CN116149376A - 一种基于装配式建筑平台的无人机巡航的控制方法 - Google Patents
一种基于装配式建筑平台的无人机巡航的控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116149376A CN116149376A CN202310431124.4A CN202310431124A CN116149376A CN 116149376 A CN116149376 A CN 116149376A CN 202310431124 A CN202310431124 A CN 202310431124A CN 116149376 A CN116149376 A CN 116149376A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- unmanned aerial
- aerial vehicle
- cruising
- digital twin
- entity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims abstract description 34
- 230000006854 communication Effects 0.000 claims abstract description 24
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 24
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 20
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 15
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims description 13
- 238000007726 management method Methods 0.000 claims description 10
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 10
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 claims description 9
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 claims description 9
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 7
- 230000007175 bidirectional communication Effects 0.000 claims description 5
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 15
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 2
- 238000013473 artificial intelligence Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
- G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
- G05D1/101—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft
- G05D1/104—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft involving a plurality of aircrafts, e.g. formation flying
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于装配式建筑平台的无人机巡航的控制方法,该方法包括以下步骤:S1、利用数字孪生技术构建以BIM模型为基础的装配式建筑平台;S2、基于物理实体构建无人机数字孪生体并导入装配式建筑平台;S3、工作人员利用可视化管理控制中心输入无人机的综合巡航任务;S4、根据任务需求进行虚拟无人机群组建、任务分解及仿真模拟;S5、将巡航任务分发至实体无人机群并设定领导无人机与跟随无人机;S6、实体无人机群采用双向通信协同控制方式进行自适应巡航;S7、实时获取实体无人机群巡航数据并导入装配式建筑平台。本发明通过利用装配式建筑平台,能减少实际场景中的安全风险,提高无人机群的控制效率和精确度。
Description
技术领域
本发明涉及无人机巡航控制技术领域,具体来说,涉及一种基于装配式建筑平台的无人机巡航的控制方法。
背景技术
