CN213302860U - 无人机三维可视化避障系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的无人机三维可视化避障系统，包括障碍物信息采集单元、创建三维地图模型单元、三维地图模型障碍物标注单元、无人机地面站控制平台及三维地图模型与无人机地面站控制平台通信单元，所述障碍物信息采集单元用于采集障碍物信息，所述创建三维地图模型单元用于创建三维地图模型，无人机地面站用于制定飞行航线、飞行监控、任务回放、实时监测、实时通信；无人机依据三维地图模型上的障碍物信息进行制定飞行航线，相当于在障碍物上方形成一道电子闸栏，无人机在障碍物上方进行低空飞行，自主执行飞行任务。在低空自主飞行时，无人机自主匹配对低高度飞行，不会因为飞行过低而撞山或建筑物等，保证飞行安全。

Description

无人机三维可视化避障系统

技术领域

本实用新型涉及无人机技术领域，特别涉及无人机三维可视化避障系统。

背景技术

近年来，无人机空中作业越来越普遍，已被广泛应用于各种场合，如航拍摄影、电力巡检、环境监测、森林防火、灾情巡查、防恐救生、军事侦查等场合，其有效克服了有人驾驶飞机在空中作业时的种种不足，降低了维护和采购成本，并且增加了作业的灵活性和适应性。但是，无人机在飞行过程中往往面临着山脉、建筑物、树木和输电线路等有形障碍物及复杂的地图环境的安全威胁，以及受到禁飞区、危险区等无形障碍物的约束。因此，避障飞行对于无人机具有非常重要的意义，是无人机完成复杂、多功能高难度动作的前提条件。

传统的无人机使用前视摄像头进行障碍物检测和SLAM建图与定位，通过地面站将预设航线传输至无人机后，无人机在飞行过程中进行自动导航避障。这种方式简单易行，但是建图精度差、容易受到外界环境的干扰。如果避障飞行航线出现错误，进而可能导致无人机失控炸机的情况。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种无人机三维可视化避障系统，旨在解决现有技术中无人机自动导航避障建图精度差、容易受到外界环境的干扰，进而可能导致无人机失控炸机等技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为，提供一种无人机三维可视化避障系统，包括障碍物信息采集单元、创建三维地图模型单元、三维地图模型障碍物标注单元、无人机地面站控制平台及三维地图模型与无人机地面站控制平台通信单元，所述障碍物信息采集单元用于采集障碍物信息，所述创建三维地图模型单元用于创建三维地图模型，所述三维地图模型障碍物标注单元用于标注障碍物信息；无人机地面站用于制定飞行航线、飞行监控、任务回放、实时监测、实时通信；所述三维地图模型与无人机地面站控制平台通信单元用于将三维地图模型与无人机地面站控制平台进行实时通信。

进一步的，所述三维地图模型障碍物标注单元还包括无人机飞行高度编辑单元，所述无人机飞行高度编辑单元用于在三维地图模型障碍物高度上增加高度。

进一步的，所述三维地图模型障碍物标注单元包括信息提示单元，所述信息提示单元用于提醒障碍物处于动态，需要及时更新。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型提供的无人机三维可视化避障系统，通过倾斜摄影技术采集障碍物信息，将计算机视觉、图形图像处理和数据库技术等融为一体，建立精确的三维地图模型，无人机依据三维地图模型上的障碍物信息进行制定飞行航线，相当于在障碍物上方形成一道电子闸栏，无人机在障碍物上方进行低空飞行，自主执行飞行任务。在远距离超低空自主飞行时，不会受地形起伏的影响，无人机自主匹配对低高度飞行，不会因为飞行过低而撞山或撞建筑物等，保证飞行安全。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型无人机三维可视化避障流程图；

