CN117360829B - 一种基于无人机的自动换电管理方法及装置 - Google Patents
一种基于无人机的自动换电管理方法及装置 Download PDFInfo
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Abstract
本申请公开了一种基于无人机的自动换电管理方法及装置，该方法包括：根据无人机当前剩余电量可飞行距离和当前位置划定第一区域，并获取第一区域内的机巢位置的分布信息；判断第一区域内的机巢是否满足换电条件；若判断结果为否，执行确定第一目标机巢和次目标机巢步骤；根据无人机当前位置、第一目标机巢位置和次目标机巢位置进行无人机第一剩余任务的航线规划，并进行待换电池第一更换操作；若判断结果为是，执行确定第二目标机巢步骤；根据无人机当前位置、第二目标机巢位置进行无人机第二剩余任务的航线规划，并进行待换电池第二更换操作，解决了目前的多机多巢的复杂系统无法进行智能化换电管理的同时兼顾高效率任务执行的问题。
Description
技术领域
本申请涉及无人机技术领域，尤其涉及一种基于无人机的自动换电管理方法及装置。
背景技术
随着技术的不断进步，无人机的应用领域越来越广泛，涉及到军事、农业、工业以及生活等多个领域，在边防巡逻、紧急救援、工业巡查、农林喷洒和物流配送等领域均取得了显著的成果，发展前景广阔。
无人机的自动续航是实现无人值守的关键，目前无人机机巢多采用充电或换电的续航方式，其中换电技术因其高效的特性而备受关注，该类机巢被广泛应用于无人机自动作业时的存储和续航。随着无人值守作业的进一步发展，无人机及机巢逐渐规模化，形成多机多巢的复杂系统，针对该系统如何进行智能化换电管理的同时兼顾高效率任务执行成为本领域需要解决的技术问题。
发明内容
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果：
本申请实施例提供了一种基于无人机的自动换电管理方法，解决了目前的多机多巢的复杂系统无法进行智能化换电管理的同时兼顾高效率任务执行的问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种基于无人机的自动换电管理方法，应用于自动换电系统中，所述自动换电系统包括多个机巢，每个所述机巢分布式安装于任务执行区域内，每个所述机巢包括多个充电装置，每个所述充电装置被配置为对其所对应的多个待换电池进行充电，包括：根据无人机当前剩余电量可飞行距离和当前位置划定第一区域，并获取所述第一区域内的机巢位置的分布信息；判断所述第一区域内的所述机巢是否满足换电条件；若所述第一区域内的所述机巢不满足换电条件，执行确定第一目标机巢和次目标机巢步骤；所述执行确定第一目标机巢和次目标机巢步骤，包括：获取距离无人机执行任务航线第一预设距离内的机巢作为初选机巢；在所述初选机巢中选取满足第一条件的机巢作为次目标机巢；所述在所述初选机巢中选取满足第一条件的机巢作为次目标机巢，包括：基于所述初选机巢的位置获取第一预设时间；在所述第一预设时间后，在第一区域外存在能够使无人机完成剩余执行任务或存在充满电的待更换电池的初选机巢中，选择距离无人机当前位置第四预设距离范围内的、且距离无人机剩余执行任务航线的垂直距离最近的作为所述次目标机巢；所述次目标机巢中的待换电池为空闲状态以及未被预约状态；根据所述次目标机巢的位置，在所述第一区域内选取满足第二条件的机巢作为第一目标机巢；所述根据所述次目标机巢的位置，在所述第一区域内选取满足第二条件的机巢作为第一目标机巢，包括：在所述无人机飞至所述第一区域内的机巢时，存在能够使无人机到达所述次目标机巢的待换电池的机巢，作为所述第一目标机巢；所述第一目标机巢中的待换电池为空闲状态以及未被预约状态；根据无人机当前位置、所述第一目标机巢位置和所述次目标机巢位置进行无人机第一剩余任务的航线规划，并进行待换电池第一更换操作；若所述第一区域内的所述机巢满足换电条件，执行确定第二目标机巢步骤；根据无人机当前位置、所述第二目标机巢位置进行无人机第二剩余任务的航线规划，并进行待换电池第二更换操作。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述根据无人机当前剩余电量可飞行距离和当前位置划定第一区域，并获取所述第一区域内的机巢位置的分布信息之前，还包括：评估无人机执行剩余任务所需电量，判断所述无人机当前剩余电量与所述执行剩余任务所需电量的差值是否小于预设阈值；若判断结果为是，向所述自动换电系统发送换电请求。