CN115552500A - 针对无人驾驶飞行器的地面站 - Google Patents

Abstract

本公开描述了一种被配置为使用无人驾驶飞行器(UAV)来促进递送有效负载的地面站。地面站包括多个传感器，该多个传感器允许作为较大有效负载运输系统的一部分的地面站的自主操作。传感器被配置为确认将有效负载装载到UAV上、检查无人机的状态和安全性、以及在UAV的起飞和/或着陆操作之前清理地面站周围的区域。

Description

针对无人驾驶飞行器的地面站

技术领域

本公开总体上涉及一种用作针对无人驾驶飞行器(UAV)的着陆坪以及装载/卸载站的地面站。更具体地，地面站还包括面向客户界面，客户可以通过该界面安全地放下和接收打算由UAV运输的包裹。

背景技术

无人驾驶飞行器(UAV)或无人机越来越多地被用于各种个人或商业应用。如今，包裹的运输很大程度上依赖于使用运输车辆(诸如递送卡车)的地面基础设施。尽管近年来UAV被用于递送一些包裹，但是它们受到飞行范围的限制，因为它们通常从固定的分发设施起飞。作为结果，当前的UAV运输系统对于将包裹递送到诸如城市或多个邻域的广泛区域可能是不灵活的。因此，需要将UAV与分布式地面站的网络进行集成，以提供用于将包裹运输到多个位置的灵活性和移动性。

发明内容

提供了一种用于从无人驾驶飞行器(UAV)接收有效负载容器的地面站。着陆平台包括一个或多个着陆子系统，该着陆子系统被配置为与UAV配合以用于着陆；一个或多个传感器，用于检测UAV着陆在着陆平台上；一个或多个致动器，被配置为对齐UAV以用于接收有效负载容器；着陆平台的有效负载接收结构，被配置为从UAV接收有效负载容器；面向客户界面，用于从客户接收有效负载以及将有效负载递送给客户；着陆平台的有效负载装载结构，被配置为将新的有效负载和/或电池装载到UAV上；以及检查设备，用于在允许UAV执行后续飞行之前执行UAV的自动飞行前分析。

描述了一种用于管理活动的无人驾驶飞行器的监督的方法，并且包括：接收与活动的无人驾驶飞行器有关的经更新的信息；确定无人驾驶飞行器中的两个或更多个无人驾驶飞行器同时需要来自飞行指挥员(director)的输入的可能性；以及根据确定无人驾驶飞行器中的两个或更多个无人驾驶飞行器同时需要来自飞行指挥员的输入的可能性已经超过预定阈值，基于可能性超过预定阈值发送指示需要监督活动的无人驾驶飞行器的飞行指挥员的数目的通知。

在本文中各种所述实施例的描述中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不旨在是限制性的。如在各种所描述的实施例和所附权利要求的描述中所使用的，单数形式“一”，“一个”以及“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另外明确指出。

还将理解，如本文所用的术语“和/或”是指并涵盖一个或多个相关联的所列项目的任何和所有可能的组合。还应当理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”、“包含”和/或“包含着”指定所述特征、整数、步骤、操作、元件、和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件、和/或其组合的存在或添加。

说明书中描述的主题的一个或多个实施例的细节在附图和以下描述中阐述。根据说明书、附图和权利要求书，本主题的其他特征、方面和优点将变得显而易见。

附图说明

图1示出了根据本公开的一些实施例的用于使用UAV进行有效负载运输的示例性系统。

图2A-图2K示出了示例性地面站的视图。

图3A-图3D示出了由UAV飞行指挥员使用的用户界面的不同视图。

图4A-图4E示出了功能减少的地面站的不同示例。

具体实施方式

以下描述阐述了使用UAV进行运输的示例性系统和方法。所说明的组件和步骤被阐述以解释所示的示范性实施例，并且应当预期正在进行的技术开发将改变执行特定功能的方式。这些示例在本文中用于说明而非限制的目的。此外，为了便于描述，在本文中任意限定了功能构建块的边界。只要适当地执行指定的功能及其关系，就可以限定备选边界。基于本文中包括的教示、备选方案(包括本文中描述的方案的等同物、扩展、变型、偏差等)对(多个)相关领域的技术人员将是显而易见的。这些备选方案落入所公开的实施例的范围和精神内。此外，词语“包括”、“具有”、“含有”和“包含”以及其他相似的形式旨在在含义上是等同的并且是开放式的，因为这些词语中的任何一个词语之后的一项或多项并不意味着是这些一项或多项的穷举列表，或者意味着仅限于所列出的一项或多项。

图1说明了根据本公开的一些实施例的使用UAV的示例性有效负载运输系统100。参考图1，有效负载运输系统100可以包括一个或多个便携式电子设备102A-102B(统称为便携式电子设备102)、网络110、UAV服务120、一个或多个UAV 130A-130C(统称为UAV130)、以及一个或多个地面站140A-140C(统称为地面站140)。有效负载运输系统100可以实现或促进UAV的请求、调度、控制和/或导航，以用于将有效负载运输到位置。

