CN115657731A - 基于电源监控的无人机飞行控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了基于电源监控的无人机飞行控制方法，其在无人机飞行过程中，检测电源电池的电量实况，预先判断无人机是否会发生飞行断电情况，并对无人机下方区域进行视觉识别，确定适合降落的地面区域，便于无人机在电量耗尽时进行平稳降落，保证无人机飞行的可控性和安全性。

Description

基于电源监控的无人机飞行控制方法

技术领域

本发明涉及无人机控制的技术领域，特别涉及基于电源监控的无人机飞行控制方法。

背景技术

无人机是通过自身的电池电源为电动机提供电能，电池电源的电量状态直接决定无人机的可持续飞行里程。在无人机执行飞行任务之前，都会对无人机的电池电源进行充电，确保电池电源的电量充足性。但是在无人机实际执行飞行任务的过程中，无人机的实际飞行路程是不确定，使得电池电源的电量消耗速率也是不确定的，导致无人机在飞行过程中发生电池电源电量耗尽的情况，从而危及无人机的飞行安全。目前，只能通过控制人员实时观察电池电源的剩余电量，以此人工控制无人机的飞行状态，这对控制人员的控制能力有较大的要求，同时无法保证无人机能够安全平稳飞行和降落，降低无人机飞行可控性。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供基于电源监控的无人机飞行控制方法，其根据目标基站的飞行控制指令，确定无人机执行飞行任务的预估耗电量，以此指示无人机是否执行飞行控制指令；并在无人机飞行过程中，根据无人机下方区域影像，确定障碍物存在状态信息，以此通过目标基站调整无人机的飞行状态；同时采集无人机的电源电池实时电量信息，以此判断电源电池能否可提供足够电量执行完毕飞行任务；在电源电池未能提供足够电量执行完毕飞行任务，根据下方区域影像，确定合适无人机降落的地面区域，并指示无人机在地面区域进行降落，其在无人机飞行过程中，检测电源电池的电量实况，预先判断无人机是否会发生飞行断电情况，并对无人机下方区域进行视觉识别，确定适合降落的地面区域，便于无人机在电量耗尽时进行平稳降落，保证无人机飞行的可控性和安全性。

本发明提供基于电源监控的无人机飞行控制方法，其包括如下步骤：

步骤S1，当无人机上电后，指示所述无人机进入基站搜索模式，以此使所述无人机与目标基站进行通信连接；根据所述目标基站的飞行控制指令，确定所述无人机执行相应飞行任务对应的预估耗电量；

步骤S2，根据所述预估耗电量，指示所述无人机是否执行所述飞行控制指令；若否，则指示所述无人机切换至待机充电模式；若是，则指示所述无人机沿着预定路径飞行；在所述无人机飞行过程中，对拍摄与分析自身下方区域影像，以此确定所述无人机下方区域的障碍物存在状态信息；

步骤S3，根据所述障碍物存在状态信息，生成相应的飞行调整指令，并通过所述目标基站将所述飞行调整指令发送至所述无人机，以此调整所述无人机的飞行状态；在所述无人机飞行过程中，采集得到所述无人机的电源电池实时电量信息，以此判断所述无人机的电源电池能否可提供足够电量执行完毕所述飞行任务；

步骤S4，若所述电源电池未能提供足够电量执行完毕所述飞行任务，则根据所述下方区域影像，确定合适所述无人机降落的地面区域，并指示所述无人机在所述地面区域进行降落。

进一步，在所述步骤S1中，当无人机上电后，指示所述无人机进入基站搜索模式，以此使所述无人机与目标基站进行通信连接具体包括：

当无人机上电后，指示所述无人机周期性向外界发送连接请求消息；当目标基站接收到所述连接请求消息后，从所述连接请求消息中提取得到所述无人机的设备身份信息，并将所述设备身份信息与预设白名单进行对比；若所述设备身份信息存在于预设白名单，则确定所述无人机基站搜索成功，并构建所述无人机与所述目标基站的通信连接；若所述设备身份信息不存在于预设白名单，则确定所述无人机基站搜索失败，并指示无人机继续周期性向外界发送连接请求消息。

进一步，在所述步骤S1中，根据所述目标基站的飞行控制指令，确定所述无人机执行相应飞行任务对应的预估耗电量具体包括：

当所述无人机与所述目标基站通信连接后，从所述目标基站发送的飞行控制指令中提取得到飞行始发地位置信息和飞行目的地位置信息，以此估计所述无人机执行相应飞行任务对应的飞行路程长度；