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述根据无人机当前位置、所述第一目标机巢位置和所述次目标机巢位置进行无人机第一剩余任务的航线规划，包括：计算无人机当前位置剩余任务航线中距离所述第一目标机巢之间距离最近的点作为第一目标点；当无人机飞至距离所述第一目标点第二预设距离时转向飞至所述第一目标机巢进行换电，并记录无人机转向位置的坐标作为第一坐标；将所述剩余任务航线中距离所述次目标机巢距离最近的点作为第二目标点；无人机在所述第一目标机巢内换电完成后，基于所述第一坐标、当前剩余任务航线以及第二目标点进行路径规划后执行任务；当无人机飞至距离所述第二目标点第三预设距离时转向飞至所述次目标机巢进行换电，并记录无人机转向位置的坐标作为第二坐标；无人机在所述次目标机巢内换电完成后，基于所述第二坐标、当前剩余任务航线进行路径规划后执行任务。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述进行待换电池第一更换操作，包括：所述第一目标机巢和所述次目标机巢分别接收所述自动换电系统的换电指令后与无人机建立通信；分别获取满足更换条件的待换电池作为第一目标电池和第二目标电池；无人机沿所规划的路径分别进行所述第一目标电池和所述第二目标电池的更换。
第二方面，本申请实施例提供了一种基于无人机的自动换电管理装置，该装置包括：获取信息模块，用于根据无人机当前剩余电量可飞行距离和当前位置划定第一区域，并获取所述第一区域内的机巢位置的分布信息；判断条件模块，用于判断所述第一区域内的所述机巢是否满足换电条件；执行第一操作模块，用于若所述第一区域内的所述机巢不满足换电条件，执行确定第一目标机巢和次目标机巢步骤；所述执行确定第一目标机巢和次目标机巢步骤，包括：获取距离无人机执行任务航线第一预设距离内的机巢作为初选机巢；在所述初选机巢中选取满足第一条件的机巢作为次目标机巢；所述在所述初选机巢中选取满足第一条件的机巢作为次目标机巢，包括：基于所述初选机巢的位置获取第一预设时间；在所述第一预设时间后，在第一区域外存在能够使无人机完成剩余执行任务或存在充满电的待更换电池的初选机巢中，选择距离无人机当前位置第四预设距离范围内的、且距离无人机剩余执行任务航线的垂直距离最近的作为所述次目标机巢；所述次目标机巢中的待换电池为空闲状态以及未被预约状态；根据所述次目标机巢的位置，在所述第一区域内选取满足第二条件的机巢作为第一目标机巢；所述根据所述次目标机巢的位置，在所述第一区域内选取满足第二条件的机巢作为第一目标机巢，包括：在所述无人机飞至所述第一区域内的机巢时，存在能够使无人机到达所述次目标机巢的待换电池的机巢，作为所述第一目标机巢；所述第一目标机巢中的待换电池为空闲状态以及未被预约状态；根据无人机当前位置、所述第一目标机巢位置和所述次目标机巢位置进行无人机第一剩余任务的航线规划，并进行待换电池第一更换操作；执行第二操作模块，用于若所述第一区域内的所述机巢满足换电条件，执行确定第二目标机巢步骤；根据无人机当前位置、所述第二目标机巢位置进行无人机第二剩余任务的航线规划，并进行待换电池第二更换操作。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述根据无人机当前剩余电量可飞行距离和当前位置划定第一区域，并获取所述第一区域内的机巢位置的分布信息之前，还包括：评估无人机执行剩余任务所需电量，判断所述无人机当前剩余电量与所述执行剩余任务所需电量的差值是否小于预设阈值；若判断结果为是，向所述自动换电系统发送换电请求。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述根据无人机当前位置、所述第一目标机巢位置和所述次目标机巢位置进行无人机第一剩余任务的航线规划，包括：计算无人机当前位置剩余任务航线中距离所述第一目标机巢之间距离最近的点作为第一目标点；当无人机飞至距离所述第一目标点第二预设距离时转向飞至所述第一目标机巢进行换电，并记录无人机转向位置的坐标作为第一坐标；将所述剩余任务航线中距离所述次目标机巢距离最近的点作为第二目标点；无人机在所述第一目标机巢内换电完成后，基于所述第一坐标、当前剩余任务航线以及第二目标点进行路径规划后执行任务；当无人机飞至距离所述第二目标点第三预设距离时转向飞至所述次目标机巢进行换电，并记录无人机转向位置的坐标作为第二坐标；无人机在所述次目标机巢内换电完成后，基于所述第二坐标、当前剩余任务航线进行路径规划后执行任务。