CN117715853A - 长线徘徊装置、系统和方法 - Google Patents

Abstract

长线徘徊控制系统的物理部件和逻辑部件解决在载具诸如固定翼飞机的下方进行的长线徘徊机动的控制。控制可包括对该载具、悬挂负载控制系统和长线的估计状态和预测状态进行识别、预测以及作出反应。对估计状态和预测状态进行识别、预测以及作出反应可包括确定状态条件随时间的特性以及在状态条件之间的响应时间。反应可包括控制该载具的提升机、控制该悬挂负载控制系统的推力器、和/或控制或向该载具发出飞行控制指令，以便不增加响应时间和/或避免危险。

Description

长线徘徊装置、系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请是2021年5月25日提交的美国专利申请第17/330,266号的继续申请，其全文以引用方式并入本文。

技术领域

本公开涉及改进的系统和方法，该改进的系统和方法用于以及关于利用载具诸如固定翼飞机执行长线徘徊机动的装置、系统和方法，其增强了对长线末端负载的控制。

背景技术

20世纪五十年代，Laurence Bradford Saint在厄瓜多尔从事传教活动，他独立构思、测试并使用了长线徘徊机动。在长线徘徊机动中，固定翼飞机围绕目标位置运行或盘旋。通过在飞机的挡风玻璃上放置标记并且使飞机绕圈飞行，使得该标记停留在目标位置上，完成了围绕该位置的运行。飞机放出大约1000至2000英尺或更长的长线。长线上的重力将飞机向下拉；如果长线朝目标位置移动，则长线上的空气动力减小；因此，长线上的重力和空气动力使飞机形成3维长线螺旋。如果长线足够长，则长线螺旋的底部或中心将大致位于目标位置上或目标位置上方。飞机可下降或上升以相对于目标位置降低或升高长线的底部。长线中的线圈数量可取决于飞机的速度，飞机的倾斜角或转弯半径，长线的长度，长线的重量，长线上的负载的重量，以及长线和负载上的空气动力，诸如来自长线穿过其长度的空速、气压和长线的轮廓。长线技术已经被用于在目标位置处拾取或放下装备(“负载”)。

然而，长线徘徊机动存在严重问题，阻碍了其广泛使用。例如，在飞机的飞行路径和速度的变化以及负载的响应之间存在响应时间的多变性；据美国空军报告，这种多变性从30秒到若干分钟不等。此外，负载可遭遇“溜溜球”效应或摆动效应，其中负载的高度迅速变化，并且其中负载可能撞到地面或其他物体。此外，当飞机从围绕目标位置盘旋过渡到沿直线前进时，负载可遭遇高加速度、“挥鞭”效应，或者可能不遵循期望的轨迹。此外，可能难以实现负载相对于目标位置的精细定位。此外，长线和负载上的空气动力包括大气条件诸如风，该大气条件可能变化，并且即使在其恒定的情况下，当飞机围绕目标位置盘旋时，也可导致长线的旋转中心相对于飞机的旋转中心发生变化。这些问题阻碍了长线徘徊机动的广泛使用。

如本文所用，“载具”可指固定翼飞机、直升机，或能够在某个位置上方并围绕该位置运行或“徘徊”的另一机载系统，其中该位置位于大气中。

载具的操作人员可使用提供悬挂负载控制的装备，包括使用动力风扇推动推力流体并产生推力而提供对远离载具(例如在负载处或负载附近)的负载的控制的装备。这种装备在本文被称为悬挂负载控制系统(“SLCS”)。已知SLCS能够控制负载的偏航并且将负载水平平移到有限的程度，尽管SLCS本身难以实际实施，甚至在诸如直升机和起重机的载具下方实施，更不用说在诸如进行长线徘徊机动的固定翼飞机的载具下方实施。此外，在长线徘徊机动的背景下，SLCS将增加负载质量，具有有限的推力功率，引入附加的成本和复杂性，并且具有有限的展开时间。在长线徘徊机动中使用SLCS还没有被成功地证明，尽管人们有兴趣这样做，但对SLCS的实际设计、制造和使用知之甚少。

如本文所用，“长线”和“悬索”是同义词。

如本文所述，当通过载具运输悬挂负载时，观察到的载具和悬挂负载运动包括以下分量：沿Y轴的垂直平移(上下运动)(在本文称为“垂直平移”)；沿X和Z轴中的一者或两者的水平平移；以及围绕Y轴的旋转或“偏航”。当垂直平移循环发生时，在本文中也可将其称为“摆动”。载具和悬挂负载也可发生滚动(围绕X轴旋转)和俯仰(围绕Z轴旋转)，但如果负载由缆索悬挂且不具有浮力，则负载的典型运动是垂直平移、水平平移和偏航。负载的垂直平移和水平平移可由以下因素引起：长线的移动，长线的弹性模量，通过长线传递到负载的载具的移动，控制长线的绞盘或提升机的上卷或下卷，负载的推力输出，负载和载具之间速度和动量差异，风、冲击、外力和前述因素之间的线性和非线性相互作用。负载的水平平移可表现为负载的横向运动或以负载固定到载具的位置为中心的圆锥钟摆运动(“钟摆运动”)；钟摆运动通常还包括垂直平移分量，也可称为椭圆运动。载具和悬挂负载也可沿弧线行进，包括围绕圆心形成一圈的弧线，这也可被称为“轨道运动”，并且也可被理解为水平平移的一种形式。悬挂负载的轨道运动可难以与悬挂负载的钟摆运动相区分。可基于以下考虑来区分这两种运动：运动是否围绕或锚定在载具和负载之间的固定位置，在这种情况下，可能是钟摆运动；或者运动是否不是围绕在载具和负载之间的固定位置，在这种情况下，可能是轨道运动。

已知在长线徘徊机动中作用在载具和悬挂负载之间和作用在载具和悬挂负载上的许多力之间的线性和非线性相互作用会导致负载和载具中任一者或两者的许多不期望的、不可预测的和难以控制的运动，诸如偏航、摆动、高加速力，以及负载的不精确的精细定位和高度控制。这些不期望的后果可能导致延迟、装备和物体的损坏、任务失败，并且可能导致机组人员、连接长线的人员和地面人员受伤或死亡，从而阻碍了长线徘徊机动的广泛使用。

此外，一些长线徘徊机动可涉及障碍物，诸如建筑物、桥梁、表面、陡壁、岩石、树木、电线、悬垂物或其他可干扰载具、负载和/或长线中的一者或多者的障碍物。

通过使用一种方法、系统和装置来允许SLCS、提升机和载具在长线徘徊机动中增加对负载的控制并且预测、识别其中长线徘徊机动中的负载控制无法保持在安全参数范围内的情况和作出响应，在长线徘徊机动中使用SLCS、载具、负载和其他部件可被改进，变得更容易，危险系数降低和/或变得更可能实现。

附图说明

图1示出了根据实施方案的执行长线机动的载具、长线、悬挂负载控制系统(“SLCS”)和负载的选择性倾斜透视图。

图2示出了根据实施方案的适于执行长线机动的载具、提升机和载具中的传感器组的倾斜透视细节。

图3示出了根据实施方案的在长线机动中固定到长线的SLCS和负载的倾斜透视细节。

图4示出了根据实施方案的载具、长线、载具路径、轨道中心以及负载和SLCS的位置的第一倾斜透视图。

图5示出了根据实施方案的图4中的载具、长线、载具路径以及负载和SLCS的位置的顶部平行投影图。

图6示出了根据实施方案的载具、长线、载具路径以及负载和SLCS的位置的第二倾斜透视图。

图7示出了根据实施方案的图6中的载具、长线、载具路径以及负载和SLCS的位置的顶部平行投影图。

图8示意性地示出了根据实施方案的包括远程接口逻辑部件和提升机逻辑部件的长线徘徊控制系统的操作部件。

图9示出了根据实施方案的包括多种模式或命令状态的长线徘徊系统的操作模块。

图10示出了根据实施方案的长线徘徊控制系统的长线徘徊数据融合和控制模块。

图11示出了根据实施方案的长线徘徊提升机操作模块。

图12A示出了根据实施方案的用于长线徘徊系统的远程接口的第一倾斜平行投影图。

图12B示出了根据实施方案的用于长线徘徊系统的远程接口的第二倾斜平行投影图。

图13A示出了根据实施方案的SLCS的远程接口的背面平行投影图。

图13B示出了根据实施方案的图13B的SLCS的远程接口的倾斜平行投影图。

图13C示出了根据实施方案的图13B的SLCS的远程接口的正面平行投影图。

图14示出了根据实施方案的载具、长线、载具路径以及负载和SLCS的位置的第三倾斜透视图。

图15示出了根据实施方案的图14中的载具、长线、载具路径以及负载和SLCS的位置的顶部平行投影图。

具体实施方式

概括来讲，本文所公开的长线徘徊控制系统包括物理部件，诸如载具、载具提升机、长线或悬索(“长线”或“悬索”可互换使用)、悬挂负载控制系统(“SLCS”)和本文进一步讨论的操作部件。概括来讲，长线徘徊控制系统还包括逻辑部件，诸如长线徘徊操作模块(也称为“操作模块”)、长线徘徊数据融合和控制模块，以及长线徘徊提升机操作模块。

概括来讲，长线徘徊控制系统的物理部件和逻辑部件解决了对在诸如固定翼飞机的载具下方进行的长线徘徊机动的控制。概括来讲，长线徘徊机动的控制包括对长线徘徊控制系统的部件的估计状态和预测状态进行识别、预测以及作出反应，诸如根据系统模型来进行。该系统模型可包括例如载具的中心或轨道、悬挂负载控制系统的中心或轨道、目标位置、悬挂负载控制系统和负载的质量、长线的长度、悬挂负载控制系统和负载的惯性、悬挂负载控制系统的移动和旋转、悬挂负载控制系统的离地高度、载具的移动和旋转、载具的离地高度、长线的空气动力模型、长线上的重力，以及风力、海况和在悬挂负载控制系统与载具之间的相对运动的扰动估计，其中载具的移动和旋转包括倾斜角和速度或轨道中心中的至少一者。

在该系统模型中处理的某些信息可被描述为“状态信息”，并且其中某些信息可被描述为“参数信息”或“参数”。例如，参数可包括可由长线徘徊系统主动改变的元素，诸如长线的长度、载具的推力和飞行控制设置、SLCS的EDF的推力输出等。例如，“状态信息”可包括可不被长线路徘徊系统主动改变和/或可响应参数改变的元素，例如SLCS和负载的质量、SLCS和负载的转动惯量、SLCS和负载的定位和运动、载具的定位和运动，以及诸如风力和海况的干扰。重要的是，参数信息、状态信息和干扰力不是作为固定值“硬连接”到长线路徘徊系统中的，而是由其逻辑部件动态确定的。

概括来讲，对长线徘徊控制系统的部件的估计状态和预测状态作出反应可包括：控制SLCS的推力器(也被称为一个或多个风扇阵列)，控制载具的提升机，或控制载具或向载具发出飞行控制指令以驱动SLCS朝目标或相对于目标移动，尽管SLCS可能经历运动或受到倾向于使SLCS远离目标移动的力。如本文所述，SLCS的运动可包括钟摆运动、偏航(围绕SLCS的中心轴旋转)，或水平平移或垂直平移；如本文所述，SLCS和负载可能受到负载、长线和载具之间的线性和非线性相互作用，和/或包括风的外部扰动力。除了控制载具的提升机和/或控制载具或向载具发出飞行控制指令之外，SLCS可通过动态地施加来自例如SLCS的推力器、风扇或螺旋桨(例如，高输出电涵道风扇)的力来控制自身和负载。推力器、风扇、螺旋桨和电涵道风扇(“EDF”)在本文可被称为“推力器”或“EDF”。可使用其他推力源，诸如喷射器、压缩空气、过氧化氢推力器、火箭等。

概括来讲，对长线徘徊控制系统的部件的估计状态和预测状态进行识别、预测以及作出反应包括确定状态条件随时间的特性以及在载具、提升机和SLCS的状态条件之间的响应时间。概括来讲，对在载具、提升机和SLCS的状态条件之间的响应时间的估计或预测可包括确定在载具、提升机和SLCS的状态条件之间的估计或预测的响应时间不在裕度诸如安全裕度内。当响应时间超过安全裕度时，长线徘徊控制系统的部件可处于不安全状况或者可处于不安全状况的危险中，诸如摆动效应或“溜溜球”效应，其中在长线末端处的SLCS和负载可能以危险和/或不受控制的方式周期性地改变高度。概括来讲，对长线徘徊控制系统的部件的估计状态和预测状态进行识别、预测和作出反应包括确定危险状态的发生或预测危险状态。概括来讲，危险状态可包括与地面或其他物体碰撞，和/或过度加速。由于摆动效应或由于“挥鞭”效应，可能发生过度加速；例如当载具从围绕目标位置轨道运行过渡到朝目的地移动时可能发生的挥鞭效应。

概括来讲，长线徘徊控制系统可通过例如控制载具的提升机、控制SLCS的推力器、和/或控制载具或向载具发出飞行控制指令响应不在裕度内的估计或预测的响应时间和/或危险状态，以便不增加响应时间和/或避免危险。概括来讲，不增加响应时间可包括保持或减小载具和SLCS之间的距离，诸如通过保持稳定或缩短从提升机放出的长线的长度。概括来讲，不增加响应时间可包括保持或增加载具的高度。概括来讲，不增加响应时间可包括增加载具的速度。概括来讲，避免危险可包括控制SLCS的推力器进行机动以避免危险，和/或可包括控制提升机以缩短长线的长度或增加长线的长度以减轻高加速度，和/或可包括控制载具或向载具发出飞行控制指令以改变载具的轨道中心，改变载具的倾斜角、高度或速度。

概括来讲，长线徘徊系统中的SLCS、载具和载具的提升机可具有传感器组；该传感器组可获得数据，其中该数据可由长线徘徊系统的逻辑部件根据系统模型进行处理。在载具中以及在SLCS中，传感器组可包括例如定位传感器、定向传感器、惯性传感器、接近传感器、参考位置传感器、悬索传感器和推力传感器。这些传感器可包括相机、加速度计、陀螺仪、磁力计、倾角计、方向编码器、射频相对轴承系统、重力传感器、微机电系统(“MEMS”)传感器、全球定位系统(“GPS”)传感器、激光雷达/雷达传感器、机器视觉传感器、测距仪、超声波接近传感器、提升机传感器等。

概括来讲，来自传感器组的传感器信息可由长线徘徊控制系统的逻辑部件处理，以便对长线徘徊控制系统的部件的估计状态和预测状态进行识别、预测并作出反应，诸如根据系统模型，以控制长线机动，如本文所述。