随着工业技术的发展,装配式建筑以其建造速度快、生产成本低、节能环保等显著优势逐渐走入大众视野。装配式建筑的建筑部品均由车间生产,使得现场浇注作业大大减少。装配式建筑平台通常由模块化的建筑单元组成,这些单元可以灵活组合,以适应不同的建筑需求。在制造过程中,这些单元可以在工厂中进行标准化的生产和质量控制,以确保每个单元的质量和一致性。
此外,构件设计的标准化和管理的信息化以及工厂数字化管理极大的提升装配式建筑的性价比。这种建筑方式可以提高建筑的质量和效率,同时也可以减少建筑垃圾和建筑工地对环境的影响。
BIM技术的发展,如同为装配式建筑更换上更先进的“引擎”,装配式建筑关键在于构件,BIM能够为构件的生产提供数据,同时可将数据提供给施工单位,便于及时作出施工计划,提升装配效率。施工过程中,应用BIM进行装配模拟,还原真实的现场施工过程,及时发现施工过程中可能出现的问题并制定解决方案。
随着无人机技术飞速发展,利用无人机采集建筑工地的实景图像,并将实景图像传输至装配式建筑云协同平台进行三维建模并显示,从而使得工作人员能够通过无人机拍摄的结果清楚地了解建筑物所处的生命周期的阶段,从而掌握工程的当前进度。相对于人工拍摄而言能够更加高效、便捷。
目前的无人机自动巡航控制方法通常是单独控制每个无人机,缺乏对无人机群体的协同控制,导致无法实现更高效、更灵活的飞行任务,在面对大型建筑或建筑群时,单个无人机无法满足高效快速的功能需求。并且,现有无人机自动巡航的控制方法通常采用预先设定的飞行路径,无法实时监测无人机的具体飞行情况,如飞行速度、高度等参数是否稳定,是否存在障碍物等,导致无法及时调整巡航策略,适应性不足。
针对相关技术中的问题,目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的问题,本发明提出一种基于装配式建筑平台的无人机巡航的控制方法,以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
为此,本发明采用的具体技术方案如下:
一种基于装配式建筑平台的无人机巡航的控制方法,该方法包括以下步骤:
S1、利用数字孪生技术构建以BIM模型为基础的装配式建筑平台;
S2、基于物理实体构建无人机数字孪生体并导入装配式建筑平台;
S3、工作人员利用可视化管理控制中心输入无人机的综合巡航任务;
S4、根据任务需求进行虚拟无人机群组建、任务分解及仿真模拟;
S5、将巡航任务分发至实体无人机群并设定领导无人机与跟随无人机;
S6、实体无人机群采用双向通信协同控制方式进行自适应巡航;
S7、实时获取实体无人机群巡航数据并导入装配式建筑平台。
进一步的,无人机数字孪生体分别通过OPCUA、TCP/UDP、Web Service通信接口实现数据的实时采集、远程通信和多源动态数据的实时更新,且通过人机接口和数据库接口,实现数字孪生体与物理实体的实时交互及同步反馈。
进一步的,根据任务需求进行虚拟无人机群组建、任务分解及仿真模拟包括以下步骤:
S41、获取实际可投入巡航运行的无人机实体的数量,作为数量阈值;
S42、将综合巡航任务导入装配式建筑平台确认巡航范围;
S43、根据巡航范围确认无人机实际需求量并组建虚拟无人机群;
S44、根据虚拟无人机群对综合巡航任务进行分解,生成每个无人机数字孪生体各自对应的巡航子任务;
S45、将虚拟无人机群及巡航子任务导入装配式建筑平台中进行仿真模拟,确认最终的巡航任务。
进一步的,根据巡航范围确认无人机实际需求量并组建虚拟无人机群包括以下步骤:
S431、设定无人机数字孪生体的常规巡航速度;
S432、在巡航范围内设定若干模拟巡航点并计算总巡航路程;
S433、获取无人机实体的理论续航并导入装配式建筑平台,结合常规巡航速度计算每个无人机数字孪生体的常规路程;
S434、计算总巡航路程除以常规路程的商Z,选取Z+2个无人机数字孪生体作为实际需求量组建虚拟无人机群,若Z+2大于数量阈值,则返回步骤S431。
进一步的,在巡航范围内设定若干模拟巡航点并计算总巡航路程包括以下步骤:
S4321、提取巡航范围中包括的巡航面积与巡航高度数据;
S4322、以巡航范围内的参数数据构建三维空间坐标系;
S4323、定位巡航范围内待巡航建筑,并设定若干模拟巡航点;
S4324、按照由低至高、由左至右的顺序连接若干模拟巡航点作为常规路径,并计算常规路径的总巡航路程,计算公式为:
式中,D表示总巡航路程;n表示模拟巡航点数量;(x i ,y i ,z i )分别表示第i个模拟巡航点的坐标值。
进一步的,根据虚拟无人机群对综合巡航任务进行分解,生成每个无人机数字孪生体各自对应的巡航子任务包括以下步骤:
S441、对巡航范围内的建筑高度进行统计,获得建筑总高度;
S442、根据虚拟无人机群中无人机数字孪生体的数量对建筑总高度进行等分,每个高度分段均设置一个无人机数字孪生体作为各自的巡航子范围;
S443、设定无人机数字孪生体与建筑表面之间的安全距离,并统计无人机数字孪生体围绕建筑一圈的单位路程;
S444、在巡航子范围内设置若干围绕建筑的实际巡航点,并对实际巡航点进行连接形成巡航路径,作为单个无人机数字孪生体的巡航子任务。