再根据所述飞行路程长度和所述无人机的历史飞行单位里程耗电数据，得到所述无人机执行相应飞行任务对应的预估耗电量。

进一步，在所述步骤S2中，根据所述预估耗电量，指示所述无人机是否执行所述飞行控制指令；若否，则指示所述无人机切换至待机充电模式；若是，则指示所述无人机沿着预定路径飞行具体包括：

将所述预估耗电量与所述无人机的电源电池的剩余电量进行比对；若所述预估耗电量大于或等于所述剩余电量，则指示所述无人机不能执行所述飞行控制指令，此时指示所述无人机切换至待机快速充电模式，直到所述电源电池电量充满为止；若所述预估耗电量小于所述剩余电量，则指示所述无人机执行所述飞行控制指令，此时指示所述无人机沿着所述飞行控制指令对应的预定路径飞行。

进一步，在所述步骤S2中，在所述无人机飞行过程中，对拍摄与分析自身下方区域影像，以此确定所述无人机下方区域的障碍物存在状态信息具体包括：

在所述无人机飞行过程中，指示所述无人机自带的摄像头对所述无人机下方区域进行扫描拍摄，得到下方区域影像；

对所述下方区域影像进行障碍物轮廓识别处理，确定所述无人机下方区域的障碍物存在位置信息和障碍物占据空间范围信息。

进一步，在所述步骤S3中，根据所述障碍物存在状态信息，生成相应的飞行调整指令，并通过所述目标基站将所述飞行调整指令发送至所述无人机，以此调整所述无人机的飞行状态具体包括：

根据所述障碍物存在位置信息，确定所述无人机与障碍物的实际距离信息，并根据所述实际距离信息，生成相应的飞行减速指令；

根据所述障碍物占据空间范围信息，确定所述无人机与障碍物最外边缘的相对位置关系信息，并根据所述相对位置关系信息，生成相应的飞行姿态调整指令。

进一步，在所述步骤S3中，在所述无人机飞行过程中，采集得到所述无人机的电源电池实时电量信息，以此判断所述无人机的电源电池能否可提供足够电量执行完毕所述飞行任务具体包括：

在所述无人机飞行过程中，采集得到所述无人机的电源电池实时剩余电量值以及所述电源电池的电量消耗速率值；

根据所述电源电池实时剩余电量值，所述电源电池的电量消耗速率值以及所述无人机的剩余飞行路程长度，判断所述无人机的电源电池能否可提供足够电量执行完毕所述飞行任务。

进一步，在所述步骤S4中，若所述电源电池未能提供足够电量执行完毕所述飞行任务，则根据所述下方区域影像，确定合适所述无人机降落的地面区域，并指示所述无人机在所述地面区域进行降落具体包括：

所述电源电池未能提供足够电量执行完毕所述飞行任务，则对所述下方区域影像进行地面地形识别处理，从所述无人机下方地面区域中筛选出至少一个满足预设面积条件的平整地面区域，并将与所述无人机距离最近的平整地面区域作为合适所述无人机降落的地面区域；

再指示所述无人机切换至预设降落模式，从而降落在合适所述无人机降落的地面区域。

进一步，在所述步骤S4中，从所述无人机下方地面区域中筛选出至少一个满足预设面积条件的平整地面区域，并将与所述无人机距离最近的平整地面区域作为合适所述无人机降落的地面区域；再指示所述无人机切换至预设降落模式，从而降落在合适所述无人机降落的地面区域具体包括：

若识别到所述无人机下方地面区域存在水面区域，则检测无人机下方地面区域是否全部为水面区域，若不全部为水面区域，则判断所述无人机下方地面区域的非水面区域中是否能筛选出至少一个满足预设面积条件的平整地面区域，若能筛选出至少一个满足预设面积条件的平整地面区域，则将与所述无人机距离最近的平整地面区域作为合适所述无人机降落的地面区域，再指示所述无人机切换至预设降落模式，从而降落在合适所述无人机降落的地面区域；若不能筛选出至少一个满足预设面积条件的平整地面区域，则根据当前无人机距离水面的高度值，控制所述无人机上自带的气囊装置的充气时间，同时检测当前剩余电量是否满足所述充气时间的要求，若不能满足所述充气时间要求，则对所述气囊装置进行充气的同时开始指示所述无人机下降至相应高度位置，若能满足所述充气时间要求，则在对气囊装置充气相应的充气时间后，开始指示无人机的摄像头进入扫描拍摄模式，确定无人机下方水面区域以外的地方是否存在非水面区域，若存在非水面区域，则控制所述无人机用剩余的电量飞向所述非水面区域方向，若能飞到所述非水面区域，则指示所述无人机切换至预设降落模式，若电量耗尽，则气囊装置对所述无人机进行缓冲以及漂浮在水面上，其过程为：