概括来讲，长线徘徊控制系统的物理部件和逻辑部件由此可通过对长线徘徊控制系统的部件的估计状态和预测状态进行识别、预测并作出反应来提供对长线徘徊机动的增强控制，以便朝目标或相对于目标或相对于载具驱动长线末端，避免包括危险状况的估计或预测状态，诸如在载具、提升机和SLCS的状态条件之间的不在安全裕度内的响应时间，或诸如危险状态，诸如与物体碰撞或过度加速。此外，所公开的长线徘徊控制系统可向载具、载具的提升机或向另一进程提供遥测数据或信息。

如本文所述，“负载的控制”或“SLCS的控制”或“长线末端的控制”应当理解为指SLCS的控制，并且由此称为也可被固定到SLCS的负载的控制。

长线徘徊控制系统可为例如固定翼长线徘徊提升和输送操作以及在飞行中的飞机与飞机的接触操作(诸如加油操作)提供好处。

现在详细参考附图中所示实施方案的描述。虽然结合了附图和相关说明描述了实施方案，但是并不旨在将范围限制于本发明所公开的实施方案。相反，本发明旨在覆盖所有的替代、修改和等同物。在替代实施方案中，可添加或组合另外的设备或所示设备的组合，而不限制本发明所公开的实施方案的范围。例如，下面阐述的实施方案主要在固定翼提升操作的背景下描述。然而，这些实施方案是例示性示例，并且决不将所公开的技术限制于任何特定应用或平台。

短语“在一个实施方案中”、“在各种实施方案中”、“在一些实施方案中”等被重复使用。这些短语不一定是指同一实施方案。除非上下文另有规定，否则术语“包括”、“具有”和“包含”是同义的。如本说明书和所附权利要求中所用，除非内容另有明确说明，否则单数形式“一个”、“一种”以及“该”、“所述”包括复数指代。还应注意，除非内容另有明确说明，否则“或”通常与“和/或”同义。

图1示出了根据实施方案的执行长线机动的载具105、长线110、悬挂负载控制系统(“SLCS”)130和负载120的选择性倾斜透视图。

载具105可为例如固定翼飞机、直升机和无人机等。载具105能够并且正在围绕目标位置盘旋或围绕目标位置运行。载具105可包括提升机201、传感器组220(结合图2进一步讨论)、通信、电力和/或控制模块或系统，诸如以与提升机201和/或SLCS130通信和/或向其提供电力。

长线110可从载具105的提升机201延伸，受到重力和空气动力，形成3维螺旋，下降到SLCS130和负载120。整流罩115可使经过SLCS130的气流平稳，诸如当SLCS130可从载具105释放和/或带回到其中时以及当载具105以高于失速速度行进时。整流罩115可包括飞行控制表面(未示出)以控制或稳定SLCS130在空气中的通过。当载具105以高于其失速速度的速度(例如115mph，这仅是一个示例，失速速度将取决于飞机的类型)飞行通过空气时，SLCS130可从载具105释放和/或被带回到其中，并且可受到非层流。长线110可围绕提升机201卷绕或被卷进其中。SLCS130可固定到长线110以及从载具105释放。在长线徘徊机动期间，负载120可固定到SLCS130并且可从载具105释放和/或被带回到其中，或者负载120可在目标位置处固定到SLCS130并且可从目标位置拾取，而且该负载可被卷起到载具105，输送到地面上的另一位置，或者诸如利用降落伞在空中释放。

本文进一步讨论了长线徘徊控制系统的物理部件和逻辑部件，包括传感器组220、SLCS130的传感器组320、提升机传感器205、操作模块900、长线徘徊数据融合和控制模块1000以及用于长线徘徊提升机操作模块1100，它们中的一者或多者可在SLCS130从载具105释放之前或之后被启动或激活。轴125和轴126指示物理部件和逻辑部件持续估计和预测SLCS 130的状态，包括其定向、定位、绝对和相对位置(通常，相对于载具105，包括载具105下方的距离和离地距离，由轴125指示)，以及载具105的状态，包括其定向、定位、绝对和相对位置(通常，相对于SLCS130，包括SLCS130上方的距离和离地距离，由轴126所示)。

SLCS130可包括例如SLCS、传感器组或可包括电子部件的其他装备，这些电子部件包括计算机处理器、计算机存储器、信号处理部件、电池、逻辑部件和致动器。本文结合悬挂负载控制逻辑部件801讨论了这些装备的示例。

SLCS130包括电子部件，其中包括计算机处理器、计算机存储器、信号处理部件、逻辑部件、电源和/或电池、电子速度控制器、微控制器、传感器、致动器等。SLCS130内的电源可为单个电源块或串联布线和/或并联布线的电池单元阵列，诸如锂聚合物(LiPo)电池单元。电池可以是可移除的，以便检查和/或更换放电和充电的电池。电池可以在安装时通过节点或无线充电系统充电(即，不必移除它们)。电池可包括辅助电池，以便即使风扇单元中的推力器从主电池吸取相对大量的电力，也向处理器提供稳定的电源。在实施方案中，悬挂SLCS130的载具可通过沿着长线延伸到SLCS130的线提供电力。在实施方案中，载具可向SLCS130提供一些电力，同时SLCS130可从机载电源获得其他电力。在各种实施方案中，SLCS130可由机载电源和远程电源的组合供电。在许多环境中，SLCS130的所有电力都包含在SLCS130上，从而允许完全自主的操作而不依赖于外部电源或输送装置的可用性。

在计算机存储器中或在SLCS130内的电路中体现的逻辑中，可存在诸如操作模块900和/或长线徘徊数据融合和控制模块1000之类的模块。如本文所述，操作模块900和/或长线徘徊数据融合和控制模块1000可向载具105、提升机201、负载120或另一物体或另一方提供服务以及从其获得服务。

SLCS130可向载具105、提升机201、负载120或另一物体或另一方提供服务。由SLCS130提供的服务可包括例如数据采集(诸如用于遥测或情境感知的数据采集)以及负载控制(诸如用于负载120的负载控制服务)、通信服务等。SLCS130可能需要或受益于来自载具105、提升机201、负载120或另一物体或另一方的服务。SLCS130的服务可包括例如数据或信息服务、通信服务、电力服务、物理转换以及指向载具的对接和展开和来自载具的对接和展开。

负载120可包括有生命的或无生命的物体，诸如人、装备、用于运输物体的吊索、担架、用于盛放水或另一液体或气体的容器等。负载120可固定到长线110或固定到SLCS130的缆索或固定机构，诸如钩。负载120的重量或质量可在操作期间改变，诸如当负载的一部分被拾取、放下或释放时。

如本文所述，长线徘徊控制系统的物理部件和逻辑部件可通过对长线徘徊控制系统的部件的估计状态和预测状态进行识别、预测和作出反应来提供对长线徘徊机动的增强控制，诸如朝目标或相对于目标或相对于载具驱动长线末端，避免包括危险状况的估计或预测状态。如本文所述，包括危险状况的估计或预测状态可包括载具、提升机和SLCS的状态条件之间不在安全裕度内的响应时间，或可包括危险状态，诸如与物体撞击或过度加速。此外，所公开的长线徘徊控制系统可向载具、载具的提升机或向另一进程或另一方提供遥测数据或信息。

例如，当将SLCS130从载具105释放时，诸如操作模块900的逻辑部件可确定载具、提升机和SLCS的状态条件之间的响应时间不在安全裕度内，并且可控制或指导提升机201的控制以暂停、缓慢释放或卷入长线110，直到响应时间返回到安全裕度内。

例如，当SLCS130从载具105释放以及长线徘徊机动执行以拾取或放下负载120时，逻辑部件诸如操作模块900可激活SLCS130的推力器朝目标位置驱动SLCS130和负载120，以减少或消除SLCS130和/或负载120的偏航或钟摆运动，或者有助于防止SLCS130和/或负载120撞击障碍物。

例如，当长线徘徊机动执行时并且在负载120被拾取之后，逻辑部件诸如操作模块900可在载具105从轨道运行过渡到直线飞行时激活提升机201放出长线110，以便避免SLCS130和/或负载120的不可接受的加速，诸如避免挥鞭效应。

图2示出了根据实施方案的适于执行长线机动的载具、提升机201、载具传感器组220和长线110的倾斜透视细节。

传感器组220被示出为包括传感器215，该传感器可包括例如定位传感器、定向传感器、惯性传感器、接近传感器和参考位置传感器。这些传感器可包括相机、加速度计、陀螺仪、磁力计、倾角计、方向编码器、射频相对轴承系统、重力传感器、微机电系统(MEMS)传感器、全球定位系统(GPS)、激光雷达/雷达、机器视觉、测距仪和超声波接近传感器等。当这些传感器(例如激光雷达、雷达、相机)检测电磁辐射时，这些传感器可被定位为具有包括预期会在其中发现SLCS130、长线110和负载的区域的视野，诸如在载具105的下方和后方。

提升机201可包括提升机传感器205和卷筒210。卷筒210可包括卷筒或绞盘，用于转动卷筒或绞盘的电动马达、液压马达或其他马达，用于停止绞盘旋转的制动器，用于在缆索卷绕到绞盘上或从绞盘上卷绕下来时引导缆索的卷绕引导件，以及提升机传感器205。诸如长线110的悬索可围绕绞盘卷绕。提升机传感器205可包括缆索长度编码器、卷筒扭矩编码器等。缆索长度编码器可编码或记录从卷筒展开的缆索长度，诸如通过使用测量卷筒和/或缆索引导件中辊的旋转的物理传感器、光学传感器或霍尔传感器等。无论是在静态条件下(例如，当绞盘不旋转时)还是在动态条件下(例如，当绞盘正在旋转时)，卷筒扭矩编码器可编码或记录卷筒或绞盘上的力，诸如扭矩。卷筒扭矩编码器可包括例如应变仪、秤、质量或重量测量设备、用于转动或保持绞盘的电力或其他动力的测量设备等。卷筒扭矩编码器和/或长线徘徊提升机操作模块1100可基于扭矩和/或基于静态或动态条件来估计或确定长线110上的负载的质量。

结合图1所述，轴125和轴126指示传感器组220、传感器组320和/或提升机传感器205正在获得传感器数据，将其提供给逻辑部件，其中逻辑部件持续估计和预测载具105和SLCS 130的状态，包括这些部件的定向、定位、绝对和相对位置(通常，相对于彼此，包括相隔距离、离地距离、轨道中心，和相对于轨道中心的运动)，和长线110的状态。

提升机201可包括电子部件，包括计算机处理器、计算机存储器、信号处理部件、逻辑部件以及致动器，包括卷筒210和其他致动器。本文还结合载具和提升机逻辑部件880讨论了这些部件。

在计算机存储器中或在提升机201内的电路中体现的逻辑中，可存在长线徘徊提升机操作模块1100。长线徘徊提升机操作模块1100可包括操作提升机201以及与本文所述的其他模块相互作用的逻辑。长线徘徊提升机操作模块1100可诸如从提升机传感器205(例如缆索长度编码器和/或卷筒扭矩编码器)获得数据或信息，并且可将该数据或信息提供给其他部件，诸如SLCS130和/或载具105及其模块。长线徘徊提升机操作模块1100可从例如操作模块900和/或长线徘徊数据融合和控制模块1000和/或载具105(包括从载具105或航班或飞机控制中的机组人员)接收数据、信息或指令。长线徘徊提升机操作模块1100可执行指令，诸如卷入或展开(卷入或放出)长线110，和/或与SLCS130通信。结合图11示出并讨论了长线徘徊提升机操作模块1100的逻辑的示例。

提升机201可包括壳体，该壳体可充当或包括提升机201的部件，诸如将提升机201内的部件与环境隔开。提升机201可通过直接或间接地联接到载具的固定硬件、吊杆、臂等固定到载具，无论是在载具的内部空间中还是在载具的外部结构上等。

图3示出了根据实施方案的在长线机动中固定到长线110的SLCS130和负载120的倾斜透视细节。

SLCS130被示为包括例如风扇单元325A和风扇单元325B。风扇单元325A和风扇单元325B可分别包括一个或多个推力器，诸如EDF。EDF在本文也可称为“致动器”。

风扇单元325可包括保护一个或多个EDF的通风帽。通风帽可被硬化以承受环境的冲击。通风帽单元可由金属、塑料、包括纤维增强树脂的复合材料等制成。风扇单元可包括进气口和出气口，其中空气可通过该进气口吸入。进气口可包括一个或多个用于防止一些物体进入EDF的筛网或过滤器。风扇单元中的EDF可包括叶片和马达，诸如电动马达。EDF内的电动马达可被密封以防止灰尘、沙子、水和碎屑进入。除了EDF之外或代替EDF，可使用替代的推力源，例如压缩空气、过氧化氢喷气机或推力器、液体或固体火箭发动机、由燃烧发动机(诸如喷气发动机)驱动的风扇等。

为了便于讨论，位于SLCS的第一侧的风扇单元可作为第一风扇单元组进行讨论，而位于第二侧的风扇单元可作为第二风扇单元组进行讨论。每个风扇单元组中的风扇单元沿固定方向(诸如彼此相反的固定方向)推动带推力的流体(例如空气)；例如偏移180度。在其他实施方案中，在SLCS中可使用更少或更多数量的风扇单元和/或EDF。在其他实施方案中，风扇单元和/或EDF可以偏移180度之外的方式排列，例如偏移大于或小于180度，沿着其他轴偏移或不偏移。可包括机械转向部件以动态地重新定位风扇单元和/或风扇单元内的EDF。风扇、推力器或EDF可垂直定向，而不是如图3所示的水平定向。

各个风扇单元中的EDF可用不同的功率分别激活以产生风扇单元中组件的推力矢量或推力矢量控制。例如，为了产生顺时针偏航(相对于在图3中SLCS130的顶部向下看)，第一风扇单元组中的EDF可由其自身激活或结合第二风扇单元组中的相对EDF来激活。为了产生SLCS130的横向平移或产生与钟摆运动相反的横向力，可激活具有相同定向的两个风扇单元组中的EDF。可同时产生横向力和旋转力。因此，SLCS130及其操作模块900可产生矢量推力。

图3中还示出了旋转轴承305。旋转轴承305可为长线110之间的旋转轴承或联接件，并且可允许负载、SLCS130、缓冲器和挂钩以及负载120与长线110分开旋转。例如，由于旋转轴承305，SLCS可能够控制负载，尽管负载可受到旋转或可被SLCS旋转，但是不会将旋转力传递到长线110。

SLCS130可包括逻辑部件，诸如计算机处理器、存储器和存储器中的模块。在计算机存储器中或在SLCS130内的电路中体现的逻辑中，可存在操作模块900和/或长线徘徊数据融合和控制模块1000。结合图9示出和讨论了操作模块900的示例。结合图10示出和讨论了长线徘徊数据融合和控制模块1000的示例。在本文所讨论的示例中，操作模块900可估计和预测SLCS130、载具105和长线110的状态，并且诸如利用对SLCS130的推力器、对提升机210和/或对载具105或其机组人员的指令来对这些状态进行响应，以提高长线徘徊机动的性能。