进一步的,实体无人机群采用双向通信协同控制方式进行自适应巡航包括以下步骤:
S61、建立领导无人机与若干跟随无人机间的双向通信通道;
S62、实体无人机群内的所有无人机实体按照各自的巡航子任务飞向对应起始的实际巡航点,在全部到达后同时按照各自路径进行巡航;
S63、设定主控无人机与跟随无人机的初始巡航速度;
S64、无人机实体在巡航过程中对建筑实时监测;
S65、无人机实体根据监测结果对巡航任务进行自适应修正,同时利用协同控制算法实现实体无人机群同步更新。
进一步的,双向通信通道采用WPA2网络安全协议;初始巡航速度大于常规巡航速度。
进一步的,无人机实体根据监测结果对巡航任务进行自适应修正,同时利用协同控制算法实现实体无人机群同步更新包括以下步骤:
S651、构建领导无人机对跟随无人机速度控制的控制算法;
S652、若实体无人机群未监测到异常时,保持正常巡航;
S653、若领导无人机监测到异常,按照一个悬停周期对异常处进行悬停监测,并发送控制指令至其余跟随无人机进行同步调节;
S654、若跟随无人机监测到异常,按照一个悬停周期对异常处进行悬停监测,并将异常指令发送至领导无人机,领导无人机对速度进行控制并发送控制指令至其余跟随无人机实现同步调节。
进一步的,构建领导无人机对跟随无人机速度控制的控制算法的计算公式为:
式中,l r (t)表示第t时刻领导无人机的控制参数;k 0 、k 1 、k 2 、k 3 均表示正常数;、均表示领导无人机的初始的位置向量与速度向量;l r 、p r 分别表示领导无人机实时的位置向量与速度向量;l j 、p j 分别表示跟随无人机实时的位置向量与速度向量;/>表示增益;/>表示跟随无人机与领导无人机之间的位置向量差;/>表示跟随无人机与领导无人机之间的速度向量差。
本发明的有益效果为:
1、通过利用数字孪生技术构建装配式建筑平台,并通过该平台组建无人集群实现建筑平台安全巡航,能够利用虚拟无人机群在模拟环境中进行各种测试,减少实际场景中的安全风险,还可以利用模拟环境对飞行过程进行模拟分析,识别潜在的安全隐患,并采取措施加以解决,从而提高无人机群的运行控制的效率和精确度;另外,在模拟环境中,可以对各种任务场景进行测试,找出最优的巡航路径和任务规划方案,进而提高任务完成效率和质量。
2、通过构建虚拟无人机群,对无人机数量进行运算,根据数量对巡航任务进行分解,可以对无人机数量进行灵活的运算,确定最优的无人机数量,从而更好地满足不同巡航任务的需求;同时,根据数量对巡航任务进行分解与模拟,实现更加精细化、高效化的任务分配和执行,从而提高巡航效率和减少成本。此外,通过模拟仿真,可以避免在实际巡航中出现的飞行安全问题和设备损坏风险,提高了巡航的安全性和可靠性。
3、通过构建双向通信通道,领导无人机可以向跟随无人机发送巡航速度指令,而跟随无人机也可以向领导无人机发送反馈信息,以实现无人机之间的协同控制,无人机之间可以实现更加紧密的协同,避免出现重复巡航或者遗漏巡航的情况,从而提高了巡航效率,并且在双向通信的基础上,无人机之间可以实时传输位置信息,从而实现避障和避免碰撞等措施,增强了巡航的安全性。
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是根据本发明实施例的一种基于装配式建筑平台的无人机巡航的控制方法的流程图。
实施方式
根据本发明的实施例,提供了一种基于装配式建筑平台的无人机巡航的控制方法。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明,如图1所示,根据本发明实施例的基于装配式建筑平台的无人机巡航的控制方法,该方法包括以下步骤:
S1、利用数字孪生技术构建以BIM模型为基础的装配式建筑平台。
基于互联网+BIM的装配式建筑平台是一种利用云计算、大数据、人工智能等技术,结合建筑信息模型(BIM)技术,以装配式建筑为核心,实现全生命周期协同管理的平台。这种平台通过云计算技术,可以实现数据存储、处理和分析等功能,通过BIM技术,实现建筑模型的可视化和模拟,以及在模型中对建筑设计和施工过程的管理和协同。通过该平台,建筑相关的各方(如设计师、施工队、业主等)实现实时协同,共同管理建筑项目的各个方面,从而提高建筑质量和效率,降低建筑成本。
而数字孪生是指通过数字技术对实物进行建模和仿真,实现对实物的虚拟复制和实时监测。在装配式建筑生产过程中,数字孪生技术可以通过对装配式建筑的数字建模和仿真,实现生产过程的可视化和优化,提高生产效率和质量。
在构建装配式建筑的数字孪生模型时,需要进行以下步骤:
1、数字建模:通过BIM技术,对装配式建筑进行数字建模,包括结构参数、尺寸精度、表面质量等。数字建模需要考虑实际生产过程中的各种因素,例如构件加工、运输、安装等。
2、数据采集和处理:在装配式建筑生产过程中,通过传感器等手段采集数据,将数据与数字模型进行对比和分析,得出生产过程中的实际数据和状态。