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述进行待换电池第一更换操作，包括：所述第一目标机巢和所述次目标机巢分别接收所述自动换电系统的换电指令后与无人机建立通信；分别获取满足更换条件的待换电池作为第一目标电池和第二目标电池；无人机沿所规划的路径分别进行所述第一目标电池和所述第二目标电池的更换。
第三方面，本申请实施例提供了一种基于无人机的自动换电管理服务器，包括存储器和处理器；所述存储器用于存储计算机可执行指令；所述处理器用于执行所述计算机可执行指令，以实现第一方面或第一方面任一种可能的实现方式所述的方法。
第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有可执行指令，计算机执行所述可执行指令时能够实现第一方面或第一方面任一种可能的实现方式所述的方法。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果：
本申请实施例提供了一种基于无人机的自动换电管理方法，该方法根据无人机当前剩余电量可飞行距离和当前位置划定第一区域，并获取第一区域内的机巢位置的分布信息，判断第一区域内的机巢是否满足换电条件，若第一区域内的机巢不满足换电条件，执行确定第一目标机巢和次目标机巢步骤，获取距离无人机执行任务航线第一预设距离内的机巢作为初选机巢，在初选机巢中选取满足第一条件的机巢作为次目标机巢，根据次目标机巢的位置，在第一区域内选取满足第二条件的机巢作为第一目标机巢，根据无人机当前位置、第一目标机巢位置和次目标机巢位置进行无人机第一剩余任务的航线规划，并进行待换电池第一更换操作，若第一区域内的机巢满足换电条件，执行确定第二目标机巢步骤，根据无人机当前位置、第二目标机巢位置进行无人机第二剩余任务的航线规划，并进行待换电池第二更换操作，能够确保无人机的正常飞行和剩余任务的完成，实现自动换电管理的智能化的同时提高了无人机执行任务的效率，在所划定的第一区域内没有满足换电条件的机巢的情况下，结合无人机的任务航线进行剩余任务的航线规划，提高了机巢自动换电管理的鲁棒性，解决了目前的多机多巢的复杂系统无法进行智能化换电管理的同时兼顾高效率任务执行的问题。
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，下面将对本发明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为本申请实施例提供的基于无人机的自动换电管理方法的流程图；
图2为本申请实施例提供的判断是否向自动换电系统发送换电请求的流程图；
图3为本申请实施例提供的在初选机巢中选取满足第一条件的机巢作为次目标机巢的流程图；
图4为本申请实施例提供的根据次目标机巢的位置，在第一区域内选取满足第二条件的机巢作为第一目标机巢的流程图；
图5为本申请实施例提供的根据无人机当前位置、第一目标机巢位置和次目标机巢位置进行无人机第一剩余任务的航线规划，并进行待换电池第一更换操作的流程图；
图6为本申请实施例提供的进行待换电池第一更换操作的具体的流程图；
图7为本申请实施例提供的基于无人机的自动换电管理装置的示意图；
图8为本申请实施例提供的基于无人机的自动换电管理服务器的示意图。
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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例提供了一种基于无人机的自动换电管理方法，应用于自动换电系统中，自动换电系统包括多个机巢，每个机巢分布式安装于任务执行区域内，每个机巢包括多个充电装置，每个充电装置被配置为对其所对应的多个待换电池进行充电，如图1所示。该方法主要应用于管线巡线、道路巡检、边防巡检等需要沿预设航线连续执行巡检任务的领域。在进行多条管线、道路，或大片区域进行巡检区域时，往往需要多机多巢的相互配合实现无人值守，在多个巡检任务航线周围去设置供无人机换电的机巢，需要无人机在到达所确定的机巢完成换电过程后，再次回到其执行任务航线中，执行其剩余的任务。本申请的自动换电管理方法包括步骤S101至S109。