图2为本实用新型无人机三维可视化避障系统结构框图；

图3为本实用新型无人机三维可视化避障系统另一实施例结构框图；

图4为本实用新型无人机三维可视化避障系统无人机航线规划图；

图5为本实用新型无人机三维可视化避障方法应用场景图；

标号说明：

10、障碍物信息采集单元；20、创建三维地图模型单元；

30、三维地图模型障碍物标注单元；301、信息提示单元；

302、无人机飞行高度编辑单元；

40、三维地图模型与无人机地面站控制平台通信单元；

50、无人机地面站控制平台。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1-5所示，S10)、无人机上安装吊舱；在飞行过程中，通过吊舱采用倾斜摄影技术采集飞行航线中障碍物信息；S20)、将无人机采集的障碍物信息创建高精度三维地图模型；S30)、根据三维地图模型单独对每个障碍物进行编辑标注；S40)、将三维地图模型与无人机地面站控制平台进行通信连接；S50)、根据无人机飞行任务及三维地图模型上障碍物信息设定无人机飞行航线；S60)、无人机与无人机地面站控制平台交互，根据无人机飞行航线实现自主导航避障飞行。

其中，在无人机上安装吊舱进行障碍物信息采集；在飞行过程中，通过吊舱采用倾斜摄影技术采集飞行航线中障碍物信息，倾斜摄影技术通过在无人机上搭载多台传感器，同时从1个垂直、4个倾斜共5个不同的角度采集影像，倾斜摄影技术通过五个角度对地面情况进行拍摄，获得三维数据可以真实的反映地物的本来面貌，客观的再现了地物的外观、结构以及高度等属性。将采集的障碍物信息创建高精度三维地图模型，利用三维地图建模创建三维地图模型。建好三维地图模型后，在三维地图模型上单独对每个障碍物进行编辑标注处理。例如对障碍物进行编号，障碍物名称、坐标、高度。而后将三维地图模型与无人机地面站控制平台进行通信连接，无人机地面控制平台包括飞行监控、航线规划、任务回放、地图导航等，并且还可以支持多架无人机及无人机机场的控制与管理。无人机与地面控制平台通过无线数传通信，按照通信协议将收到的数据解析并显示，同时将数据实时存储到数据库中。还可以在任务结束后读取数据库进行任务回放。无人机地面站控制平台根据无人机飞行任务及三维地图模型上障碍物信息设定无人机飞行航线。无人机与无人机地面站控制平台交互，根据无人机飞行航线实现自主导航避障飞行，相当于在障碍物上设置一道电子闸栏，无人机在障碍物上方进行低空飞行，自主执行飞行任务。在远距离超低空自主飞行时，不会受地形起伏的影响，无人机自主匹配对低高度飞行，不会因为飞行过低而撞山或撞建筑物等，保证飞行安全。

进一步的，所述S20)步骤中，根据无人机采集的障碍物信息利用计算机视觉、图形图像处理和数据库技术进行可视化三维地图建模。

本实施例中，其中计算机视觉、图形图像处理和数据库技术利用三维实景建模，例如Context Capture、Pixel Factory、Pix4D、VirtuosoGrid、VirtuoZo、DP-Smart、PhotoScan等软件，其高度自动化和智能化给建模带来极高的效率，优先采用PhotoScan，操作容易、精度高。

进一步的，如图5所示，所述S30)步骤中，障碍物编辑标注信息包括简述位置、规格及提示信息。对每个障碍物进行编辑标注，障碍物可以为山体、树林、建筑物等，本实施例中，优选为建筑物。如建筑物楼房名称、位置、规格如宽度、长度、高度等。

进一步的，所述提示信息包括模型需要及时更新、报警或其它需要关注的信息。本实施例中，例如障碍物为建筑物，在无人机飞行航线上有正在修建的楼房，楼房高度会不断增加。无人机在执行飞行任务时，可以通过GPS及气压机等反馈实时高度，同时判断三维地图模型是否需要更新，将高度信息数据返回无人机地面站控制平台。下次执行飞行任务时，根据提示信息重新规划航行。