便携式电子设备102A以及电子设备102B包括可以通过各种方法请求、调度或促进有效负载传输的设备。电子设备102A-120B可以通过网络110直接或间接地与UAV服务120、UAV 130和/或UAV站140进行通信。作为示例，便携式电子设备102A可以直接与UAV130A进行通信，或标识由UAV 130A携带的有效负载。作为另一示例，便携式电子设备102A可以通过网络110间接地与UAV服务120进行通信以请求有效负载运输或提供有效负载标识。虽然电子设备102A-120B被示出为计算机或膝上型计算机(例如，便携式电子设备102A)、平板计算机和移动智能电话(例如，便携式电子设备102B)，但是应当理解，便携式电子设备102A-120B可以是传送数据的任何其他类型的电子设备，诸如台式计算机、服务器或可穿戴电子设备。

网络110可以是便于有线通信和/或无线通信的任何类型的网络。例如，网络110可以是蜂窝网络(例如，GSM、GPRS、CDMA、LTE)、广域网(WAN)、局域网(LAN)、无线电网络、卫星网络、Wi-Fi网络、近场通信网络、Zigbee、Xbee、XRF、Xtend、蓝牙、WPAN、视距、卫星中继或任何其他有线或无线网络或其组合。

UAV服务120可以与有效负载运输系统100的一个或多个组件(诸如电子设备102、UAV 130以及UAV站140)进行通信，以促进使用UAV进行有效负载运输。例如，基于与电子设备102的通信，UAV服务120可以接收传输有效负载的请求、要被传输的有效负载的标识、以及有效负载容器的标识。基于所接收的请求或信息，UAV服务120可以确定用于将有效负载运输到其目的地位置的UAV飞行路线(flight route)。UAV服务120可以将飞行路线信息传送给携带有效负载的UAV。在一些实施例中，UAV服务120可以在飞行期间继续与UAV进行通信。在有效负载被运输之后，UAV服务120可以接收完成的确认或通知。例如，UAV服务120可以包括一个或多个地理空间数据存储、地理空间高速缓存、一个或多个应用服务器、一个或多个应用数据存储、一个或多个消息传送队列、以及跟踪数据。UAV服务120可以在台式计算机、膝上型计算机、服务器(物理的或虚拟的)或服务器农场上提供。

在一些实施例中，UAV服务120可以包括一个或多个数据存储150。例如，数据存储150可以包括时间序列数据存储和地理空间数据存储。时间序列数据存储可以是用于处理时间序列数据和按时间索引的数字阵列(例如，日期时间或日期时间范围)的软件系统。在一些实施例中，UAV 130可以将遥测数据和传感器数据发送到系统以存储在时间序列数据存储或跟踪数据存储中。这些时间序列也可以被称为轮廓、曲线或轨迹。UAV服务120的应用服务器还可以监测时间序列数据存储和/或跟踪数据存储，以基于所存储的时间序列数据或跟踪数据来确定诸如需要维护的UAV组件的趋势。

在一些实施例中，地理空间数据存储可以是包括纬度和经度数据的对象关系型空间数据库。地理空间数据存储的示例性数据和数据源包括但不限于来自美国国家航空航天局(“NASA”)的地形数据、来自美国联邦航空管理局(“FAA”)的空域数据、来自美国国家公园管理局、美国国防部和/或其他美国联邦机构的地理空间数据、来自诸如校区的本地机构的地理空间和/或建筑数据、和/或其某种组合。地理空间数据存储可以包括大量的数据，诸如数百个千兆字节的数据或兆兆字节的数据。

在一些实施例中，UAV服务120可以包括一个或多个应用服务器和消息代理。应用服务器可以执行各种任务，诸如处理认证和授权、维护通用数据(例如，UAV名称、配置、飞行路线、UAV站)。消息代理可以使得数据在软件组件或系统之间能够基本实时地移动，以用于提供认证和授权。

UAV 130可以与有效负载运输系统100的一个或多个组件(诸如UAV服务120以及地面站140)以及一个或多个卫星(未示出)进行通信以运输有效负载。例如，UAV 130A与UAV服务120进行通信以获得用于运输有效负载的飞行路线、乘载具有将被要运输的有效负载的有效负载容器、使用飞行路线和卫星信号自主地导航并且将有效负载运输到其目的地位置(诸如地面站140)。例如，UAV 130可以包括具有可选的有效负载携带空间的主体、一个或多个螺旋桨或固定翼、可释放和/或可交换的电池、以及可释放和/或可交换的有效负载容器。