步骤S401，若识别到所述无人机下方地面区域存在水面区域，则利用下面公式(1)，根据当前无人机距离水面的高度值，控制所述无人机上自带的气囊装置的充气时间，

在上述公式(1)中，T表示所述无人机上自带的气囊装置的控制充气时间；m表示所述无人机自身的质量；g表示重力加速度；ρ表示水的密度；Q表示所述无人机上自带的气囊装置的气体流速值，即每秒充入气囊装置的气体体积量；T₀表示单位时间，同时也是所述无人机预设的入水时间，其取值1s；t表示当前时刻；H(t)表示当前时刻所述无人机距离水面的高度值；

步骤S402，利用下面公式(2)，判断当前无人机剩余电量是否满足上述步骤S401得到的充气时间的要求，

在上述公式(2)中，E(t)表示当前时刻所述无人机剩余电量是否满足上述步骤S401得到的充气时间的要求的判定值；W表示所述无人机满电量的电能值；T_M表示所述无人机在满电量起飞悬停的状态下能够对所述带的气囊装置的最长充气时间；w(t)表示当前时刻所述无人机剩余电量电能值；

若E(t)＝1，则表示当前时刻所述无人机剩余电量满足上述步骤S401得到的充气时间的要求，则在对气囊充气T时间后开始指示无人机的摄像头进入扫描拍摄模式，确定无人机下方水面区域以外的地方是否存在非水面区域，若存在非水面区域，则控制所述无人机用剩余的电量飞向所述非水面区域方向，若能飞到所述非水面区域，则指示所述无人机切换至预设降落模式，若电量耗尽，则气囊装置对所述无人机进行缓冲以及漂浮在水面上；

若E(t)＝0，则表示当前时刻所述无人机剩余电量不满足上述步骤S401得到的充气时间的要求，则进行下面步骤S403；

步骤S403,利用公式(3)，得到所述无人机下降至相应高度位置对应的下降高度值，从而使所述无人机的剩余电量能够所述无人机下降至所述高度位置后气囊装置的充气时间的要求，

在上述公式(3)中，Δh表示所述无人机的下降高度值。

相比于现有技术，该基于电源监控的无人机飞行控制方法根据目标基站的飞行控制指令，确定无人机执行飞行任务的预估耗电量，以此指示无人机是否执行飞行控制指令；并在无人机飞行过程中，根据无人机下方区域影像，确定障碍物存在状态信息，以此通过目标基站调整无人机的飞行状态；同时采集无人机的电源电池实时电量信息，以此判断电源电池能否可提供足够电量执行完毕飞行任务；在电源电池未能提供足够电量执行完毕飞行任务，根据下方区域影像，确定合适无人机降落的地面区域，并指示无人机在地面区域进行降落，其在无人机飞行过程中，检测电源电池的电量实况，预先判断无人机是否会发生飞行断电情况，并对无人机下方区域进行视觉识别，确定适合降落的地面区域，便于无人机在电量耗尽时进行平稳降落，保证无人机飞行的可控性和安全性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明提供的基于电源监控的无人机飞行控制方法的流程示意图。

具体实施方式

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。

参阅图1，为本发明实施例提供的基于电源监控的无人机飞行控制方法的流程示意图。该基于电源监控的无人机飞行控制方法包括如下步骤：

步骤S1，当无人机上电后，指示该无人机进入基站搜索模式，以此使该无人机与目标基站进行通信连接；根据该目标基站的飞行控制指令，确定该无人机执行相应飞行任务对应的预估耗电量；

步骤S2，根据该预估耗电量，指示该无人机是否执行该飞行控制指令；若否，则指示该无人机切换至待机充电模式；若是，则指示该无人机沿着预定路径飞行；在该无人机飞行过程中，对拍摄与分析自身下方区域影像，以此确定该无人机下方区域的障碍物存在状态信息；

步骤S3，根据该障碍物存在状态信息，生成相应的飞行调整指令，并通过该目标基站将该飞行调整指令发送至该无人机，以此调整该无人机的飞行状态；在该无人机飞行过程中，采集得到该无人机的电源电池实时电量信息，以此判断该无人机的电源电池能否可提供足够电量执行完毕该飞行任务；

步骤S4，若该电源电池未能提供足够电量执行完毕该飞行任务，则根据该下方区域影像，确定合适该无人机降落的地面区域，并指示该无人机在该地面区域进行降落。

上述技术方案的有益效果为：该基于电源监控的无人机飞行控制方法根据目标基站的飞行控制指令，确定无人机执行飞行任务的预估耗电量，以此指示无人机是否执行飞行控制指令；并在无人机飞行过程中，根据无人机下方区域影像，确定障碍物存在状态信息，以此通过目标基站调整无人机的飞行状态；同时采集无人机的电源电池实时电量信息，以此判断电源电池能否可提供足够电量执行完毕飞行任务；在电源电池未能提供足够电量执行完毕飞行任务，根据下方区域影像，确定合适无人机降落的地面区域，并指示无人机在地面区域进行降落，其在无人机飞行过程中，检测电源电池的电量实况，预先判断无人机是否会发生飞行断电情况，并对无人机下方区域进行视觉识别，确定适合降落的地面区域，便于无人机在电量耗尽时进行平稳降落，保证无人机飞行的可控性和安全性。

优选地，在该步骤S1中，当无人机上电后，指示该无人机进入基站搜索模式，以此使该无人机与目标基站进行通信连接具体包括：

当无人机上电后，指示该无人机周期性向外界发送连接请求消息；当目标基站接收到该连接请求消息后，从该连接请求消息中提取得到该无人机的设备身份信息，并将该设备身份信息与预设白名单进行对比；若该设备身份信息存在于预设白名单，则确定该无人机基站搜索成功，并构建该无人机与该目标基站的通信连接；若该设备身份信息不存在于预设白名单，则确定该无人机基站搜索失败，并指示无人机继续周期性向外界发送连接请求消息。

上述技术方案的有益效果为：当无人机接通电源电池后，无人机首先进入基站搜索模式，其周期性向外界发送请求连接消息，接收到该请求连接消息的目标基站会对该请求连接消息进行识别处理，判断无人机的设备身份信息是否存在于预设白名单中，便于实现无人机与目标基站的匹配连接，保证目标基站获得对无人机的控制权限。

优选地，在该步骤S1中，根据该目标基站的飞行控制指令，确定该无人机执行相应飞行任务对应的预估耗电量具体包括：

当该无人机与该目标基站通信连接后，从该目标基站发送的飞行控制指令中提取得到飞行始发地位置信息和飞行目的地位置信息，以此估计该无人机执行相应飞行任务对应的飞行路程长度；

再根据该飞行路程长度和该无人机的历史飞行单位里程耗电数据，得到该无人机执行相应飞行任务对应的预估耗电量。

上述技术方案的有益效果为：当无人机与目标基站通信连接后，目标基站会向无人机发送飞行控制指令，以此控制无人机从相应起始位置起飞并飞行至目的位置，这样根据估计得到的无人机执行飞行任务对应的飞行路程长度，并集合无人机的历史飞行单位里程耗电数据(即无人机在历史飞行记录中统计得到的飞行单位里程的耗电量)，即可较为准确得到执行当前飞行任务对应的预估耗电量，为无人机是否执行相应飞行任务提供可靠的依据。

优选地，在该步骤S2中，根据该预估耗电量，指示该无人机是否执行该飞行控制指令；若否，则指示该无人机切换至待机充电模式；若是，则指示该无人机沿着预定路径飞行具体包括：

将该预估耗电量与该无人机的电源电池的剩余电量进行比对；若该预估耗电量大于或等于该剩余电量，则指示该无人机不能执行该飞行控制指令，此时指示该无人机切换至待机快速充电模式，直到该电源电池电量充满为止；若该预估耗电量小于该剩余电量，则指示该无人机执行该飞行控制指令，此时指示该无人机沿着该飞行控制指令对应的预定路径飞行。

上述技术方案的有益效果为：通过上述方式，以该预估耗电量为基准，指示无人机是否接收执行该飞行控制指令，保证无人机只有在电源电池电量充足的情况下，才能执行相应的飞行任务。

优选地，在该步骤S2中，在该无人机飞行过程中，对拍摄与分析自身下方区域影像，以此确定该无人机下方区域的障碍物存在状态信息具体包括：

在该无人机飞行过程中，指示该无人机自带的摄像头对该无人机下方区域进行扫描拍摄，得到下方区域影像；

对该下方区域影像进行障碍物轮廓识别处理，确定该无人机下方区域的障碍物存在位置信息和障碍物占据空间范围信息。

上述技术方案的有益效果为：通过上述方式，在无人机飞行过程中，指示无人机自带的摄像头瞄准无人机的下方区域进行拍摄，从而对下方区域进行障碍物的视觉识别。

优选地，在该步骤S3中，根据该障碍物存在状态信息，生成相应的飞行调整指令，并通过该目标基站将该飞行调整指令发送至该无人机，以此调整该无人机的飞行状态具体包括：

根据该障碍物存在位置信息，确定该无人机与障碍物的实际距离信息，并根据该实际距离信息，生成相应的飞行减速指令；

根据该障碍物占据空间范围信息，确定该无人机与障碍物最外边缘的相对位置关系信息，并根据该相对位置关系信息，生成相应的飞行姿态调整指令。

上述技术方案的有益效果为：在实际工作中，当无人机与障碍物之间的实际距离小于或等于预设距离阈值，则生成相应的飞行减速指令，使得无人机能够进行及时的减速，避免与障碍物发生碰撞。此外，根据无人机与障碍物最外边缘的相对位置关系信息(即无人机与障碍物最外边缘的相对方位关系)，生成相应的飞行姿态调整指令，以此调整无人机的飞行俯仰角和/或航向角，避免与障碍物发生碰撞。

优选地，在该步骤S3中，在该无人机飞行过程中，采集得到该无人机的电源电池实时电量信息，以此判断该无人机的电源电池能否可提供足够电量执行完毕该飞行任务具体包括：

在该无人机飞行过程中，采集得到该无人机的电源电池实时剩余电量值以及该电源电池的电量消耗速率值；

根据该电源电池实时剩余电量值，该电源电池的电量消耗速率值以及该无人机的剩余飞行路程长度，判断该无人机的电源电池能否可提供足够电量执行完毕该飞行任务。

上述技术方案的有益效果为：通过上述方式，以电源电池实时剩余电量值，电源电池的电量消耗速率值以及无人机的剩余飞行路程长度为基准，根据无人机的电源电池的电量消耗模型，判断无人机的电源电池能否可提供足够电量执行完毕飞行任务，以此确定无人机是否需要进行降落。

优选地，在该步骤S4中，若该电源电池未能提供足够电量执行完毕该飞行任务，则根据该下方区域影像，确定合适该无人机降落的地面区域，并指示该无人机在该地面区域进行降落具体包括：

该电源电池未能提供足够电量执行完毕该飞行任务，则对该下方区域影像进行地面地形识别处理，从该无人机下方地面区域中筛选出至少一个满足预设面积条件的平整地面区域，并将与该无人机距离最近的平整地面区域作为合适该无人机降落的地面区域；

再指示该无人机切换至预设降落模式，从而降落在合适该无人机降落的地面区域。

上述技术方案的有益效果为：通过上述方式，在电源电池未能提供足够电量执行完毕飞行任务时，对下方区域影像进行地面地形识别处理，以此寻找最适合无人机降落的地面区域，便于无人机进行平稳安全的降落。其中，该预设面积条件是指平整地面区域的面积大于或等于无人机的螺旋桨运动过程中的最大覆盖面积。

优选地，在该步骤S4中，从该无人机下方地面区域中筛选出至少一个满足预设面积条件的平整地面区域，并将与该无人机距离最近的平整地面区域作为合适该无人机降落的地面区域；再指示该无人机切换至预设降落模式，从而降落在合适该无人机降落的地面区域具体包括：

若识别到该无人机下方地面区域存在水面区域，则检测无人机下方地面区域是否全部为水面区域，若不全部为水面区域，则判断该无人机下方地面区域的非水面区域中是否能筛选出至少一个满足预设面积条件的平整地面区域，若能筛选出至少一个满足预设面积条件的平整地面区域，则将与该无人机距离最近的平整地面区域作为合适该无人机降落的地面区域，再指示该无人机切换至预设降落模式，从而降落在合适该无人机降落的地面区域；若不能筛选出至少一个满足预设面积条件的平整地面区域，则根据当前无人机距离水面的高度值，控制该无人机上自带的气囊装置的充气时间，同时检测当前剩余电量是否满足该充气时间的要求，若不能满足该充气时间要求，则对该气囊装置进行充气的同时开始指示该无人机下降至相应高度位置，若能满足该充气时间要求，则在对气囊装置充气相应的充气时间后，开始指示无人机的摄像头进入扫描拍摄模式，确定无人机下方水面区域以外的地方是否存在非水面区域，若存在非水面区域，则控制该无人机用剩余的电量飞向该非水面区域方向，若能飞到该非水面区域，则指示该无人机切换至预设降落模式，若电量耗尽，则气囊装置对该无人机进行缓冲以及漂浮在水面上，其过程为：

步骤S401，若识别到该无人机下方地面区域存在水面区域，则利用下面公式(1)，根据当前无人机距离水面的高度值，控制该无人机上自带的气囊装置的充气时间，

在上述公式(1)中，T表示该无人机上自带的气囊装置的控制充气时间；m表示该无人机自身的质量；g表示重力加速度；ρ表示水的密度；Q表示该无人机上自带的气囊装置的气体流速值，即每秒充入气囊装置的气体体积量；T₀表示单位时间，同时也是该无人机预设的入水时间，其取值1s；t表示当前时刻；H(t)表示当前时刻该无人机距离水面的高度值；

步骤S402，利用下面公式(2)，判断当前无人机剩余电量是否满足上述步骤S401得到的充气时间的要求，

在上述公式(2)中，E(t)表示当前时刻该无人机剩余电量是否满足上述步骤S401得到的充气时间的要求的判定值；W表示该无人机满电量的电能值；T_M表示该无人机在满电量起飞悬停的状态下能够对该带的气囊装置的最长充气时间；w(t)表示当前时刻该无人机剩余电量电能值；

若E(t)＝1，则表示当前时刻该无人机剩余电量满足上述步骤S401得到的充气时间的要求，则在对气囊充气T时间后开始指示无人机的摄像头进入扫描拍摄模式，确定无人机下方水面区域以外的地方是否存在非水面区域，若存在非水面区域，则控制该无人机用剩余的电量飞向该非水面区域方向，若能飞到该非水面区域，则指示该无人机切换至预设降落模式，若电量耗尽，则气囊装置对该无人机进行缓冲以及漂浮在水面上；

若E(t)＝0，则表示当前时刻该无人机剩余电量不满足上述步骤S401得到的充气时间的要求，则进行下面步骤S403；

步骤S403,利用公式(3)，得到该无人机下降至相应高度位置对应的下降高度值，从而使该无人机的剩余电量能够该无人机下降至该高度位置后气囊装置的充气时间的要求，

在上述公式(3)中，Δh表示该无人机的下降高度值。

上述技术方案的有益效果为：利用上述公式(1)，根据当前无人机距离水面的高度值，控制无人机上自带的气囊装置的充气时间，从而在无人机下方都是水时对气囊进行相应的充气，从而在无人机落水时可以减小冲击同时还可以将无人机漂浮在水上；然后利用上述公式(2)，判断当前无人机剩余电量是否能满足之前得到的充气时间的要求，防止无人机当前高度过高导致当前电能无法充足足够气囊的气体进行缓冲，保证无人机系统的可靠性以及安全性；最后利用上述公式(3)，得到无人机的控制下降高度，从而使得无人机直至下降至的高度值得到的气囊装置的充气时间剩余电量可以满足，确保无人机降落的安全性。

从上述实施例的内容可知，该该基于电源监控的无人机飞行控制方法根据目标基站的飞行控制指令，确定无人机执行飞行任务的预估耗电量，以此指示无人机是否执行飞行控制指令；并在无人机飞行过程中，根据无人机下方区域影像，确定障碍物存在状态信息，以此通过目标基站调整无人机的飞行状态；同时采集无人机的电源电池实时电量信息，以此判断电源电池能否可提供足够电量执行完毕飞行任务；在电源电池未能提供足够电量执行完毕飞行任务，根据下方区域影像，确定合适无人机降落的地面区域，并指示无人机在地面区域进行降落，其在无人机飞行过程中，检测电源电池的电量实况，预先判断无人机是否会发生飞行断电情况，并对无人机下方区域进行视觉识别，确定适合降落的地面区域，便于无人机在电量耗尽时进行平稳降落，保证无人机飞行的可控性和安全性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.基于电源监控的无人机飞行控制方法，其特征在于，其包括如下步骤：

步骤S1，当无人机上电后，指示所述无人机进入基站搜索模式，以此使所述无人机与目标基站进行通信连接；根据所述目标基站的飞行控制指令，确定所述无人机执行相应飞行任务对应的预估耗电量；

步骤S2，根据所述预估耗电量，指示所述无人机是否执行所述飞行控制指令；若否，则指示所述无人机切换至待机充电模式；若是，则指示所述无人机沿着预定路径飞行；在所述无人机飞行过程中，对拍摄与分析自身下方区域影像，以此确定所述无人机下方区域的障碍物存在状态信息；

步骤S3，根据所述障碍物存在状态信息，生成相应的飞行调整指令，并通过所述目标基站将所述飞行调整指令发送至所述无人机，以此调整所述无人机的飞行状态；在所述无人机飞行过程中，采集得到所述无人机的电源电池实时电量信息，以此判断所述无人机的电源电池能否可提供足够电量执行完毕所述飞行任务；

步骤S4，若所述电源电池未能提供足够电量执行完毕所述飞行任务，则根据所述下方区域影像，确定合适所述无人机降落的地面区域，并指示所述无人机在所述地面区域进行降落。

2.如权利要求1所述的基于电源监控的无人机飞行控制方法，其特征在于：在所述步骤S1中，当无人机上电后，指示所述无人机进入基站搜索模式，以此使所述无人机与目标基站进行通信连接具体包括：

当无人机上电后，指示所述无人机周期性向外界发送连接请求消息；当目标基站接收到所述连接请求消息后，从所述连接请求消息中提取得到所述无人机的设备身份信息，并将所述设备身份信息与预设白名单进行对比；若所述设备身份信息存在于预设白名单，则确定所述无人机基站搜索成功，并构建所述无人机与所述目标基站的通信连接；若所述设备身份信息不存在于预设白名单，则确定所述无人机基站搜索失败，并指示无人机继续周期性向外界发送连接请求消息。

3.如权利要求2所述的基于电源监控的无人机飞行控制方法，其特征在于：在所述步骤S1中，根据所述目标基站的飞行控制指令，确定所述无人机执行相应飞行任务对应的预估耗电量具体包括：

当所述无人机与所述目标基站通信连接后，从所述目标基站发送的飞行控制指令中提取得到飞行始发地位置信息和飞行目的地位置信息，以此估计所述无人机执行相应飞行任务对应的飞行路程长度；

再根据所述飞行路程长度和所述无人机的历史飞行单位里程耗电数据，得到所述无人机执行相应飞行任务对应的预估耗电量。

4.如权利要求3所述的基于电源监控的无人机飞行控制方法，其特征在于：在所述步骤S2中，根据所述预估耗电量，指示所述无人机是否执行所述飞行控制指令；若否，则指示所述无人机切换至待机充电模式；若是，则指示所述无人机沿着预定路径飞行具体包括：

将所述预估耗电量与所述无人机的电源电池的剩余电量进行比对；若所述预估耗电量大于或等于所述剩余电量，则指示所述无人机不能执行所述飞行控制指令，此时指示所述无人机切换至待机快速充电模式，直到所述电源电池电量充满为止；若所述预估耗电量小于所述剩余电量，则指示所述无人机执行所述飞行控制指令，此时指示所述无人机沿着所述飞行控制指令对应的预定路径飞行。

5.如权利要求4所述的基于电源监控的无人机飞行控制方法，其特征在于：在所述步骤S2中，在所述无人机飞行过程中，对拍摄与分析自身下方区域影像，以此确定所述无人机下方区域的障碍物存在状态信息具体包括：

在所述无人机飞行过程中，指示所述无人机自带的摄像头对所述无人机下方区域进行扫描拍摄，得到下方区域影像；

对所述下方区域影像进行障碍物轮廓识别处理，确定所述无人机下方区域的障碍物存在位置信息和障碍物占据空间范围信息。

6.如权利要求5所述的基于电源监控的无人机飞行控制方法，其特征在于：在所述步骤S3中，根据所述障碍物存在状态信息，生成相应的飞行调整指令，并通过所述目标基站将所述飞行调整指令发送至所述无人机，以此调整所述无人机的飞行状态具体包括：

根据所述障碍物存在位置信息，确定所述无人机与障碍物的实际距离信息，并根据所述实际距离信息，生成相应的飞行减速指令；

根据所述障碍物占据空间范围信息，确定所述无人机与障碍物最外边缘的相对位置关系信息，并根据所述相对位置关系信息，生成相应的飞行姿态调整指令。

7.如权利要求6所述的基于电源监控的无人机飞行控制方法，其特征在于：在所述步骤S3中，在所述无人机飞行过程中，采集得到所述无人机的电源电池实时电量信息，以此判断所述无人机的电源电池能否可提供足够电量执行完毕所述飞行任务具体包括：

在所述无人机飞行过程中，采集得到所述无人机的电源电池实时剩余电量值以及所述电源电池的电量消耗速率值；

根据所述电源电池实时剩余电量值，所述电源电池的电量消耗速率值以及所述无人机的剩余飞行路程长度，判断所述无人机的电源电池能否可提供足够电量执行完毕所述飞行任务。

8.如权利要求7所述的基于电源监控的无人机飞行控制方法，其特征在于：在所述步骤S4中，若所述电源电池未能提供足够电量执行完毕所述飞行任务，则根据所述下方区域影像，确定合适所述无人机降落的地面区域，并指示所述无人机在所述地面区域进行降落具体包括：

所述电源电池未能提供足够电量执行完毕所述飞行任务，则对所述下方区域影像进行地面地形识别处理，从所述无人机下方地面区域中筛选出至少一个满足预设面积条件的平整地面区域，并将与所述无人机距离最近的平整地面区域作为合适所述无人机降落的地面区域；

再指示所述无人机切换至预设降落模式，从而降落在合适所述无人机降落的地面区域。

9.如权利要求8所述的基于电源监控的无人机飞行控制方法，其特征在于：在所述步骤S4中，从所述无人机下方地面区域中筛选出至少一个满足预设面积条件的平整地面区域，并将与所述无人机距离最近的平整地面区域作为合适所述无人机降落的地面区域；再指示所述无人机切换至预设降落模式，从而降落在合适所述无人机降落的地面区域具体包括：

若识别到所述无人机下方地面区域存在水面区域，则检测无人机下方地面区域是否全部为水面区域，若不全部为水面区域，则判断所述无人机下方地面区域的非水面区域中是否能筛选出至少一个满足预设面积条件的平整地面区域，若能筛选出至少一个满足预设面积条件的平整地面区域，则将与所述无人机距离最近的平整地面区域作为合适所述无人机降落的地面区域，再指示所述无人机切换至预设降落模式，从而降落在合适所述无人机降落的地面区域；若不能筛选出至少一个满足预设面积条件的平整地面区域，则根据当前无人机距离水面的高度值，控制所述无人机上自带的气囊装置的充气时间，同时检测当前剩余电量是否满足所述充气时间的要求，若不能满足所述充气时间要求，则对所述气囊装置进行充气的同时开始指示所述无人机下降至相应高度位置，若能满足所述充气时间要求，则在对气囊装置充气相应的充气时间后，开始指示无人机的摄像头进入扫描拍摄模式，确定无人机下方水面区域以外的地方是否存在非水面区域，若存在非水面区域，则控制所述无人机用剩余的电量飞向所述非水面区域方向，若能飞到所述非水面区域，则指示所述无人机切换至预设降落模式，若电量耗尽，则气囊装置对所述无人机进行缓冲以及漂浮在水面上，其过程为：

步骤S401，若识别到所述无人机下方地面区域存在水面区域，则利用下面公式(1)，根据当前无人机距离水面的高度值，控制所述无人机上自带的气囊装置的充气时间，

在上述公式(1)中，T表示所述无人机上自带的气囊装置的控制充气时间；m表示所述无人机自身的质量；g表示重力加速度；ρ表示水的密度；Q表示所述无人机上自带的气囊装置的气体流速值，即每秒充入气囊装置的气体体积量；T₀表示单位时间，同时也是所述无人机预设的入水时间，其取值1s；t表示当前时刻；H(t)表示当前时刻所述无人机距离水面的高度值；

步骤S402，利用下面公式(2)，判断当前无人机剩余电量是否满足上述步骤S401得到的充气时间的要求，

在上述公式(2)中，E(t)表示当前时刻所述无人机剩余电量是否满足上述步骤S401得到的充气时间的要求的判定值；W表示所述无人机满电量的电能值；T_M表示所述无人机在满电量起飞悬停的状态下能够对所述带的气囊装置的最长充气时间；w(t)表示当前时刻所述无人机剩余电量电能值；

若E(t)＝1，则表示当前时刻所述无人机剩余电量满足上述步骤S401得到的充气时间的要求，则在对气囊充气T时间后开始指示无人机的摄像头进入扫描拍摄模式，确定无人机下方水面区域以外的地方是否存在非水面区域，若存在非水面区域，则控制所述无人机用剩余的电量飞向所述非水面区域方向，若能飞到所述非水面区域，则指示所述无人机切换至预设降落模式，若电量耗尽，则气囊装置对所述无人机进行缓冲以及漂浮在水面上；

若E(t)＝0，则表示当前时刻所述无人机剩余电量不满足上述步骤S401得到的充气时间的要求，则进行下面步骤S403；

步骤S403,利用公式(3)，得到所述无人机下降至相应高度位置对应的下降高度值，从而使所述无人机的剩余电量能够所述无人机下降至所述高度位置后气囊装置的充气时间的要求，

在上述公式(3)中，Δh表示所述无人机的下降高度值。

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