进一步的，所述S40)步骤中，三维地图模型与无人机地面站控制平台通过通信协议与接口将三维地图模型与无人机地面站控制平台进行通信。本实施例中可以采用4G、5G或自助网进行数据交互通信。

进一步的，所述S50)步骤中，在三维地图模型上选中障碍物，弹出高度窗口，在障碍物高度上增加10-30米，确认后自动计算规避障碍物航线，并执行航行飞行。根据每个障碍物的高度，在其高度上相应增加10-30米，相当于在障碍物上方形成一层电子闸栏，使得无人机在执行飞行任务，进行低空飞行时，能自主导航及进行避障。

进一步的，如图4所示，所述S50)步骤中，在障碍物高度上增加20米。本实施例中，经过多项数据测试及实践经验，优先在障碍物高度上增加20米最为合适。既能满足无人机执行任务需求，又能进行有效避障。

本实用新型还提供一种无人机三维可视化避障系统，如图2所示，包括障碍物信息采集单元10、创建三维地图模型单元20、三维地图模型障碍物标注单元30、无人机地面站控制平台50及三维地图模型与无人机地面站控制平台通信单元40，所述障碍物信息采集单元10用于采集障碍物信息，所述创建三维地图模型单元20用于创建三维地图模型，所述三维地图模型障碍物标注单元30用于标注障碍物信息；无人机地面站控制平台50用于制定飞行航线、飞行监控、任务回放、实时监测、实时通信；所述三维地图模型与无人机地面站控制平台通信单元40用于将三维地图模型与无人机地面站控制平台进行实时通信。

进一步的，如图5所示，所述三维地图模型障碍物标注单元还包括无人机飞行高度编辑单元302，所述无人机飞行高度编辑单元用于在三维地图模型障碍物高度上增加高度。

进一步的，如图3所示，所述三维地图模型障碍物标注单元包括信息提示单元301，所述信息提示单元用于提醒障碍物处于动态，需要及时更新。

综上所述，本实用新型提供的无人机三维可视化避障系统，通过倾斜摄影技术采集障碍物信息，将计算机视觉、图形图像处理和数据库技术等融为一体，建立三维地图模型，无人机地面控制平台包括飞行监控、航线规划、任务回放、地图导航等，并且支持多架无人机的控制与管理。无人机与地面控制站通过无线通信，按照通信协议将收到的数据解析并显示，同时将数据实时存储到数据库中。还可以在任务结束后读取数据库进行任务回放。通过创建精确的三维地图模型，无人机依据三维地图模型上的障碍物信息进行制定飞行航线，相当于在障碍物上方形成一道电子闸栏，无人机在障碍物上方进行低空飞行，自主执行飞行任务。在远距离超低空自主飞行时，不会受地形起伏的影响，无人机自主匹配对低高度飞行，不会因为飞行过低而撞山或建筑物等，保证飞行安全。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (3)

1.无人机三维可视化避障系统，其特征在于，包括障碍物信息采集单元、创建三维地图模型单元、三维地图模型障碍物标注单元、无人机地面站控制平台及三维地图模型与无人机地面站控制平台通信单元，所述障碍物信息采集单元用于采集障碍物信息，所述创建三维地图模型单元用于创建三维地图模型，所述三维地图模型障碍物标注单元用于标注障碍物信息；无人机地面站用于制定飞行航线、飞行监控、任务回放、实时监测、实时通信；所述三维地图模型与无人机地面站控制平台通信单元用于将三维地图模型与无人机地面站控制平台进行实时通信。

2.根据权利要求1所述的无人机三维可视化避障系统，其特征在于，所述三维地图模型障碍物标注单元还包括无人机飞行高度编辑单元，所述无人机飞行高度编辑单元用于在三维地图模型障碍物高度上增加高度。

3.根据权利要求1所述的无人机三维可视化避障系统，其特征在于，所述三维地图模型障碍物标注单元包括信息提示单元，所述信息提示单元用于提醒障碍物处于动态，需要及时更新。

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