3、仿真模拟:通过数字模型和实际数据,进行装配式建筑的生产仿真模拟,模拟整个生产过程的流程和细节,发现问题和优化生产效率。
4、实时监测:通过数字孪生模型,实时监测装配式建筑的生产状态,发现问题并及时进行处理和优化。
5、可视化展示:将数字孪生模型通过云端技术进行可视化展示,供相关人员参考和分析,提高生产效率和质量。
S2、基于物理实体构建无人机数字孪生体并导入装配式建筑平台。
无人机数字孪生体分别通过OPCUA、TCP/UDP、Web Service通信接口实现数据的实时采集、远程通信和多源动态数据的实时更新,且通过人机接口和数据库接口,实现数字孪生体与物理实体的实时交互及同步反馈。
数字孪生体由场景信息系统与无人机数字孪生体构成,通过数字孪生体的运转和无人机真实的状态信息,准确地与场景信息系统进行匹配,为控制人员提供无人机所处位置、姿态等巡航位置信息。其中,无人机数字孪生体由三维建模、控制系统两部分构成,旨在通过构建无人机巡航场景在虚拟空间中的数字孪生模型,实现数字孪生体与物理实体之间的信息交互与虚拟监控。
S3、工作人员利用可视化管理控制中心输入无人机的综合巡航任务。
工作人员利用可视化管理控制中心输入无人机的综合巡航任务可以使得巡航任务更加精准、高效。具体来说,可视化管理控制中心可以通过图像处理技术对装配式建筑平台进行建模,并在建模的基础上设置无人机巡航任务。在这个过程中,工作人员可以根据装配式建筑平台的特点和需要监测的区域来设置巡航路径和任务要求。通过可视化管理控制中心,工作人员可以随时监控无人机的巡航情况,及时调整任务要求,保证无人机群的巡航效果。
S4、根据任务需求进行虚拟无人机群组建、任务分解及仿真模拟。
虚拟无人机群可以帮助人们在计算机中模拟出各种场景下的无人机巡航任务,并评估无人机巡航任务的执行效果。同时,由于无人机的数量和型号等参数可以在模拟中自由调整,因此该系统还可以用于比较不同无人机数量、型号组合下的巡航任务执行效果,为实际的无人机巡航任务提供优化建议。
其中,根据任务需求进行虚拟无人机群组建、任务分解及仿真模拟包括以下步骤:
S41、获取实际可投入巡航运行的无人机实体的数量,作为数量阈值。
S42、将综合巡航任务导入装配式建筑平台确认巡航范围。
将综合巡航任务导入装配式建筑平台后,需要确认巡航范围以便为无人机群划分巡航点和巡航路径。可通过数字孪生技术中的BIM模型来实现,利用BIM模型中的建筑信息和几何数据,确定巡航范围和障碍物分布情况,从而为无人机群的巡航路径和任务分配提供支持。同时,可以利用现场拍摄的实际建筑照片和视频,与BIM模型进行对比,以确保数字孪生模型的准确性和可靠性。
S43、根据巡航范围确认无人机实际需求量并组建虚拟无人机群,包括以下步骤:
S431、设定无人机数字孪生体的常规巡航速度。
S432、在巡航范围内设定若干模拟巡航点并计算总巡航路程,包括以下步骤:
S4321、提取巡航范围中包括的巡航面积与巡航高度数据。
S4322、以巡航范围内的参数数据构建三维空间坐标系。
S4323、定位巡航范围内待巡航建筑,并设定若干模拟巡航点。
在确认巡航范围后,将待巡航建筑划分成若干模拟巡航点。每个模拟巡航点需要确定无人机的起点和终点,并在数字孪生模型中进行标注。帮助工作人员更好地观察、控制无人机,确保无人机在巡航过程中不会发生碰撞或其他意外情况。
S4324、按照由低至高、由左至右的顺序连接若干模拟巡航点作为常规路径,并计算常规路径的总巡航路程,计算公式为:
式中,D表示总巡航路程,n表示模拟巡航点数量,(x i ,y i ,z i )分别表示第i个模拟巡航点的坐标值。
S433、获取无人机实体的理论续航并导入装配式建筑平台,结合常规巡航速度计算每个无人机数字孪生体的常规路程。
首先,需要确定使用的无人机具体理论续航时间。然后,通过计算装配式建筑平台的巡航范围内每个模拟巡航点之间的距离,结合无人机的常规巡航速度,计算每个无人机数字孪生体的常规路程。
S434、计算总巡航路程除以常规路程的商Z,选取Z+2个无人机数字孪生体作为实际需求量组建虚拟无人机群,若Z+2大于数量阈值,则返回步骤S431。
S44、根据虚拟无人机群对综合巡航任务进行分解,生成每个无人机数字孪生体各自对应的巡航子任务,包括以下步骤:
S441、对巡航范围内的建筑高度进行统计,获得建筑总高度。
S442、根据虚拟无人机群中无人机数字孪生体的数量对建筑总高度进行等分,每个高度分段均设置一个无人机数字孪生体作为各自的巡航子范围。
S443、设定无人机数字孪生体与建筑表面之间的安全距离,并统计无人机数字孪生体围绕建筑一圈的单位路程。
设定无人机数字孪生体与建筑表面之间的安全距离后,可通过对建筑模型进行处理,计算出无人机数字孪生体围绕建筑一圈的单位路程。这个过程可以通过数字孪生技术进行模拟计算,以确保无人机数字孪生体能够在安全距离内进行巡航,同时不会与建筑物相撞。
S444、在巡航子范围内设置若干围绕建筑的实际巡航点,并对实际巡航点进行连接形成巡航路径,作为单个无人机数字孪生体的巡航子任务,具体的步骤如下:
1、针对每个无人机数字孪生体的巡航子任务,将其对应的巡航范围内的实际巡航点按照一定的顺序连接起来,形成巡航路径。