S101：根据无人机当前剩余电量可飞行距离和当前位置划定第一区域，并获取第一区域内的机巢位置的分布信息。
具体地，第一区域的划定方式为以无人机当前位置为中心，以当前剩余电量可飞行距离和当前位置之间的预设比例为半径做圆，从而划定第一区域。
进一步地，划定第一区域的执行主体可以为无人机或自动换电系统，无人机可以通过内置的电池管理系统和飞行控制系统来计算无人机当前剩余电量可飞行距离，然后根据预设比例来划定第一区域。自动换电系统也可以通过与无人机的通信和监控，获取无人机的电池状态和位置信息，然后根据预设比例来划定第一区域。
图2为本申请实施例提供的判断是否向自动换电系统发送换电请求的流程图，如图2所示，包括步骤S201至S202。
S201：评估无人机执行剩余任务所需电量，判断无人机当前剩余电量与执行剩余任务所需电量的差值是否小于预设阈值。
若判断结果为是，执行S202：向自动换电系统发送换电请求。
具体地，无人机执行剩余任务所需的电量与任务类型、任务负载、飞行路径和飞行时间等因素有关，根据这些因素，可以通过计算或预估得出执行剩余任务所需的电量，如果差值大于预设阈值，说明无人机的电池电量能够完成执行剩余任务，如果差值小于预设阈值，说明无人机的电池电量不足，需要尽快向自动换电系统发送换电请求进行电池更换或充电操作。
在实际应用中，为了确保无人机能够安全、可靠地执行任务，可以将预设阈值设定为无人机电池电量的最低安全值，以确保无人机在执行任务时不会因为电量不足而出现意外情况。
S102：判断第一区域内的机巢是否满足换电条件。
具体地，判断第一区域内的机巢是否满足换电条件的情况为：当无人机到达第一区域内的机巢时，机巢内有满足无人机完成剩余任务所需电量的电池或者有充满电的电池的机巢即为满足换电条件的机巢。
若第一区域内的机巢不满足换电条件，执行S103：执行确定第一目标机巢和次目标机巢步骤。
S104：获取距离无人机执行任务航线第一预设距离内的机巢作为初选机巢。
具体地，第一预设距离为到无人机任务航线的垂直距离，并且第一预设距离小于或等于第一区域的半径。
S105：在初选机巢中选取满足第一条件的机巢作为次目标机巢。
图3为本申请实施例提供的实现步骤S105在初选机巢中选取满足第一条件的机巢作为次目标机巢的流程图，包括步骤S301至S303。
S301：基于初选机巢的位置获取第一预设时间。
S302：在第一预设时间后，在第一区域外存在能够使无人机完成剩余执行任务或存在充满电的待更换电池的初选机巢中，选择距离无人机当前位置第四预设距离范围内的、且距离无人机剩余执行任务航线的垂直距离最近的作为次目标机巢。
具体地，在第一预设时间后，次目标机巢内至少有一个空置的换电位，供无人机停放和换电。被选中的待换电池被标记为预约状态，不再用于其他无人机电池的更换，对应的换电位将基于第一预设时间获得的预设时间范围内的时段标记为预约状态。
具体地，第一预设时间T基于无人机更换电池所需时间t1、无人机当前位置飞至初选机巢位置所需时间t2、无人机基于当前位置飞至第一区域内机巢并飞回执行任务航线所需时间的最小值t3min获得，具体关系式如下：T=t1+t2+t3min。
在一个具体实施例中，第一预设时间T可以在t1+t2+t3min的基础上减去一定的时间余量后进行估算。具体时间余量值可基于用户的经验、无人机的飞行速度和天气情况等因素进行选取。具体的，第四预设距离为第一区域内当前电池电量所能飞行的最远距离与第一区域直径的差值。
S303：次目标机巢中的待换电池为空闲状态以及未被预约状态。
本申请通过执行确定第一目标机巢和次目标机巢的方案，解决了在无人机剩余电量可飞行距离范围内没有满足换电条件的电池时，结合无人机的任务航线进行第一目标机巢和次目标机巢的换电规划，提高了自动换电管理的鲁棒性，同时在实现多机多巢的复杂系统进行智能化换电管理的同时兼顾了高效率任务执行。
此外，本申请中通过第一预设距离的设置，使得次目标机巢的选择被限定在任务航线附近，在保证巡检任务的同时有效控制了因换电而额外飞行的航程；第一条件的满足，有利于降低剩余任务执行时的换电次数；第一预设时间后机巢及其内部电池的评估，有利于更加精准地评估出待换电池，也同时提高了电池的利用率。
总之，本申请通过在第一区域内的机巢不满足换电条件的情况下，首先选取次目标机巢，然后根据次目标机巢的位置选取能够到达次目标机巢的第一目标机巢，即无人机首先到达第一目标机巢，然后到达次目标机巢，这一过程提升了换电管理系统的鲁棒性。通过优化无人机换电的路径，可以减少无人机在换电过程中的飞行距离和换电次数，从而提高其工作效率，通过在合适的机巢进行换电，可以减少无人机的能源消耗，从而延长其续航时间。
S106：根据次目标机巢的位置，在第一区域内选取满足第二条件的机巢作为第一目标机巢。
图4为本申请实施例提供的实现步骤S106根据次目标机巢的位置，在第一区域内选取满足第二条件的机巢作为第一目标机巢的流程图，包括步骤S401至S402。
S401：在无人机飞至第一区域内的机巢时，存在能够使无人机到达次目标机巢的待换电池的机巢，作为第一目标机巢。
S402：第一目标机巢中的待换电池为空闲状态以及未被预约状态。
具体地，优选在第一区域内距离无人机剩余执行任务航线最近且满足第二条件的机巢作为第一目标机巢。
S107：根据无人机当前位置、第一目标机巢位置和次目标机巢位置进行无人机第一剩余任务的航线规划，并进行待换电池第一更换操作。
图5为本申请实施例提供的实现步骤S107根据无人机当前位置、第一目标机巢位置和次目标机巢位置进行无人机第一剩余任务的航线规划的流程图，如图5所示，包括步骤S501至S506。
S501：计算无人机当前位置剩余任务航线中距离第一目标机巢之间距离最近的点作为第一目标点。
S502：当无人机飞至距离第一目标点第二预设距离时转向飞至第一目标机巢进行换电，并记录无人机转向位置的坐标作为第一坐标。
具体地，第二预设距离不小于无人机当前速度对应的转弯半径，优选为等于转弯半径。
S503：将剩余任务航线中距离次目标机巢距离最近的点作为第二目标点。
S504：无人机在第一目标机巢内换电完成后，基于第一坐标、当前剩余任务航线以及第二目标点进行路径规划后执行任务。
S505：当无人机飞至距离第二目标点第三预设距离时转向飞至次目标机巢进行换电，并记录无人机转向位置的坐标作为第二坐标。
S506：无人机在次目标机巢内换电完成后，基于第二坐标、当前剩余任务航线进行路径规划后执行任务。
具体地，第二预设距离和第三预设距离可以相同，也可以不同，均根据无人机的转弯半径确定。
图6为本申请实施例提供的实现步骤S107进行待换电池第一更换操作的具体的流程图，如图6所示，包括步骤S601至S603。
S601：第一目标机巢和次目标机巢分别接收自动换电系统的换电指令后与无人机建立通信。其中，换电指令包括无人机的ID，换电指令能够确保正确的无人机被选中并执行待换电池第一更换操作。
具体地，一旦第一目标机巢接收到换电指令，它会使用无人机ID来识别相应的无人机，并通过预先建立的通信通道与无人机进行通信，通信的内容可以包括无人机的当前位置、电池状态和其他相关的任务信息。
S602：分别获取满足更换条件的待换电池作为第一目标电池和第二目标电池。
具体地，第一目标电池为第一目标机巢中的满足更换条件的待换电池，第二目标电池为次目标机巢中的满足更换条件的待换电池。
进一步地，基于无人机完成剩余任务所需电量优选电量较高的电池作为第一目标电池和第二目标电池，可以确保无人机有足够的电量来完成剩余任务。当满足更换条件的电池有多个时，基于充电装置对应的待充电电池数量及历史充电信息确定第一目标电池和第二目标电池，历史充电信息包括充电速度、累积充电时间，优选待充电电池数量少、充电速度快、累积充电时间短的充电装置所对应的电池作为第一目标电池和第二目标电池，能够更快地为无人机更换电池。这种策略在选择待换电池时，既考虑了电量需求，也考虑了充电装置的效率和历史电池的充电情况。
S603：无人机沿所规划的路径分别进行第一目标电池和第二目标电池的更换。
具体地，当确认无人机进入第一目标机巢并获取满足更换条件的第一目标电池后，驱动电池更换组件进行无人机电池的更换，一旦无人机被确认已经进入第一目标机巢，第一目标机巢会使用其内部的电池更换组件抓取无人机旧的电池并移除它，在无人机旧电池被移除后，电池更换组件会抓取新的电池并将其安装到无人机上。安装新电池后，无人机还需要一些测试和检查以确保新电池已经正确安装并可以正常工作，如果一切正常，无人机就会从第一目标机巢离开并沿所规划的路径飞向次目标机巢。
同理，无人机飞向次目标机巢后进行第二目标电池的更换与上述步骤相同。
若第一区域内的机巢满足换电条件，执行S108：执行确定第二目标机巢步骤。
S109：根据无人机当前位置、第二目标机巢位置进行无人机第二剩余任务的航线规划，并进行待换电池第二更换操作。
具体地，若第一区域内的机巢满足换电条件，执行确定第二目标机巢步骤，第二目标机巢需要满足的换电条件为：第二目标机巢待换电池的电量能够使无人机完成剩余执行任务或者包括满电状态的电池，第二目标机巢中的待换电池为空闲状态以及未被预约状态，优选第一区域内的机巢的电池电量能完成无人机剩余执行任务所需电量且距离无人机剩余执行任务航线的垂直距离最近的机巢作为第二目标机巢。
具体地，第二剩余任务的航线规划为无人机直接飞向第二目标机巢，然后完成第二剩余的航线任务，与第一目标机巢内换电时的路径规划原理相同。待换电池第二更换操作与待换电池第一更换操作相同。
需要进行说明的是，由于无人机的机型、无人机的速度和无人机的电量不相同，因此，本申请所涉及到的预设阈值、第一预设距离和第二预设距离并不是一个固定的值，需要根据实际情况计算出。
本申请实施例还提供了一种基于无人机的自动换电管理装置700，如图7所示，该装置包括：获取信息模块701、判断条件模块702、执行第一操作模块703、执行第二操作模块704。
获取信息模块701用于根据无人机当前剩余电量可飞行距离和当前位置划定第一区域，并获取第一区域内的机巢位置的分布信息。
判断条件模块702用于判断第一区域内的机巢是否满足换电条件。
执行第一操作模块703用于若第一区域内的机巢不满足换电条件，执行确定第一目标机巢和次目标机巢步骤；执行确定第一目标机巢和次目标机巢步骤，包括：获取距离无人机执行任务航线第一预设距离内的机巢作为初选机巢；在初选机巢中选取满足第一条件的机巢作为次目标机巢；根据次目标机巢的位置，在第一区域内选取满足第二条件的机巢作为第一目标机巢；根据无人机当前位置、第一目标机巢位置和次目标机巢位置进行无人机第一剩余任务的航线规划，并进行待换电池第一更换操作。
执行第二操作模块704用于若第一区域内的机巢满足换电条件，执行确定第二目标机巢步骤；根据无人机当前位置、第二目标机巢位置进行无人机第二剩余任务的航线规划，并进行待换电池第二更换操作。
本申请所述装置中的部分模块可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构、类等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
上述申请实施例阐明的装置或模块，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。为了描述方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。在实施本申请实施例时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。当然，也可以将实现某功能的模块由多个子模块或子单元组合实现。
本申请中所述的方法、装置或模块可以以计算机可读程序代码方式实现控制器按任何适当的方式实现，例如，控制器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该（微）处理器执行的计算机可读程序代码（例如软件或固件）的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路（英文：Application Specific Integrated Circuit，简称：ASIC）、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式，控制器的例子包括但不限于以下微控制器：ARC 625D、Atmel AT91SAM、Microchip PIC18F26K20以及Silicone Labs C8051F320，存储器控制器还可以被实现为存储器的控制逻辑的一部分。本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内部包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