图4示出了根据实施方案的具有可选负载的载具105、长线410、载具围绕轨道中心440的当前和预测路径435以及SLCS 445的第一倾斜透视图400。虽然轨道中心440可不为点，但是可包括不确定性，例如，由载具105的尺寸、大气条件以及沿着载具的当前和预测路径435，在载具105的定位、定向和运动测量中的不确定性等引起的不确定性。在轨道中心440内，SLCS 445可受到SLCS 445的推力器、提升机201以及载具的当前和预测路径435的影响，诸如朝目标位置，如本文结合操作模块900和/或长线徘徊数据融合和控制模块1000所述的长线徘徊系统的物理部件和逻辑部件的影响，诸如传感器组220、传感器组320、提升机传感器205。如本文所述，本文所述的长线徘徊系统的这些物理部件和逻辑部件可改进长线徘徊机动的性能和/或可使其性能更安全，诸如根据SLCS 445、载具105和长线410的状态的特性之间的响应时间。

图5示出了根据实施方案的图4的载具105、长线410、载具的当前和预测路径435、轨道中心440、SLCS 445和轨道半径505的顶部平行投影图500。轨道半径505示出，可相对于载具105、SLCS 445和长线中的一者或多者确定和/或获得轨道半径505，以及载具和SLCS之间的距离、从提升机放出的长线的长度以及SLCS的离地高度，诸如使用传感器组220和/或传感器组320和/或提升机传感器205。该信息可在系统模型中用来确定线圈的数量和/或长线410的形状。长线410的形状可与SLCS的状态、载具和长线的特性之间的响应时间相关，其可用于影响SLCS和负载相对于目标的定位、运动和定向。例如，操作模块900可确定响应时间不安全，并且应当采取步骤来避免使状态的扰动最小化；这可能是由于例如长线410中的线圈数量相对较多，其可能导致增加的响应时间和增大摆动或“溜溜球”效应的可能性。只要不存在响应时间警告和/或危险状况，就可在轨道中心440内驱动SLCS 445，诸如以实现对SLCS 445的定位、运动和定向的精细控制。

图6示出了根据实施方案的载具105、长线610、载具路径635和SLCS 645(以及可选的负载)的位置的第二倾斜透视图600。SLCS 645的位置可在载具的轨道635中心(未标记)内。图7示出了根据实施方案的载具105、长线610、载具路径635、图6的SLCS 645的位置，以及载具105和SLCS 645的轨道中心或位置之间的轨道半径705的顶部平行投影图700。

如本文所述，本文所讨论的长线徘徊系统的这些物理部件和逻辑部件可改进长线徘徊机动的性能和/或可使其性能更安全，诸如根据SLCS 645、载具105和长线610的状态的特性之间的响应时间。轨道半径705示出，可相对于载具105、SLCS 645和长线610中的一者或多者确定和/或获得轨道半径705，以及载具和SLCS之间的距离、从提升机放出的长线的长度以及SLCS的离地高度，诸如使用传感器组220和/或传感器组320和/或提升机传感器205。该信息可在系统模型中用来确定线圈的数量和/或长线610的形状。长线610的形状可与SLCS的状态、载具和长线的特性之间的响应时间相关，其可用于影响SLCS和负载相对于目标的定位、运动和定向。例如，操作模块900可确定响应时间安全，并且不需要采取步骤来使状态的扰动最小化；这可能是由于例如长线610中的线圈数量相对较少，其可导致相对于长线410减少的响应时间和降低摆动或“溜溜球”效应的可能性。只要不存在响应时间警告和/或危险状况，就可在轨道中心内驱动SLCS 645，诸如以实现对SLCS 645的定位、运动和定向的精细控制。

图8示出了悬挂负载控制逻辑部件801、远程接口逻辑部件850，以及载具和提升机逻辑部件880。

如图8的实施方案中所示，在悬挂负载控制逻辑部件801内，可存在传感器组805、SLCS处理器820、SLCS存储器825、SLCS通信系统830、SLCS输出装置815和电源管理系统840。

传感器组805可包括定位传感器806、定向传感器807、惯性传感器808、接近传感器809、参考位置传感器810和推力传感器811。

SLCS处理器820可为一个或多个处理器、微控制器和/或中央处理单元(CPU)。在一些实施方案中，处理器和微控制器可安装到同一印刷电路板(PCB)。

SLCS存储器825通常可包括随机存取存储器(“RAM”)、只读存储器(“ROM”)和永久非暂态大容量存储设备，诸如磁盘驱动器或SDRAM(同步动态随机存取存储器)。

SLCS存储器825可存储用于模块和/或软件例程的程序代码，例如导航系统826、操作模块900、长线徘徊数据融合和控制模块1000的程序代码，以及模块和/或软件例程所使用的数据或信息，例如目标数据827和模式或命令状态信息828。

SLCS存储器825还可存储操作系统。这些软件部件可使用与非暂态计算机可读存储介质(诸如软盘、磁带、DVD/CD-ROM驱动器、存储卡或其他类似存储介质)相关联的驱动机构从非暂态计算机可读存储介质加载到SLCS存储器825中。在一些实施方案中，软件部件还可以或替代地通过除驱动机构和计算机可读存储介质之外的机构(例如通过网络接口)来加载。

SLCS存储器825还可包括内核、内核空间、用户空间、用户受保护地址空间以及数据存储库。如本文所述，SLCS存储器825可存储一个或多个进程或模块(即，执行软件应用)。进程可存储在用户空间中。进程可包括一个或多个其他进程。一个或多个进程可大体上并行执行，即，作为多个进程和/或多个线程。

内核可被配置为提供用户进程和与处理器820相关联的电路之间的接口。换句话说，内核可被配置为通过进程来管理对处理器820、芯片组、I/O端口和外围设备的访问。内核可包括一个或多个驱动器，该一个或多个驱动器被配置为管理可展开设备的操作部件(即，处理器820、芯片组、I/O端口和外围设备)的元件和/或与其通信。

SLCS处理器820还可包括SLCS存储器825或另一数据存储器，或者通过总线和/或网络接口与之通信。

SLCS存储器825中的模块或例程所使用的数据组可由列中的单元格或与数字文档或文件中已定义结构中的其他值分开的值来表示。尽管在本文中被称为单独的记录或条目，但是这些记录可包括多于一个的数据库条目。数据库条目可以是、表示数字、数值运算符、二进制值、逻辑值、文本、字符串运算符、对其他数据库条目的引用、连接、条件逻辑、测试等或对这些进行编码。

可展开设备通信系统830可包括无线系统831(诸如，无线收发器)和有线系统832。SLCS输出装置815包括通过推力器控制器的推力控制器816。SLCS输出装置815包括用于控制提升机的提升机控制器813。SLCS输出装置815包括载具控制器814，诸如以控制载具的飞行控制表面和致动器，或向载具的机组人员发出飞行控制指令。电源管理系统840调节和分配来自例如电池的电源。一个或多个数据连接器、数据总线和/或网络接口可连接SLCS130的各种内部系统和逻辑部件。

该系统的各个方面可在专门或专用计算设备或数据处理器中实现，该专门或专用计算设备或数据处理器被专门编程、配置或构造为执行本文详细解释的一个或多个计算机可执行指令。该系统的各个方面也可以在分布式计算环境中实践，其中任务或模块由通过通信网络(诸如局域网(LAN)、广域网(WAN)、因特网或任何射频通信技术)连接的远程处理设备来执行。来自可展开设备的数据可具有非常低的带宽并且可不限于频率或通信协议。在分布式计算环境中，模块可位于本地存储器存储设备和远程存储器存储设备中。

根据一个实施方案，悬挂负载控制逻辑部件801可与远程定位单元、远程接口或目标节点(“远程接口单元”)及其逻辑部件(诸如远程接口逻辑部件850)和/或与载具和提升机逻辑部件(诸如载具和提升机逻辑部件880)一起工作。

在实施方案中，远程接口单元可例如由操作人员保持，或通过磁体、螺栓或任何其他附接机构附接到载具。在实施方案中，远程接口单元可被放在地面上的某个位置或附接到例如救生设备或其他漂浮设备、救援人员、要被拾取的负载、要被输送的负载的位置或特定操作位置。

在实施方案中，远程接口逻辑部件850可将来自操作人员的输入传送到悬挂负载控制逻辑部件801，诸如将命令状态和操作指令传送到操作模块1100和/或长线徘徊提升机操作模块1100。在实施方案中，远程接口逻辑部件850可将信息或数据从载具和提升机逻辑部件880传送到悬挂负载控制逻辑部件801和/或操作人员，诸如提升机的状态、放出的长线的长度、从长线作用在提升机上的力或质量等。

远程接口逻辑部件850可通过通信系统870(其可为无线通信系统871或有线通信系统872)与悬挂负载控制逻辑部件801和/或与载具和提升机逻辑部件880通信。来自远程接口逻辑部件850的输出860可包括在屏幕861上显示的信息以及音频862。到远程接口逻辑部件850以控制SLCS130或提升机的输入865可包括通过触摸屏866、操纵杆867、麦克风、相机、一个或多个按钮等传达的命令。在各种实施方案中，远程接口逻辑部件850可包括共同提供本文所述功能的一个或多个物理设备和/或逻辑设备。图12A、图12B、图13A、图13B和图13C中示出和讨论了远程接口逻辑部件850的实施方案的示例。

远程接口逻辑部件850还可包括处理器869和存储器873，它们可类似于处理器820和存储器825。存储器873可包括用于远程定位单元使用的一个或多个模块(诸如远程接口模块874)的软件或固件代码、指令或逻辑部件。例如，远程接口模块874可提供用于远程接口的控制器和接口，诸如以允许该远程接口被打开/关闭、将该远程接口与SLCS或提升机配对、输入指令等。

在实施方案中，远程接口逻辑部件850可包括传感器组或信标，其被配置为与悬挂负载控制逻辑部件801通信(诸如无线通信)以提供例如定位参考。如果SLCS130被视为主要传感器组，则第二传感器组位置可在悬挂长线的平台或载具中，并且第三传感器组位置可在目标位置(例如，以提供目标位置的位置信息)。

图8还示出了载具和提升机逻辑部件880。载具和提升机逻辑部件880可包括处理器881和存储器882，它们可类似于处理器820和存储器825。存储器882可包括用于提升机使用的一个或多个模块的软件或固件代码、指令或逻辑部件，这些模块诸如长线徘徊提升机操作模块1100。例如，长线徘徊提升机操作模块1100可将提升机与SLCS、与载具配对，可将提升机的传感器数据输出到SLCS，并且可接收本地指令和远程指令并根据这些指令进行操作，诸如卷入或放出长线等。

载具和提升机逻辑部件880可通过通信系统890(其可包括无线收发器891或有线收发器892)与悬挂负载控制逻辑部件801通信。来自载具和提升机逻辑部件880的输出885可包括来自例如提升机传感器884的信息或数据，例如缆索长度编码器、卷筒扭矩编码器、缆索存在传感器(以感测提升机中长线的存在)、应变计、装备温度传感器、功率传感器等的信息或数据。发往载具和提升机逻辑部件880的用以控制提升机和/或载具的输入886可包括来自悬挂负载控制逻辑部件801及其模块的命令，诸如操作模块900和长线徘徊数据融合和控制模块1000。发往载具和提升机逻辑部件880的用以控制提升机和/或载具的输入886还可包括来自操作人员的命令，这些命令可通过例如远程接口逻辑部件850(诸如，触摸屏866、操纵杆867、麦克风、相机、一个或多个按钮等)传达。

图9示出了根据一个实施方案的SLCS诸如SLCS130的操作模块900，该操作模块包括多个模式或命令状态。操作模块900的指令或者体现该操作模块的指令可存储在例如SLCS存储器825中，并且可由例如SLCS处理器820以及操作模块900可以与之交互的可展开设备的电路、固件和其他计算机和逻辑硬件来执行或实施。

在框905中，可将SLCS安装到长线上。在安装时，可将长线插入到SLCS中的通道中。在实施方案中，安装可由操作模块900辅助或管理。例如，操作模块900可被指示打开或者可打开用于SLCS中的长线的通道。例如，操作模块900可感测通道内长线的存在，诸如利用传感器805来感测。例如，操作模块900可关闭或可被指示关闭用于长线的通道，诸如通过激活夹具来实现。

在框910中，可启动SLCS，诸如通过按压SLCS上的按钮或杠杆。与可初始化系统的按钮或杠杆结合，另一个按钮或杠杆可在被按压时引起系统立即关闭。系统还可由不直接靠近系统的操作人员或进程来启动或停止，例如通过按下按钮或激活无线连接到SLCS的一个或多个远程接口逻辑部件850来远程地启动或停止。

在框915中，可激活和/或初始化操作模块900。

在框920中，操作模块900可接收由操作人员或进程选择的一个或多个功能模式或命令状态，并且可前进到框925。从框920起，操作模块900可前进到决策框925和/或决策框940中的一者或两者。

在决策框925处，操作模块900可确定是否已经接收到响应时间消息；例如来自长线徘徊数据融合和控制模块1000的框1050的响应时间消息。响应时间消息可指示不在安全裕度内的载具、提升机和SLCS的状态条件之间的响应时间。

例如，当正在降低SLCS时，从提升机放出的长线的长度与载具和SLCS之间的距离之间应存在某种关系。这种关系可以从所放出的长线的长度与载具和SLCS之间的距离之间的1:1关系开始。然而，当长线盘绕成螺旋形时，该关系可以改变，使得当提升机放出更多长线时，载具和SLCS之间的距离以较慢的速率增加，导致载具、提升机和SLCS的状态条件之间的响应时间更长。例如，相对于包含比螺线610更多的线圈并且具有更低的表观弹簧力的螺线410，响应时间可以更长。长线徘徊数据融合和控制模块1000可允许响应时间一定的变化量和/或变化率，并且当响应时间的变化量或变化率超过安全裕度或阈值时，可向操作模块900发送消息，该消息可在决策框925处被接收。

在框930处，如果在决策框925处为肯定或等效判定，那么操作模块900可向操作人员输出消息，诸如向载具的工作人员、无人机的操作人员、目标位置处的工作人员或人员等输出消息。

在框935处，操作模块900可进入某个命令状态，在该命令状态中长线徘徊系统尝试不增加或减少响应时间。操作模块900可通过将长线徘徊数据融合和控制模块1000作为子例程或子模块调用和执行来执行功能模式或命令状态，从而实现功能模式或命令状态以及结束功能模式或命令。例如，命令状态可使长线徘徊数据融合和控制模块1000保持、减慢增大或减小载具和SLCS以及负载之间的距离。例如，命令状态可使长线徘徊数据融合和控制模块1000降低长线从提升机释放的速率，停止长线从提升机释放，或者可使提升机卷进长线，或者可控制载具或者可向载具工作人员发出指令以保持或增加载具的高度或者保持或增加载具的速度。例如，命令状态可使长线徘徊数据融合和控制模块1000控制SLCS的推力器不增加载具和SLCS以及负载之间的距离。例如，命令状态指令可包括期望的加速速率、期望的SLCS高度、期望的SLCS定向、期望的SLCS位置。