2、连接实际巡航点的顺序需要满足以下条件:
1)尽可能缩短无人机数字孪生体的巡航路程,从而提高巡航效率。
2)避免无人机数字孪生体之间的碰撞和相互干扰,确保巡航安全。
3、在连接实际巡航点的过程中,需要考虑无人机数字孪生体与建筑表面之间的安全距离,避免无人机数字孪生体与建筑物相撞。
4、完成巡航路径的设计后,需要将巡航路径导入到装配式建筑平台中,供无人机数字孪生体进行巡航任务的执行。
S45、将虚拟无人机群及巡航子任务导入装配式建筑平台中进行仿真模拟,确认最终的巡航任务。
通过将虚拟无人机群及巡航子任务导入装配式建筑平台中进行仿真模拟,可以确认最终的巡航任务是否合理、高效。在模拟过程中,可以对各个无人机数字孪生体的巡航子任务进行调整和优化,从而达到更好的巡航效果。通过模拟仿真,还可以提前发现一些可能存在的问题,例如巡航路径上的障碍物、无人机之间的碰撞等,从而避免在实际巡航中出现问题。因此,通过仿真模拟可以大大提高无人机巡航的安全性和效率,确保任务的顺利完成。
S5、将巡航任务分发至实体无人机群并设定领导无人机与跟随无人机。
无人机数字孪生系统基于配套控制服务器进行开发,构成无人机控制实体,通过服务器进行数据传输实现物理世界与数字世界的同步运行,完成对无人机的控制与相关信息的通信。
S6、实体无人机群采用双向通信协同控制方式进行自适应巡航,包括以下步骤:
S61、建立领导无人机与若干跟随无人机间的双向通信通道。
其中,双向通信通道采用WPA2网络安全协议,初始巡航速度大于常规巡航速度。
WPA2是Wi-Fi Protected Access 2的缩写,是一种安全性更高的Wi-Fi网络安全协议,用于保护无线局域网(WLAN)的通信安全。WPA2基于802.11i标准,并使用AdvancedEncryption Standard(AES)加密算法和Counter Mode with Cipher Block ChainingMessage Authentication Code Protocol(CCMP)数据完整性协议来提供更强的安全性。
在领导无人机与跟随无人机之间建立双向通信通道时,使用WPA2协议来加密通信数据,以避免被未经授权的第三方窃听或截获通信数据。此外,WPA2协议还提供了身份验证机制,可以验证通信双方的身份并防止身份伪造,从而进一步增强通信的安全性。
S62、实体无人机群内的所有无人机实体按照各自的巡航子任务飞向对应起始的实际巡航点,在全部到达后同时按照各自路径进行巡航。
S63、设定主控无人机与跟随无人机的初始巡航速度。
S64、无人机实体在巡航过程中对建筑实时监测。
S65、无人机实体根据监测结果对巡航任务进行自适应修正,同时利用协同控制算法实现实体无人机群同步更新。
无人机实体根据监测结果对巡航任务进行自适应修正,同时利用协同控制算法实现实体无人机群同步更新包括以下步骤:
S651、构建领导无人机对跟随无人机速度控制的控制算法。
其中,构建领导无人机对跟随无人机速度控制的控制算法的计算公式为:
式中,l r (t)表示第t时刻领导无人机的控制参数,k 0 、k 1 、k 2 、k 3 均表示正常数,、均表示领导无人机的初始的位置向量与速度向量,l r 、p r 分别表示领导无人机实时的位置向量与速度向量,l j 、p j 分别表示跟随无人机实时的位置向量与速度向量,/>表示增益,/>表示跟随无人机与领导无人机之间的位置向量差,/>表示跟随无人机与领导无人机之间的速度向量差。
S652、若实体无人机群未监测到异常时,保持正常巡航。
S653、若领导无人机监测到异常,按照一个悬停周期对异常处进行悬停监测,并发送控制指令至其余跟随无人机进行同步调节。
S654、若跟随无人机监测到异常,按照一个悬停周期对异常处进行悬停监测,并将异常指令发送至领导无人机,领导无人机对速度进行控制并发送控制指令至其余跟随无人机实现同步调节。
S7、实时获取实体无人机群巡航数据并导入装配式建筑平台。
综上所述,借助于本发明的上述技术方案,通过利用数字孪生技术构建装配式建筑平台,并通过该平台组建无人集群实现建筑平台安全巡航,能够利用虚拟无人机群在模拟环境中进行各种测试,减少实际场景中的安全风险,还可以利用模拟环境对飞行过程进行模拟分析,识别潜在的安全隐患,并采取措施加以解决,从而提高无人机群的运行控制的效率和精确度;另外,在模拟环境中,可以对各种任务场景进行测试,找出最优的巡航路径和任务规划方案,进而提高任务完成效率和质量。通过构建虚拟无人机群,对无人机数量进行运算,根据数量对巡航任务进行分解,可以对无人机数量进行灵活的运算,确定最优的无人机数量,从而更好地满足不同巡航任务的需求;同时,根据数量对巡航任务进行分解与模拟,实现更加精细化、高效化的任务分配和执行,从而提高巡航效率和减少成本。此外,通过模拟仿真,可以避免在实际巡航中出现的飞行安全问题和设备损坏风险,提高了巡航的安全性和可靠性。通过构建双向通信通道,领导无人机可以向跟随无人机发送巡航速度指令,而跟随无人机也可以向领导无人机发送反馈信息,以实现无人机之间的协同控制,无人机之间可以实现更加紧密的协同,避免出现重复巡航或者遗漏巡航的情况,从而提高了巡航效率,并且在双向通信的基础上,无人机之间可以实时传输位置信息,从而实现避障和避免碰撞等措施,增强了巡航的安全性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于装配式建筑平台的无人机巡航的控制方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