如图8所示，本申请实施例还提供了一种基于无人机的自动换电管理服务器，包括存储器801和处理器802；存储器801用于存储计算机可执行指令；处理器802用于执行计算机可执行指令，以实现本申请实施例以上所述的一种基于无人机的自动换电管理方法。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有可执行指令，计算机执行所述可执行指令时能够实现本申请实施例以上所述的一种基于无人机的自动换电管理方法。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的硬件的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，也可以通过数据迁移的实施过程中体现出来。该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，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，移动终端，服务器，或者网络设备等）执行本申请实施例所述的方法。
本说明书中的各个实施方式采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处。本申请的全部或者部分可用于众多通用或专用的计算机系统环境或配置中。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种基于无人机的自动换电管理方法，其特征在于，应用于自动换电系统中，所述自动换电系统包括多个机巢，每个所述机巢分布式安装于任务执行区域内，每个所述机巢包括多个充电装置，每个所述充电装置被配置为对其所对应的多个待换电池进行充电，包括：
根据无人机当前剩余电量可飞行距离和当前位置划定第一区域，并获取所述第一区域内的机巢位置的分布信息；
判断所述第一区域内的所述机巢是否满足换电条件；
若所述第一区域内的所述机巢不满足换电条件，执行确定第一目标机巢和次目标机巢步骤；
所述执行确定第一目标机巢和次目标机巢步骤，包括：
获取距离无人机执行任务航线第一预设距离内的机巢作为初选机巢；
第一预设距离为到无人机任务航线的垂直距离，并且第一预设距离小于或等于第一区域的半径；
在所述初选机巢中选取满足第一条件的机巢作为次目标机巢；
所述在所述初选机巢中选取满足第一条件的机巢作为次目标机巢，包括：
基于所述初选机巢的位置获取第一预设时间；
在所述第一预设时间后，在第一区域外存在能够使无人机完成剩余执行任务或存在充满电的待更换电池的初选机巢中，选择距离无人机当前位置第四预设距离范围内的、且距离无人机剩余执行任务航线的垂直距离最近的作为所述次目标机巢；
第四预设距离为第一区域内当前电池电量所能飞行的最远距离与第一区域直径的差值；
所述次目标机巢中的待换电池为空闲状态以及未被预约状态；根据所述次目标机巢的位置，在所述第一区域内选取满足第二条件的机巢作为第一目标机巢；
所述根据所述次目标机巢的位置，在所述第一区域内选取满足第二条件的机巢作为第一目标机巢，包括：
在所述无人机飞至所述第一区域内的机巢时，存在能够使无人机到达所述次目标机巢的待换电池的机巢，作为所述第一目标机巢；
所述第一目标机巢中的待换电池为空闲状态以及未被预约状态；
根据无人机当前位置、所述第一目标机巢位置和所述次目标机巢位置进行无人机第一剩余任务的航线规划，并进行待换电池第一更换操作；
若所述第一区域内的所述机巢满足换电条件，执行确定第二目标机巢步骤；
根据无人机当前位置、所述第二目标机巢位置进行无人机第二剩余任务的航线规划，并进行待换电池第二更换操作。
2.根据权利要求1所述的基于无人机的自动换电管理方法，其特征在于，所述根据无人机当前剩余电量可飞行距离和当前位置划定第一区域，并获取所述第一区域内的机巢位置的分布信息之前，还包括：
评估无人机执行剩余任务所需电量，判断所述无人机当前剩余电量与所述执行剩余任务所需电量的差值是否小于预设阈值；
若判断结果为是，向所述自动换电系统发送换电请求。
3.根据权利要求1所述的基于无人机的自动换电管理方法，其特征在于，所述根据无人机当前位置、所述第一目标机巢位置和所述次目标机巢位置进行无人机第一剩余任务的航线规划，包括：
计算无人机当前位置剩余任务航线中距离所述第一目标机巢之间距离最近的点作为第一目标点；
当无人机飞至距离所述第一目标点第二预设距离时转向飞至所述第一目标机巢进行换电，并记录无人机转向位置的坐标作为第一坐标；
将所述剩余任务航线中距离所述次目标机巢距离最近的点作为第二目标点；
无人机在所述第一目标机巢内换电完成后，基于所述第一坐标、当前剩余任务航线以及第二目标点进行路径规划后执行任务；
当无人机飞至距离所述第二目标点第三预设距离时转向飞至所述次目标机巢进行换电，并记录无人机转向位置的坐标作为第二坐标；
无人机在所述次目标机巢内换电完成后，基于所述第二坐标、当前剩余任务航线进行路径规划后执行任务。
4.根据权利要求3所述的基于无人机的自动换电管理方法，其特征在于，所述进行待换电池第一更换操作，包括：
所述第一目标机巢和所述次目标机巢分别接收所述自动换电系统的换电指令后与无人机建立通信；
分别获取满足更换条件的待换电池作为第一目标电池和第二目标电池；
无人机沿所规划的路径分别进行所述第一目标电池和所述第二目标电池的更换。
5.一种用于执行根据权利要求1-4任一项所述的基于无人机的自动换电管理方法的装置，其特征在于，包括：
获取信息模块，用于根据无人机当前剩余电量可飞行距离和当前位置划定第一区域，并获取所述第一区域内的机巢位置的分布信息；
判断条件模块，用于判断所述第一区域内的所述机巢是否满足换电条件；
执行第一操作模块，用于若所述第一区域内的所述机巢不满足换电条件，执行确定第一目标机巢和次目标机巢步骤；所述执行确定第一目标机巢和次目标机巢步骤，包括：获取距离无人机执行任务航线第一预设距离内的机巢作为初选机巢；第一预设距离为到无人机任务航线的垂直距离，并且第一预设距离小于或等于第一区域的半径；在所述初选机巢中选取满足第一条件的机巢作为次目标机巢；所述在所述初选机巢中选取满足第一条件的机巢作为次目标机巢，包括：基于所述初选机巢的位置获取第一预设时间；在所述第一预设时间后，在第一区域外存在能够使无人机完成剩余执行任务或存在充满电的待更换电池的初选机巢中，选择距离无人机当前位置第四预设距离范围内的、且距离无人机剩余执行任务航线的垂直距离最近的作为所述次目标机巢；第四预设距离为第一区域内当前电池电量所能飞行的最远距离与第一区域直径的差值；所述次目标机巢中的待换电池为空闲状态以及未被预约状态；根据所述次目标机巢的位置，在所述第一区域内选取满足第二条件的机巢作为第一目标机巢；所述根据所述次目标机巢的位置，在所述第一区域内选取满足第二条件的机巢作为第一目标机巢，包括：在所述无人机飞至所述第一区域内的机巢时，存在能够使无人机到达所述次目标机巢的待换电池的机巢，作为所述第一目标机巢；所述第一目标机巢中的待换电池为空闲状态以及未被预约状态；根据无人机当前位置、所述第一目标机巢位置和所述次目标机巢位置进行无人机第一剩余任务的航线规划，并进行待换电池第一更换操作；
执行第二操作模块，用于若所述第一区域内的所述机巢满足换电条件，执行确定第二目标机巢步骤；根据无人机当前位置、所述第二目标机巢位置进行无人机第二剩余任务的航线规划，并进行待换电池第二更换操作。
6.一种基于无人机的自动换电管理服务器，其特征在于，包括存储器和处理器；
所述存储器用于存储计算机可执行指令；
所述处理器用于执行所述计算机可执行指令，以实现权利要求1-4任一项所述的方法。
7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有可执行指令，计算机执行所述可执行指令时能够实现如权利要求1-4任一项所述的方法。
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Citations (4)
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| KR20190000439A (ko) * | 2017-06-23 | 2019-01-03 | 주식회사 아이디프라임 | 조류퇴치를 위한 무인비행체 및 그 운용방법 |
| US11133684B1 (en) * | 2018-05-23 | 2021-09-28 | Alarm.Com Incorporated | Battery drone |
| DE102019109127A1 (de) * | 2019-04-08 | 2020-10-08 | Thomas Weimer | Drohnenbasiertes Luft- und Kollisionsüberwachungssystem |
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