在决策框940处，操作模块900可确定是否已经接收到危险消息；例如来自长线徘徊数据融合和控制模块1000的框1060的危险消息。危险消息可指示预测或已经发生与地面或其他物体的碰撞和/或过度加速。由于摆动效应或由于“挥鞭”效应，可能发生过度加速；例如当载具从围绕目标位置轨道运行过渡到朝目的地移动时可能发生的挥鞭效应。

如果在决策框940处为肯定或等效判定，则在框945处，操作模块900可进入某个命令状态，在该命令状态中长线路徘徊系统尝试避免危险。操作模块900可通过将长线徘徊数据融合和控制模块1000作为子例程或子模块调用和执行来执行功能模式或命令状态，从而实现功能模式或命令状态以及结束功能模式或命令。为了避免危险，可包括长线徘徊数据融合和控制模块1000发出指令来控制SLCS的推力器机动以避免危险，诸如如果危险是地面上的障碍物。为了避免危险，可包括长线徘徊数据融合和控制模块1000发出指令来控制提升机减小长线的长度以避免撞击地面。为了避免危险，可包括长线徘徊数据融合和控制模块1000发出指令来控制提升机增加长线的长度从而减小高加速度。为了避免危险，可包括长线徘徊数据融合和控制模块1000控制载具诸如无人机，或者向载具的工作人员发出飞行控制指令以改变载具的轨道中心，改变载具的倾斜角、高度或速度以避免危险。例如，命令状态指令可包括期望的加速速率、期望的SLCS高度、期望的SLCS定向、期望的SLCS位置、SLCS不应朝向其移动的位置等。

在框935和/或框945之后，操作模块900可返回到框920，并且可允许一段时间来确定响应时间是否已返回到可接受水平或者危险条件是否不再存在。

如果在决策框925和/或决策框940处为否定或等效判定，则操作模块900可进入开环框950到闭环框965。操作模块900可停留在开环框950到闭环框965之间，直到接收到中断消息。中断消息可包括例如命令状态的结束或问题消息，诸如响应时间消息或危险消息。

在框960中，操作模块900可将长线徘徊数据融合和控制模块1000作为子例程或子模块执行或调用，以实现功能模式或命令状态。功能模式或命令状态可由人选择，诸如使用远程接口来选择，并且/或者可由进程选择。框960的输出，例如功能模式或命令状态指令，可包括期望的加速速率、期望的SLCS高度、期望的SLCS定向、期望的SLCS位置、SLCS不应朝向其移动的位置等。

系统的功能模式或命令状态为：

空闲模式951：SLCS的所有内部系统都在操作(例如，操作模块900观察其运动并计算控制或其他动作)，但是推力器和提升机被关闭，仅维持空转速度，或将提升机维持在当时的缆索延伸，而不存在影响负载运动的动作。

维持相对于载具的相对定位模式952：操作模块900激活推力器和/或提升机以相对于载具或载具轨道中心处的目标位置稳定SLCS。例如，当SLCS处于目标位置时，操作模块900可激活推力器和/或提升机来使SLCS处于该目标位置，尽管可能发生漂移。这可通过例如旋转SLCS来实现，诸如利用一个推力单元组中的一个推力器或两个推力单元组中的相对的推力器，使得SLCS沿着航向定向，然后从两个推力单元组中的SLCS的同一侧上的两个推力器施加推力，以沿着航向推进SLCS和负载。例如，当SLCS悬挂在固定翼飞行器下方时，操作模块900可激活推力器和提升机以相对于载具停留在一定高度，诸如以抵消“溜溜球”效应，并且停留在载具的轨道中心。操作模块900定位载具运动，确定长线的弹性或其他行为(诸如根据长线的弹性模量来确定)，以及/或者确定长线上的空气动力，并且利用保持SLCS和负载相对于载具的定位所必需的推力器和提升机执行校正动作。如果载具的轨道中心和目标位置以低速行进，则操作模块900将使用推力器和提升机将SLCS的速度与载具联接起来以便两个实体一致地移动。当负载或SLCS的运动受到干扰时，操作模块900提供推力或沿与干扰相反的方向激活提升机以抵消干扰，消除摆动、由长线的弹性和/或长线上的空气动力引起的“溜溜球”效应、或长线中的螺旋(该螺旋可能由载具绕负载盘旋引起)或其他不期望的运动。

移动到/停止在定位模式955：操作模块900将SLCS稳定到固定位置，从而抵消天气、载具的微小移动或SLCS相对于载具的高度变化的影响。这种模式具有消除所有运动的效果。在这种模式下，操作人员或另一进程可通过远程接口逻辑部件850向SLCS发送期望的目标定位。这可以至少以下列方式实现：

目标节点定位956：操作人员可将远程定位单元、远程接口或目标放置在期望的放下或提起位置。远程定位单元将与操作模块900无线通信以指示期望的定位，并且操作模块900通过控制载具或向载具发出飞行指令以绕目标位置运行以及激活推力器和提升机操纵SLCS和负载到期望的位置来响应。这种模式还可进一步在长线上保持期望的张力。远程接口逻辑部件850可接收和显示实体的位置信息。

用户指定定位957：操作人员或进程可使用远程接口逻辑部件850向操作模块900发送指定位置(例如，纬度和经度坐标、地图上或图像中的位置选择等)。如果SLCS和负载已经在该位置，则操作模块900将控制载具或向载具发出飞行指令，以绕目标位置运行，并且使用SLCS的推力器和/或提升机来将SLCS和悬挂负载保持在指定位置。如果SLCS和负载不在该位置，则操作模块900可控制载具或向载具发出飞行指令，以绕目标位置运行，并且使用SLCS的推力器和/或提升机来操纵SLCS和悬挂负载到指定位置。这种模式还可进一步在长线上保持期望的张力。操作模块900可同时向远程接口逻辑部件850发送关于例如定位、距离、高度和长线张力信息的信息或数据以向操作人员、进程等显示或通信。

保持定位模式953：操作模块900将抵抗所有运动，并尝试使用推力器和提升机来保持SLCS的当前位置，该过程与载具的运动无关。这种模式具有抑制SLCS的所有运动的效果。该模式具有分别与载具速度、载具的轨道中心、安全系数和物理约束有关的条件响应。例如，该模式可能仅能够在载具改变其轨道中心之后将SLCS的定位保持相对短的时间。

直接控制模式954：操纵杆，或推力器、载具和提升机在三个自由度(例如，x轴、y轴和z轴)以及旋转上的其他直接操作。尽管操作模块900可以是完全闭环的并且在操作期间可以不需要外部控制，但是存在用于直接用户控制推力器、提升机和载具的选项。操作人员能够直接控制定位、旋转、推力器输出水平、长线长度或长线张力，以及直接控制载具或向载具发出飞行指令。对载具的直接控制或发给载具的飞行指令可通过对载具的直接控制或通过对载具的轨道中心或目标位置的选择来实现。

避障958：操作模块900识别SLCS和负载的路径，识别路径中的物体，确定可避开障碍物的定位、旋转、推力器输出水平和长线长度，并向推力器和/或提升机和/或载具输出指令以避开障碍物。例如，避障模块958可接收和处理传感器信息，以便i)使在环境中感测到的传感器位置(诸如在风扇单元位置处)与物体(诸如障碍物)之间的距离相等，或者ii)测量或接收负载的几何形状，测量在环境中感测到的障碍物的几何形状，确定或接收负载的定位、定向和运动，以及相对于障碍物越过负载。

相对于第一位置和第二位置的定位模式959：操作人员或进程可使用例如远程接口逻辑部件850来指定操作模块900的第一定位(例如，提起或放下位置)；操作人员或进程还可指定第二位置，诸如载具的位置、地面上的位置等，并且还可指定第一位置和第二位置之间的期望的变化率。这可包括例如载具的轨道的移动中心。操作模块900激活SLCS的推力器、提升机，并控制载具诸如无人机，或向载具发出飞行控制指令以将SLCS从第一位置移动到第二位置。变化率可基于操作模块900可以实现的最大变化率的百分比，无论是由操作人员指定还是以其他方式指定。这种模式还可进一步在长线上保持期望的张力。

框965可在操作人员或进程确定功能模式或命令状态已完成时结束，诸如通过获得期望的位置，诸如通过来自操作人员或进程的结束功能模式或命令状态的命令，或者诸如通过中断条件，诸如断电等。

在框970中，操作模块900可激活提升机将SLCS和负载带到载具或另一指定定位，并且可激活推力器以将SLCS旋转到与被提升到载具或指定定位相适应的定向。操作模块900可检测何时SLCS处于提升机中或处于指定定位，检测提升机的互锁结构的接合和与SLCS的接合，以及检测锁定结构的接合和互锁结构是否锁定在一起。操作模块900可检测SLCS与SLCS的接口的接合，并且可激活SLCS的该接口的通信、电力和其他服务。如果SLCS包括可折叠臂或其他部件，则它们可折叠。推力器和其他部件可断电。可释放缆索保持部件，例如夹具或指状物。SLCS可从长线的终端装备和/或长线脱离。负载可从吊钩上分离。长线可在SLCS的顶部从提升机环分离。收起状态的线缆或其他固定件可固定到SLCS。SLCS可被收起在充电器或其他位置中。

在完成框999处，如果框970中的操作没有执行，则可关闭操作模块900，诸如通过激活SLCS130上、交互式显示器上或SLCS130的远程接口上的按钮或其他控件。

图10示出了根据一个实施方案的长线徘徊数据融合和控制模块1000。长线徘徊数据融合和控制模块1000的指令或体现该模块的指令可被存储在例如SLCS存储器825中或载具的计算机处理器中的存储器中，并且可由例如SLCS处理器820或载具的处理器执行或进行，包括由可展开设备的电路、固件和其他计算机和逻辑硬件，载具和提升机逻辑部件880，以及长线徘徊数据融合和控制模块1000可与之交互的远程接口逻辑部件850执行或进行。

长线徘徊数据融合和控制模块1000可在闭合迭代回路中操作以接近实时地确定SLCS和载具的定位和运动，确定长线的状态，执行一组计算来确定最期望的系统响应，以及将期望的响应发送到空气推进系统推力器阵列、发送到载具的提升机和/或发送到载具控制长线徘徊机动。当系统具有电力时，该进程可以是连续的。

开环框1005到闭环框1085可迭代，只要长线徘徊数据融合和控制模块1000启动，诸如当功能模式或命令状态启动时(例如当被操作模块900调用时)。

在框1010处，长线徘徊数据融合和控制模块1000可执行相对于SLCS、载具和提升机中的传感器的数据采集，这些传感器包括(但不限于)其中的传感器组，诸如包括相机、加速度计、陀螺仪、磁力计、倾角计、方向编码器、射频相对轴承系统、重力传感器、微机电系统(MEMS)传感器、全球定位系统(GPS)、激光雷达/雷达、机器视觉、测距仪、超声波接近传感器(例如传感器组805中的传感器)的传感器组。如本文所述，提升机传感器可提供关于长线的长度、提升机或其中的卷筒上的张力或扭矩、提升机或其中的卷筒上的质量等的信息或数据。然而，该原始数据或信息可能受到噪声、超出范围值、以及其他误差和不确定性的影响。

在框1015处，长线徘徊数据融合和控制模块1000还可过滤所采集的数据或信息以寻找范围外的值、频率振荡等。

在框1020处，长线徘徊数据融合和控制模块1000可获得功能模式或命令状态，诸如从操作模块900获得，诸如从用户、进程或操作人员选择的功能模式或命令状态获得；例如从框935、框945和/或框955中的一个或多个获得。命令状态可包括坐标、高度、期望的速率等。

在框1025处，长线徘徊数据融合和控制模块1000可获得先前估计的状态，诸如从框1035获得。

在框1030处，长线徘徊数据融合和控制模块1000在系统模型中将来自框1010的传感器和提升机的数据或信息与来自框1020的功能模式或命令状态以及来自框1025的系统模型的先前估计的状态组合，这一过程也描述为数据融合或在线状态估计和预测。框1030确定与当前测量的状态、来自框1015的传感器和提升机的数据或信息以及框1025的先前估计的状态的偏差。框1030估计系统的当前状态，诸如SLCS和载具的位置、定位和定向，SLCS和负载的质量或重量，长线的长度，载具和SLCS之间的距离，SLCS的地面以上距离，长线上的空气动力，载具和SLCS之间的距离，以及SLCS(和负载)的惯性矩。

框1030还预测系统的近期未来状态，诸如定位(包括高度)、定向、运动、环境干扰或影响等。该框将当前状态与先前预测的状态进行比较，并确定当前状态与预测的状态之间的偏差。

在框1030中使用的系统模型中，传感器数据可由该系统模型使用例如卡尔曼滤波器(诸如无迹卡尔曼滤波器UKF)的非线性特性来处理，以预测系统的近期未来状态并估计系统的当前状态。在该框中执行的闭环迭代控制方法可包括模糊调谐的比例积分微分反馈控制器，其与包括深度学习神经网络和未来传播的卡尔曼滤波器的高级控制方法具有双向通信，允许实时(或“在线”)系统识别。框1030可能够在没有来自提升机和/或来自载具和其中的传感器组的数据或信息的情况下估计当前或预测近期状态。然而，利用来自提升机和载具的数据或信息，可改进框1030的状态估计和预测。

在框1040处，长线徘徊数据融合和控制模块1000可确定状态条件随时间的变化的特征，以及在SLCS、载具和长线的状态条件之间的响应时间，诸如长线长度的变化，SLCS随时间通过绝对坐标空间的移动，载具随时间通过绝对坐标空间的移动，SLCS随时间在绝对坐标空间中的定向(例如旋转)的变化，以及例如SLCS和载具随时间通过绝对坐标空间的移动之间的响应时间，载具和SLCS随时间的定位变化的响应时间，以及关于提升机卷入或放出的长线长度的变化和SLCS相对于载具的位置的响应时间，SCLS和载具之间相对于目标位置或轨道中心的定位和定向的偏移，在SLCS和载具的轨道周期中行进的距离，在SLCS和载具的轨道周期中行进的距离的变化，SLCS的离地高度等。可通过确定这些状态条件随时间的积分来确定这些特性。

在决策框1045处，长线徘徊数据融合和控制模块1000可确定状态条件、状态条件随时间变化的特性以及SLCS、载具和长线的状态条件中的响应时间中的一者或多者是否在允许的裕度内。例如，当SCLS由提升机在长线上的载具中放出时，长线长度的变化和SLCS相对于载具的定位之间的响应时间可能变化，诸如由于长线上的空气动力以及3维螺旋中的一部分或一个或多个线圈的展开。例如，图4和图5中的长线410在其3维螺旋中比图6和图7中的长线610展开了更多的线圈。这可能是由于图4和图5相对于图6和图7之间的载具105的速度差、长线410和长线610的长度之间的轨道距离差、长线410和SLCS 440以及长线610和SLCS 640上的空气动力差、和/或SLCS 440和SLCS 640的质量差。