S1、利用数字孪生技术构建以BIM模型为基础的装配式建筑平台;
S2、基于物理实体构建无人机数字孪生体并导入所述装配式建筑平台;
S3、工作人员利用可视化管理控制中心输入无人机的综合巡航任务;
S4、根据任务需求进行虚拟无人机群组建、任务分解及仿真模拟;
S5、将巡航任务分发至实体无人机群并设定领导无人机与跟随无人机;
S6、所述实体无人机群采用双向通信协同控制方式进行自适应巡航;
S7、实时获取所述实体无人机群巡航数据并导入所述装配式建筑平台。
2.根据权利要求1所述的一种基于装配式建筑平台的无人机巡航的控制方法,其特征在于,所述无人机数字孪生体分别通过OPCUA、TCP/UDP、Web Service通信接口实现数据的实时采集、远程通信和多源动态数据的实时更新,且通过人机接口和数据库接口,实现数字孪生体与物理实体的实时交互及同步反馈。
3.根据权利要求1所述的一种基于装配式建筑平台的无人机巡航的控制方法,其特征在于,所述根据任务需求进行虚拟无人机群组建、任务分解及仿真模拟包括以下步骤:
S41、获取实际可投入巡航运行的无人机实体的数量,作为数量阈值;
S42、将所述综合巡航任务导入所述装配式建筑平台确认巡航范围;
S43、根据所述巡航范围确认无人机实际需求量并组建虚拟无人机群;
S44、根据所述虚拟无人机群对所述综合巡航任务进行分解,生成每个所述无人机数字孪生体各自对应的巡航子任务;
S45、将所述虚拟无人机群及所述巡航子任务导入所述装配式建筑平台中进行仿真模拟,确认最终的巡航任务。
4.根据权利要求3所述的一种基于装配式建筑平台的无人机巡航的控制方法,其特征在于,所述根据所述巡航范围确认无人机实际需求量并组建虚拟无人机群包括以下步骤:
S431、设定所述无人机数字孪生体的常规巡航速度;
S432、在所述巡航范围内设定若干模拟巡航点并计算总巡航路程;
S433、获取所述无人机实体的理论续航并导入所述装配式建筑平台,结合所述常规巡航速度计算每个所述无人机数字孪生体的常规路程;
S434、计算所述总巡航路程除以所述常规路程的商Z,选取Z+2个所述无人机数字孪生体作为实际需求量组建虚拟无人机群,若Z+2大于所述数量阈值,则返回步骤S431。
6.根据权利要求3所述的一种基于装配式建筑平台的无人机巡航的控制方法,其特征在于,所述根据所述虚拟无人机群对所述综合巡航任务进行分解,生成每个所述无人机数字孪生体各自对应的巡航子任务包括以下步骤:
S441、对所述巡航范围内的建筑高度进行统计,获得建筑总高度;
S442、根据所述虚拟无人机群中所述无人机数字孪生体的数量对所述建筑总高度进行等分,每个高度分段均设置一个所述无人机数字孪生体作为各自的巡航子范围;
S443、设定所述无人机数字孪生体与建筑表面之间的安全距离,并统计所述无人机数字孪生体围绕建筑一圈的单位路程;
S444、在所述巡航子范围内设置若干围绕建筑的实际巡航点,并对所述实际巡航点进行连接形成巡航路径,作为单个所述无人机数字孪生体的巡航子任务。
7.根据权利要求1所述的一种基于装配式建筑平台的无人机巡航的控制方法,其特征在于,所述实体无人机群采用双向通信协同控制方式进行自适应巡航包括以下步骤:
S61、建立所述领导无人机与若干所述跟随无人机间的双向通信通道;
S62、所述实体无人机群内的所有所述无人机实体按照各自的巡航子任务飞向对应起始的实际巡航点,在全部到达后同时按照各自路径进行巡航;
S63、设定所述主控无人机与所述跟随无人机的初始巡航速度;
S64、所述无人机实体在巡航过程中对建筑实时监测;
S65、所述无人机实体根据监测结果对巡航任务进行自适应修正,同时利用协同控制算法实现所述实体无人机群同步更新。
8.根据权利要求7所述的一种基于装配式建筑平台的无人机巡航的控制方法,其特征在于,所述双向通信通道采用WPA2网络安全协议;所述初始巡航速度大于常规巡航速度。
9.根据权利要求7所述的一种基于装配式建筑平台的无人机巡航的控制方法,其特征在于,所述无人机实体根据监测结果对巡航任务进行自适应修正,同时利用协同控制算法实现所述实体无人机群同步更新包括以下步骤:
S651、构建所述领导无人机对所述跟随无人机速度控制的控制算法;
S652、若所述实体无人机群未监测到异常时,保持正常巡航;
S653、若所述领导无人机监测到异常,按照一个悬停周期对异常处进行悬停监测,并发送控制指令至其余所述跟随无人机进行同步调节;
