。当无人设备接收到 控制无人设备的遥控器发送的飞行指令后，则启动飞行，并控制无人设备在起飞位置垂直上 升到第一设定高度。可选的，无人设备启动飞行时，处于起飞位置。
步骤1002、在无人设备从起飞位置向作业地块区域的作业起点位置飞行的过程中实时调 整当前的实时飞行高度，以使无人设备到达作业起点位置时的实时飞行高度达到仿地飞行时 的目标飞行高度。
作业起点位置，是指无人设备在作业地块区域内的出发点，作业起点位置可根据实际需 要进行设置。无人设备在起飞位置垂直上升到第一设定高度后，向作业地块区域的作业起点 位置飞行，并且，在飞行过程中，还实时调整当前的实时飞行高度，从而使得无人设备到达 作业地块区域的作业起点位置时实时飞行高度能够达到仿地飞行时的目标飞行高度。可理 解，目标飞行高度，是指无人设备在仿地飞行时所需要保持的飞行高度，实施例中，无人设 备达到目标飞行高度后开始仿地飞行，此时，目标飞行高度为预先设置的一个高度，并且， 在仿地飞行后，无人设备可以根据第一DEM信息中地块区域的高程，更新目标飞行高度， 以使无人设备与地面地表始终保持设定航线高度。
无人设备到达作业起点位置后，即可进行仿地飞行，并在仿地飞行的过程中，当无人设 备的实际飞行高度大于高度阈值时，根据无人设备当前所在地块区域的第一DEM信息来计 算无人设备的垂直速度，并根据垂直速度控制无人设备进行仿地飞行。
在另一个实施例中，第二DEM信息所对应的仿地飞行区域还可以是无人设备启动飞行 时的起飞位置和无人设备的作业地块区域的最小地块区域。考虑到无人设备的起飞点(即起 飞位置)可能离作业地块区域有一定的距离，无人设备向作业起点位置的飞行过程中可能会 遇到高地或者山坡等障碍，这样并不利于无人设备的飞行。因此，云端服务器获取的第二DEM信息对应于包含有无人设备启动飞行时的起飞位置和无人设备的作业地块区域两者在 内的最小地块区域，即如图3中的外方框所示，以使无人设备可以从起飞位置处开启仿地飞 行。图5为本发明实施例提供的另一种无人设备启动仿地飞行的流程图，如图5所示，在无 人设备仿地飞行时，确定无人设备的实际飞行高度之前，还包括以下步骤：
步骤1003、启动飞行，并控制无人设备在起飞位置垂直上升至第二设定高度。
其中，第二设定高度为预先设置的一个高度，其可以是用户在设置无人设备的航线时设 置的且可结合实际情况改变的高度，也可以是固定的高度值。
步骤1004、启动仿地飞行。
无人设备从起飞位置启动飞行并控制无人设备垂直上升到第二设定高度后，即可启动仿 地飞行，并在仿地飞行过程中，当无人设备的实际飞行高度大于高度阈值时，根据无人设备 当前所在地块区域的第一DEM信息来计算无人设备的垂直速度，并根据垂直速度控制无人 设备进行仿地飞行，使得无人设备在从起飞位置向作业地块区域的作业起点位置进行飞行的 过程中，即使遇到地形障碍也能够进行避障。
在一个实施例中，无人设备可以在启动仿地飞行前，指示云端服务器获取对应的第二 DEM信息。一个实施例中，在无人设备仿地飞行前，指示云端服务器获取第二DEM信息为 例，此时，还包括：向云端服务器发送DEM信息获取请求，以使云端服务器根据DEM信 息获取请求获取仿地飞行区域的第二DEM信息并在无人设备启动仿地飞行后按照设定频率从第二DEM信息中截取及发送第一DEM信息。
在一个实施例中，DEM信息获取请求用于指示云端服务器获取第二DEM信息，可选的， DEM信息获取请求可包括无人设备进行仿地飞行或执行任务的航线，或者是包含无人设备 进行仿地飞行过程中所需要经过的仿地飞行区域。一个实施例中，以DEM信息获取请求包 括执行任务的航线为例，具体来说，无人设备启动仿地飞行之前，向云端服务器发送DEM 信息获取请求，云端服务器获取到DEM信息获取请求后，根据该航线，确定出无人设备进 行仿地飞行过程中所需要经过的仿地飞行区域，并获取仿地飞行区域的第二DEM信息，此 时，云端服务器根据该航线确定作业地块区域并获取第二DEM信息，或者是，云端服务器根据该航线和无人设备的起飞位置确定包含起飞位置和作业地块区域的最小地块区域的第 二DEM信息。也可以是，云端服务器根据DEM信息获取请求中是否包含起飞位置来确定仿地飞行区域并获取对应的第二DEM信息。后续在无人设备进行仿地飞行的过程中，按照设定频率从第二DEM信息中截取出第一DEM信息，并将第一DEM信息发送到无人设备，
上述，本发明实施例可以在仅在作业地块区域进行仿地飞行，也可以在起飞时便进行仿 地飞行，使得仿地飞行过程更加灵活。并且，在起飞时进行仿地飞行，可以使得无人设备在 向作业地块区域的作业起点位置飞行的过程中能够进行避障，保证无人设备在飞向作业地块 过程中的安全以及保证作业的正常开展。并且，由云端服务器从第二DEM信息中截取第一 DEM信息并推送给无人设备，可以使无人设备仅处理数据量较小的第一DEM信息，节省了 无人设备的缓存空间。
图6为本发明实施例提供的另一种仿地飞行方法的流程图，该仿地飞行方法是在上述实 施例的基础上，对实际飞行高度小于或等于高度阈值的情况时，控制无人设备以第二策略进 行仿地飞行进行描述。如图6所示，包括以下步骤：
步骤201、在无人设备仿地飞行时，确定无人设备的实际飞行高度。
步骤202、当实际飞行高度大于高度阈值时，控制无人设备以第一策略进行仿地飞行； 当实际飞行高度小于或等于高度阈值时，控制无人设备以第二策略进行仿地飞行；
其中，第一策略包括：根据无人设备当前所在地块区域的第一数字高程模型DEM信息 确定无人设备的垂直速度，根据垂直速度控制无人设备进行仿地飞行，地块区域根据无人设 备当前的飞行位置确定。
其中，第二策略包括：
步骤2021、根据无人设备当前所在地块区域的第一DEM信息和无人设备的雷达测得到 的地表高度信息确定无人设备的仿地飞行高度。
当实际飞行高度小于或等于高度阈值时，无人设备以第二策略进行仿地飞行。具体的， 无人设备根据第一DEM信息和无人设备的雷达测得到的地表高度信息，确定无人设备的仿 地飞行高度，根据仿地飞行高度控制无人设备进行仿地飞行。其中，仿地飞行高度，是指无 人设备当前进行仿地飞行时，所需要保持的飞行高度，需说明，仿地飞行高度和目标飞行高 度所标识的含义相同，区别仅是一个是实际飞行高度大于高度阈值时，计算得到的高度，一 个是实际飞行高度小于或等于高度阈值时，计算得到的高度。具体的，无人设备获取第一 DEM信息后，根据第一DEM信息计算出无人设备当前的垂直速度，并对垂直速度进行积分， 即可计算得到第一飞行高度，其中，第一飞行高度是指利用第一DEM信息计算出的无人设 备的飞行高度。同时，无人设备还根据雷达探测得到的地表高度信息，确定出第二飞行高度， 其中，地表高度信息中包括无人设备距离当前飞行位置对应的地面地表距离水平线的高度信 息，第二飞行高度是指利用地表高度信息计算出的无人设备的飞行高度，利用地表高度信息 计算的第二飞行高度具有精度高，刷新率高的优点。
在计算出第一飞行高度以及第二飞行高度后，对第一飞行高度和第二飞行高度进行融 合，即可得到仿地飞行高度。在一个实施例中，使用拓展卡尔曼滤波器对第一飞行高度和第 二飞行高度进行融合。具体的，在融合过程中，拓展卡尔曼滤波器中的卡尔曼状态模型可以 根据第一飞行高度和第二飞行高度的刷新率来设置第一飞行高度和第二飞行高度的权重值， 刷新率越大权重值越大，从而在融合过程中能够将第一飞行高度高实时性的特点和第二飞行 高度高刷新率的优点进行结合，增强实际飞行高度等于或小于高度阈值时无人设备的仿地飞 行效果。
步骤2022、根据仿地飞行高度控制无人设备进行仿地飞行。
在得到仿地飞行高度后，无人设备即可进行仿地飞行，并在仿地飞行过程中将实际飞行 高度控制为仿地飞行高度。
本发明实施例当无人设备的实际飞行高度小于或等于高度阈值时，通过融合根据第一 DEM信息计算出的第一飞行高度以及根据雷达测量结果计算出的第二飞行高度，得到仿地 飞行高度，并根据仿地飞行高度控制无人设备进行仿地飞行，以使无人设备可以在任何飞行 高度下进行仿地飞行。通过将第一飞行高度的高实时性的特点和第二飞行高度的高刷新率的 特点进行结合，从而在高度阈值以下时增强无人设备的仿地飞行效果。
图7为本发明实施例提供的另一种仿地飞行方法的流程图，该仿地飞行方法是在前述实 施例的基础上，对如何根据第一DEM信息确定垂直速度进行详细描述。如图7所示，包括 以下步骤：
步骤301、在无人设备仿地飞行时，确定无人设备的实际飞行高度。
步骤302、当实际飞行高度大于高度阈值时，控制无人设备以第一策略进行仿地飞行； 当实际飞行高度小于或等于高度阈值时，控制无人设备以第二策略进行仿地飞行。
其中，第一策略包括：
步骤3021、根据无人设备当前所在地块区域的第一DEM信息确定无人设备的前馈控制 量；地块区域根据无人设备当前的飞行位置确定。
在本实施例中，无人设备设置有垂直速度规划模块，通过垂直速度规划模块来计算垂直 速度，垂直速度规划模块的结构如图8所示，包括控制滞后模块以及反馈控制模块。其中， 控制滞后模块用于根据第一DEM信息计算无人设备的前馈控制量，前馈控制量用于提高无 人设备对目标飞行高度突变的相应能力，消除反馈控制量带来的滞后性。目标飞行高度，是 指无人设备在仿地飞行时所需要保持的飞行高度，目标飞行高度＝地表高度+预设航线高度， 其中预设航线高度为用户预先设置的固定值。
一个实施例中，第一DEM信息所对应的地块区域是以无人设备当前的飞行位置为中心 的正方形地块区域，正方形地块区域被划分成N×N个正方形子区域，N≥3。此时，无人设 备位于正方形地块区域中。在第一DEM信息中，每一个正方形子区域均对应有一个高程，示例性的，如图9所示，以N＝3为例，正方形地块区域由9个正方形子区域组成，实施例中，使用hi表示第i个正方形子区域所对应的高程，1≤i≤9，其中，h5为无人设备当前的飞行位置的高程。可理解，在本实施例中，为了保证无人设备所在的正方形子区域位于正方形地块区域的中心，N需要设置为奇数，例如还可以将N设置为5或者7等。
另外，考虑到第一DEM信息的精度，将每个正方形子区域的分辨率设置为30m×30m， 即每个正方形子区域表示地表上30m×30m面积大小的一个区域。
在上述实施例的基础上，步骤3021包括步骤30211-步骤30212：
步骤30211、根据无人设备当前所在地块区域的第一DEM信息确定无人设备当前的目 标飞行高度的一阶微分量和二阶微分量。
首先，无人设备根据第一DEM信息中各正方形子区域的高程，计算无人设备当前的目 标飞行高度的一阶微分量和二阶微分量。
一个实施例中，正方形地块区域中相邻的两条边分别处于(也可理解为保持)东西方向 和南北方向，即在无人设备的飞行过程中，正方形地块区域中每条边的朝向并不会根据无人 设备的飞行方向改变而发生改变。示例性的，如图10所示，图10中的黑点表示无人设备飞 行位置所在的正方形子区域，图10示出了无人设备在两个飞行时刻下对应的正方形地块区 域，图10的箭头表示无人设备的飞行方向(图10中飞行方向由正东方向变为东偏北方向)， 由图10可知，飞行方向改变时，正方形地块区域各边所处的方向并未发生改变。
相应的，步骤30211包括步骤302111-步骤302113：
步骤302111、根据无人设备当前所在地块区域的第一DEM信息分别确定无人设备当前 的目标飞行高度在飞行位置正北方向上的一阶偏微分和二阶偏微分、在飞行位置正东方向上 的一阶偏微分和二阶偏微分以及在飞行位置由正北偏正东方向上的二阶偏微分。
无人设备根据第一DEM信息的各正方形子区域表示的高程，分别计算出无人设备当前 的目标飞行高度在飞行位置正北方向上的一阶偏微分和二阶偏微分、在飞行位置正东方向上 的一阶偏微分和二阶偏微分以及在飞行位置由正北偏正东方向上的二阶偏微分。
在一个实施例中，步骤30211中根据无人设备当前所在地块区域的第一DEM信息确定 无人设备当前的目标飞行高度在飞行位置正北方向上的一阶偏微分包括步骤3021111-步骤 3021112：
步骤3021111、根据无人设备当前所在地块区域的第一DEM信息确定北向正方形子区域 和目标正方形子区域的第一DEM高度差，目标正方形子区域为飞行位置所在的正方形子区 域，北向正方形子区域为位于飞行位置正北方向且距离飞行位置最远的正方形子区域。
首先，在第一DEM信息的正方形地块区域中，确定出无人设备当前的飞行位置所在的 目标正方形子区域，以及确定位于飞行位置正北方向且距离飞行位置最远的北向正方形子区 域。示例性的，对于如图9所示的正方形地块区域，目标正方形子区域为第5个正方形子区 域，北向正方形子区域为第8个正方形子区域，获取第5个正方形子区域所对应的高程h5 和第8个正方形子区域所对应的高程h8，将h8减去h5得到第一DEM高度差。
步骤3021112、根据第一DEM高度差和正方形子区域的分辨率确定无人设备当前的目标 飞行高度在飞行位置正北方向上的一阶偏微分。
分辨率也可理解为正方形子区域的边所代表的实际长度。在得到第一DEM高度差后， 需要根据正方形子区域的分辨率确定出北向正方形子区域的中心和目标正方形子区域的中 心在地表上间隔的距离，之后将第一DEM高度差除以距离，即可得到目标飞行高度在飞行 位置正北方向上的一阶偏微分。以图9为例，正方形子区域的分辨率为30m×30m时，正方 形子区域的边长在地表上对应的长度为30m。之后，计算图9中第8个正方形子区域的中心 和第5个正方形子区域的中心在地表上间隔的距离，由于第8个正方形子区域的中心和第5 个正方形子区域的中心之间间隔一个正方形子区域的边长的长度，因此第8个正方形子区域 的中心和第5个正方形子区域的中心在地表上间隔的距离为30m，将第一DEM高度差除以 30m即可得到目标飞行高度在飞行位置正北方向上的一阶偏微分。
同理，在计算在飞行位置正东方向上的一阶偏微分时，则确定位于飞行位置正东方向且 距离飞行位置最远的东向正方形子区域。示例性的，对于如图9所示的正方形地块区域，东 向正方形子区域为第6个正方形子区域，获取第6个正方形子区域所对应的高程h6，将h6 减去h5得到东向DEM高度差。之后，将东向DEM高度差除以东向正方形子区域的中心和 目标正方形子区域的中心在地表上间隔的距离，即可得到目标飞行高度在飞行位置正东方向 上的一阶偏微分。
在一个实施例中，步骤302111中根据第一DEM信息确定无人设备当前的目标飞行高度 在飞行位置正北方向上的二阶偏微分包括步骤3021113-步骤3021115：
步骤3021113、根据无人设备当前所在地块区域的第一DEM信息确定目标正方形子区域 和南向正方形子区域的第二DEM高度差，南向正方形子区域为位于飞行位置正南方向且距 离飞行位置最远的正方形子区域。
在计算出了目标飞行高度在飞行位置正北方向上的一阶偏微分后，需要进一步计算目标 飞行高度在飞行位置正北方向上的二阶偏微分。具体的，在第一DEM信息的正方形地块区 域中，确定出位于飞行位置正南方向且距离飞行位置最远的南向正方形子区域。示例性的， 对于如图9所示的正方形地块区域，南向正方形子区域为第2个正方形子区域，获取第2个 正方形子区域所对应的高程h2，将h5减去h2得到第二DEM高度差。
步骤3021114、将第一DEM高度差减去第二DEM高度差，得到第三DEM高度差。
步骤3021115、根据第三DEM高度差和正方形子区域的分辨率确定无人设备当前的目标 飞行高度在飞行位置正北方向上的二阶偏微分。
在本实施例中，在得到第三DEM信息后，根据正方形子区域的分辨率确定北向正方形 子区域的中心和目标正方形子区域的中心在地表上间隔的距离，将第三DEM信息除以北向 正方形子区域的中心和目标正方形子区域的中心在地表上间隔的距离的平方，即可得到目标 飞行高度在飞行位置正北方向上的二阶偏微分。例如，当图9中正方形子区域的分辨率为30m ×30m时，第8个正方形子区域的中心和第5个正方形子区域的中心在地表上间隔的距离为 30m，将第三DEM高度差除以30m的平方，即可得到目标飞行高度在飞行位置正北方向上 的二阶偏微分。
同理，在计算正东方向上的二阶偏微分时，在第一DEM信息的正方形地块区域中，确 定出位于飞行位置正西方向且距离飞行位置最远的西向正方形子区域，计算西向正方子区域 和目标正方形子区域的西向DEM高度差，并基于西向DEM高度差计算正东方向上的二阶 偏微分。示例性的，对于如图9所示的正方形地块区域，西向正方形子区域为第4个正方形 子区域，获取第4个正方形子区域所对应的高程h4，将h5减去h4得到西向DEM高度差。之后，将东向DEM高度差减去西向DEM高度差，即可得到东西向高度差，将东西向高度 差除以第6个正方形子区域的中心和第5个正方形子区域的中心在地表上间隔的距离的平 方，即可得到目标飞行高度在飞行位置正东方向上的二阶偏微分。
在一个实施例中，步骤302111中根据第一DEM信息确定无人设备当前的目标飞行高度 在飞行位置正北偏正东方向上的二阶偏微分包括步骤3021116-步骤3021118：
步骤3021116、根据无人设备当前所在地块区域的第一DEM信息确定东北向正方形子区 域和东南向正方形子区域的第四DEM高度差，东北向正方形子区域为位于飞行位置东北方 向且距离飞行位置最远的正方形子区域，东南向正方形子区域为位于飞行位置东南方向且距 离飞行位置最远的正方形子区域。
示例性的，在第一DEM信息的正方形地块区域中，确定出位于飞行位置东北方向且距 离飞行位置最远的东北向正方形子区域，以及确定出位于飞行位置东南方向且距离飞行位置 最远的东南向正方形子区域。之后，从第一DEM信息中获取东北向正方形子区域的高程以 及东南向正方形子区域的高程，并计算两个高程的差值，得到第四DEM高度差。示例性的， 对于如图9所示的正方形地块区域，东北向正方形子区域为第9个正方形子区域，获取第9 个正方形子区域所对应的高程h9，东南向正方形子区域为第3个正方形子区域，获取第3个 正方形子区域所对应的高程h3，将h9减去h3得到第四DEM高度差。
步骤3021117、根据无人设备当前所在地块区域的第一DEM信息确定西北向正方形子区 域和西南向正方形子区域的第五DEM高度差，西北向正方形子区域为位于飞行位置西北方 向且距离飞行位置最远的正方形子区域，西南向正方形子区域为位于飞行位置西南方向且距 离飞行位置最远的正方形子区域。
之后，在第一DEM信息的正方形地块区域中，确定出位于飞行位置西北方向且距离飞 行位置最远的西北向正方形子区域，以及确定出位于飞行位置西南方向且距离飞行位置最远 的西南向正方形子区域。之后，从第一DEM信息中获取西北向正方形子区域的高程以及西 南向正方形子区域的高程，并计算两个高程的差值，得到第五DEM高度差。示例性的，对 于如图9所示的正方形地块区域，西北向正方形子区域为第7个正方形子区域，获取第7个 正方形子区域所对应的高程h7，西南向正方形子区域为第1个正方形子区域，获取第1个正 方形子区域所对应的高程h1，将h1减去h7得到第五DEM高度差。
步骤3021118、根据第四DEM高度差、第五DEM高度差和正方形子区域的分辨率确定无人设备当前的目标飞行高度在飞行位置正北偏正东方向上的二阶偏微分。
在一个实施例中，首先将第四DEM高度差减去第五DEM高度差，得到第六DEM高度差，之后，根据正方形子区域的分辨率计算东向正方形子区域的中心和西向正方形子区域的 中心在地表上间隔的距离，将第六DEM高度差除以东向正方形子区域的中心和西向正方形 子区域的中心在地表上间隔的距离，即可得到目标飞行高度在飞行位置正北偏正东方向上的 二阶偏微分。例如，在图9中当正方形子区域的分辨率为30m×30m时，第6个正方形子区 域的中心和第4个正方形子区域的中心在地表上间隔的距离为60m，将第六DEM高度差除 以60m，即可得到目标飞行高度在飞行位置正北偏正东方向上的二阶偏微分。
可理解，第四DEM高度差和第五DEM高度差的确定顺序当前不作限定。
步骤302112、根据正北方向上的一阶偏微分和正东方向上的一阶偏微分确定目标飞行高 度的一阶微分量。
在计算出正北方向上的一阶偏微分和正东方向上的一阶偏微分后，根据正北方向上的一 阶偏微分和正东方向上的一阶偏微分，即可得到目标飞行高度的一阶微分量。具体的，如公 式(1)所示：
Figure BDA0003716563790000181
其中，
Figure BDA0003716563790000182
表示目标飞行高度的一阶微分量，
Figure BDA0003716563790000183
表示无人设备的北向速度，
Figure BDA0003716563790000184
表示无人设备 的东向速度，
Figure BDA0003716563790000185
表示正北方向上的一阶偏微分，
Figure BDA0003716563790000186
表示正东方向上的一阶偏微分，北向速 度和东向速度可直接测得。
步骤302113、根据正北方向上的一阶偏微分和二阶偏微分、正东方向上的一阶偏微分和 二阶偏微分以及正北偏正东方向上的二阶偏微分确定目标飞行高度的二阶微分量。
最后，根据正北方向上的一阶偏微分和二阶偏微分、正东方向上的一阶偏微分和二阶偏 微分以及正北偏正东方向上的二阶偏微分，即可计算出目标飞行高度的二阶微分量。具体的， 在一个实施例中，二阶微分量的计算过程如公式(2)所示：
Figure BDA0003716563790000187
其中，
Figure BDA0003716563790000188
为二阶微分量，
Figure BDA0003716563790000189
为无人设备的北向加速度，
Figure BDA00037165637900001810
为无人设备的东向加速度，
Figure BDA00037165637900001811
为 正北方向上的二阶偏微分，
Figure BDA00037165637900001812
为正东方向上的二阶偏微分，
Figure BDA00037165637900001813
代表正北偏正东方向上的 二阶偏微分。北向加速度和东向加速度可分别基于北向速度和东向速度确定。
步骤30212、根据一阶微分量和二阶微分量确定无人设备的前馈控制量。
在一个实施例中，前馈控制量的计算过程如公式(3)所示：
Figure BDA00037165637900001814
其中，Vff为前馈控制量，a表示控制滞后模块的的延后系数，可由后期调试得到。将一 阶微分量和二阶微分量代入公式(3)即可得到前馈控制量。
步骤3022、根据第一DEM信息以及实际飞行高度确定无人设备的反馈控制量。
计算前馈控制量的同时，还根据第一DEM信息以及实际飞行高度，计算无人设备的反 馈控制量。其中，反馈控制量用于消除无人设备的目标飞行高度和实际飞行高度的误差，使 得无人设备能够稳定保持目标飞行高度。在一个实施例中，垂直速度规划模块中的反馈控制 模块中设置有比例控制环节(也可理解为比例控制器)，反馈控制量由反馈控制模块中的比 例控制环节计算得到。
在上述实施例的基础上。步骤3022包括步骤30221-步骤30222：
步骤30221、根据第一DEM信息和仿地飞行的预设航线高度确定无人设备当前的目标 飞行高度。
示例性的，根据第一DEM信息确定出无人设备当前所在位置的地表高度，将地表高度 加上用户预先设置的预设航线高度，即可得到无人设备当前的目标飞行高度。
步骤30222、将目标飞行高度以及实际飞行高度输入到比例控制环节中，利用比例控制 环节得到无人设备的反馈控制量。
在一个实施例中，比例控制环节中反馈控制量的计算公式如公式(4)所示：
Vfb＝Kp·(Zact-Zref) (4)
其中，Vfb为反馈控制量，Kp代表比例控制系数，Zact表示实际飞行高度，Zref表示目标 飞行高度，当实际飞行高度和目标飞行高度之间的差值趋近于零时，反馈控制量趋近于零， 使得无人设备能稳定地跟随目标飞行高度。
步骤3023、根据前馈控制量以及反馈控制量确定无人设备的垂直速度。
示例性的，将前馈控制量和反馈控制量相加，即可得到无人设备的垂直速度。
为了便于理解，计算垂直速度的整体过程如图11所示，即将第一DEM信息输入控制滞 后模块得到前馈控制量，根据第一DEM信息得到目标飞行高度，将目标飞行高度和实际飞 行高度输入反馈模块得到反馈控制量，进而基于前馈控制量和反馈控制量得到垂直速度。
步骤3024、根据垂直速度控制无人设备进行仿地飞行。
本发明实施例在无人设备的实际飞行高度大于高度阈值时，通过根据无人设备所在地块 区域的第一DEM信息来实时计算无人设备前馈控制量以及反馈控制量，最后根据前馈控制 量和反馈控制量计算无人设备的垂直速度，并根据垂直速度控制无人设备进行仿地飞行。本 发明实施例中即使无人设备的飞行高度超出雷达的探测范围时，无人设备能够计算出垂直速 度并进行仿地飞行，解决了现有技术中当无人设备无法从仿地雷达中获取地面高度信息时无 法进行仿地飞行的技术问题。且本发明实施例中垂直速度计算方式简单，且垂直速度的准确 率较高，能够使得无人设备准确跟随目标飞行高度。
如图12所示，图12为本发明实施例提供的一种仿地飞行装置，包括高度确定模块401、 以及飞行策略切换模块402；
高度确定模块401用于在无人设备仿地飞行时，确定无人设备的实际飞行高度；
飞行策略切换模块402用于当实际飞行高度大于高度阈值时，控制无人设备以第一策略 进行仿地飞行；当实际飞行高度小于或等于高度阈值时，控制无人设备以第二策略进行仿地 飞行；
其中，第一策略包括：根据无人设备当前所在地块区域的第一数字高程模型DEM信息 确定无人设备的垂直速度，根据垂直速度控制无人设备进行仿地飞行，地块区域根据无人设 备当前的飞行位置确定。
在上述实施例的基础上，第一DEM信息由云端服务器按照设定频率发送至无人设备， 第一DEM信息是云端服务器根据飞行位置在第二DEM信息中截取的DEM信息，第二DEM信息是无人设备的仿地飞行区域的DEM信息。
在上述实施例的基础上，仿地飞行区域包括无人设备的作业地块区域；
仿地飞行装置还包括第一飞行控制模块，第一飞行控制模块用于控制无人设备在起飞位 置垂直上升至第一设定高度；在无人设备从起飞位置向作业地块区域的作业起点位置飞行的 过程中实时调整当前的实时飞行高度，以使无人设备到达作业起点位置时的实时飞行高度达 到仿地飞行时的目标飞行高度。
在上述实施例的基础上，仿地飞行区域为包含无人设备启动飞行时的起飞位置和无人设 备的作业地块区域的最小地块区域
在上述实施例的基础上，还包括请求发送模块，请求发送模块用于在无人设备仿地飞行 之前，向云端服务器发送DEM信息获取请求，以使云端服务器根据DEM信息获取请求获 取仿地飞行区域的第二DEM信息并在无人设备启动仿地飞行后按照设定频率从第二DEM信息中截取及发送第一DEM信息。
在上述实施例的基础上，第二策略包括：根据无人设备当前所在地块区域的第一DEM 信息和无人设备的雷达测得到的地表高度信息确定无人设备的仿地飞行高度；根据仿地飞行 高度控制无人设备进行仿地飞行。
在上述实施例的基础上，飞行策略切换模块402用于根据无人设备当前所在地块区域的 第一DEM信息确定无人设备的垂直速度，包括：
用于根据无人设备当前所在地块区域的第一DEM信息确定无人设备的前馈控制量；根 据第一DEM信息以及实际飞行高度确定无人设备的反馈控制量；根据前馈控制量以及反馈 控制量确定无人设备的垂直速度。
在上述实施例的基础上，飞行策略切换模块402用于根据第一DEM信息以及飞行高度 确定无人设备的反馈控制量，包括：
用于根据第一DEM信息和仿地飞行的预设航线高度确定无人设备当前的目标飞行高 度；将目标飞行高度以及实际飞行高度输入到比例控制环节中，利用比例控制环节得到无人 设备的反馈控制量。
在上述实施例的基础上，第一DEM信息所对应的地块区域是以无人设备当前的飞行位 置为中心的正方形地块区域，正方形地块区域被划分成N×N个正方形子区域，N≥3。
在上述实施例的基础上，飞行策略切换模块402用于根据无人设备当前所在地块区域的 第一DEM信息确定无人设备的前馈控制量，包括：
用于根据无人设备当前所在地块区域的第一DEM信息确定无人设备当前的目标飞行高 度的一阶微分量和二阶微分量；根据一阶微分量和二阶微分量确定无人设备的前馈控制量。
在上述实施例的基础上，正方形地块区域中相邻的两条边分别处于东西方向和南北方向；
飞行策略切换模块402用于根据无人设备当前所在地块区域的第一DEM信息确定无人 设备当前的目标飞行高度的一阶微分量和二阶微分量包括：
用于根据无人设备当前所在地块区域的第一DEM信息分别确定无人设备当前的目标飞 行高度在飞行位置正北方向上的一阶偏微分和二阶偏微分、在飞行位置正东方向上的一阶偏 微分和二阶偏微分以及在飞行位置由正北偏正东方向上的二阶偏微分；根据正北方向上的一 阶偏微分和正东方向上的一阶偏微分确定目标飞行高度的一阶微分量；根据正北方向上的一 阶偏微分和二阶偏微分、正东方向上的一阶偏微分和二阶偏微分以及正北偏正东方向上的二 阶偏微分确定目标飞行高度的二阶微分量。
在上述实施例的基础上，飞行策略切换模块402用于根据无人设备当前所在地块区域的 第一DEM信息确定无人设备当前的目标飞行高度在飞行位置正北方向上的一阶偏微分包 括：
用于根据无人设备当前所在地块区域的第一DEM信息确定北向正方形子区域和目标正 方形子区域的第一DEM高度差，目标正方形子区域为飞行位置所在的正方形子区域，北向 正方形子区域为位于飞行位置正北方向且距离飞行位置最远的正方形子区域；根据第一DEM 高度差和正方形子区域的分辨率确定无人设备当前的目标飞行高度在飞行位置正北方向上 的一阶偏微分。
在上述实施例的基础上，飞行策略切换模块402用于根据第一DEM信息确定无人设备 当前的目标飞行高度在飞行位置正北方向上的二阶偏微分包括：
用于根据无人设备当前所在地块区域的第一DEM信息确定目标正方形子区域和南向正 方形子区域的第二DEM高度差，南向正方形子区域为位于飞行位置正南方向且距离飞行位 置最远的正方形子区域；将第一DEM高度差减去第二DEM高度差，得到第三DEM高度差；根据第三DEM高度差和正方形子区域的分辨率确定无人设备当前的目标飞行高度在飞行位置正北方向上的二阶偏微分。
在上述实施例的基础上，飞行策略切换模块402用于根据第一DEM信息确定无人设备 当前的目标飞行高度在飞行位置正北偏正东方向上的二阶偏微分包括：
用于根据无人设备当前所在地块区域的第一DEM信息确定东北向正方形子区域和东南 向正方形子区域的第四DEM高度差，东北向正方形子区域为位于飞行位置东北方向且距离 飞行位置最远的正方形子区域，东南向正方形子区域为位于飞行位置东南方向且距离飞行位 置最远的正方形子区域；根据无人设备当前所在地块区域的第一DEM信息确定西北向正方 形子区域和西南向正方形子区域的第五DEM高度差，西北向正方形子区域为位于飞行位置 西北方向且距离飞行位置最远的正方形子区域，西南向正方形子区域为位于飞行位置西南方 向且距离飞行位置最远的正方形子区域；根据第四DEM高度差、第五DEM高度差和正方 形子区域的分辨率确定无人设备当前的目标飞行高度在飞行位置正北偏正东方向上的二阶 偏微分。
本实施例还提供了一种无人设备，如图13所示，所述无人设备50包括处理器500以及 存储器501；
所述存储器501用于存储计算机程序502，并将所述计算机程序502传输给所述处理器；
所述处理器500用于根据所述计算机程序502中的指令执行上述的一种仿地飞行方法实 施例中的步骤。
示例性的，所述计算机程序502可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个 模块/单元被存储在所述存储器501中，并由所述处理器500执行，以完成本申请。所述一个 或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所 述计算机程序502在所述无人设备50中的执行过程。
所述无人设备50可包括，但不仅限于，处理器500、存储器501。本领域技术人员可以 理解，图13仅仅是无人设备50的示例，并不构成对无人设备50的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述无人设备50还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器500可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用 处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者 其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微 处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器501可以是所述无人设备50的内部存储单元，例如无人设备50的硬盘或内 存。所述存储器501也可以是所述无人设备50的外部存储设备，例如所述无人设备50上配 备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD) 卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器501还可以既包括所述无人设备50的 内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器501用于存储所述计算机程序以及所述无人 设备50所需的其他程序和数据。所述存储器501还可以用于暂时地存储已经输出或者将要 输出的数据。
所述无人设备50还可包括用于探测体表高度信息的雷达，用于与云端服务器通信的通 信模块，以及用于测量实际飞行高度的气压计或RTK模块等。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，系统 和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，系统和方法，可以通过 其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分， 仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结 合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的 相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，系统或单元的间接耦合或通信 连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部 件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元 上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个 单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以 采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以 存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对 现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该 计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个 人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。 而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机 存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储计算机程序的 介质。
本发明实施例还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在 由计算机处理器执行时用于执行一种仿地飞行方法，该方法包括以下步骤：
在无人设备仿地飞行时，确定无人设备的实际飞行高度；
当所述实际飞行高度大于高度阈值时，控制所述无人设备以第一策略进行仿地飞行；当 所述实际飞行高度小于或等于所述高度阈值时，控制所述无人设备以第二策略进行仿地飞 行；
其中，所述第一策略包括：根据所述无人设备当前所在地块区域的第一数字高程模型 DEM信息确定所述无人设备的垂直速度，根据所述垂直速度控制所述无人设备进行仿地飞 行，所述地块区域根据所述无人设备当前的飞行位置确定。
注意，上述仅为本发明实施例的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解， 本发明实施例不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变 化、重新调整和替代而不会脱离本发明实施例的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本 发明实施例进行了较为详细的说明，但是本发明实施例不仅仅限于以上实施例，在不脱离本 发明实施例构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明实施例的范围由所附 的权利要求范围决定。

Claims (17)

1.一种仿地飞行方法，其特征在于，包括：
在无人设备仿地飞行时，确定无人设备的实际飞行高度；
当所述实际飞行高度大于高度阈值时，控制所述无人设备以第一策略进行仿地飞行；当所述实际飞行高度小于或等于所述高度阈值时，控制所述无人设备以第二策略进行仿地飞行；
其中，所述第一策略包括：根据所述无人设备当前所在地块区域的第一数字高程模型DEM信息确定所述无人设备的垂直速度，根据所述垂直速度控制所述无人设备进行仿地飞行，所述地块区域根据所述无人设备当前的飞行位置确定。
2.根据权利要求1所述的一种仿地飞行方法，其特征在于，所述第一DEM信息由云端服务器按照设定频率发送至所述无人设备，所述第一DEM信息是所述云端服务器根据所述飞行位置在第二DEM信息中截取的DEM信息，所述第二DEM信息是所述无人设备的仿地飞行区域的DEM信息。
3.根据权利要求2所述的一种仿地飞行方法，其特征在于，所述仿地飞行区域包括所述无人设备的作业地块区域；
所述方法还包括：
控制所述无人设备在起飞位置垂直上升至第一设定高度；
在所述无人设备从所述起飞位置向所述作业地块区域的作业起点位置飞行的过程中实时调整当前的实时飞行高度，以使所述无人设备到达所述作业起点位置时的所述实时飞行高度达到仿地飞行时的目标飞行高度。
4.根据权利要求2所述的一种仿地飞行方法，其特征在于，所述仿地飞行区域为包含所述无人设备启动飞行时的起飞位置和所述无人设备的作业地块区域的最小地块区域。
5.根据权利要求2所述的一种仿地飞行方法，其特征在于，在所述无人设备仿地飞行之前，还包括：
向所述云端服务器发送DEM信息获取请求，以使所述云端服务器根据所述DEM信息获取请求获取所述仿地飞行区域的第二DEM信息并在所述无人设备启动仿地飞行后按照所述设定频率从所述第二DEM信息中截取及发送所述第一DEM信息。
6.根据权利要求1所述的一种仿地飞行方法，其特征在于，所述第二策略包括：
根据所述无人设备当前所在地块区域的第一DEM信息和所述无人设备的雷达测得到的地表高度信息确定所述无人设备的仿地飞行高度；
根据所述仿地飞行高度控制所述无人设备进行仿地飞行。
7.根据权利要求1所述的一种仿地飞行方法，其特征在于，所述根据所述无人设备当前所在地块区域的第一DEM信息确定所述无人设备的垂直速度，包括：
根据所述无人设备当前所在地块区域的第一DEM信息确定所述无人设备的前馈控制量；
根据所述第一DEM信息以及所述实际飞行高度确定所述无人设备的反馈控制量；
根据所述前馈控制量以及所述反馈控制量确定所述无人设备的垂直速度。
8.根据权利要求7所述的一种仿地飞行方法，其特征在于，所述根据所述第一DEM信息以及所述飞行高度确定所述无人设备的反馈控制量，包括：
根据所述第一DEM信息和仿地飞行的预设航线高度确定所述无人设备当前的目标飞行高度；
将所述目标飞行高度以及所述实际飞行高度输入到比例控制环节中，利用所述比例控制环节得到所述无人设备的反馈控制量。
9.根据权利要求7所述的一种仿地飞行方法，其特征在于，所述第一DEM信息所对应的地块区域是以所述无人设备当前的飞行位置为中心的正方形地块区域，所述正方形地块区域被划分成N×N个正方形子区域，N≥3。
10.根据权利要求9所述的一种仿地飞行方法，其特征在于，所述根据所述无人设备当前所在地块区域的第一DEM信息确定所述无人设备的前馈控制量，包括：
根据所述无人设备当前所在地块区域的第一DEM信息确定所述无人设备当前的目标飞行高度的一阶微分量和二阶微分量；
根据所述一阶微分量和所述二阶微分量确定所述无人设备的前馈控制量。
11.根据权利要求10所述的一种仿地飞行方法，其特征在于，所述正方形地块区域中相邻的两条边分别处于东西方向和南北方向；
所述根据所述无人设备当前所在地块区域的第一DEM信息确定所述无人设备当前的目标飞行高度的一阶微分量和二阶微分量包括：
根据所述无人设备当前所在地块区域的第一DEM信息分别确定所述无人设备当前的目标飞行高度在所述飞行位置正北方向上的一阶偏微分和二阶偏微分、在所述飞行位置正东方向上的一阶偏微分和二阶偏微分以及在所述飞行位置由正北偏正东方向上的二阶偏微分；
根据所述正北方向上的一阶偏微分和所述正东方向上的一阶偏微分确定所述目标飞行高度的一阶微分量；
根据所述正北方向上的一阶偏微分和二阶偏微分、所述正东方向上的一阶偏微分和二阶偏微分以及所述正北偏正东方向上的二阶偏微分确定所述目标飞行高度的二阶微分量。
12.根据权利要求11所述的一种仿地飞行方法，其特征在于，根据所述无人设备当前所在地块区域的第一DEM信息确定所述无人设备当前的目标飞行高度在所述飞行位置正北方向上的一阶偏微分包括：
根据所述无人设备当前所在地块区域的第一DEM信息确定北向正方形子区域和目标正方形子区域的第一DEM高度差，所述目标正方形子区域为所述飞行位置所在的正方形子区域，所述北向正方形子区域为位于所述飞行位置正北方向且距离所述飞行位置最远的正方形子区域；
根据所述第一DEM高度差和所述正方形子区域的分辨率确定所述无人设备当前的目标飞行高度在所述飞行位置正北方向上的一阶偏微分。
13.根据权利要求12所述的一种仿地飞行方法，其特征在于，所述根据所述第一DEM信息确定所述无人设备当前的目标飞行高度在所述飞行位置正北方向上的二阶偏微分包括：
根据所述无人设备当前所在地块区域的第一DEM信息确定目标正方形子区域和南向正方形子区域的第二DEM高度差，所述南向正方形子区域为位于所述飞行位置正南方向且距离所述飞行位置最远的正方形子区域；
将所述第一DEM高度差减去所述第二DEM高度差，得到第三DEM高度差；
根据所述第三DEM高度差和所述正方形子区域的分辨率确定所述无人设备当前的目标飞行高度在所述飞行位置正北方向上的二阶偏微分。
14.根据权利要求11所述的一种仿地飞行方法，其特征在于，根据所述第一DEM信息确定所述无人设备当前的目标飞行高度在所述飞行位置正北偏正东方向上的二阶偏微分包括：
根据所述无人设备当前所在地块区域的第一DEM信息确定东北向正方形子区域和东南向正方形子区域的第四DEM高度差，所述东北向正方形子区域为位于所述飞行位置东北方向且距离所述飞行位置最远的正方形子区域，所述东南向正方形子区域为位于所述飞行位置东南方向且距离所述飞行位置最远的正方形子区域；
根据所述无人设备当前所在地块区域的第一DEM信息确定西北向正方形子区域和西南向正方形子区域的第五DEM高度差，所述西北向正方形子区域为位于所述飞行位置西北方向且距离所述飞行位置最远的正方形子区域，所述西南向正方形子区域为位于所述飞行位置西南方向且距离所述飞行位置最远的正方形子区域；
根据所述第四DEM高度差、所述第五DEM高度差和所述正方形子区域的分辨率确定所述无人设备当前的目标飞行高度在所述飞行位置正北偏正东方向上的二阶偏微分。
15.一种仿地飞行装置，其特征在于，包括高度确定模块以及飞行策略切换模块；
所述高度确定模块用于在无人设备仿地飞行时，确定无人设备的实际飞行高度；
所述飞行策略切换模块用于当所述实际飞行高度大于高度阈值时，控制所述无人设备以第一策略进行仿地飞行；当所述实际飞行高度小于或等于所述高度阈值时，控制所述无人设备以第二策略进行仿地飞行；
其中，所述第一策略包括：根据所述无人设备当前所在地块区域的第一数字高程模型DEM信息确定所述无人设备的垂直速度，根据所述垂直速度控制所述无人设备进行仿地飞行，所述地块区域根据所述无人设备当前的飞行位置确定。
16.一种无人设备，其特征在于，所述无人设备包括处理器以及存储器；
所述存储器用于存储计算机程序，并将所述计算机程序传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述计算机程序中的指令执行如权利要求1-14中任一项所述的一种仿地飞行方法。
17.一种存储计算机可执行指令的存储介质，其特征在于，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如权利要求1-14中任一项所述的一种仿地飞行方法。
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