通常，具有较长的长线、具有经受较大的空气动力(诸如由于长线的厚度)的长线的、从轨道中心绕轨道运行较大距离的移动较快的载具将产生在其3维螺旋中具有更多线圈的长线。通常，在其3维螺旋中具有更多线圈的长线将在SLCS、载具和长线随时间的状态特性之间表现出较慢的响应时间。通常，较慢的响应时间更可能在长线机动的部件中产生危险的非线性不稳定性，诸如“溜溜球”或摆动。通常，长线长度变化和SLCS相对于载具的定位之间的较慢响应时间更可能导致当载具离开轨道路径时SLCS的挥鞭或过度加速。

该系统模型由此可用于确定长线徘徊系统的部件的状态条件、这些状态条件随时间的特性，以及状态条件和状态条件随时间的特性之间的响应时间。

如果在决策框1045处为否定或等效判定，则在框1050处，长线徘徊数据融合和控制模块1000可向操作模块900(例如向框925或等效者)发送消息以指示响应时间不在安全裕度或其他允许的裕度内。

如果在决策框1045处为肯定或等效判定，则在框1055处，长线徘徊数据融合和控制模块1000可确定危险状态是否已经发生或可能发生。危险状态可包括例如与物体(诸如与地面或环境中的另一物体)碰撞、过度加速等中的一种或多种。

如果在决策框1055处为肯定或等效判定，则在框1060处，长线徘徊数据融合和控制模块1000可向操作模块900(例如向框935或等效者)发送消息以指示危险状态已经发生或可能发生。

在框1065处，长线徘徊数据融合和控制模块1000可获取状态估计和状态预测以及当前状态和先前预测的状态之间的偏差(其由用户选择或进程选择的功能模式或命令状态1025通知)，来自推力和定向映射1070和输出控制1080的附加反馈，并且决定载具应当如何移动、提升机应当如何控制长线以及SLCS应当如何移动以实现框1020的功能模式或命令状态输入，诸如通过从推力器输出力，从提升机卷入或放出长线，或者控制或向载具发出飞行控制指令。

在框1070处，算法输出被发送到运动控制器，期望的推力响应将从运动控制器经由相位控制被发送到电管道风扇或推力器，被发送到提升机以输出到卷筒电机，和/或被发送到载具以及载具的推力和飞行控制表面。净推力输出通过编码器和测力传感器进行实时映射，然后发送回提升机、载具和推力控制器以用于闭环控制。

在框1075处，长线徘徊数据融合和控制模块1000映射SLCS应当如何移动到载具、提升机和SLCS的推力器以生成载具、推力器(或“风扇”)和提升机映射来控制载具、提升机、推力器和提升机，从而在长线机动中实现载具和SLCS的期望的定向、高度和推力。

在框1080处，长线徘徊数据融合和控制模块1000应用载具、推力器和提升机映射以向载具或向提升机、向风扇或推力器(或控制它们或受它们控制的电子部件)输出控制信号，从而实现SLCS的确定位置、推力和定向，施加命令的控制输出，并以载具的控制、来自风扇的推力和由提升机卷入或放出长线的形式实施动态响应。

在完成框1099处，长线徘徊数据融合和控制模块1000可结束或返回到可能已经调用它的模块。

图11示出了根据一个实施方案的长线徘徊提升机操作模块1100。长线徘徊提升机操作模块1100的指令或体现该操作模块的指令可存储在例如提升机存储器882中，并且可由例如提升机处理器881以及由提升机的电路、固件和其他计算机和逻辑硬件，载具和提升机逻辑部件880，以及长线徘徊数据融合和控制模块1000可与之交互的远程接口逻辑部件850执行或进行。

在框1105处，长线徘徊提升机操作模块1100可从提升机的传感器(诸如提升机传感器884)获得信息或数据。

在框1110处，长线徘徊提升机操作模块1100可将其自身与其提升机配对，并且/或者与远程设备或进程配对。配对可能需要在一个或两个设备或进程中进行认证和授权。

在框1115处，长线徘徊提升机操作模块1100可将提升机传感器数据或信息输出到已配对的远程设备或进程。

在决策框1120处，可确定是要根据本地指令还是远程指令进行动作。例如，长线徘徊提升机操作模块1100可根据远程指令进行动作，除非接收到本地指令，在后一种情况下，可激活本地超驰。

如果在决策框1120处为否定或等效判定，则长线徘徊提升机操作模块1100可前进到开环框1125。长线徘徊提升机操作模块1100可在开环框1125上迭代到闭环框1140。

在框1130处，长线徘徊提升机操作模块1100可接收远程指令，诸如来自操作模块900的指令、来自长线徘徊数据融合和控制模块1000的指令、来自远程接口的指令等。该指令可以是例如放出长线、卷进长线或在长线上保持张力或其他力的指令。该指令可以是放出或卷进特定量的缆索，或者放出或卷进直到接收到另一指令以停止。该指令可指定将操作卷筒的速率和/或该卷筒要实现的最大或最小张力或其他力。长线徘徊提升机操作模块1100可确定最小或最大张力、速率或力。该指令可用于激活提升机的致动器，诸如从提升机展开SLCS或将SLCS130固定到提升机的致动器。

框1135处，长线徘徊提升机操作模块1100可输出控制以实现远程指令，诸如放出长线、卷进长线，或保持长线上的张力或其他力等。

在框1145处，该框可跟随在决策框1320处的肯定或等效判定之后，长线徘徊提升机操作模块1100可接收本地指令，诸如来自载具的工作人员或提升机的接口的指令，该指令被给予比来自另一来源的指令更高的优先级。该指令可以是例如放出长线、卷进长线或在长线上保持张力或其他力的指令。该指令可以是放出或卷进特定量的缆索，或者放出或卷进直到接收到另一指令以停止。该指令可指定将操作卷筒的速率和/或该卷筒要实现的最大或最小张力或其他力。长线徘徊提升机操作模块1100可确定最小或最大张力、速率或力。该指令可用于激活提升机的致动器，诸如从提升机展开SLCS或将SLCS固定到提升机的致动器。

在完成框1199处，长线徘徊提升机操作模块1100可结束，可关闭提升机，并且/或者可返回到可能已经调用该提升机的进程。

图12A示出了根据实施方案的用于提升机和SLCS的远程接口1200的第一视图。图12B示出了根据实施方案的图12A中远程接口1200的第二视图。远程接口1200可允许控制SLCS和/或提升机或与其通信。以下示例中讨论了控制装置的具体类型，但是控制装置的功能和/或类型不应限于此。例如，开关可与按钮或杠杆互换。该按钮可以是机械操作的按钮或者可以是虚拟按钮。本领域的技术人员可将以下示例中的控制装置与替代装置互换而无需过多的实验或负担。在一个实施方案中，远程接口1200可以是悬架式手动操作控制器，该悬架式手动操作控制器被配置为控制SLCS、提升机和/或载具的操作。

可用的控制件类型可以是在附接到长线和/或提升机之前或之后操作SLCS、载具和提升机、附接的机械系统和/或有效载荷所必需的任何类型。在一些实施方案中，一组非限制性的控制器可包括警示灯1202、超温警告灯1204、展开状态灯1206、展开按钮1208、吊杆拨动开关1210、旋转控制开关1212、提升机垂直控制器1214、状态选择器开关1216以及数据和电源端口1218。

作为非限制性示例，警示灯1202可提供针对潜在危险状况的可配置警报。超温警告灯1204可提供指示机械系统正在经历超温状况的可配置的警报。展开状态灯1206可在SLCS展开时发出绿色，可在SLCS处于待收起定位时发出绿色，或者提供机械系统状态的其他类似指示。当按压展开按钮1208时，可开始展开过程。展开按钮1208可在被初始按压以指示SLCS已被展开之后保持被压下。如果再次被按压，该展开按钮可返回到其未按压定位以指示SLCS已被收起。如果吊杆或臂将提升机或提升机壳体连接到载具，则吊杆拨动开关1210可将吊杆从存储位置移动到主动展开定位。旋转控制开关1212可允许对SLCS定向的直接控制。这种控制可取决于控制器实况触发器的按压。提升机垂直控制器1214可升高或降低提升机缆索，从而控制提升机有效载荷的上/下运动。

在实施方案中，状态选择器开关1216可控制SLCS的状态或功能模式。例如，开关的定位可用于选择SLCS是否处于“稳定”状态，其中该开关的风扇用于提供旋转或横向动力以抵消负载运动并稳定该模式。在另一定位的开关可用于将机械系统置于“空闲”状态，其中SLCS被展开在长线上但不采取任何另外的动作。

在实施方案中，数据和电源端口1218可以是USB或等效的连接端口。与该端口的连接可提供用于控制器电子器件与操作或监测提升机集成系统和/或附接的有效载荷所必需的任何其他系统接口的路径。作为非限制性示例，端口可接收电力并且与远程接口通信。远程接口1200可具有到提升机逻辑部件和到可展开设备逻辑部件的有线或无线数据连接。在一些实施方案中，针对远程接口1200的逻辑可包含在远程接口1200内，该远程接口仍可通过电力端口1218从近侧电力系统接收电力。

如图12B所示，在远程接口1400的底侧提供的控制器可包括控制器实况触发器1217和可配置的第二触发器1219。控制器实况触发器1217可用作安全机制，从而仅在控制器实况触发器1217被按压时允许某些控制单元动作。例如，旋转控制开关可仅在其与控制器实况触发器1217上的压力同时激活的情况下可操作。可配置的第二触发器1219可被提供以允许为特定的可展开系统实现附加功能或安全措施。

图13A示出了根据实施方案的SLCS的远程悬架或远程接口1300的后视图。图13B示出了根据实施方案的SLCS的远程接口1300的斜视图。图13C示出了根据实施方案的SLCS的远程接口1300的正视图。这些图示出了例如激活控制器1340、打开/关闭开关1345、状态选择器1350和手动/旋转控制器1351。打开/关闭开关1345可用于打开或关闭远程悬架1300。状态选择器1350可用于选择操作模块900的命令状态，如可结合图9所讨论的。激活控制器1340可用于在状态选择器1350选择或指示的命令状态下或相对于该命令状态激活或去激活操作模块1100。当状态选择器1350已用于选择例如直接控制模式时，手动/旋转控制器1351可用于手动地激活风扇以旋转或平移负载或者升高或降低提升机。

图14示出了根据实施方案的载具105、长线1435、载具路径1410和SLCS1415(以及可选的负载)以及移动目标位置1420的第三倾斜透视图1400。SLCS1415可位于载具105的轨道中心(未标记)内。图15示出了根据实施方案的图14的载具105、长线1535、载具路径1410、SLCS1415和移动目标位置1420的顶部平行投影图1500。图14和图15示出了本文所述的物理和逻辑部件可用于使SLCS1415跟随移动目标位置，其中对载具路径1410进行周期性或连续更新，并且其中SCLS1415被引导为从推力器输出推力，以影响SLCS1415沿着移动目标位置的精细位置。

尽管本文已经示出和描述了具体实施方案，但是本领域的普通技术人员将理解，在不脱离本公开的范围的情况下，替代和/或等效具体实施可以替代示出和描述的具体实施方案。例如，尽管在直升机、起重机或固定翼载具的方面描述了各种实施方案，但是可以使用其他载具。本申请旨在覆盖本文所讨论的实施方案的任何修改或变化。

以下是非限制性实施例：

实施例1.一种用于控制通过长线从载具悬挂的负载的装置，包括：负载控制系统，该负载控制系统包括风扇阵列和第一传感器组，其中该负载控制系统被固定到长线的末端，并且其中第一传感器组获得关于负载控制系统的第一定位、第一运动和第一定向的第一状态信息；载具包括提升机和第二传感器组，其中提升机控制从提升机延伸到负载控制系统的长线的长度，并且其中第二传感器组获得关于载具的第二定位、第二运动和第二定向的第二状态信息，并且其中提升机获得关于从提升机延伸到负载控制系统的长线的物理信息；和计算机处理器和存储器；其中存储器包括数据融合模块和操作模块；其中数据融合模块包括表示负载控制系统、载具和长线的系统模型；并且其中计算机处理器向该系统模型提供第一状态信息、第二状态信息和关于从提升机延伸到负载控制系统的长线的物理信息，并且其中计算机处理器执行数据融合模型以确定：负载控制系统、载具和长线的状态，负载控制系统、载具和长线的状态随时间的特性，以及负载控制系统、载具和长线的状态随时间的特性之间的响应时间；并且其中计算机处理器执行该操作模块，并且基于负载控制系统、载具和长线的状态，负载控制系统、载具和长线的状态随时间的特性，以及负载控制系统、载具和长线的状态随时间的特性之间的响应时间，控制风扇阵列和提升机，并且向载具输出导航指令以影响负载控制系统相对于目标的定位、运动和定向。

实施例2.根据实施例1的装置，其中负载包括悬挂负载控制系统或固定到悬挂负载控制系统的负载中的至少一者。

实施例3.根据实施例1的装置，其中响应时间超过阈值，并且其中，响应于此，操作模块确定目标是使负载控制系统、载具、长线的状态以及负载控制系统、载具和长线的状态随时间的特性的扰动最小化。

实施例4.根据实施例3的装置，其中为了使负载控制系统、载具、长线的状态以及负载控制系统、载具和长线的状态随时间的特性的扰动最小化，操作模块还向载具输出导航指令，以进行指导载具的徘徊路径、指导载具的速度或指导载具的轨道中心中的至少一者。

实施例5.根据实施例3的装置，其中操作模块还利用控制提升机以使从提升机延伸到负载控制系统的长线的长度保持静止的指令来使负载控制系统、载具、长线的状态以及负载控制系统、载具和长线的状态随时间的特性的扰动最小化。

实施例6.根据实施例1的装置，其中数据融合模块还预测负载控制系统的危险状态，并且确定目标是要避免危险状态。

实施例7.根据实施例6的装置，其中负载控制系统的危险状态是与物体碰撞或过度加速中的至少一种。

实施例8.根据实施例7的装置，其中负载控制系统的危险状态是与物体碰撞，并且其中操作模块还控制风扇阵列在负载控制系统上施加扭矩或横向力以避开物体。

实施例9.根据实施例8的装置，其中操作模块还施加扭矩以获得定向，然后施加横向力以移动负载控制系统来避开物体。

实施例10.根据实施例7的装置，其中负载控制系统的危险状态是过度加速，并且其中操作模块还控制提升机减轻过度加速。

实施例11.根据实施例10的装置，其中为了减轻过度加速，操作模块还控制提升机放出长线。

实施例12.根据实施例1的装置，其中系统模型包括载具的中心或轨道、悬挂负载控制系统的中心或轨道、目标位置、悬挂负载控制系统和负载的质量、长线的长度、悬挂负载控制系统和负载的惯性、悬挂负载控制系统的移动和旋转、悬挂负载控制系统的离地高度、载具的移动和旋转、载具的离地高度、长线的空气动力模型、长线上的重力，以及风力、海况和在悬挂负载控制系统与载具之间的相对运动的干扰估计中的至少一者。

实施例13.根据实施例12的装置，其中目标位置随时间移动。

实施例14.根据实施例12的装置，其中载具的轨道中心比目标位置大，并且其中操作模块控制风扇阵列和提升机，并且向载具输出导航指令以影响负载控制系统相对于载具的轨道中心内的目标的定位、运动和定向。

实施例15.根据实施例1的装置，其中关于长线的物理信息包括从提升机延伸到负载控制系统的长线的长度、提升机上来自长线的张力或扭矩，或提升机上来自长线的质量中的至少一者。

实施例16.根据实施例1的装置，其中负载控制系统、载具和长线的状态包括载具的定位、定向和运动以及负载控制系统的定位、定向和运动，并且其中操作模块基于第一状态信息和第二状态信息来估计和预测负载控制系统、载具和长线的状态，其中为了基于第一状态信息和第二状态信息来估计和预测负载控制系统、载具和长线的状态，操作模块根据系统模型在非线性滤波器中将来自第一传感器组和第二传感器组的第一状态信息和第二状态信息与来自操作模块的功能模式或命令状态、推力和定向映射、或载具、风扇阵列和提升机映射中的至少一者的反馈组合。

实施例17.根据实施例16的装置，其中非线性滤波器包括无迹卡尔曼滤波器。

实施例18.一种控制通过长线从载具悬挂的负载的方法，包括：利用计算机处理器和存储器，利用包括风扇阵列和第一传感器组的负载控制系统，其中负载控制系统被固定到长线的末端，利用包括提升机和第二传感器组的载具，其中提升机控制从提升机延伸到负载控制系统的长线的长度，并且利用存储器中表示负载控制系统、载具和长线的系统模型，计算机处理器从第一传感器组获得关于负载控制系统的第一定位、第一运动和第一定向的第一状态信息；计算机处理器从第二传感器组获得关于载具的第二定位、第二运动和第二定向的第二状态信息；计算机处理器从提升机获得关于从提升机延伸到负载控制系统的长线的物理信息；并且计算机处理器向系统模型提供第一状态信息、第二状态信息和关于从提升机延伸到负载控制系统的长线的物理信息；计算机处理器确定：负载控制系统、载具和长线的状态，负载控制系统、载具和长线的状态随时间的特性，以及负载控制系统、载具和长线的状态随时间的特性之间的响应时间；并且基于负载控制系统、载具和长线的状态，负载控制系统、载具和长线的状态随时间的特性，以及负载控制系统、载具和长线的状态随时间的特性之间的响应时间，计算机处理器控制风扇阵列和提升机，并且向载具输出导航指令以影响负载控制系统相对于目标的定位、运动和定向。

实施例19.根据实施例18的方法，其中负载包括悬挂负载控制系统或固定到悬挂负载控制系统的负载中的至少一者。

实施例20.根据实施例18的方法，计算机处理器还确定响应时间超过阈值，并且响应于此，确定目标是使负载控制系统、载具、长线的状态以及负载控制系统、载具和长线的状态随时间的特性的扰动最小化。

实施例21.根据实施例20的方法，其中为了使负载控制系统、载具、长线的状态以及负载控制系统、载具和长线的状态随时间的特性的扰动最小化，计算机处理器还向载具输出导航指令，以进行指导载具的徘徊路径、指导载具的速度或指导载具的轨道中心中的至少一者。

实施例22.根据实施例20的方法，其中计算机处理器还通过控制提升机以使从提升机延伸到负载控制系统的长线的长度保持静止，来使负载控制系统、载具、长线的状态以及负载控制系统、载具和长线的状态随时间的特性的扰动最小化。

实施例23.根据实施例18的方法，计算机处理器还预测负载控制系统的危险状态，并且确定目标是要避免危险状态。

实施例24.根据实施例23的方法，其中负载控制系统的危险状态是与物体碰撞或过度加速中的至少一种。

实施例25.根据实施例24的方法，其中负载控制系统的危险状态是与物体碰撞，并且计算机处理器还控制风扇阵列在负载控制系统上施加扭矩或横向力以避开物体。

实施例26.根据实施例25的方法，计算机处理器还施加扭矩以获得定向，然后施加横向力以移动负载控制系统来避开物体。

实施例27.根据实施例24的方法，其中负载控制系统的危险状态是过度加速，并且计算机处理器控制提升机减轻过度加速。

实施例28.根据实施例27的方法，其中为了减轻过度加速，计算机处理器还控制提升机放出长线。

实施例29.根据实施例18的方法，其中系统模型包括载具的中心或轨道、悬挂负载控制系统的中心或轨道、目标位置、悬挂负载控制系统和负载的质量、长线的长度、悬挂负载控制系统和负载的惯性、悬挂负载控制系统的移动和旋转、悬挂负载控制系统的离地高度、载具的移动和旋转、载具的离地高度、长线的空气动力模型、长线上的重力，以及风力、海况和在悬挂负载控制系统与载具之间的相对运动的干扰估计中的至少一者。

实施例30.根据实施例29的方法，其中目标位置随时间移动。

实施例31.根据实施例29的方法，其中载具的轨道中心比目标位置大，并且计算机处理器还控制风扇阵列和提升机，并且向载具输出导航指令以影响负载控制系统相对于载具的轨道中心内的目标的定位、运动和定向。

实施例32.根据实施例18的方法，其中关于长线的物理信息包括从提升机延伸到负载控制系统的长线的长度、提升机上来自长线的张力或扭矩，或提升机上来自长线的质量中的至少一者。

实施例33.根据实施例18的方法，其中负载控制系统、载具和长线的状态包括载具的定位、定向和运动以及负载控制系统的定位、定向和运动，并且计算机处理器还基于第一状态信息和第二状态信息来估计和预测负载控制系统、载具和长线的状态，其中基于第一状态信息和第二状态信息来估计和预测负载控制系统、载具和长线的状态包括根据系统模型在非线性滤波器中将来自第一传感器组和第二传感器组的第一状态信息和第二状态信息与来自功能模式或命令状态、推力和定向映射、或载具、风扇阵列和提升机映射中的至少一者的反馈组合。

实施例34.根据实施例33的方法，其中非线性滤波器包括无迹卡尔曼滤波器。

实施例35.一种用于控制通过长线从载具悬挂的负载的计算机装置，包括：负载控制系统、载具、计算机处理器和存储器；其中负载控制系统包括风扇阵列、第一传感器组和用于将负载控制系统固定到长线的末端的装置；其中载具包括提升机和第二传感器组，其中提升机包括用于控制从提升机延伸到负载控制系统的长线的长度的装置；其中存储器包括系统模型，其中该系统模型表示负载控制系统、载具和长线；计算机处理器包括用于从第一传感器组获得关于负载控制系统的第一定位、第一运动和第一定向的第一状态信息的装置；计算机处理器还包括用于从第二传感器组获得关于载具的第二定位、第二运动和第二定向的第二状态信息的装置；计算机处理器还包括用于从提升机获得关于从提升机延伸到负载控制系统的长线的物理信息的装置；并且计算机处理器还包括用于向系统模型提供第一状态信息、第二状态信息和关于从提升机延伸到负载控制系统的长线的物理信息的装置；计算机处理器还包括用于确定以下的装置：负载控制系统、载具和长线的状态，负载控制系统、载具和长线的状态随时间的特性，以及负载控制系统、载具和长线的状态随时间的特性之间的响应时间；并且基于负载控制系统、载具和长线的状态，负载控制系统、载具和长线的状态随时间的特性，以及负载控制系统、载具和长线的状态随时间的特性之间的响应时间，计算机处理器还包括用于控制风扇阵列和提升机并且向载具输出导航指令以影响负载控制系统相对于目标的定位、运动和定向的装置。

实施例36.根据实施例35的装置，其中负载包括悬挂负载控制系统或固定到悬挂负载控制系统的负载中的至少一者。

实施例37.根据实施例35的装置，计算机处理器还包括用于确定响应时间超过阈值的装置，以及响应于此，用于确定目标是使负载控制系统、载具、长线的状态以及负载控制系统、载具和长线的状态随时间的特性的扰动最小化的装置。

实施例38.根据实施例37的装置，其中为了使负载控制系统、载具、长线的状态以及负载控制系统、载具和长线的状态随时间的特性的扰动最小化，计算机处理器还包括用于向载具输出导航指令以进行以下中的一者的装置：指导载具的徘徊路径、指导载具的速度或指导载具的轨道中心。

实施例39.根据实施例37的装置，其中计算机处理器还包括用于以下的装置：通过控制提升机以使从提升机延伸到负载控制系统的长线的长度保持静止，来使负载控制系统、载具、长线的状态以及负载控制系统、载具和长线的状态随时间的特性的扰动最小化。

实施例40.根据实施例35的装置，计算机处理器还包括用于预测负载控制系统的危险状态的装置和用于确定目标是要避免危险状态的装置。

实施例41.根据实施例40的装置，其中负载控制系统的危险状态是与物体碰撞或过度加速中的至少一种。

实施例42.根据实施例41的装置，其中负载控制系统的危险状态是与物体碰撞，并且计算机处理器还包括用于控制风扇阵列在负载控制系统上施加扭矩或横向力以避开物体的装置。

实施例43.根据实施例42的装置，计算机处理器还包括用于以下的装置：施加扭矩以获得定向，然后施加横向力以移动负载控制系统来避开物体。

实施例44.根据实施例41的装置，其中负载控制系统的危险状态是过度加速，并且计算机处理器还包括用于控制提升机减轻过度加速的装置。

实施例45.根据实施例44的装置，其中为了减轻过度加速，计算机处理器还包括用于控制提升机放出长线的装置。

实施例46.根据实施例35的装置，其中系统模型包括载具的中心或轨道、悬挂负载控制系统的中心或轨道、目标位置、悬挂负载控制系统和负载的质量、长线的长度、悬挂负载控制系统和负载的惯性、悬挂负载控制系统的移动和旋转、悬挂负载控制系统的离地高度、载具的移动和旋转、载具的离地高度、长线的空气动力模型、长线上的重力，以及风力、海况和在悬挂负载控制系统与载具之间的相对运动的干扰估计中的至少一者。

实施例47.根据实施例46的装置，其中目标位置随时间移动。

实施例48.根据实施例46的装置，其中载具的轨道中心比目标位置大，并且计算机处理器包括用于控制风扇阵列和提升机的装置，和用于向载具输出导航指令以影响负载控制系统相对于载具的轨道中心内的目标的定位、运动和定向的装置。

实施例49.根据实施例35的装置，其中关于长线的物理信息包括从提升机延伸到负载控制系统的长线的长度、提升机上来自长线的张力或扭矩，或提升机上来自长线的质量中的至少一者。

实施例50.根据实施例35的装置，其中负载控制系统、载具和长线的状态包括载具的定位、定向和运动以及负载控制系统的定位、定向和运动，并且计算机处理器还包括用于基于第一状态信息和第二状态信息来估计和预测负载控制系统、载具和长线的状态的装置，其中用于基于第一状态信息和第二状态信息来估计和预测负载控制系统、载具和长线的状态的装置包括用于以下的装置：根据系统模型在非线性滤波器中将来自第一传感器组和第二传感器组的第一状态信息和第二状态信息与来自功能模式或命令状态、推力和定向映射、或载具、风扇阵列和提升机映射中的至少一者的反馈组合。

实施例51.根据实施例50的装置，其中非线性滤波器包括无迹卡尔曼滤波器。

实施例52.一个或多个包括指令的计算机可读介质，这些指令响应于由计算机设备的计算机处理器对这些指令的执行而使得计算机设备控制通过长线从载具悬挂的负载，包括：利用负载控制系统，其中负载控制系统包括风扇阵列和第一传感器组，并且其中负载控制系统被固定到长线的末端；利用包括提升机和第二传感器组的载具，其中提升机控制从提升机延伸到负载控制系统的长线的长度；并且其中这些指令包括系统模型，其中该系统模型表示负载控制系统、载具和长线；这些指令使得计算机设备：从第一传感器组获得关于负载控制系统的第一定位、第一运动和第一定向的第一状态信息；从第二传感器组获得关于载具的第二定位、第二运动和第二定向的第二状态信息；从提升机获得关于从提升机延伸到负载控制系统的长线的物理信息；向系统模型提供第一状态信息、第二状态信息和关于从提升机延伸到负载控制系统的长线的物理信息；基于此确定：负载控制系统、载具和长线的状态，负载控制系统、载具和长线的状态随时间的特性，以及负载控制系统、载具和长线的状态随时间的特性之间的响应时间；并且基于负载控制系统、载具和长线的状态，负载控制系统、载具和长线的状态随时间的特性，以及负载控制系统、载具和长线的状态随时间的特性之间的响应时间，控制风扇阵列和提升机，并且向载具输出导航指令以影响负载控制系统相对于目标的定位、运动和定向。

实施例53.根据实施例52的计算机可读介质，其中负载包括悬挂负载控制系统或固定到悬挂负载控制系统的负载中的至少一者。

实施例54.根据实施例52的计算机可读介质，这些指令还使得计算机设备确定响应时间超过阈值，并且响应于此，确定目标是使负载控制系统、载具、长线的状态以及负载控制系统、载具和长线的状态随时间的特性的扰动最小化。

实施例55.根据实施例54的计算机可读介质，其中为了使负载控制系统、载具、长线的状态以及负载控制系统、载具和长线的状态随时间的特性的扰动最小化，这些指令还使得计算机设备向载具输出导航指令，以进行指导载具的徘徊路径、指导载具的速度或指导载具的轨道中心中的至少一者。

实施例56.根据实施例54的计算机可读介质，这些指令还使得计算机设备通过控制提升机以使从提升机延伸到负载控制系统的长线的长度保持静止，来使负载控制系统、载具、长线的状态以及负载控制系统、载具和长线的状态随时间的特性的扰动最小化。

实施例57.根据实施例52的计算机可读介质，这些指令还使得计算机设备预测负载控制系统的危险状态并且确定目标是要避免危险状态。

实施例58.根据实施例57的计算机可读介质，其中负载控制系统的危险状态是与物体碰撞或过度加速中的至少一种。

实施例59.根据实施例58的计算机可读介质，其中负载控制系统的危险状态是与物体碰撞，并且这些指令还使得计算机设备控制风扇阵列在负载控制系统上施加扭矩或横向力以避开物体。

实施例60.根据实施例59的计算机可读介质，这些指令还使得计算机设备施加扭矩以获得定向，然后施加横向力以移动负载控制系统来避开物体。

实施例61.根据实施例58的计算机可读介质，其中负载控制系统的危险状态是过度加速，并且这些指令还控制提升机减轻过度加速。

实施例62.根据实施例61的计算机可读介质，其中为了减轻过度加速，这些指令还控制提升机放出长线。

实施例63.根据实施例52的计算机可读介质，其中系统模型包括载具的中心或轨道、悬挂负载控制系统的中心或轨道、目标位置、悬挂负载控制系统和负载的质量、长线的长度、悬挂负载控制系统和负载的惯性、悬挂负载控制系统的移动和旋转、悬挂负载控制系统的离地高度、载具的移动和旋转、载具的离地高度、长线的空气动力模型、长线上的重力，以及风力、海况和在悬挂负载控制系统与载具之间的相对运动的干扰估计中的至少一者。