S654、若所述跟随无人机监测到异常,按照一个悬停周期对异常处进行悬停监测,并将异常指令发送至所述领导无人机,所述领导无人机对速度进行控制并发送控制指令至其余所述跟随无人机实现同步调节。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202310431124.4A CN116149376B (zh) | 2023-04-21 | 2023-04-21 | 一种基于装配式建筑平台的无人机巡航的控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202310431124.4A CN116149376B (zh) | 2023-04-21 | 2023-04-21 | 一种基于装配式建筑平台的无人机巡航的控制方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN116149376A true CN116149376A (zh) | 2023-05-23 |
CN116149376B CN116149376B (zh) | 2023-07-25 |
Family
ID=86352856
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202310431124.4A Active CN116149376B (zh) | 2023-04-21 | 2023-04-21 | 一种基于装配式建筑平台的无人机巡航的控制方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN116149376B (zh) |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108803658A (zh) * | 2018-06-19 | 2018-11-13 | 北京天龙智控科技有限公司 | 基于无人机的巡检系统 |
CN108983825A (zh) * | 2018-09-30 | 2018-12-11 | 北京航空航天大学 | 一种无人机时变编队的跟踪方法及系统 |
CN109557934A (zh) * | 2018-09-20 | 2019-04-02 | 中建科技有限公司深圳分公司 | 一种基于装配式建筑平台的无人机巡航的控制方法及装置 |
CN110825099A (zh) * | 2019-12-04 | 2020-02-21 | 驻马店市公路事业发展中心 | 一种智慧公路的巡检无人机控制方法和装置 |
CN112051750A (zh) * | 2020-08-07 | 2020-12-08 | 广东工业大学 | 一种四旋翼无人机数字孪生系统 |
CN113406968A (zh) * | 2021-06-17 | 2021-09-17 | 广东工业大学 | 基于数字孪生的无人机自主起降巡航方法 |
CN113485392A (zh) * | 2021-06-17 | 2021-10-08 | 广东工业大学 | 基于数字孪生的虚拟现实交互方法 |
CN114706419A (zh) * | 2022-03-17 | 2022-07-05 | 南京大学 | 基于bim的工程现场无人机协同巡检调度方法、系统 |
CN115079710A (zh) * | 2022-06-07 | 2022-09-20 | 曹欣 | 多无人机电力巡检智能调度方法和系统 |
CN115422766A (zh) * | 2022-09-26 | 2022-12-02 | 北京云庐科技有限公司 | 一种基于数字孪生技术的泥石流监测方法及系统 |
CN115951598A (zh) * | 2023-01-16 | 2023-04-11 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种多无人机的虚实结合仿真方法、装置及系统 |
-
2023
- 2023-04-21 CN CN202310431124.4A patent/CN116149376B/zh active Active
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108803658A (zh) * | 2018-06-19 | 2018-11-13 | 北京天龙智控科技有限公司 | 基于无人机的巡检系统 |
CN109557934A (zh) * | 2018-09-20 | 2019-04-02 | 中建科技有限公司深圳分公司 | 一种基于装配式建筑平台的无人机巡航的控制方法及装置 |
CN108983825A (zh) * | 2018-09-30 | 2018-12-11 | 北京航空航天大学 | 一种无人机时变编队的跟踪方法及系统 |
CN110825099A (zh) * | 2019-12-04 | 2020-02-21 | 驻马店市公路事业发展中心 | 一种智慧公路的巡检无人机控制方法和装置 |