地面站140可以与有效负载运输系统100的一个或多个组件、设备、或系统，诸如UAV服务120以及UAV 130进行通信，以促进有效负载的运输。在一些实施例中，地面站140可以包括安全着陆平台144以及交换站146。着陆平台刺进UAV 130的着陆和起飞。在一些实施例中，着陆平台还包括用于将一个或多个UAV 130固定在由地面站140限定的封闭空间内的门和/或花瓣(pteal)。交换站146可以从UAV 130接收有效负载、有效负载容器、或电池；向UAV 130装载有效负载、有效负载容器、或电池，或者与UAV 130交换有效负载、有效负载容器、或电池。UAV站140可以是专用于运输多个有效负载的固定站。例如，地面站140可以位于已知的位置，并且被配置为容纳用于运输和/或递送到终端用户的多个有效负载。根据从UAV服务120接收的信息(例如，飞行路线、有效负载信息等)，一个或多个UAV 130可以从地面站140起飞以将有效负载运输到它们的目的地位置(例如，另一地面站140、住宅地址、或商业地址)。此外，地面站140还可以接收一个或多个UAV 130。例如，地面站140可以包括着陆平台144以及交换站146。为了接收有效负载，着陆平台144与UAV 130进行通信以辅助UAV130着陆在着陆平台144上。在一些实施例中，着陆平台144可以对齐或调整着陆的UAV 130的位置，使得有效负载容器可以从UAV 130被释放到着陆平台144的有效负载接收结构。例如，着陆平台144可以包括用于接收或交换有效负载容器的中心开口。在一些实施例中，在UAV 130将其有效负载容器释放到交换站146之后，UAV 130可以从交换站146接收另一有效负载容器，用于将其运输到下一目的地位置。

地面站140还可以包括一组传感器，该组传感器被配置为在开始起飞或终端着陆操作之前清理地面站140周围的空域，以及一旦UAV130被定位在地面站140之上或之内就执行对UAV 130的检查。这些传感器可以采取多种形式，但是可以包括能够执行可见、红外和/或x射线成像的成像传感器。在一些实施例中，地面站140的处理器可以被配置为分析由传感器提供的数据以做出关于在地面站140处着陆UAV 130的安全性的确定。在一些实施例中，在地面站140处捕获的传感器数据可以通过网络110传输以用于站点外(offsite)分析。例如，UAV 130的飞行员或飞行许可管理员可以负责基于传感器数据的检查来发布着陆或起飞许可。在一些实施例中，一个或多个站点外操作的处理器(例如，在UAV服务120处)可以被配置为扫描和分析传感器数据以做出安全确定，并且然后基于该安全确定发出着陆或起飞批准。在标识出障碍物的情况下，可以暂时延迟UAV 130的着陆或起飞，或者可以基于检测到的障碍物的性质将UAV 130转向到另一地面站140。应当理解，在一些实施例中，地面站140可以不使用任何用于空域许可的光学传感器，而是依赖于雷达和/或声学传感器。

交换站146可以包括有效负载处理机构(例如，机械臂或一系列传送带/升降机)以使得能够接收以及交换有效负载容器或有效负载。在一些实施例中，交换站146还可以包括用于交换着陆的UAV 130的电池的电池交换机构。在一些实施例中，电池交换机构和有效负载处理机构可以是分离的机构或者可以被集成以形成单个机构。下文结合图2A-图2K更详细地描述地面站140。

如所描述的，地面站140可以包括着陆平台144以促进UAV 130的着陆。在一些实施例中，着陆平台144可以是交换站146的部分(例如，用户的后院、建筑物的屋顶等)。着陆平台144可以包括着陆子系统(例如，红外线信标)。更有限的交换站146可能仅能够使用着陆平台144接收有效负载容器，但可能不具有与UAV 130交换有效负载容器和电池的能力。在一些实施例中，在接收到有效负载容器之后，UAV 130可以根据由UAV服务120提供的信息从用户位置处的地面站140重新起飞到下一目的地(例如，返回到分发设施或另一地面站)。

图2A说明了根据本公开的一些实施例的示例性地面站140的透视图。例如，地面站140包括机库模块202，该机库模块202包括着陆平台144。机库模块202可以包括多个铰接门或花瓣，该铰接门或花瓣协作地保护着陆平台144免受恶劣天气影响，并且限定一个区域，在该区域中UAV能够在飞行之间被重新装载和/或检查。门或花瓣可以保护着陆平台144免受灰尘、尘土、雨、或任何外部物体(例如，鸟、叶子等)的影响。在UAV 130接近地面站140或处于着陆阶段时，门可以打开以露出用于UAV 130着陆的着陆平台144。地面站140还包括冠部(crown)模块204，该冠部模块204被配置为执行交换站146的功能，并且直接位于机库模块202下方。冠部模块204包括存储区域，在等待UAV运输或客户取件时，包裹可以被固定在该存储区域内。冠部模块通常包括诸如机械臂或一系列传送机/升降机的一些形式的运输工具，用于将包裹和/或备用电池在冠部模块204内移动，或向上移动到被定位在机库202内的UAV 130处。冠部模块204还可以包括终端206，该终端206包括客户能够存放或乘载有效负载的界面。

终端206至少包括客户和/或有效负载标识传感器。例如，客户标识传感器可以采取能够从RFID识别证(badge)读取标识信息的RFID扫描器的形式。其他标识方法也是可能的。例如，传感器可以从客户读取生物测定信息和/或被配置为接收某种形式的密码信息以认证客户。一旦客户被标识，终端206就可以被配置为标识和认证该有效负载。例如，有效负载可以包括标识其内容的外部标签或计算机可读条形码。在一些实施例中，终端206可以包括用于在终端206处接收包裹的标识的用户输入设备，以及在其他实施例中，地面站140可以要求在客户到达地面站140之前对有效负载进行预授权。终端206还包括用于将有效负载接收到冠部模块204中的装置。例如，有效负载接收设备可以采取能够接收一个或多个不同类型的有效负载容器的托盘或传送带的形式。一旦在冠部模块204内被接收，一个或多个传感器可以被用于确认有效负载重量和有效负载的其他特性。

例如，磁场检测器可以确认有效负载没有发射可能干扰任何UAV130的操作或导航的足够强度的磁场。在有效负载包含更敏感/高价值的内容时，有效负载还可以包括其自己的一组传感器，用于利用发射器来监测有效负载的内容，该发射器向地面站140内的接收器广播诸如有效负载温度或有效负载的整体状态的附加信息来监测有效负载的内容。这种配置可以被用于医疗运输，诸如用于器官移植的易碎组织样本或器官。关于有效负载所做的任何传感器读数故障都可以被用作不能使用的标准，在这种情况下，有效负载可以被拒绝并退回给客户。

地面站140还包括主干(trunk)模块208。主干模块208可以包括允许地面站140在网络110上进行通信以及执行地面站140的操作的各种电子设备，诸如计算机处理器、存储器、长期数据存储设备、温度调节系统、电力系统，通信装备等。主干模块208的重量通常大于冠部模块204的重量，冠部模块204的重量通常大于机库模块202的重量。通过将较重的设备定位在地面模块140的底部并且使地面站140的上部较轻，可以实现地面站140的良好的整体稳定性。

图2B示出地面站140的另一透视图，其中机库模块202的门210打开以露出着陆平台144。虽然示出了具有四个门210的构造，但是应当理解，可以以相似的方式使用更少或更多数目的门。例如，可以使用像两个门这么少以及像八个或十个门这么多的门来覆盖和封闭着陆平台144。根据地面站140的总体规模，相对于较少数量的门，可能需要较多数目的门210。地面站140可以缩放以容纳更多数量的UAV 130或更大或更小尺寸的UAV 130。如图所示，着陆平台144包括中心开口212，通过该中心开口212可以装载储存在冠部模块204内的有效负载并且可以接收在UAV 130中的一个UAV 130上递送的有效负载。中心开口212还可以被用于将替换电池递送到被定位在着陆平台144上的UAV 130中的一个UAV 130。

图2C示出了UAV 130被布置在着陆平台144顶上的地面站140的另一透视图。特别地，应当注意，UAV 130可以不总是精确地着陆在着陆平台144的中心。在一些实施例中，UAV130可能需要移位，使得被操纵穿过中心开口212的有效负载和/或电池可以与UAV 130的附接机构和电池连接件(coupling)/触点适当地接合。门210可以包括定心机构214，在门210关闭以将UAV 130封闭在机库模块202内时，该定心机构214帮助将UAV 130定心在着陆平台144上。在门210关闭时，定心机构214线性地向内滑动以将UAV 130与中心开口212对齐。

一旦被定位在机库模块202内。UAV 130能够在进行后续飞行之前交换有效负载和/或电池。除了交换有效负载和/或电池之外，机库模块202的内部可以配备有一个或多个光学传感器216，这些光学传感器被配置为提供UAV 130的图像以确认UAV 130的总体健康和状况。光学传感器216可以被配置为扫描UAV 130以寻找碰撞或损伤的迹象。虽然所示的光学传感器216附接到门210上，但是应当理解，光学传感器可以位于其他位置或者分布在机库模块202的整个内部。例如，附加的光学传感器可以被结合到着陆平台144的表面中。在一些实施例中，被结合在着陆平台144内的传感器216除了在UAV 130着陆后的检查/预飞行期间被使用之外，还可以被配置为在着陆操作期间向UAV 130提供最终对齐信息。该类型的信息可以作为遥测数据被传输到UAV 130，该遥测数据可以用于在高风起飞或着陆过程中进行精确的调整，在高风起飞或着陆过程中与着陆平台144对齐更加困难。在一些实施例中，可以将由摄像头216捕获的图像与先前捕获的图像进行比较，以标识对UAV 130的任何近期损坏或变化。

发动机高速运转细节

在一些实施例中，可以要求UAV 130在起飞之前执行发动机高速运转(run-up)。在该高速运转期间，出于减噪和/或环境屏蔽的原因，UAV 130可以通过门210保持封闭在机库模块202内。一个或多个光学传感器216可以采取高速摄像头的形式，该高速摄像头能够在发动机高速运转期间光学地确定UAV 130的螺旋桨的旋转速度，以确认每个螺旋桨以命令的速度运行。在发动机高速运转期间，UAV130将被固定到着陆平台144的上表面，以在发动机试车期间使其保持被固定到着陆平台144。在一些实施例中，UAV 130通过接合和压紧UAV130的部分的铰接臂或一些其他类型的系紧机构来被固定。在一些实施例中，UAV 130的性能还可以通过被并入一个或多个系留件中的力传感器来评估，从而在发动机高速运转期间保持UAV 130被固定到着陆平台144。在一些实施例中，可以使用声学传感器来监测来自UAV130的异常声学轮廓发射。

应当理解，可以使用其他传感器和传感器类型来评估被定位在着陆平台144上的UAV 130的健康和状态。例如，较高敏锐度的检查还可以包括一个或多个x射线成像模块，用于扫描UAV 130以及其螺旋桨的应力破裂或微裂纹。这些自动传感器可以减轻人们在每次飞行之前预飞行UAV 130的需要。在一些实施例中，用于检查UAV 130的传感器还可以被配置为扫描地面站140周围的空域以寻找可能影响UAV 130成功起飞和/或着陆的障碍物。例如，被耦合到门210的光学传感器216可以被配置为在任何到达或离开之前执行对地面站140周围空域的360度扫描。在一些实施例中，门210可以被配置为移动以调节附接到门216的光学传感器216的高度。在一些实施例中，光学传感器216可以包括它们自己的调节机构(例如，一个、两个或三个万向轴光学部件)，用于执行对地面站140周围的区域的更彻底的搜索。用于一些光学传感器216的光学器件可以包括在100-200mm全帧放大等效范围内的微距镜头，该微距镜头允许采集UAV 130的整个外表面的详细图像。在一些情况下，仅UAV 130的某些区域(统计上更可能发生故障/降级)可以由具有高放大率光学器件的光学传感器成像。地面站的传感器可以被配置为扫描多个不同类型的物体，包括飞行物体(诸如有人驾驶的和无人驾驶的飞行器)以及静止物体(诸如可能影响UAV 130安全离开地面站能力的坠落的电力线或树木)。传感器还可以被配置为在起飞或着陆操作期间确认在地面站周围的安全区域内没有人。尽管给出了光学传感器216的示例，但是应当理解，也可以使用其他类型的传感器来代替光学传感器216，或者除了光学传感器216之外还使用其他类型的传感器。例如，声学和雷达传感器也可以被用于检测靠近地面站的飞机。

热调节

图2C还示出了主干模块208可以如何包括一系列通风口218，用于从布置在主干模块208内的电子装置来散热。例如，主干模块208内的风扇可以被配置为迫使空气穿过与产生热量的电子装置相关联的散热器，以对流地冷却并且维持针对主干模块208内的电子装置的可接受的操作温度。冠部模块204还可以包括用于实现被储存在冠部模块204内的有效负载和电池的温度调节的通风口。例如，冠部模块204内的加热和/或冷却组件可以被配置为将储存在冠部模块204内的某些有效负载的温度维持在特定的温度范围内。在特别寒冷的地区或在冬天的月份期间，通过模块之间的可关闭管道或专门设计用于在冠部模块和主干模块之间散布热量的单独通风通道，将来自主干模块218的热空气引导到冠部模块204中可能是有帮助的。在一些实施例中，冠部的电池储存区域可以包括多个分立的热调节模块，这些热调节模块用于快速冷却由于UAV 130中的一个UAV 130的过多地使用而升温的电池。在一些实施例中，电池可以被定位在一个液体冷却的充电站内，该液体冷却的充电站可以实质性地减少对耗费的电池进行再充电所需的时间量。该充电站还可以包括通信界面，该通信界面能够标识由特定UAV在特定飞行中使用的特定电池。然后，在给定当前飞行条件(诸如大风和恶劣天气)的情况下，该特定电池可以仅充电到到达其目的地所需的等级，其中包括安全边界以允许保持时间或飞行条件的变化。这样，该站可以避免将每个电池充电到其最大容量，从而增加电池的使用寿命。

在一些实施例中，冠部模块204内的热调节模块可以被用于通过让能够密封中心开口212的门敞开着，来调节由机库模块202封闭的空气体积的温度。此外，代替在冠部模块204中包括的通风口或补充冠部模块204中的通风口，通过允许门210稍微分离以允许热量从由机库模块202封闭的空气体积中逸出，热量可以从冠部模块和机库模块内消散。在一些实施例中，这可以通过以单个角度仅致动门210中的一个门来限制通过在单个门210与相邻门210之间产生的间隙离开的空气量来实现。

图2D-图2E示出了地面站140的俯视图，其中门210处于完全打开的位置，分别具有和不具有UAV 130。该视图示出了由门210提供的开口大小以及在着陆平台144上着陆期间为UAV 130提供的间隙量。图2D-图2E还示出了在门210如图所示完全打开时定心机构214如何不遮盖着陆平台144的任何部分。此外，图2E还描绘了着陆平台144的中心区域220如何以与UAV 130的占用空间(footprint)相匹配的方式略微凹陷。以此方式，定心机构214能够将UAV 130滑动到着陆平台144的略微凹陷的中心区域220中，这可以有助于在定心机构214完成将UAV 130与中心开口212对齐之后维持UAV 130与中心开口212的对齐。

图2F示出了门210处于完全打开位置的地面站140的侧视图。特别地，图2F示出了门210处于完全打开位置时，与定心机构布置的角度。在门210向关闭位置移动时，定心机构214中的每个定心机构相对于着陆平台144的朝上的表面的角度增加。在门210全部同时关闭时，这导致任何未与着陆平台310对齐的UAV 130由定心机构214固定。图2F还示出了门210如何通过四杆机构222被可旋转地耦合到地面站140。四杆机构222允许门210遵循非径向路径，该非径向路径允许实现更大的开口并且允许门在被连接在一起之后实现牢固的环境密封。

图2G示出了图2G的尺寸。特别地，地面站高度230、机库模块宽度232和主干模块宽度234。在一些实施例中，地面站高度230可以稍微超过三米，机库宽度可以稍微超过两米以及主干模块宽度可以是大约四分之三米。还在地面站140附近示出了人体轮廓，以便示出靠近地面站140的人类男性的相应平均大小，以及该大小如何将终端206放置在为了与终端206交互的适当高度。在一些实施例中，地面站140的大小可以按比例增大以容纳更多数量的UAV和/或更大的UAV。在这种情况下，终端206将保持在相似的高度，然而机库模块202的宽度可以显著扩展，以及主干模块208的宽度也可以扩展以容纳用于支持更大构造和更大重量的附加电子设备。冠部模块204的高度可以增加以允许增加地面站140的宽度以容纳更宽的机库模块202。在一些实施例中，这可以允许沿着地面站140的外部布置多个终端。应当注意，虽然在一些实施例中，终端206可以采取仅通过与RFID访问卡交互来激活的不透明表面的形式，但是终端206还可以包括用于输入附加细节的显示屏和触摸界面，该附加细节用于输入或完成递送请求。图2G还说明了机库模块202如何悬于与终端206交互的地面站140的用户之上。这在安全性方面可以是特别有利的，因为它通过屏蔽直接在用户上方的区域而显着地减小了用户与地面站140交互而被着陆或离开的UAV 130踢起或掉落的碎片击中的可能性。

结构支撑描述

图2H示出了地面站140的侧视图。特别地，弯曲的结构支撑构件240被描绘为在地面站140的外部上下延伸。弯曲的结构支撑构件242指示与机库模块202相关联的支撑构件，在机库模块202处于闭合状态时，该支撑构件处于邻接接触。弯曲的结构支撑构件240中的每个可以由三个分离的部分组成，以适应将地面站140分解为机库模块202、冠部模块204和主干模块208。弯曲的结构支撑构件240充当外骨骼，用于加固地面站140的结构。在一些实施例中，地面站还可以包括内部支撑结构以用于进一步加强。地面站140的外表面可以由聚碳酸酯片制成。虽然描述了地面站140的特定结构构造，但不应将其解释为限制性的。例如，地面站140的外部也可以主要由地面站140内部的支撑件来支撑，并且包括较厚的聚碳酸酯片以形成外表面。

图2I-图2J分别示出了地面站140的俯视图和仰视图。特定地，图2I示出了门210如何接触并固定地面站140的顶部。这样，由机库模块202限定的内部体积可以保持安全以防诸如雨或雪等恶劣天气。此外，地面站140的波状顶部防止雨或雪聚集在地面站140的顶部。图2K示出了地面站140的分解图，说明了全部彼此分离的机库模块202、冠部模块204和主干模块208。如图所示，由于地面站140能够被分解成不同的模块，地面站140可以由四人在现场组装而无需重型机械。

图3A示出了被配置用于在与UAV服务120相关联的地面站之间引导UAV交通的一系列显示器。特定地，显示器302、304和306可以被安排为如所示的显示飞行状态信息，以及在UAV服务120标识出意外事件时帮助指挥员做出充分知情下的决定。显示器302被定向为竖式定向并且被配置为显示当前在地面站之间经过的UAV的列表。标记308指示哪些活动的UAV飞行需要直接输入以用于已发生的某个意外事件或路线选择情况。该系统被配置为自主地确定所需输入中的每个的紧迫性，并且将三个最高优先级的决定放置在警告框310中的一个的列表的顶部。显示器304包括示出操作区域的地图，在该操作区域内描述了在显示器302上描绘的活动的UAV飞行。显示器306被保留用于显示与指挥员所需的每个输入相关的细节。尽管在图3A中示出了特定的显示器配置，但是应当理解，显示元素可以被重新布置在单个较大的显示器中，或者以不同的配置来重新布置，以适应不同指挥员的偏好。

图3A示出了显示在显示器302上的数据的特写图。如图所示，飞行列表312中示出了每个活动的飞行的标志符。此外，该特写图示出了如何为警告框310中的每个警告框所需的最高优先级输入提供附加细节。在一些实施例中，所需的最紧急(即优先级1)输入将在显示器306上自动显示给指挥员，而在其他实施例中，指挥员将能够选择警告框310中的一个警告框来响应所需输入中的每个所需输入。

图3C-图3D示出了针对两种不同情况如何显示器306上将决策提供给指挥员的示例。图3C表示UAV比最初估计的更快地耗尽其电池的情况。该警报表明UAV M2-1204被调度为仅以2％的电量着陆。然后要求指挥员在三个不同的动作过程之间做决定，同时被确定为最有可能被选择的选项被突出显示。在该情况下，系统告诉指挥员94％的次数指挥员将选择继续飞行。然而，如果指挥员认为电池异常可能变得更糟糕，或者有可能迎面风力抬升并且变得更糟糕，则他可以选择在位于医院1的地面站紧急着陆或航路点着陆。图3D表示其中UAV被确定为在阈值范围内通过另一飞行器(在这种情况下是直升机)的情况。在这种情况下，指挥员只有两个选项来选择，在迎面而来的飞行器下面飞行或保持住直到该飞行器通过。在每种情况下，给指挥员一个时间帧，在该时间帧内指挥员必须做出决定。所描绘的显示器为指挥员提供了非常迅速的方式来快速理解即将到来的决策以及UAV在任何给定情况下做出的常识动作。这允许一个指挥员以安全的方式操纵大量的活动的UAV。在一些实施例中，UAV的列表可以由多个指挥员共享。在一些实施例中，通过共享一个大的UAV池，两个指挥员可以安全地处理多于单个指挥员所能处理的飞行器的两倍的飞行器，因为有两个指挥员在管理该池允许这些指挥员更有效地处理需要同时做出多个决定的情况。

在一些实施例中，UAV服务120可以包括风险模型，该风险模型被配置为在给定数目的活动的飞行上确定维持安全监督所需的指挥员数目。所需指挥员的数目可以基于天气状况、经确定的无人机自身的可靠性以及历史安全数据的趋势而变化。所需的指挥员的数目还可以取决于被分配来监测活动的飞行的指挥员的经验水平。例如，天气的改变或无人机可靠性的急剧改变可以导致立即需要附加的指挥员来监测给定数目的活动的飞行。在一些实施例中，这可以导致一些活动的飞行需要被转向到附近的站以确保一直维持飞行安全。

在一些实施例中，可以通过有目的地错开活动的飞行的计划起飞和着陆时间来降低并发事件的可能性。由于关键警报更可能发生在起飞和着陆阶段，这可以有助于将监督特定数目的活动的飞行所需的指挥员的数目保持在较低数目。UAV服务120可以被配置为在有可能进一步解除冲突的重叠起飞和着陆时间时将保持次数包括在活动的飞行的路线选择中。

风险模型的高级概览如下：(1)计算飞行中每秒出现需要指挥员输入的事件的概率；(2)给定多个无人机，计算需要指挥员输入的两个或更多个重叠事件同时发生的概率，例如，指挥员需要解决第一事件的相同时间窗口期间出现第二事件；(3)确定指挥员在合理的安全边界内完成所有重叠事件的能力；以及(4)增加场景中的无人机的数目，直到指挥员不能再在安全边界内支持重叠事件。

应当注意，只有在事件是关键的并且不能做出决定可能导致最终失去控制或增加对公众(空中或地面)的风险概率，以及将需要终止飞行以避免使用期限降低或超过安全阈值的高能量碰撞的可能性时，才可以认为事件需要指挥员输入。在确定所需的指挥员数目时，可以从这些风险模型计算中排除可逐步升级的事件，其中该事件仅在被忽略足够长的时间段时才变得关键。

图4A-图4B示出了被配置为为穿越较长距离的UAV提供新电池的功能减少的地面站。图4A示出了地面站的侧视图，该地面站包括具有着陆平台的冠部模块，该着陆平台位于冠部模块的顶部。如图4B所示，这些冠部模块可以被定位在偏僻的位置中(诸如建筑物屋顶)，在该位置中，穿越较长距离的UAV可以快速交换电池并且继续它们的飞行到下一个目的地或另一个电池交换站。在一些实施例中，飞行指挥员可以在逆风强于预期，并且因此UAV在没有新电池不能通过距离到达其目的地的情况下，决定将UAV转向这些站中的一个站。

图4C-图4D示出了被配置为提供UAV停放位置的功能减少的地面站。图4C示出了主要包括机库模块的站。在该实施例中，机库模块可以包括提供电力的附加基座部分和用于运行地面站的其他基础设施组件。在一些实施例中，这种类型的站在UAV需要被存放过夜或等到意外天气状况结束时可以是有用的。在一些实施例中，这种类型的站可以包括摄像头以帮助诊断在UAV正在飞行到另一目的地时所报告的UAV的问题。在收集该数据并将其发送回飞行指挥员之后，飞行指挥员能够确定无人机是否可以继续其飞行，或者是否需要维护人员在可以经历更远的运输之前修理UAV。

图4E示出了缺少机库模块的功能减少的地面站。特别地，功能减少的站可以允许有效负载的乘载和释放，但是将不能在UAV上执行检查或者提供在需要时UAV可以停留在其中的掩体(shelter)。这种类型的站在不太可能出现诸如雨或雪的恶劣天气的区域中特别有用，因为它缺乏保护着陆平台免受雪或雨的累积的能力。

应当注意，尽管这里引用了特定的计算范例和软件工具，但是可以实现本发明主题的实施例的计算机程序指令可以对应于各种编程语言、软件工具和数据格式中的任何一种，并且可以存储在任何类型的易失性或非易失性、非暂态计算机可读存储介质或存储设备中，并且可以根据包括例如客户端/服务器模、对等模型的各种计算模型在独立计算设备上执行，或者根据其中可以在不同位置实现或采用各种功能的分布式计算模型来执行。此外，本文中对特定算法的引用仅作为示例。在不脱离本公开内容的主题范围的情况下，可以采用本领域技术人员已知的合适的备选物或随后开发的备选物。

本领域技术人员还将理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对本文中描述的实现的形式和细节进行改变。此外，虽然已经参考各种实现描述了各种优点、方面和目的，但是本公开的范围不应当通过参考这些优点、方面和目的来做限制。相反，应当参考所附权利要求来确定本公开的范围。

Claims (20)

1.一种有效负载运输系统，包括：

针对无人驾驶飞行器(UAV)的地面站，所述地面站包括：

着陆平台；

交换站，被配置为从被定位在所述着陆平台上的UAV接收有效负载，并且将所述有效负载附接到所述UAV；

多个传感器，其中所述多个传感器的子集被配置为针对障碍物监测和扫描所述地面站附近的空域；以及

处理器，被配置为基于由所述多个传感器的所述子集生成的传感器读数来发出对所述UAV的起飞操作和着陆操作进行授权的指令。

2.根据权利要求1所述的有效负载运输系统，其中所述子集是第一子集，并且其中所述多个传感器的第二子集被配置为：捕获被定位在所述着陆平台上的所述UAV的一个或多个图像。

3.根据权利要求2所述的有效负载运输系统，其中所述处理器还被配置为：响应于所述处理器确定由所述多个传感器的所述第二子集捕获的所述一个或多个图像示出对所述UAV的损坏，发出取消所述UAV的起飞的指令。

4.根据权利要求2所述的有效负载运输系统，其中所述多个传感器的所述第二子集中的一个或多个传感器包括微距镜头。

5.根据权利要求2所述的有效负载运输系统，其中所述多个传感器包括x射线成像设备，所述x射线成像设备被配置为捕获所述UAV的图像以用于应力破裂的检测或微裂纹的检测。

6.根据权利要求2所述的有效负载运输系统，其中所述地面站还包括定心机构，所述定心机构被配置为：将所述UAV定位在所述着陆平台的中心区域，使得所述UAV在所述多个传感器的所述第二子集的视场内。

7.根据权利要求2所述的有效负载运输系统，其中所述障碍物是所述空域内的飞行物体。

8.根据权利要求2所述的有效负载运输系统，其中所述多个传感器的所述第二子集被配置为：仅对所述UAV的第一部分进行成像，所述UAV的第一部分在统计上比所述UAV的第二部分更可能发生故障。

9.根据权利要求1所述的有效负载运输系统，其中所述着陆平台限定开口，并且所述交换站被配置为：通过所述开口从所述UAV接收所述有效负载，并且通过所述开口将所述有效负载附接到所述UAV。

10.根据权利要求9所述的有效负载运输系统，其中所述交换站还被配置为：通过所述开口从所述UAV接收电池，并且通过所述开口将所述电池附接到所述UAV。

11.根据权利要求1所述的有效负载运输系统，还包括：

一个或多个门，被配置为打开和关闭以允许所述UAV进入所述地面站的内部，其中所述着陆平台被布置在所述地面站的所述内部内。

12.根据权利要求1所述的有效负载运输系统，其中所述处理器与所述地面站同地协作。

13.一种方法，包括：

使用地面站的多个传感器的子集来针对障碍物监测和扫描所述地面站附近的空域；以及

基于由所述多个传感器的所述子集生成的传感器读数，从所述地面站的着陆平台发出对无人驾驶飞行器(UAV)的起飞操作和着陆操作进行授权的指令。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括：使用所述地面站的交换站将有效负载附接到被定位在所述着陆平台上的所述UAV。

15.根据权利要求13所述的方法，其中所述子集是第一子集，并且其中所述方法还包括：使用所述多个传感器的第二子集捕获被定位在所述着陆平台上的所述UAV的一个或多个图像。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括：响应于所述处理器确定由所述多个传感器的所述第二子集捕获的所述一个或多个图像示出对所述UAV的损坏，发出取消所述UAV的起飞的指令。

17.根据权利要求13所述的方法，还包括：响应于所述处理器标识所述地面站附近的所述空域内的一个或多个障碍物，发出延迟所述UAV的起飞的指令。

18.根据权利要求13所述的方法，其中所述指令由从所述地面站站点外的处理器发出。

19.一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储指令，所述指令被配置为由一个或多个处理器执行，使所述地面站执行一种方法，所述方法包括：

使用所述地面站的多个传感器的子集来针对障碍物监测和扫描所述地面站附近的空域；以及

使用处理器，基于由所述多个传感器的所述子集生成的传感器读数，从所述地面站的着陆平台发出对无人驾驶飞行器(UAV)的起飞操作和着陆操作进行授权的指令。

20.根据权利要求19所述的非暂态计算机可读存储介质，其中所述子集是第一子集，并且其中所述方法还包括：

使用所述多个传感器的第二子集捕获被定为在所述着陆平台上的所述UAV的一个或多个图像；以及

响应于所述处理器确定由所述多个传感器的所述第二子集捕获的所述一个或多个图像示出对所述UAV的损坏，发出取消所述UAV的起飞的指令。

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