实施例64.根据实施例63的计算机可读介质，其中目标位置随时间移动。

实施例65.根据实施例63的计算机可读介质，其中载具的轨道中心比目标位置大，并且这些指令还使得计算机设备控制风扇阵列和提升机，并且向载具输出导航指令以影响负载控制系统相对于载具的轨道中心内的目标的定位、运动和定向。

实施例66.根据实施例52的计算机可读介质，其中关于长线的物理信息包括从提升机延伸到负载控制系统的长线的长度、提升机上来自长线的张力或扭矩，或提升机上来自长线的质量中的至少一者。

实施例67.根据实施例52的计算机可读介质，其中负载控制系统、载具和长线的状态包括载具的定位、定向和运动以及负载控制系统的定位、定向和运动，并且这些指令还使得计算机设备基于第一状态信息和第二状态信息来估计和预测负载控制系统、载具和长线的状态，其中基于第一状态信息和第二状态信息来估计和预测负载控制系统、载具和长线的状态包括根据系统模型在非线性滤波器中将来自第一传感器组和第二传感器组的第一状态信息和第二状态信息与来自功能模式或命令状态、推力和定向映射、或载具、风扇阵列和提升机映射中的至少一者的反馈组合。

实施例68.根据实施例67的计算机可读介质，其中非线性滤波器包括无迹卡尔曼滤波器。

Claims (88)

1.一种用于控制通过长线从载具悬挂的负载的装置，包括：

负载控制系统，所述负载控制系统包括风扇阵列和第一传感器组，其中所述负载控制系统被固定到所述长线的末端，并且其中所述第一传感器组获得关于所述负载控制系统的第一定位、第一运动和第一定向的第一状态信息；

所述载具包括提升机和第二传感器组，其中所述提升机控制从所述提升机延伸到所述负载控制系统的所述长线的长度，并且其中所述第二传感器组获得关于所述载具的第二定位、第二运动和第二定向的第二状态信息，并且其中所述提升机获得关于从所述提升机延伸到所述负载控制系统的所述长线的物理信息；和计算机处理器和存储器；

其中所述存储器包括数据融合模块和操作模块；

其中所述数据融合模块包括表示所述负载控制系统、所述载具和所述长线的系统模型；并且

其中所述计算机处理器向所述系统模型提供所述第一状态信息、所述第二状态信息和关于从所述提升机延伸到所述负载控制系统的所述长线的所述物理信息，并且其中所述计算机处理器执行所述数据融合模型以确定：

所述负载控制系统、所述载具和所述长线的状态，所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态随时间的特性，以及所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态随时间的所述特性之间的响应时间；并且

其中所述计算机处理器执行所述操作模块，以及基于所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态，所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态随时间的所述特性，以及所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态随时间的所述特性之间的所述响应时间，用于控制所述风扇阵列和所述提升机，并且向所述载具输出导航指令以影响所述负载控制系统相对于目标的定位、运动和定向。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述负载包括所述悬挂负载控制系统或固定到所述悬挂负载控制系统的负载中的至少一者。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述响应时间超过阈值，并且其中，响应于此，所述操作模块确定所述目标是使所述负载控制系统、所述载具、所述长线的所述状态以及所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态随时间的所述特性的扰动最小化。

4.根据权利要求3所述的装置，其中为了使所述负载控制系统、所述载具、所述长线的所述状态以及所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态随时间的所述特性的扰动最小化，所述操作模块还向所述载具输出所述导航指令，以进行指导所述载具的徘徊路径、指导所述载具的速度或指导所述载具的轨道中心中的至少一者。

5.根据权利要求3所述的装置，其中所述操作模块还利用控制所述提升机以使从所述提升机延伸到所述负载控制系统的所述长线的所述长度保持静止的指令来使所述负载控制系统、所述载具、所述长线的所述状态以及所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态随时间的所述特性的扰动最小化。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述数据融合模块还预测所述负载控制系统的危险状态，并且确定所述目标是要避免所述危险状态。

7.根据权利要求6所述的装置，其中所述负载控制系统的所述危险状态是与物体碰撞或过度加速中的至少一种。

8.根据权利要求7所述的装置，其中所述负载控制系统的所述危险状态是所述与物体碰撞，并且其中所述操作模块还控制所述风扇阵列在所述负载控制系统上施加扭矩或横向力以避开所述物体。

9.根据权利要求8所述的装置，其中所述操作模块还施加所述扭矩以获得定向，然后施加所述横向力以移动所述负载控制系统来避开所述物体。

10.根据权利要求7所述的装置，其中所述负载控制系统的所述危险状态是所述过度加速，并且其中所述操作模块还控制所述提升机减轻所述过度加速。

11.根据权利要求10所述的装置，其中为了减轻所述过度加速，所述操作模块还控制所述提升机放出所述长线。

12.根据权利要求1所述的装置，其中所述系统模型包括所述载具的中心或轨道、所述悬挂负载控制系统的中心或轨道、目标位置、所述悬挂负载控制系统和负载的质量、所述长线的长度、所述悬挂负载控制系统和负载的惯性、所述悬挂负载控制系统的移动和旋转、所述悬挂负载控制系统的离地高度、所述载具的移动和旋转、所述载具的离地高度、所述长线的空气动力模型、所述长线上的重力，以及风力、海况和在所述悬挂负载控制系统与载具之间的相对运动的干扰估计中的至少一者。

13.根据权利要求12所述的装置，其中所述目标位置随时间移动。

14.根据权利要求12所述的装置，其中所述载具的所述轨道中心比所述目标位置大，并且其中所述操作模块控制所述风扇阵列和所述提升机，并且向所述载具输出导航指令以影响所述负载控制系统相对于所述载具的所述轨道中心内的所述目标的所述定位、运动和定向。

15.根据权利要求1所述的装置，其中关于所述长线的所述物理信息包括从所述提升机延伸到所述负载控制系统的所述长线的长度、所述提升机上来自所述长线的张力或扭矩，或所述提升机上来自所述长线的质量中的至少一者。

16.根据权利要求1所述的装置，其中所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态包括所述载具的定位、定向和运动以及所述负载控制系统的定位、定向和运动，并且其中所述操作模块基于所述第一状态信息和所述第二状态信息来估计和预测所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态，其中为了基于所述第一状态信息和所述第二状态信息来估计和预测所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态，所述操作模块根据系统模型在非线性滤波器中将来自所述第一传感器组和所述第二传感器组的所述第一状态信息和所述第二状态信息与来自所述操作模块的功能模式或命令状态、推力和定向映射、或载具、风扇阵列和提升机映射中的至少一者的反馈组合。

17.根据权利要求16所述的装置，其中所述非线性滤波器包括无迹卡尔曼滤波器。

18.一种控制通过长线从载具悬挂的负载的方法，包括：

利用计算机处理器和存储器，利用包括风扇阵列和第一传感器组的负载控制系统，其中所述负载控制系统被固定到所述长线的末端，利用包括提升机和第二传感器组的载具，其中所述提升机控制从所述提升机延伸到所述负载控制系统的所述长线的长度，并且利用所述存储器中表示所述负载控制系统、所述载具和所述长线的系统模型，

所述计算机处理器从所述第一传感器组获得关于所述负载控制系统的第一定位、第一运动和第一定向的第一状态信息；

所述计算机处理器从所述第二传感器组获得关于所述载具的第二定位、第二运动和第二定向的第二状态信息；

所述计算机处理器从所述提升机获得关于从所述提升机延伸到所述负载控制系统的所述长线的物理信息；以及

所述计算机处理器向所述系统模型提供所述第一状态信息、所述第二状态信息和关于从所述提升机延伸到所述负载控制系统的所述长线的所述物理信息；

所述计算机处理器确定：

所述负载控制系统、所述载具和所述长线的状态，所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态随时间的特性，以及所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态随时间的所述特性之间的响应时间；并且，

基于所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态，所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态随时间的所述特性，以及所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态随时间的所述特性之间的所述响应时间，所述计算机处理器控制所述风扇阵列和所述提升机，并且向所述载具输出导航指令以影响所述负载控制系统相对于目标的定位、运动和定向。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述负载包括所述悬挂负载控制系统或固定到所述悬挂负载控制系统的负载中的至少一者。

20.根据权利要求18所述的方法，所述计算机处理器还确定所述响应时间超过阈值，并且响应于此，确定所述目标是使所述负载控制系统、所述载具、所述长线的所述状态以及所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态随时间的所述特性的扰动最小化。

21.根据权利要求20所述的方法，其中为了使所述负载控制系统、所述载具、所述长线的所述状态以及所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态随时间的所述特性的扰动最小化，所述计算机处理器还向所述载具输出所述导航指令，以进行指导所述载具的徘徊路径、指导所述载具的速度或指导所述载具的轨道中心中的至少一者。

22.根据权利要求20所述的方法，其中所述计算机处理器还通过控制所述提升机以使从所述提升机延伸到所述负载控制系统的所述长线的所述长度保持静止，来使所述负载控制系统、所述载具、所述长线的所述状态以及所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态随时间的所述特性的扰动最小化。

23.根据权利要求18所述的方法，所述计算机处理器还预测所述负载控制系统的危险状态，并且确定所述目标是要避免所述危险状态。

24.根据权利要求23所述的方法，其中所述负载控制系统的所述危险状态是与物体碰撞或过度加速中的至少一种。

25.根据权利要求24所述的方法，其中所述负载控制系统的所述危险状态是所述与物体碰撞，并且所述计算机处理器还控制所述风扇阵列在所述负载控制系统上施加扭矩或横向力以避开所述物体。

26.根据权利要求25所述的方法，所述计算机处理器还施加所述扭矩以获得定向，然后施加所述横向力以移动所述负载控制系统来避开所述物体。

27.根据权利要求24所述的方法，其中所述负载控制系统的所述危险状态是所述过度加速，并且所述计算机处理器控制所述提升机减轻所述过度加速。

28.根据权利要求27所述的方法，其中为了减轻所述过度加速，所述计算机处理器还控制所述提升机放出所述长线。

29.根据权利要求18所述的方法，其中所述系统模型包括所述载具的中心或轨道、所述悬挂负载控制系统的中心或轨道、目标位置、所述悬挂负载控制系统和负载的质量、所述长线的长度、所述悬挂负载控制系统和负载的惯性、所述悬挂负载控制系统的移动和旋转、所述悬挂负载控制系统的离地高度、所述载具的移动和旋转、所述载具的离地高度、所述长线的空气动力模型、所述长线上的重力，以及风力、海况和在所述悬挂负载控制系统与载具之间的相对运动的干扰估计中的至少一者。

30.根据权利要求29所述的方法，其中所述目标位置随时间移动。

31.根据权利要求29所述的方法，其中所述载具的所述轨道中心比所述目标位置大，并且所述计算机处理器还控制所述风扇阵列和所述提升机，并且向所述载具输出导航指令以影响所述负载控制系统相对于所述载具的所述轨道中心内的所述目标的所述定位、运动和定向。

32.根据权利要求18所述的方法，其中关于所述长线的所述物理信息包括从所述提升机延伸到所述负载控制系统的所述长线的长度、所述提升机上来自所述长线的张力或扭矩，或所述提升机上来自所述长线的质量中的至少一者。

33.根据权利要求18所述的方法，其中所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态包括所述载具的定位、定向和运动以及所述负载控制系统的定位、定向和运动，并且所述计算机处理器还基于所述第一状态信息和所述第二状态信息来估计和预测所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态，其中基于所述第一状态信息和所述第二状态信息来估计和预测所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态包括根据所述系统模型在非线性滤波器中将来自所述第一传感器组和所述第二传感器组的所述第一状态信息和所述第二状态信息与来自功能模式或命令状态、推力和定向映射、或载具、风扇阵列和提升机映射中的至少一者的反馈组合。

34.根据权利要求33所述的方法，其中所述非线性滤波器包括无迹卡尔曼滤波器。

35.一种用于控制通过长线从载具悬挂的负载计算机装置，包括：

负载控制系统、载具、计算机处理器和存储器；

其中所述负载控制系统包括风扇阵列、第一传感器组，和用于将所述负载控制系统固定到所述长线的末端的装置；

其中所述载具包括提升机和第二传感器组，其中所述提升机包括用于控制从所述提升机延伸到所述负载控制系统的所述长线的长度的装置；

其中所述存储器包括系统模型，其中所述系统模型表示所述负载控制系统、所述载具和所述长线；

所述计算机处理器包括用于从所述第一传感器组获得关于所述负载控制系统的第一定位、第一运动和第一定向的第一状态信息的装置；

所述计算机处理器还包括用于从所述第二传感器组获得关于所述载具的第二定位、第二运动和第二定向的第二状态信息的装置；

所述计算机处理器还包括用于从所述提升机获得关于从所述提升机延伸到所述负载控制系统的所述长线的物理信息的装置；并且

所述计算机处理器还包括用于向所述系统模型提供所述第一状态信息、所述第二状态信息和关于从所述提升机延伸到所述负载控制系统的所述长线的所述物理信息的装置；所述计算机处理器还包括用于确定以下的装置：所述负载控制系统、所述载具和所述长线的状态，所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态随时间的特性，以及所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态随时间的所述特性之间的响应时间；并且

基于所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态，所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态随时间的所述特性，以及所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态随时间的所述特性之间的所述响应时间，所述计算机处理器还包括用于控制所述风扇阵列和所述提升机并且向所述载具输出导航指令以影响所述负载控制系统相对于目标的定位、运动和定向的装置。

36.根据权利要求35所述的装置，其中所述负载包括所述悬挂负载控制系统或固定到所述悬挂负载控制系统的负载中的至少一者。

37.根据权利要求35所述的装置，所述计算机处理器还包括用于确定所述响应时间超过阈值的装置，以及响应于此，用于确定所述目标是使所述负载控制系统、所述载具、所述长线的所述状态以及所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态随时间的所述特性的扰动最小化的装置。

38.根据权利要求37所述的装置，其中为了使所述负载控制系统、所述载具、所述长线的所述状态以及所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态随时间的所述特性的扰动最小化，所述计算机处理器还包括用于向所述载具输出所述导航指令以进行以下中的一者的装置：指导所述载具的徘徊路径、指导所述载具的速度或指导所述载具的轨道中心。

39.根据权利要求37所述的装置，其中所述计算机处理器还包括用于以下的装置：通过控制所述提升机以使从所述提升机延伸到所述负载控制系统的所述长线的所述长度保持静止，来使所述负载控制系统、所述载具、所述长线的所述状态以及所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态随时间的所述特性的扰动最小化。

40.根据权利要求35所述的装置，所述计算机处理器还包括用于预测所述负载控制系统的危险状态的装置和用于确定所述目标是要避免所述危险状态的装置。

41.根据权利要求40所述的装置，其中所述负载控制系统的所述危险状态是与物体碰撞或过度加速中的至少一种。

42.根据权利要求41所述的装置，其中所述负载控制系统的所述危险状态是所述与物体碰撞，并且所述计算机处理器还包括用于控制所述风扇阵列在所述负载控制系统上施加扭矩或横向力以避开所述物体的装置。

43.根据权利要求42所述的装置，所述计算机处理器还包括用于以下的装置：施加所述扭矩以获得定向，然后施加所述横向力以移动所述负载控制系统来避开所述物体。

44.根据权利要求41所述的装置，其中所述负载控制系统的所述危险状态是所述过度加速，并且所述计算机处理器还包括用于控制所述提升机减轻所述过度加速的装置。

45.根据权利要求44所述的装置，其中为了减轻所述过度加速，所述计算机处理器还包括用于控制所述提升机放出所述长线的装置。

46.根据权利要求35所述的装置，其中所述系统模型包括所述载具的中心或轨道、所述悬挂负载控制系统的中心或轨道、目标位置、所述悬挂负载控制系统和负载的质量、所述长线的长度、所述悬挂负载控制系统和负载的惯性、所述悬挂负载控制系统的移动和旋转、所述悬挂负载控制系统的离地高度、所述载具的移动和旋转、所述载具的离地高度、所述长线的空气动力模型、所述长线上的重力，以及风力、海况和在所述悬挂负载控制系统与载具之间的相对运动的干扰估计中的至少一者。

47.根据权利要求46所述的装置，其中所述目标位置随时间移动。

48.根据权利要求46所述的装置，其中所述载具的所述轨道中心比所述目标位置大，并且所述计算机处理器包括用于控制所述风扇阵列和所述提升机的装置，和用于向所述载具输出导航指令以影响所述负载控制系统相对于所述载具的所述轨道中心内的所述目标的所述定位、运动和定向的装置。

49.根据权利要求35所述的装置，其中关于所述长线的所述物理信息包括从所述提升机延伸到所述负载控制系统的所述长线的长度、所述提升机上来自所述长线的张力或扭矩，或所述提升机上来自所述长线的质量中的至少一者。

50.根据权利要求35所述的装置，其中所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态包括所述载具的定位、定向和运动以及所述负载控制系统的定位、定向和运动，并且所述计算机处理器还包括用于基于所述第一状态信息和所述第二状态信息来估计和预测所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态的装置，其中所述用于基于所述第一状态信息和所述第二状态信息来估计和预测所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态的装置包括用于以下的装置：根据所述系统模型在非线性滤波器中将来自所述第一传感器组和所述第二传感器组的所述第一状态信息和所述第二状态信息与来自功能模式或命令状态、推力和定向映射、或载具、风扇阵列和提升机映射中的至少一者的反馈组合。

51.根据权利要求50所述的装置，其中所述非线性滤波器包括无迹卡尔曼滤波器。

52.一个或多个包括指令的计算机可读介质，所述指令响应于由计算机设备的计算机处理器对所述指令的执行而使得所述计算机设备控制通过长线从载具悬挂的负载，包括：

利用负载控制系统，其中所述负载控制系统包括风扇阵列和第一传感器组，并且其中所述负载控制系统被固定到所述长线的末端；

利用包括提升机和第二传感器组的所述载具，其中所述提升机控制从所述提升机延伸到所述负载控制系统的所述长线的长度；并且

其中所述指令包括系统模型，其中所述系统模型表示所述负载控制系统、所述载具和所述长线；

所述指令使得所述计算机设备：从所述第一传感器组获得关于所述负载控制系统的第一定位、第一运动和第一定向的第一状态信息；

从所述第二传感器组获得关于所述载具的第二定位、第二运动和第二定向的第二状态信息；

从所述提升机获得关于从所述提升机延伸到所述负载控制系统的所述长线的物理信息；向所述系统模型提供所述第一状态信息、所述第二状态信息和关于从所述提升机延伸到所述负载控制系统的所述长线的所述物理信息；

基于此确定：

所述负载控制系统、所述载具和所述长线的状态，所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态随时间的特性，以及所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态随时间的所述特性之间的响应时间；以及基于所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态，所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态随时间的所述特性，以及所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态随时间的所述特性之间的所述响应时间，控制所述风扇阵列和所述提升机，并且向所述载具输出导航指令以影响所述负载控制系统相对于目标的定位、运动和定向。

53.根据权利要求52所述的计算机可读介质，其中所述负载包括所述悬挂负载控制系统或固定到所述悬挂负载控制系统的负载中的至少一者。

54.根据权利要求52所述的计算机可读介质，所述指令还使得所述计算机设备确定所述响应时间超过阈值，并且响应于此，确定所述目标是使所述负载控制系统、所述载具、所述长线的所述状态以及所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态随时间的所述特性的扰动最小化。

55.根据权利要求54所述的计算机可读介质，其中为了使所述负载控制系统、所述载具、所述长线的所述状态以及所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态随时间的所述特性的扰动最小化，所述指令还使得所述计算机设备向所述载具输出所述导航指令，以进行指导所述载具的徘徊路径、指导所述载具的速度或指导所述载具的轨道中心中的至少一者。

56.根据权利要求54所述的计算机可读介质，所述指令还使得所述计算机设备通过控制所述提升机以使从所述提升机延伸到所述负载控制系统的所述长线的所述长度保持静止，来使所述负载控制系统、所述载具、所述长线的所述状态以及所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态随时间的所述特性的扰动最小化。

57.根据权利要求52所述的计算机可读介质，所述指令还使得所述计算机设备预测所述负载控制系统的危险状态并且确定所述目标是要避免所述危险状态。

58.根据权利要求57所述的计算机可读介质，其中所述负载控制系统的所述危险状态是与物体碰撞或过度加速中的至少一种。

59.根据权利要求58所述的计算机可读介质，其中所述负载控制系统的所述危险状态是所述与物体碰撞，并且所述指令还使得所述计算机设备控制所述风扇阵列在所述负载控制系统上施加扭矩或横向力以避开所述物体。

60.根据权利要求59所述的计算机可读介质，所述指令还使得所述计算机设备施加所述扭矩以获得定向，然后施加所述横向力以移动所述负载控制系统来避开所述物体。

61.根据权利要求58所述的计算机可读介质，其中所述负载控制系统的所述危险状态是所述过度加速，并且所述指令还控制所述提升机减轻所述过度加速。

62.根据权利要求61所述的计算机可读介质，其中为了减轻所述过度加速，所述指令还控制所述提升机放出所述长线。

63.根据权利要求52所述的计算机可读介质，其中所述系统模型包括所述载具的中心或轨道、所述悬挂负载控制系统的中心或轨道、目标位置、所述悬挂负载控制系统和负载的质量、所述长线的长度、所述悬挂负载控制系统和负载的惯性、所述悬挂负载控制系统的移动和旋转、所述悬挂负载控制系统的离地高度、所述载具的移动和旋转、所述载具的离地高度、所述长线的空气动力模型、所述长线上的重力，以及风力、海况和在所述悬挂负载控制系统与载具之间的相对运动的干扰估计中的至少一者。

64.根据权利要求63所述的计算机可读介质，其中所述目标位置随时间移动。

65.根据权利要求63所述的计算机可读介质，其中所述载具的所述轨道中心比所述目标位置大，并且所述指令还使得所述计算机设备控制所述风扇阵列和所述提升机，并且向所述载具输出导航指令以影响所述负载控制系统相对于所述载具的所述轨道中心内的所述目标的所述定位、运动和定向。

66.根据权利要求52所述的计算机可读介质，其中关于所述长线的所述物理信息包括从所述提升机延伸到所述负载控制系统的所述长线的长度、所述提升机上来自所述长线的张力或扭矩，或所述提升机上来自所述长线的质量中的至少一者。

67.根据权利要求52所述的计算机可读介质，其中所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态包括所述载具的定位、定向和运动以及所述负载控制系统的定位、定向和运动，并且所述指令还使得所述计算机设备基于所述第一状态信息和所述第二状态信息来估计和预测所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态，其中基于所述第一状态信息和所述第二状态信息来估计和预测所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态包括根据所述系统模型在非线性滤波器中将来自所述第一传感器组和所述第二传感器组的所述第一状态信息和所述第二状态信息与来自功能模式或命令状态、推力和定向映射、或载具、风扇阵列和提升机映射中的至少一者的反馈组合。

68.根据权利要求67所述的计算机可读介质，其中所述非线性滤波器包括无迹卡尔曼滤波器。

69.一种用于控制通过长线从载具悬挂的负载的装置，所述装置包括：

负载控制系统，所述负载控制系统包括风扇阵列和第一传感器组，所述第一传感器组被配置为获得关于所述负载控制系统的第一定位、第一运动和第一定向的第一状态信息；

提升机和紧固到所述载具的第二传感器组，其中所述提升机控制从所述提升机延伸到所述负载控制系统的所述长线的长度并且获得关于从所述提升机延伸到所述负载控制系统的所述长线的物理信息，并且其中所述第二传感器组获得关于所述载具的第二定位、第二运动和第二定向的第二状态信息；

计算机处理器和存储器；并且

其中所述存储器包括数据融合模块和操作模块，所述数据融合模块包括表示所述负载控制系统、所述载具和所述长线的系统模型；其中所述计算机处理器被配置为执行所述数据融合模块以确定：

所述负载控制系统、所述载具和所述长线的状态随时间的特性，并且确定所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态随时间的所述特性之间的响应时间；以及执行所述操作模块，并且至少部分地基于所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态随时间的所述特性之间的所述响应时间，控制所述风扇阵列和所述提升机，并且向所述载具输出导航指令以影响所述负载控制系统相对于目标的所述第一定位、所述第一运动和所述第一定向中的一者或多者。

70.根据权利要求69所述的装置，其中，如果所述响应时间超过阈值，则所述操作模块确定使所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态的扰动最小化的动作。

71.根据权利要求70所述的装置，其中所述操作模块还利用控制所述提升机以使从所述提升机延伸到所述负载控制系统的所述长线的所述长度保持静止的指令来使所述负载控制系统、所述载具、所述长线的所述状态的扰动最小化。

72.根据权利要求69所述的装置，其中所述数据融合模块预测所述负载控制系统的危险状态并且避免所述危险状态。

73.根据权利要求72所述的装置，其中所述负载控制系统的所述危险状态包括与物体碰撞或过度加速中的至少一种。

74.根据权利要求72所述的装置，其中所述负载控制系统的所述危险状态是与物体碰撞，并且其中所述操作模块控制所述风扇阵列在所述负载控制系统上施加扭矩或横向力以避开所述物体。

75.根据权利要求72所述的装置，其中所述负载控制系统的所述危险状态是过度加速，并且其中所述操作模块控制所述提升机使所述过度加速最小化。

76.一种控制通过长线从载具悬挂的负载的方法，包括：

从第一传感器组获得关于负载控制系统的第一定位、第一运动和第一定向的第一状态信息，其中所述负载控制系统包括所述第一传感器组和风扇阵列并且通过所述长线从所述载具悬挂；

从所述载具的提升机获得关于从所述提升机延伸到所述负载控制系统的所述长线的物理信息；

从第二传感器组获得关于所述载具的第二定位、第二运动和第二定向的第二状态信息；利用表示所述负载控制系统、所述载具和所述长线的系统模型，确定：

所述负载控制系统、所述载具和所述长线的状态随时间的特性，以及确定所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态随时间的所述特性之间的响应时间；并且，

至少部分地基于所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态随时间的所述特性之间的所述响应时间，控制所述风扇阵列和所述提升机，并且向所述载具输出导航指令以影响所述负载控制系统相对于目标的所述第一定位、所述第一运动和所述第一定向中的一者或多者。

77.根据权利要求76所述的方法，还包括确定所述响应时间超过阈值，并且确定使所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态的扰动最小化的动作。

78.根据权利要求77所述的方法，还包括向所述提升机发出指令或控制所述提升机将从所述提升机延伸到所述负载控制系统的所述长线的所述长度保持静止。

79.根据权利要求79所述的方法，还包括预测所述负载控制系统的危险状态并且避免所述危险状态。

80.根据权利要求79所述的方法，其中所述负载控制系统的所述危险状态包括与物体碰撞或过度加速中的至少一种。

81.根据权利要求79所述的方法，其中所述负载控制系统的所述危险状态是与物体碰撞，并且还包括控制所述风扇阵列在所述负载控制系统上施加扭矩或横向力以避开所述物体。

82.根据权利要求79所述的方法，其中所述负载控制系统的所述危险状态是过度加速，并且还包括控制所述提升机使所述过度加速最小化。

83.一个或多个包括指令的计算机可读介质，所述指令响应于由计算机设备的处理器对所述指令的执行而使得所述计算机设备：

控制通过长线从载具悬挂的负载，其中为了控制通过所述长线从所述载具悬挂的所述负载，所述指令还使得所述计算机设备：从第一传感器组获得关于所述计算机设备的第一定位、第一运动和第一定向的第一状态信息，其中所述计算机设备包括所述第一传感器组和风扇阵列，并且通过所述长线从所述载具悬挂；从所述载具的提升机获得关于从所述提升机延伸到所述计算机设备的所述长线的物理信息；

从第二传感器组获得关于所述载具的第二定位、第二运动和第二定向的第二状态信息；确定所述负载控制系统、所述载具和所述长线的状态随时间的特性，并且确定所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态随时间的所述特性之间的响应时间；并且

至少部分地基于所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态随时间的所述特性之间的所述响应时间，控制所述风扇阵列和所述提升机，并且向所述载具输出导航指令以影响所述计算机设备相对于目标的所述第一定位、所述第一运动和所述第一定向中的一者或多者。

84.根据权利要求83所述的计算机可读介质，其中所述指令还使得所述计算机设备确定所述响应时间超过阈值，并且确定使所述负载控制系统、所述载具和所述长线的所述状态的扰动最小化的动作。

85.根据权利要求84所述的计算机可读介质，其中所述指令还使得所述计算机设备发出指令或控制所述提升机将从所述提升机延伸到所述负载控制系统的所述长线的所述长度保持静止。

86.根据权利要求84所述的计算机可读介质，其中所述指令还使所述计算机设备预测所述负载控制系统的危险状态和避免所述危险状态的方式。

87.根据权利要求86所述的计算机可读介质，其中所述负载控制系统的所述危险状态是与物体碰撞，并且其中所述指令还使得所述计算机设备控制所述风扇阵列在所述计算机设备上施加扭矩或横向力以避开所述物体。

88.根据权利要求86所述的计算机可读介质，其中所述负载控制系统的所述危险状态是过度加速，并且其中所述指令还使得所述计算机设备控制所述提升机使所述过度加速最小化。