CN112051750A (zh) * | 2020-08-07 | 2020-12-08 | 广东工业大学 | 一种四旋翼无人机数字孪生系统 |
CN113406968A (zh) * | 2021-06-17 | 2021-09-17 | 广东工业大学 | 基于数字孪生的无人机自主起降巡航方法 |
CN113485392A (zh) * | 2021-06-17 | 2021-10-08 | 广东工业大学 | 基于数字孪生的虚拟现实交互方法 |
CN114706419A (zh) * | 2022-03-17 | 2022-07-05 | 南京大学 | 基于bim的工程现场无人机协同巡检调度方法、系统 |
CN115079710A (zh) * | 2022-06-07 | 2022-09-20 | 曹欣 | 多无人机电力巡检智能调度方法和系统 |
CN115422766A (zh) * | 2022-09-26 | 2022-12-02 | 北京云庐科技有限公司 | 一种基于数字孪生技术的泥石流监测方法及系统 |
CN115951598A (zh) * | 2023-01-16 | 2023-04-11 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种多无人机的虚实结合仿真方法、装置及系统 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN116149376B (zh) | 2023-07-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Fu et al. | Secure multi-UAV collaborative task allocation | |
CN110694256A (zh) | 一种新型应急计算机兵棋推演系统及方法 | |
CN104616124B (zh) | 一种火力发电厂安全经济运行状态的实时发布方法及系统 | |
CN109922162A (zh) | 一种基于区块链的扁平化建筑设备物联网监控系统及方法 | |
Xu et al. | A survey on digital twin for industrial internet of things: Applications, technologies and tools | |
CN107292989A (zh) | 基于3dgis技术的高压输电巡检系统 | |
WO2020056669A1 (zh) | 一种基于装配式建筑平台的无人机巡航的控制方法及装置 | |
CN110147931A (zh) | 智能全景系统及智能全景电网 | |
Xu et al. | Visualization and simulation of steel metallurgy processes | |
CN111210184A (zh) | 一种数字孪生车间物料准时配送方法及系统 | |
JP7054255B2 (ja) | マルチソースのリアルタイムかつコンテキストアウェアな実世界データによる仮想知能および最適化 | |
CN211906170U (zh) | 一种基于电网现场作业数据管控装置 | |
CN115384586B (zh) | 一种铁路平行调度系统、方法及其应用 | |
CN110764433A (zh) | 一种基于v-rep平台的集群无人机系统并行仿真方法 | |
Yang et al. | An intelligent security defensive model of SCADA based on multi-agent in oil and gas fields | |
Kostogryzov et al. | Probabilistic methods for cognitive solving some problems of artificial intelligence systems | |
CN104678773B (zh) | 基于公共云服务的智能化建筑群及其控制方法 | |
CN115937769A (zh) | 基于bim模型的智慧工地信息处理方法、系统 | |
CN107623590A (zh) | 用于无人机群实时监控的配置方法及系统 | |
CN116149376B (zh) | 一种基于装配式建筑平台的无人机巡航的控制方法 | |
WO2024114543A1 (zh) | 一种无人驾驶航空器的权限管控方法、系统和存储介质 | |
CN114092279A (zh) | 全业务泛在可视化智慧电力运维系统 | |
CN110175648A (zh) | 应用人工智能云计算对设备进行非侵入性的信息连通方法 | |
CN112288155B (zh) | 基于机器学习和协同过滤的安防预案生成调度方法及系统 | |
CN117150757A (zh) | 一种基于数字孪生的仿真推演系统 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |