RU2795344C1 - Method for selecting a safe landing area - Google Patents

Method for selecting a safe landing area Download PDF

Info

Publication number
RU2795344C1
RU2795344C1 RU2022134166A RU2022134166A RU2795344C1 RU 2795344 C1 RU2795344 C1 RU 2795344C1 RU 2022134166 A RU2022134166 A RU 2022134166A RU 2022134166 A RU2022134166 A RU 2022134166A RU 2795344 C1 RU2795344 C1 RU 2795344C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
landing
cell
area
cells
emergency
Prior art date
Application number
RU2022134166A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Альберт Ашраф Альфонсе Джубран Демиан
Дмитрий Владимирович Девитт
Original Assignee
Автономная некоммерческая организация высшего образования "Университет Иннополис"
Filing date
Publication date
Application filed by Автономная некоммерческая организация высшего образования "Университет Иннополис" filed Critical Автономная некоммерческая организация высшего образования "Университет Иннополис"
Application granted granted Critical
Publication of RU2795344C1 publication Critical patent/RU2795344C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: aircraft.
SUBSTANCE: method for selecting a safe landing zone for an aircraft (AC). To select a safe landing zone, using one or more three-dimensional (3D) sensors installed on an aircraft (AC), a three-dimensional point cloud characterizing the space under the AC is obtained and converted into a set of flat cells describing the surfaces of objects and the terrain, while the points from the point cloud that do not belong to any surface, are excluded from the point cloud, search for obstacles among the set of cells, for each cell that is not defined as an obstacle, form the proposed landing area based on the current cell, determine the surface flatness of the proposed landing area, determine the angle slope of the proposed landing area, determine the distance of the current cell from obstacles, assign the current cell a landing safety level in accordance with the previously obtained data, and select a landing zone based on the landing safety level of the cells.
EFFECT: increased safety of aircraft landing.
10 cl, 2 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs

Изобретение относится к области управления летательными аппаратами, и, более конкретно, к способу выбора безопасной зоны посадки для летательного аппарата.The invention relates to the field of aircraft control, and more specifically, to a method for selecting a safe landing zone for an aircraft.

Уровень техникиState of the art

Беспилотные летательные аппараты (БПЛА, UAV) постепенно становятся частью повседневной жизни – они выполняют доставку грузов, различные исследования, анализ окружающего пространства, мониторинг территорий, контроль объектов, фото- и видеосъемку, используются в спасательных операциях и находят множество других применений. Как и в случае с другими видами транспорта, по всему миру ведутся разработки, направленные на полную автоматизацию работы БПЛА.Unmanned aerial vehicles (UAVs, UAVs) are gradually becoming a part of everyday life - they carry out cargo delivery, various studies, analysis of the surrounding space, territory monitoring, object control, photo and video shooting, are used in rescue operations and find many other applications. As is the case with other modes of transport, developments are underway around the world aimed at fully automating the operation of UAVs.

Одной из задач автоматизации БПЛА является его автономная посадка. Из уровня техники известно множество различных способов, которые можно условно разделить на 2 группы: посадка на подготовленную поверхность – например, на посадочную площадку, и на неподготовленную поверхность – например, на поверхность земли.One of the tasks of UAV automation is its autonomous landing. Many different methods are known from the prior art, which can be divided into 2 groups: landing on a prepared surface - for example, on a landing site, and on an unprepared surface - for example, on the ground.

Посадка на поверхность земли часто является непредсказуемой и сложной, однако время от времени могут возникать ситуации, когда во избежание утраты ценного груза или самого летательного аппарата приходится прибегать к этому способу.Landing on the surface of the earth is often unpredictable and difficult, but from time to time situations may arise when, in order to avoid the loss of valuable cargo or the aircraft itself, it is necessary to resort to this method.

Известные способы (см., например, патент RU 2725640 C1 от 03.07.2020) не обеспечивают достаточную точность определения зоны, в которую следует выполнять посадку, в сложных условиях окружающей среды или если летательный аппарат оснащен недорогим оборудованием, обладающим ограниченными возможностями. Это негативно сказывается на безопасности полета, в том числе на безопасности груза, летательного аппарата, людей, животных, объектов в зоне посадки и т.д.Known methods (see, for example, patent RU 2725640 C1 dated 07/03/2020) do not provide sufficient accuracy in determining the area in which landing should be performed in difficult environmental conditions or if the aircraft is equipped with inexpensive equipment with limited capabilities. This negatively affects flight safety, including the safety of cargo, aircraft, people, animals, objects in the landing zone, etc.

Таким образом, в уровне техники существует потребность в создании способа, который обеспечивал бы возможность экстренной посадки БПЛА в широком диапазоне условий окружающей среды и был бы доступен для БПЛА, обладающих ограниченными возможностями.Thus, there is a need in the art for a method that would enable emergency landing of UAVs in a wide range of environmental conditions and would be accessible to UAVs with limited capabilities.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Настоящее изобретение направлено на создание способов и устройств, позволяющих устранить по меньшей мере некоторые из указанных выше недостатков предшествующего уровня техники.The present invention is directed to the creation of methods and devices to eliminate at least some of the above disadvantages of the prior art.

В частности, предложен способ выбора безопасной зоны посадки, содержащий этапы, на которых:In particular, a method is proposed for selecting a safe landing area, comprising the steps of:

с помощью одного или более установленных на летательном аппарате (ЛА) трехмерных (3D) датчиков получают трехмерное облако точек, характеризующее пространство под ЛА;using one or more three-dimensional (3D) sensors installed on an aircraft (LA), a three-dimensional point cloud is obtained that characterizes the space under the aircraft;

преобразуют облако точек в набор плоских ячеек, описывающих поверхности объектов и рельеф местности, при этом точки из облака точек, не принадлежащие ни одной поверхности, исключают из облака точек;converting the point cloud into a set of flat cells describing the surfaces of objects and the terrain, while points from the point cloud that do not belong to any surface are excluded from the point cloud;

выполняют поиск препятствий среди набора ячеек;search for obstacles among the set of cells;

для каждой ячейки, которая не определена как препятствие, выполняют этапы, на которых:for each cell that is not defined as an obstacle, perform the steps in which:

- формируют предполагаемую область посадки на основе текущей ячейки,- form the proposed landing area based on the current cell,

- определяют ровность поверхности предполагаемой области посадки,- determine the evenness of the surface of the proposed landing area,

- определяют угол наклона предполагаемой области посадки,- determine the angle of inclination of the proposed landing area,

- определяют удаленность текущей ячейки от препятствий,- determine the distance of the current cell from obstacles,

- присваивают текущей ячейке уровень безопасности посадки в соответствии с удаленностью текущей ячейки от препятствий, а также в соответствии с показателем ровности поверхности и углом наклона предполагаемой области посадки, сформированной на основе текущей ячейки; и- assigning a landing safety level to the current cell in accordance with the distance of the current cell from obstacles, as well as in accordance with the surface evenness index and the inclination angle of the proposed landing area formed on the basis of the current cell; And

выбирают зону посадки на основе уровня безопасности посадки ячеек.selecting a landing zone based on the safety level of landing cells.

В одном из вариантов осуществления предполагаемой областью посадки является область, в которую может произвести посадку ЛА, или областью, в которую ЛА может разместить груз;In one embodiment, the intended landing area is an area where an aircraft can land or an area where an aircraft can place cargo;

при этом способ дополнительно содержит этап, на котором выполняют посадку и/или размещение груза в выбранную зону посадки.wherein the method further comprises the step of landing and/or placing cargo in the selected landing zone.

В одном из вариантов осуществления формирование предполагаемой области посадки на основе текущей ячейки содержит этапы, на которых:In one embodiment, generating a proposed landing area based on the current cell comprises the steps of:

определяют размеры и форму ячейки; иdetermine the size and shape of the cell; And

если размеры и форма ячейки позволяют вписать в нее область, необходимую для посадки, определяют текущую ячейку как предполагаемую область посадки.if the dimensions and shape of the cell allow the area required for landing to be entered into it, the current cell is determined as the intended landing area.

В одном из вариантов осуществления формирование предполагаемой области посадки на основе текущей ячейки дополнительно содержит этапы, на которых:In one embodiment, generating a proposed landing area based on the current cell further comprises the steps of:

если размеры и форма ячейки не позволяют вписать в нее область, необходимую для посадки, выполняют попытку получения укрупненной ячейки путем объединения текущей ячейки со всеми ячейками, с которыми она имеет общую границу, кроме ячеек, определенных как препятствие, при этом выполняют укрупнение до тех пор, пока не будет достигнут предел возможности укрупнения или пока не будет получена укрупненная ячейка, удовлетворяющая следующим условиям: размеры и форма укрупненной ячейки позволяют вписать в нее область, необходимую для посадки, используя при этом по меньшей мере часть текущей ячейки;if the size and shape of the cell do not allow the area required for landing to be entered into it, an attempt is made to obtain an enlarged cell by combining the current cell with all cells with which it has a common border, except for the cells defined as an obstacle, while enlargement is performed until , until the limit of enlargement is reached or until an enlarged cell is obtained that satisfies the following conditions: the dimensions and shape of the enlarged cell allow you to enter into it the area necessary for landing, using at least a part of the current cell;

если укрупнение завершилось успехом, определяют укрупненную ячейку как предполагаемую область посадки; иif the enlargement is successful, defining the enlarged cell as the intended landing area; And

если укрупнение завершилось неудачей, определяют текущую ячейку как препятствие.if the enlargement fails, define the current cell as an obstacle.

В одном из вариантов осуществления выполнение поиска препятствий среди набора ячеек содержит этапы, на которых для каждой ячейки:In one embodiment, performing an obstacle search among a set of cells comprises the steps where, for each cell:

определяют координаты и угол наклона ячейки относительно осей X и Y; иdetermine the coordinates and the angle of inclination of the cell relative to the X and Y axes; And

если угол наклона и высота проекции ячейки на вертикальную плоскость одновременно превышают допустимые пределы угла наклона и высоты, определяют ячейку как препятствие.if the angle of inclination and the height of the projection of the cell on the vertical plane simultaneously exceed the allowable limits of the angle of inclination and height, the cell is defined as an obstacle.

В одном из вариантов осуществления преобразование облака точек в набор ячеек выполняют методом шагающих кубиков или методом двойного контура, частично или полностью восстанавливая дефекты поверхности, имеющиеся в облаке точек, или методом консенсуса случайной выборки. In one embodiment, the transformation of a point cloud into a set of cells is performed by the walking cube method or the double contour method, partially or completely restoring surface defects present in the point cloud, or by random sampling consensus.

В одном из вариантов осуществления способ дополнительно содержит этап, на котором:In one embodiment, the method further comprises the step of:

определяют высоту расположения предполагаемой области посадки;determine the height of the proposed landing area;

при этом выбирают зону посадки дополнительно на основе высоты расположения предполагаемой области посадки.at the same time, a landing zone is selected additionally based on the height of the intended landing area.

В одном из вариантов осуществления способ дополнительно содержит этапы, на которых:In one embodiment, the method further comprises the steps of:

определяют, что возникла экстренная ситуация; иdetermine that an emergency has occurred; And

определяют ранг экстренной ситуации на основе типа возникшей экстренной ситуации.determining an emergency rank based on the type of emergency that occurred.

В одном из вариантов осуществления способ дополнительно содержит этап, на котором:In one embodiment, the method further comprises the step of:

оценивают время, доступное для посадки, в зависимости от ранга экстренной ситуации;estimate the time available for landing, depending on the rank of the emergency;

при этом выбирают зону посадки дополнительно на основе времени, доступного для посадки.wherein the landing area is further selected based on the time available for landing.

В одном из вариантов осуществления способ дополнительно содержит этапы, на которых:In one embodiment, the method further comprises the steps of:

определяют, требуется ли экстренный сброс груза, на основе предварительно заданных условий экстренного сброса груза и ранга экстренной ситуации; иdetermining whether an emergency cargo release is required based on predetermined emergency cargo release conditions and an emergency rank; And

выполняют экстренный сброс груза, если он требуется.perform emergency cargo release, if required.

Технический результатTechnical result

Настоящее изобретение позволяет повысить эффективность устройств, систем и способов для посадки летательного аппарата (ЛА). При этом обеспечивается:The present invention improves the efficiency of devices, systems and methods for landing an aircraft (LA). This provides:

- повышение точности, в том числе при сложных условиях окружающей среды;- improving accuracy, including under difficult environmental conditions;

- снижение требований к характеристикам датчиков ЛА;- reduced requirements for the characteristics of aircraft sensors;

- повышение безопасности полета, в том числе безопасности груза, летательного аппарата, людей, животных, объектов в зоне посадки и т.д.- improving flight safety, including the safety of cargo, aircraft, people, animals, objects in the landing zone, etc.

Эти и другие преимущества настоящего изобретения станут понятны при прочтении нижеследующего подробного описания со ссылкой на сопроводительные чертежи.These and other advantages of the present invention will become apparent upon reading the following detailed description with reference to the accompanying drawings.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

На Фиг. 1 показана блок-схема предложенного способа.On FIG. 1 shows a block diagram of the proposed method.

На Фиг. 2 показан пример разметки ячеек для выбора зоны посадки.On FIG. 2 shows an example of marking cells for selecting a landing zone.

Подробное описаниеDetailed description

В качестве БПЛА для целей настоящего изобретения может рассматриваться, например, дрон, квадрокоптер, мультикоптер, беспилотный вертолет, самолет вертикального взлета и посадки (СВВП, VTOL) или любой другой летательный аппарат, на который установлено или может быть установлено оборудование, необходимое для выполнения предложенного способа.As a UAV for the purposes of the present invention, for example, a drone, a quadrocopter, a multicopter, an unmanned helicopter, a vertical take-off and landing aircraft (VTOL) or any other aircraft on which the equipment necessary to perform the proposed way.

Беспилотный летательный аппарат (БПЛА) может содержать корпус, движители, двигатели, посадочное шасси, модуль управления двигателями, полетный контроллер, приемопередатчик, модуль навигации, источник энергии, камеру, набор датчиков. Конкретный набор элементов БПЛА и их компоновка не ограничиваются настоящим изобретением.An unmanned aerial vehicle (UAV) may contain a body, propellers, engines, a landing gear, an engine control module, a flight controller, a transceiver, a navigation module, an energy source, a camera, a set of sensors. The specific set of UAV elements and their arrangement are not limited by the present invention.

Дальнейшее описание для удобства будет ссылаться на БПЛА, однако следует понимать, что при необходимости возможно применение настоящего изобретения в пилотируемых летательных аппаратах. Кроме того, может применяться дистанционно пилотируемый летательный аппарат. Предпочтительно, чтобы летательный аппарат (ЛА) имел возможность временного зависания в одном положении в пространстве.The following description will refer to UAVs for convenience, however, it should be understood that the present invention may be applied to manned aircraft if necessary. In addition, a remotely piloted aircraft may be used. Preferably, the aircraft (LA) has the ability to temporarily hover in one position in space.

БПЛА может нести груз, выполняя, например, функцию доставки. В другом варианте осуществления БПЛА может выполнять иные функции, без несения груза.The UAV can carry cargo, performing, for example, a delivery function. In another embodiment, the UAV can perform other functions, without carrying cargo.

В процессе выполнения полетной миссии БПЛА может возникнуть экстренная ситуация – например, может быть потерян, зашумлен или искажен сигнал от оператора или сигнал связи с базовой станцией, может произойти ошибка навигации или сбой системы навигации, заряд батареи или запас топлива может опуститься до порогового значения, может произойти повреждение (например, может не работать 1 двигатель в результате столкновения с препятствием), и т.д.During the UAV flight mission, an emergency situation may occur - for example, the signal from the operator or the communication signal with the base station may be lost, noisy or distorted, a navigation error may occur or the navigation system may fail, the battery charge or fuel supply may drop to a threshold value, damage may occur (for example, 1 engine may not work due to a collision with an obstacle), etc.

Определив, что возникла экстренная ситуация, во избежание утраты ценного груза или самого летательного аппарата блок управления БПЛА (например, полетный контроллер или иной вычислительный блок, установленный на БПЛА) может принять решение – самостоятельно или с участием оператора (при наличии такой возможности) – о необходимости экстренной посадки.Having determined that an emergency situation has arisen, in order to avoid the loss of valuable cargo or the aircraft itself, the UAV control unit (for example, a flight controller or other computing unit installed on the UAV) can decide - independently or with the participation of the operator (if possible) - about the need for an emergency landing.

Приняв решение о необходимости экстренной посадки, в простейшем случае БПЛА может приземлиться просто вниз, однако такой подход может быть опасен для груза, летательного аппарата, людей, животных, объектов в зоне приземления и т.д. Соответственно, требуется выбор зоны посадки, оптимальной с точки зрения минимизации опасности.Having decided on the need for an emergency landing, in the simplest case, the UAV can land simply down, however, this approach can be dangerous for the cargo, the aircraft, people, animals, objects in the landing zone, etc. Accordingly, it is required to choose a landing zone that is optimal from the point of view of minimizing the danger.

Способ выбора безопасной зоны посадкиHow to select a safe landing zone

Далее со ссылкой на Фиг. 1 будет описан способ 100 выбора безопасной зоны посадки согласно настоящему изобретению.Next, with reference to FIG. 1, a method 100 for selecting a safe landing zone according to the present invention will be described.

На этапе 110 с помощью одного или более установленных на БПЛА 3D-датчиков получают трехмерное облако точек, характеризующее пространство под БПЛА. В качестве 3D-датчика может использоваться, например, лидар или камера глубины, которая сканирует пространство под БПЛА и выдает трехмерное облако точек. В предпочтительном варианте осуществления в процессе сканирования пространства БПЛА зависает в одном положении.At step 110, using one or more 3D sensors installed on the UAV, a three-dimensional point cloud characterizing the space under the UAV is obtained. As a 3D sensor, for example, a lidar or a depth camera can be used, which scans the space under the UAV and produces a three-dimensional point cloud. In the preferred embodiment, during the scanning of space, the UAV hangs in one position.

Далее на этапе 120 с помощью вышеупомянутого блока управления преобразуют полученное облако точек в набор плоских ячеек, описывающих поверхности объектов и рельеф местности, попавшие в область обзора 3D-датчиков и, соответственно, в облако точек. Те точки из облака точек, которые в конечном счете не будут отнесены ни к одной ячейке (то есть не принадлежащие ни одной поверхности), исключаются из рассмотрения как шум. Полученные ячейки представляют собой треугольники, четырехугольники или иные плоские многоугольники, охватывающие собой поверхности объектов, земную поверхность, водную поверхность и т.д.Next, at step 120, using the above control unit, the resulting point cloud is converted into a set of flat cells describing the surfaces of objects and the terrain that fell into the field of view of 3D sensors and, accordingly, into a point cloud. Those points from the point cloud that ultimately will not be assigned to any cell (that is, not belonging to any surface) are excluded from consideration as noise. The resulting cells are triangles, quadrilaterals, or other flat polygons covering the surfaces of objects, the earth's surface, the water surface, and so on.

Далее на этапе 130 с помощью блока управления выполняют поиск препятствий среди набора ячеек. Например, некоторые поверхности могут характеризовать такие объекты, как деревья, столбы, люди и т.д. Ячейки, отнесенные к этим объектам, определяются как препятствие. Кроме того, этим ячейкам может быть присвоен уровень безопасности посадки, указывающий на невозможность посадки в данной ячейке.Next, at step 130, the control unit searches for obstacles among the set of cells. For example, some surfaces may represent objects such as trees, poles, people, and so on. Cells assigned to these objects are defined as an obstacle. In addition, these cells can be assigned a landing safety level indicating the impossibility of landing in this cell.

Затем каждой ячейке, которая не определена как препятствие, с помощью блока управления на этапе 140 присваивают уровень безопасности посадки. В частности, на этапе 141 формируют предполагаемую область посадки на основе текущей ячейки, на этапе 142 определяют ровность поверхности предполагаемой области посадки, на этапе 143 определяют угол наклона предполагаемой области посадки, на этапе 144 определяют удаленность текущей ячейки от препятствий, и на этапе 145 присваивают текущей ячейке уровень безопасности посадки в соответствии с удаленностью текущей ячейки от препятствий, а также в соответствии с показателем ровности поверхности и углом наклона предполагаемой области посадки, сформированной на основе текущей ячейки.Then, each cell that is not defined as an obstacle, using the control unit at step 140, is assigned a landing safety level. In particular, at step 141, a proposed landing area is formed based on the current cell, at step 142, the surface flatness of the proposed landing area is determined, at step 143, the angle of inclination of the proposed landing area is determined, at step 144, the distance of the current cell from obstacles is determined, and at step 145, landing safety level in the current cell in accordance with the distance of the current cell from obstacles, as well as in accordance with the surface evenness index and the slope angle of the proposed landing area, formed on the basis of the current cell.

После этого на этапе 150 с помощью блока управления выбирают зону посадки на основе уровней безопасности посадки, присвоенных ячейкам в наборе ячеек.Thereafter, at step 150, a landing area is selected by the control unit based on the landing safety levels assigned to the cells in the set of cells.

В конечном счете на этапе 160 с помощью блока управления и/или полетного контроллера формируют управляющие воздействия на исполнительные механизмы БПЛА, чтобы БПЛА приближался к зоне посадки на основании полученных данных. По мере приближения, когда БПЛА выполнил некоторое очередное перемещение в направлении зоны посадки, БПЛА может вновь повторять этапы S110-S150, выполняя сканирование пространства, обновляя окружающую обстановку, уточняя зону посадку и перемещаясь ближе к ней. В конечном счете, выполнив необходимое число итераций, БПЛА совершает автономную посадку с повышенной точностью и безопасностью в выбранную зону посадки.Ultimately, at step 160, with the help of the control unit and / or the flight controller, control actions are formed on the actuators of the UAV so that the UAV approaches the landing zone based on the received data. As it approaches, when the UAV has made some next movement towards the landing area, the UAV may again repeat steps S110-S150, performing space scanning, updating the environment, refining the landing area, and moving closer to it. Ultimately, after completing the required number of iterations, the UAV makes an autonomous landing with increased accuracy and safety in the selected landing area.

Следует отметить, что предполагаемой областью посадки может быть область, в которую может произвести посадку БПЛА, или область, в которую БПЛА может разместить груз. В частности, это актуально для случаев, когда непосредственная посадка в зону посадки сразу с грузом невозможна (например, груз подвешен на лебедке и не позволит БПЛА приземлиться) или когда освобождение от груза позволит БПЛА выиграть время, вернуться на базовую станцию и т.п. Соответственно, на этапе 160 БПЛА может выполнять посадку сам или разместить груз в выбранную зону посадки. Кроме того, БПЛА может сначала выбрать зону посадки для груза, разместить в ней груз, затем (или одновременно с выбором зоны посадки для груза) выбрать зону посадки для себя и выполнить самостоятельную посадку. В таком случае БПЛА сбережет и груз, и себя, и при этом обеспечит безопасность для окружающих объектов, людей и животных.It should be noted that the intended landing area may be an area in which the UAV can land, or an area in which the UAV can place cargo. In particular, this is relevant for cases when direct landing in the landing area immediately with the cargo is impossible (for example, the cargo is suspended on a winch and will not allow the UAV to land) or when the release of the cargo will allow the UAV to gain time, return to the base station, etc. Accordingly, at step 160, the UAV may land itself or place cargo in the selected landing zone. In addition, the UAV can first select a landing zone for the cargo, place the cargo in it, then (or simultaneously with the selection of the landing zone for the cargo) select the landing zone for itself and perform an independent landing. In this case, the UAV will save both the cargo and itself, and at the same time ensure the safety of surrounding objects, people and animals.

Далее предложенный способ будет раскрыт более подробно.Next, the proposed method will be described in more detail.

Преобразование облака точек в набор ячеек на этапе 120 может выполняться различными методами. При этом, например, используя метод шагающих кубиков или метод двойного контура, можно частично или полностью восстанавливать дефекты поверхности, имеющиеся в облаке точек, что повышает качество преобразования и точность распознавания поверхности. Использование же метода консенсуса случайной выборки за счет его устойчивости к зашумленности исходных данных позволяет применять предложенный способ даже в условиях сильно зашумленного облака точек, при малой плотности точек, при ускоренном сканировании, при наличии лишь недорогого низкопроизводительного лидара, при вибрациях, при наличии мер внешнего электронного противодействия, при неблагоприятных условиях окружающей среды и т.д. Для ускорения преобразования может быть установлен минимально допустимый размер ячейки, чтобы не происходила чрезмерная детализация поверхности. Минимально допустимый размер ячейки может соответствовать минимальному размеру объекта, который может рассматриваться как препятствие.The conversion of a point cloud to a set of cells at step 120 can be performed in various ways. In this case, for example, using the walking cube method or the double contour method, it is possible to partially or completely restore surface defects present in the point cloud, which improves the quality of transformation and the accuracy of surface recognition. The use of the random sampling consensus method, due to its resistance to the noisiness of the initial data, makes it possible to apply the proposed method even under conditions of a highly noisy point cloud, with a low point density, with accelerated scanning, with only an inexpensive low-performance lidar, with vibrations, with external electronic measures. countermeasures, under adverse environmental conditions, etc. To speed up the conversion, the minimum allowable cell size can be set so that excessive surface detailing does not occur. The minimum allowable cell size may correspond to the minimum size of an object that can be considered an obstacle.

Поиск препятствий среди набора ячеек на этапе 130 может выполняться следующим образом. Определяют координаты и угол наклона каждой ячейки относительно осей X и Y, и если угол наклона и высота проекции ячейки на вертикальную плоскость одновременно превышают допустимые пределы угла наклона и высоты, определяют ячейку как препятствие. Например, ячейка представляет собой широкую высокую плоскую стену здания или узкую вытянутую вверх часть фонарного столба. Определив, что данная ячейка имеет вертикальный наклон и большую высоту, блок управления отнесет такую ячейку к препятствию. В другом варианте ячейка может иметь вертикальный или близкий к вертикальному наклон, однако может иметь столь малую высоту, что посадка на такую ячейку хоть и не является предпочтительной, но может быть выполнена, если окружающая ее поверхность достаточно горизонтальна и имеет достаточный для посадки размер – соответственно, сама по себе данная ячейка не будет отнесена к препятствиям. Также возможны иные комбинации размера и наклона ячейки, при которых возможна или невозможна посадка. Границу между такими комбинациями предлагается предварительно задавать с помощью пороговых значений угла наклона и высоты ячейки или с помощью подходящей функции. Таким образом, обеспечивается упрощенный, но достаточно точный способ поиска препятствий.The search for obstacles among the set of cells at step 130 may be performed as follows. The coordinates and the angle of inclination of each cell relative to the X and Y axes are determined, and if the angle of inclination and the height of the projection of the cell on the vertical plane simultaneously exceed the allowable limits of the angle of inclination and height, the cell is defined as an obstacle. For example, a cell is a wide, high, flat wall of a building or a narrow, elongated part of a lamppost. Having determined that this cell has a vertical slope and a large height, the control unit will classify such a cell as an obstacle. In another embodiment, the cell may have a vertical or near-vertical slope, but may have such a low height that landing on such a cell, although not preferred, can be performed if the surrounding surface is sufficiently horizontal and has a sufficient size for landing - respectively , the cell itself will not be classified as an obstacle. Other combinations of cell size and inclination are also possible in which landing is possible or impossible. The boundary between such combinations is proposed to be pre-set using threshold values for the angle of inclination and height of the cell, or using an appropriate function. In this way, a simplified but sufficiently accurate way of finding obstacles is provided.

Формирование предполагаемой области посадки на основе текущей ячейки на этапе 141 может выполняться следующим образом. Сначала определяют размеры и форму ячейки, и если размеры и форма ячейки позволяют вписать в нее область, необходимую для посадки, определяют текущую ячейку как предполагаемую область посадки. Например, если для посадки требуется круглая площадка диаметром 80 см, пытаются вписать в ячейку круг диаметром 80 см, и если это удается сделать, определяют текущую ячейку как предполагаемую область посадки.The formation of the proposed landing area based on the current cell at step 141 may be performed as follows. First, the dimensions and shape of the cell are determined, and if the dimensions and shape of the cell allow the area required for planting to be entered into it, the current cell is determined as the intended landing area. For example, if the landing requires a circular area with a diameter of 80 cm, try to fit a circle with a diameter of 80 cm into the cell, and if this can be done, determine the current cell as the intended landing area.

Если размеры и форма ячейки не позволяют вписать в нее область, необходимую для посадки, выполняют попытку получения укрупненной ячейки путем объединения текущей ячейки со всеми ячейками, с которыми она имеет общую границу, кроме ячеек, определенных как препятствие. Например, ячейка представляет собой треугольник со сторонами 5х3х10 см. Очевидно, непосредственно в такую ячейку БПЛА приземлиться не сможет. Выполняют объединение данной ячейки с соседними и получают новую, укрупненную ячейку в виде четырехугольника со сторонами 80х80 см. В такую укрупненную ячейку уже можно вписать требуемый круг диаметром 80 см, и ее определяют как предполагаемую область посадки.If the size and shape of the cell do not allow the area required for landing to be entered into it, an attempt is made to obtain an enlarged cell by combining the current cell with all cells with which it has a common border, except for the cells defined as an obstacle. For example, a cell is a triangle with sides of 5x3x10 cm. Obviously, a UAV cannot land directly into such a cell. This cell is combined with neighboring ones and a new, enlarged cell is obtained in the form of a quadrangle with sides of 80x80 cm. It is already possible to enter the required circle with a diameter of 80 cm into such an enlarged cell, and it is determined as the intended landing area.

Укрупнение выполняют до тех пор, пока не будет достигнут предел возможности укрупнения или пока не будет получена укрупненная ячейка, удовлетворяющая следующим условиям: размеры и форма укрупненной ячейки позволяют вписать в нее область, необходимую для посадки, используя при этом по меньшей мере часть текущей ячейки. Например, текущая ячейка представляет собой узкую горизонтальную поверхность одной лесенки или лист на дереве. На них невозможно выполнить посадку, поэтому требуется укрупнение. Сама по себе такая ячейка не определена была ранее как препятствие в силу своего угла наклона и/или размера, но попытка присоединения к ней других ячеек завершается неудачей, поскольку вокруг нее нет подходящих ячеек, с которыми ее можно было бы объединить (в случае лесенки), или вообще нет никаких ячеек (в случае листа, который определен как ячейка, «висящая в воздухе»), что автоматически делает данную ячейку тоже препятствием. В другом примере ячейка представляет собой небольшой треугольник на тротуаре в углу между стеной здания и лестницей или между двумя деревьями. У этой ячейки есть соседние горизонтальные ячейки, и по мере присоединения этих ячеек формируется новая укрупненная ячейка, в которую можно вписать требуемый круг диаметром 80 см, но этот круг не затрагивает ту самую угловую треугольную ячейку, послужившую началом для этой укрупненной ячейки. Соответственно, с участием той угловой треугольной ячейки выполнить посадку невозможно, и она также помечается как препятствие, чтобы при проверке других ячеек не выполнять ее бессмысленное присоединение. Таким образом, обеспечивается повышенная точность формирования предполагаемой области посадки, что позволяет повысить точность выбора зоны безопасной посадки.Enlargement is performed until the limit of the enlargement possibility is reached or until an enlarged cell is obtained that satisfies the following conditions: the dimensions and shape of the enlarged cell allow the area required for landing to be entered into it, using at least a part of the current cell. For example, the current cell is a narrow horizontal surface of one ladder or a leaf on a tree. It is impossible to land on them, so enlargement is required. By itself, such a cell was not previously defined as an obstacle due to its angle of inclination and / or size, but an attempt to attach other cells to it fails, since there are no suitable cells around it with which it could be combined (in the case of a ladder) , or there are no cells at all (in the case of a leaf, which is defined as a cell "hanging in the air"), which automatically makes this cell also an obstacle. In another example, the cell is a small triangle on the sidewalk at the corner between a building wall and a staircase, or between two trees. This cell has neighboring horizontal cells, and as these cells are attached, a new enlarged cell is formed, into which the required circle with a diameter of 80 cm can be entered, but this circle does not affect the very corner triangular cell that served as the beginning for this enlarged cell. Accordingly, with the participation of that corner triangular cell, it is impossible to land, and it is also marked as an obstacle, so that when checking other cells, it would not be senselessly attached. Thus, an increased accuracy of the formation of the intended landing area is provided, which makes it possible to increase the accuracy of choosing a safe landing zone.

Ровность поверхности предполагаемой области посадки на этапе 142 может быть определена разными методами, известными специалисту – например, методом среднеквадратической высоты неровностей (RMSH), путем вычисления коэффициента шероховатости и т.д.The surface evenness of the intended fit area in step 142 can be determined by various methods known to those skilled in the art, such as root mean square roughness (RMSH) method, roughness factor calculation, and so on.

Угол наклона предполагаемой области посадки на этапе 143 может быть определен по границам той требуемой области посадки, которая была вписана в данную предполагаемую область посадки. Это связано с тем, что в каждом конкретном случае текущая одна ячейка, формирующая предполагаемую область посадки, или же укрупненная ячейка, формирующая предполагаемую область посадки, может иметь произвольную форму с произвольными границами, а также иметь существенные выбросы в том или ином направлении, и учитывать каждую такую форму и размер нецелесообразно, потому что непосредственное значение имеет лишь та область, в которую будет выполняться посадка. Таким образом, обеспечивается повышенная точность выбора зоны безопасной посадки.The angle of inclination of the proposed landing area at step 143 can be determined from the boundaries of the desired landing area that has been inscribed in this proposed landing area. This is due to the fact that in each specific case, the current one cell that forms the proposed landing area, or the enlarged cell that forms the proposed landing area, can have an arbitrary shape with arbitrary boundaries, and also have significant outliers in one direction or another, and take into account each such shape and size is impractical, because only the area in which the landing will be performed is of immediate importance. Thus, increased accuracy in selecting a safe landing zone is provided.

Вычисление удаленности текущей ячейки от препятствий на этапе 144 выполняется, например, от центра ячейки (чтобы увеличить скорость вычислений) или как наименьшее расстояние от каждой границы и/или вершины ячейки (чтобы увеличить точность вычислений).The calculation of the distance of the current cell from obstacles in step 144 is performed, for example, from the center of the cell (to increase the speed of calculations) or as the smallest distance from each border and/or vertex of the cell (to increase the accuracy of the calculations).

Присвоение текущей ячейке уровня безопасности посадки на этапе 145 выполняется в соответствии с удаленностью текущей ячейки от препятствий, а также в соответствии с показателем ровности поверхности и углом наклона предполагаемой области посадки, сформированной на основе текущей ячейки. Кроме того, может учитываться, является ли данная ячейка препятствием. Как показано в примере разметки ячеек на Фиг. 2, красным цветом (уровень безопасности посадки, соответствующий опасности) помечены стены, деревья, кусты и т.д. Желтым цветом (средний уровень безопасности посадки) помечены зоны около препятствий, неровные участки земли и т.д. Зеленым цветом (уровень безопасности посадки, соответствующий наиболее безопасной посадке) помечены ровные горизонтальные зоны, пригодные для приземления. Таким образом, обеспечивается повышенная точность выбора зоны безопасной посадки. Если нет никаких дополнительных факторов, влияющих на принятие решения, для посадки выбирается ближайшая к БПЛА зона, состоящая из зеленых ячеек.Assignment of the landing safety level to the current cell at step 145 is performed in accordance with the distance of the current cell from obstacles, as well as in accordance with the surface flatness index and the slope angle of the proposed landing area formed on the basis of the current cell. In addition, it may be taken into account whether a given cell is an obstacle. As shown in the cell layout example in FIG. 2, walls, trees, bushes, etc. are marked in red (landing safety level corresponding to danger). Yellow color (medium level of landing safety) marks areas near obstacles, uneven ground, etc. Green color (landing safety level corresponding to the safest landing) marks flat horizontal zones suitable for landing. Thus, increased accuracy in selecting a safe landing zone is provided. If there are no additional factors influencing the decision, the zone closest to the UAV, consisting of green cells, is selected for landing.

Во избежание приземления на крыши зданий и иные расположенные существенно выше земли поверхности способ может дополнительно содержать определение высоты расположения предполагаемой области посадки, и выбор зоны посадки может учитывать высоту расположения предполагаемой области посадки. Таким образом, при дальнейшем поиске автономно приземлившегося БПЛА не будет необходимости исследовать крыши зданий.In order to avoid landing on rooftops of buildings and other surfaces located significantly above the ground, the method may further comprise determining the height of the intended landing area, and the selection of the landing zone may take into account the height of the intended landing area. Thus, when further searching for an autonomously landed UAV, there will be no need to examine the roofs of buildings.

В одном из вариантов осуществления, когда определено, что возникла экстренная ситуация, блок управления БПЛА может определять ранг экстренной ситуации на основе типа возникшей экстренной ситуации. Например, если типом экстренной ситуации является потеря сигнала оператора или ошибка навигации, и нет других факторов, то ранг экстренной ситуации может быть определен как «нет угрозы». Если типом экстренной ситуации является низкий заряд батареи, то ранг экстренной ситуации может быть определен как «средний уровень угрозы». Если типом экстренной ситуации является наличие повреждения самого БПЛА, то ранг экстренной ситуации может быть определен как «высокий уровень угрозы». Следует понимать, что данные примеры являются лишь иллюстративными и не ограничивают настоящее изобретение. В других конкретных реализациях могут быть иные типы и ранги экстренной ситуации.In one embodiment, when it is determined that an emergency has occurred, the UAV control unit may determine an emergency rank based on the type of emergency that has occurred. For example, if the type of emergency is loss of operator signal or navigation error, and there are no other factors, then the emergency rank can be defined as “no threat”. If the emergency type is low battery, then the emergency rank can be defined as "medium threat". If the type of emergency is the presence of damage to the UAV itself, then the rank of the emergency can be defined as “high level of threat”. It should be understood that these examples are illustrative only and do not limit the present invention. In other specific implementations, there may be other types and ranks of emergency.

В зависимости от ранга экстренной ситуации может оцениваться время, доступное для посадки, и это время может учитываться при выборе зоны посадки. Например, если ранг экстренной ситуации указывает, что нет угрозы, время, доступное для посадки, может оцениваться как неограниченное, и для посадки может быть выбрана относительно удаленная от БПЛА зеленая зона на поверхности земли, до которой требуется лететь относительно долгое время. Если же ранг экстренной ситуации, наоборот, указывает на высокий уровень угрозы, может быть выбрана ближайшая зона, так или иначе пригодная для посадки, даже если это желтая зона на крыше здания. Данные подходы позволяют адаптировать способ под разные экстренные ситуации и как можно больше повысить вероятность сбережения (или снизить вероятность утраты) груза и самого БПЛА.Depending on the rank of the emergency, the time available for landing can be estimated, and this time can be taken into account when choosing a landing zone. For example, if the emergency rank indicates that there is no threat, the time available for landing can be estimated as unlimited, and a green zone on the surface of the earth relatively far from the UAV, which requires a relatively long flight time, can be chosen for landing. If the emergency rank, on the contrary, indicates a high level of threat, the nearest zone, one way or another suitable for landing, can be selected, even if it is a yellow zone on the roof of a building. These approaches make it possible to adapt the method to different emergency situations and to increase as much as possible the probability of saving (or reducing the probability of loss) of the cargo and the UAV itself.

Еще в одном дополнительном варианте осуществления блок управления БПЛА может определять, требуется ли экстренный сброс груза, на основе предварительно заданных условий экстренного сброса груза и ранга экстренной ситуации, и БПЛА может выполнять экстренный сброс груза, если это требуется. Данный подход позволяет адаптировать способ под разные экстренные ситуации и как можно больше повысить вероятность сбережения (или снизить вероятность утраты) груза и самого БПЛА. Например, если ценность груза выше ценности БПЛА, основные усилия могут быть направлены на максимально безопасную посадку груза. Если же ценность груза не столь велика, и есть необходимость сохранить хотя бы сам БПЛА, груз может быть экстренно сброшен без сближения с землей (например, может быть автоматически перерезан трос, удерживающий груз) и независимо от уровня безопасности ячейки, над которой в данный момент находится БПЛА. Также возможны и иные промежуточные сценарии, в которых решение о сбросе может приниматься в зависимости от комбинации условий: ранга экстренной ситуации и предварительно заданных условий экстренного сброса груза. В одном из вариантов осуществления при аварийном сбросе может все же учитываться уровень безопасности ячейки, чтобы груз не упал с высоты на человека, на корову, на трактор и т.д.In yet another embodiment, the UAV control unit may determine if an emergency payload is required based on predefined emergency payload conditions and the emergency rank, and the UAV can perform an emergency payload if required. This approach makes it possible to adapt the method to different emergency situations and to increase as much as possible the probability of saving (or reducing the probability of loss) of the cargo and the UAV itself. For example, if the value of the cargo is higher than the value of the UAV, the main efforts can be directed to the safest possible landing of the cargo. If the value of the cargo is not so great, and there is a need to save at least the UAV itself, the cargo can be urgently dropped without approaching the ground (for example, the cable holding the cargo can be automatically cut) and regardless of the security level of the cell over which at the moment UAV is located. Other intermediate scenarios are also possible, in which the decision to release can be made depending on a combination of conditions: the rank of emergency and predefined conditions for an emergency release of cargo. In one embodiment, the emergency release may still take into account the safety level of the cell so that the load does not fall from a height on a person, on a cow, on a tractor, etc.

ПримерExample

На типовой рыночный БПЛА DJI установлен недорогой низкопроизводительный лидар. В результате потери сигнала от оператора в сложных условиях окружающей среды (туман) блок управления БПЛА, интегрированный в полетный контроллер, принимает решение об экстренной посадке. С помощью лидара получают зашумленное трехмерное облако точек, характеризующее пространство под БПЛА. Преобразуют облако точек в набор плоских ячеек методом консенсуса случайных выборок, при этом многие точки определяют как шум от отбрасывают. Выполняют поиск препятствий среди набора ячеек, как указано выше – в частности, сразу определяют в качестве препятствий ячейки на стенах, стволы деревьев и кусты. Далее для каждой ячейки, которая не определена как препятствие, формируют предполагаемую область посадки, определяют ровность поверхности предполагаемой области посадки, определяют угол наклона предполагаемой области посадки, определяют удаленность текущей ячейки от препятствий, присваивают текущей ячейке уровень безопасности посадки в соответствии с удаленностью текущей ячейки от препятствий, а также в соответствии с показателем ровности поверхности и углом наклона предполагаемой области посадки, сформированной на основе текущей ячейки. В частности, как показано на Фиг. 2, помечают ячейки красным, желтым и зеленым цветом в зависимости от доступности и безопасности посадки. После этого выбирают ближайшую зону посадки среди зеленых ячеек и выполняют безопасную посадку, сохранив БПЛА.A typical commercial DJI UAV is equipped with an inexpensive low-performance lidar. As a result of signal loss from the operator in difficult environmental conditions (fog), the UAV control unit integrated into the flight controller decides on an emergency landing. With the help of lidar, a noisy three-dimensional point cloud is obtained that characterizes the space under the UAV. The point cloud is converted to a set of flat cells by random sampling consensus, with many points defined as noise from discarded. They search for obstacles among a set of cells, as indicated above - in particular, they immediately determine cells on the walls, tree trunks and bushes as obstacles. Next, for each cell that is not defined as an obstacle, a proposed landing area is formed, the surface evenness of the proposed landing area is determined, the angle of inclination of the proposed landing area is determined, the distance of the current cell from the obstacles is determined, the landing safety level is assigned to the current cell in accordance with the distance of the current cell from obstacles, as well as in accordance with the index of surface evenness and the angle of inclination of the proposed landing area, formed on the basis of the current cell. In particular, as shown in FIG. 2, mark the cells in red, yellow and green, depending on the availability and safety of the landing. After that, the nearest landing area is selected among the green cells and a safe landing is performed, keeping the UAV.

ПрименениеApplication

Устройства и способы согласно настоящему изобретению можно использовать для автономной посадки БПЛА, выполняющих, в частности, доставку грузов, различные исследования, анализ окружающего пространства, контроль объектов, фото- и видеосъемку, спасательные операции, автономный мониторинг для задач охраны сельхозугодий, картографии, дистанционного химико-физического анализа, контроля всхожести и спелости урожая, химической обработки и т.д. Также при необходимости возможно применение настоящего изобретения в пилотируемых летательных аппаратах.Devices and methods according to the present invention can be used for autonomous landing of UAVs, performing, in particular, the delivery of goods, various studies, analysis of the surrounding space, control of objects, photo and video filming, rescue operations, autonomous monitoring for the tasks of protecting farmland, cartography, remote chemical - physical analysis, control of germination and ripeness of the crop, chemical treatment, etc. Also, if necessary, it is possible to apply the present invention in manned aircraft.

Дополнительные особенности реализацииAdditional Implementation Features

Различные иллюстративные блоки и модули, описанные в связи с раскрытием сущности в данном документе, могут реализовываться или выполняться с помощью процессора общего назначения, процессора цифровых сигналов (DSP), специализированной интегральной схемы (ASIC), программируемой пользователем вентильной матрицы (FPGA) или другого программируемого логического устройства (PLD), дискретного логического элемента или транзисторной логики, дискретных аппаратных компонентов либо любой комбинации вышеозначенного, предназначенной для того, чтобы выполнять описанные в данном документе функции. Процессор общего назначения может представлять собой микропроцессор, но в альтернативном варианте, процессор может представлять собой любой традиционный процессор, контроллер, микроконтроллер или конечный автомат. Процессор также может реализовываться как комбинация вычислительных устройств (к примеру, комбинация DSP и микропроцессора, несколько микропроцессоров, один или более микропроцессоров вместе с DSP-ядром либо любая другая подобная конфигурация).Various illustrative blocks and modules described in connection with the disclosure herein may be implemented or executed by a general purpose processor, digital signal processor (DSP), application specific integrated circuit (ASIC), field programmable gate array (FPGA), or other programmable logic device (PLD), discrete logic element or transistor logic, discrete hardware components, or any combination of the foregoing, designed to perform the functions described in this document. A general purpose processor may be a microprocessor, but in the alternative, the processor may be any conventional processor, controller, microcontroller, or state machine. A processor may also be implemented as a combination of computing devices (eg, a combination of a DSP and a microprocessor, multiple microprocessors, one or more microprocessors together with a DSP core, or any other similar configuration).

Некоторые блоки или модули по отдельности или вместе могут представлять собой, например, процессор, который сконфигурирован для вызова и выполнения компьютерных программ из памяти для выполнения этапов способа или функций блоков или модулей в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Согласно вариантам осуществления, устройство может дополнительно включать в себя память. Процессор может вызывать и выполнять компьютерные программы из памяти для выполнения способа. Память может быть отдельным устройством, независимым от процессора, или может быть интегрирована в процессор. Память может хранить код, инструкции, команды и/или данные для исполнения на наборе из одного или более процессоров описанного устройства. Коды, инструкции, команды могут предписывать процессору выполнять этапы способа или функции устройства.Some blocks or modules, individually or collectively, may be, for example, a processor that is configured to call and execute computer programs from memory to perform method steps or functions of blocks or modules in accordance with embodiments of the present invention. According to embodiments, the device may further include a memory. The processor may call and execute computer programs from memory to execute the method. The memory may be a separate device independent of the processor or may be integrated with the processor. The memory may store code, instructions, commands, and/or data for execution on a set of one or more processors of the device described. Codes, instructions, commands may direct the processor to perform the steps of a method or device function.

Функции, описанные в данном документе, могут реализовываться в аппаратном обеспечении, программном обеспечении, выполняемом посредством одного или более процессоров, микропрограммном обеспечении или в любой комбинации вышеозначенного, если это применимо. Аппаратные и программные средства, реализующие функции, также могут физически находиться в различных позициях, в том числе согласно такому распределению, что части функций реализуются в различных физических местоположениях, то есть может выполняться распределенная обработка или распределенные вычисления.The functions described in this document may be implemented in hardware, software running on one or more processors, firmware, or any combination of the foregoing, as applicable. The hardware and software implementing the functions may also be physically located in different locations, including such a distribution that parts of the functions are implemented in different physical locations, that is, distributed processing or distributed computing may be performed.

Вышеупомянутая память может быть энергозависимой или энергонезависимой памятью или может включать в себя как энергозависимую, так и энергонезависимую память. Специалисту в области техники должно быть также понятно, что, когда речь идет о памяти и о хранении данных, программ, кодов, инструкций, команд и т.п., подразумевается наличие машиночитаемого (или компьютерно-читаемого, процессорно-читаемого) запоминающего носителя. Машиночитаемый запоминающий носитель может представлять собой любой доступный носитель, который может использоваться для того, чтобы переносить или сохранять требуемое средство программного кода в форме инструкций или структур данных, и к которому можно осуществлять доступ посредством компьютера, процессора или иного устройства обработки общего назначения или специального назначения.The above memory may be volatile or non-volatile memory, or may include both volatile and non-volatile memory. One of ordinary skill in the art will also understand that when referring to memory and storage of data, programs, codes, instructions, instructions, and the like, it is understood that there is a machine-readable (or computer-readable, processor-readable) storage medium. A computer-readable storage medium can be any available medium that can be used to carry or store a desired piece of program code in the form of instructions or data structures, and that can be accessed by a computer, processor, or other general purpose or special purpose processing device. .

Следует понимать, что хотя в настоящем документе для описания различных элементов, компонентов, областей, слоев и/или секций могут использоваться такие термины, как "первый", "второй", "третий" и т.п., эти элементы, компоненты, области, слои и/или секции не должны ограничиваться этими терминами. Эти термины используются только для того, чтобы отличить один элемент, компонент, область, слой или секцию от другого элемента, компонента, области, слоя или секции. Так, первый элемент, компонент, область, слой или секция может быть назван вторым элементом, компонентом, областью, слоем или секцией без выхода за рамки объема настоящего изобретения. В настоящем описании термин "и/или" включает любые и все комбинации из одной или более из соответствующих перечисленных позиций. Элементы, упомянутые в единственном числе, не исключают множественности элементов, если отдельно не указано иное.It should be understood that although terms such as "first", "second", "third" and the like may be used herein to describe various elements, components, regions, layers and/or sections, these elements, components, areas, layers and/or sections should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one element, component, region, layer, or section from another element, component, region, layer, or section. Thus, a first element, component, region, layer, or section may be referred to as a second element, component, region, layer, or section without departing from the scope of the present invention. As used herein, the term "and/or" includes any and all combinations of one or more of the respective listed entries. Elements mentioned in the singular do not exclude the plurality of elements, unless otherwise specified.

Функциональность элемента, указанного в описании или формуле изобретения как единый элемент, может быть реализована на практике посредством нескольких компонентов устройства, и наоборот, функциональность элементов, указанных в описании или формуле изобретения как несколько отдельных элементов, может быть реализована на практике посредством единого компонента.The functionality of an element specified in the description or claims as a single element may be practiced by means of several components of the device, and conversely, the functionality of elements indicated in the description or claims as several separate elements may be practiced by means of a single component.

Несмотря на то, что примерные варианты осуществления были подробно описаны и показаны на сопроводительных чертежах, следует понимать, что такие варианты осуществления являются лишь иллюстративными и не предназначены ограничивать настоящее изобретение, и что данное изобретение не должно ограничиваться конкретными показанными и описанными компоновками и конструкциями, поскольку специалисту в данной области техники на основе информации, изложенной в описании, и знаний уровня техники могут быть очевидны различные другие модификации и варианты осуществления изобретения, не выходящие за пределы сущности и объема данного изобретения.Although the exemplary embodiments have been described in detail and shown in the accompanying drawings, it should be understood that such embodiments are illustrative only and are not intended to limit the present invention, and that the present invention should not be limited to the particular arrangements and structures shown and described, since a person skilled in the art on the basis of the information set forth in the description and the knowledge of the prior art may be obvious various other modifications and embodiments of the invention, without going beyond the essence and scope of this invention.

Claims (36)

1. Способ выбора безопасной зоны посадки, содержащий этапы, на которых:1. A method for selecting a safe landing zone, comprising the steps of: с помощью одного или более установленных на летательном аппарате (ЛА) трехмерных (3D) датчиков получают трехмерное облако точек, характеризующее пространство под ЛА;using one or more three-dimensional (3D) sensors installed on an aircraft (LA), a three-dimensional point cloud is obtained that characterizes the space under the aircraft; преобразуют облако точек в набор плоских ячеек, описывающих поверхности объектов и рельеф местности, при этом точки из облака точек, не принадлежащие ни одной поверхности, исключают из облака точек;converting the point cloud into a set of flat cells describing the surfaces of objects and the terrain, while points from the point cloud that do not belong to any surface are excluded from the point cloud; выполняют поиск препятствий среди набора ячеек;search for obstacles among the set of cells; для каждой ячейки, которая не определена как препятствие, выполняют этапы, на которых:for each cell that is not defined as an obstacle, perform the steps in which: - формируют предполагаемую область посадки на основе текущей ячейки,- form the proposed landing area based on the current cell, - определяют ровность поверхности предполагаемой области посадки,- determine the evenness of the surface of the proposed landing area, - определяют угол наклона предполагаемой области посадки,- determine the angle of inclination of the proposed landing area, - определяют удаленность текущей ячейки от препятствий,- determine the distance of the current cell from obstacles, - присваивают текущей ячейке уровень безопасности посадки в соответствии с удаленностью текущей ячейки от препятствий, а также в соответствии с показателем ровности поверхности и углом наклона предполагаемой области посадки, сформированной на основе текущей ячейки; и- assigning a landing safety level to the current cell in accordance with the distance of the current cell from obstacles, as well as in accordance with the surface evenness index and the inclination angle of the proposed landing area formed on the basis of the current cell; And выбирают зону посадки на основе уровня безопасности посадки ячеек.selecting a landing zone based on the safety level of landing cells. 2. Способ по п. 1, в котором предполагаемой областью посадки является область, в которую может произвести посадку ЛА, или область, в которую ЛА может разместить груз;2. The method according to p. 1, in which the intended landing area is the area in which the aircraft can land, or the area in which the aircraft can place the cargo; при этом способ дополнительно содержит этап, на котором выполняют посадку и/или размещение груза в выбранную зону посадки.wherein the method further comprises the step of landing and/or placing cargo in the selected landing zone. 3. Способ по п. 1, в котором формирование предполагаемой области посадки на основе текущей ячейки содержит этапы, на которых:3. The method according to claim. 1, in which the formation of the proposed landing area based on the current cell includes the steps of: определяют размеры и форму ячейки; иdetermine the size and shape of the cell; And если размеры и форма ячейки позволяют вписать в нее область, необходимую для посадки, определяют текущую ячейку как предполагаемую область посадки.if the dimensions and shape of the cell allow the area required for landing to be entered into it, the current cell is determined as the intended landing area. 4. Способ по п. 3, в котором формирование предполагаемой области посадки на основе текущей ячейки дополнительно содержит этапы, на которых:4. The method of claim 3, wherein generating a proposed landing area based on the current cell further comprises the steps of: если размеры и форма ячейки не позволяют вписать в нее область, необходимую для посадки, выполняют попытку получения укрупненной ячейки путем объединения текущей ячейки со всеми ячейками, с которыми она имеет общую границу, кроме ячеек, определенных как препятствие, при этом выполняют укрупнение до тех пор, пока не будет достигнут предел возможности укрупнения или пока не будет получена укрупненная ячейка, удовлетворяющая следующим условиям: размеры и форма укрупненной ячейки позволяют вписать в нее область, необходимую для посадки, используя при этом по меньшей мере часть текущей ячейки;if the size and shape of the cell do not allow the area required for landing to be entered into it, an attempt is made to obtain an enlarged cell by combining the current cell with all cells with which it has a common border, except for the cells defined as an obstacle, while enlargement is performed until , until the limit of enlargement is reached or until an enlarged cell is obtained that satisfies the following conditions: the dimensions and shape of the enlarged cell allow you to enter into it the area necessary for landing, using at least a part of the current cell; если укрупнение завершилось успехом, определяют укрупненную ячейку как предполагаемую область посадки; иif the enlargement is successful, defining the enlarged cell as the intended landing area; And если укрупнение завершилось неудачей, определяют текущую ячейку как препятствие.if the enlargement fails, define the current cell as an obstacle. 5. Способ по п. 1, в котором выполнение поиска препятствий среди набора ячеек содержит этапы, на которых для каждой ячейки:5. The method of claim 1, wherein performing an obstacle search among a set of cells comprises the steps of, for each cell: определяют координаты и угол наклона ячейки относительно осей X и Y; иdetermine the coordinates and the angle of inclination of the cell relative to the X and Y axes; And если угол наклона и высота проекции ячейки на вертикальную плоскость одновременно превышают допустимые пределы угла наклона и высоты, определяют ячейку как препятствие.if the angle of inclination and the height of the projection of the cell on the vertical plane simultaneously exceed the allowable limits of the angle of inclination and height, the cell is defined as an obstacle. 6. Способ по п. 1, в котором преобразование облака точек в набор ячеек выполняют методом шагающих кубиков или методом двойного контура, частично или полностью восстанавливая дефекты поверхности, имеющиеся в облаке точек, или методом консенсуса случайной выборки. 6. The method according to claim 1, in which the transformation of the point cloud into a set of cells is performed by the walking cube method or the double contour method, partially or completely restoring surface defects present in the point cloud, or by random sampling consensus. 7. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этап, на котором:7. The method according to claim 1, further comprising the step of: определяют высоту расположения предполагаемой области посадки;determine the height of the proposed landing area; при этом выбирают зону посадки дополнительно на основе высоты расположения предполагаемой области посадки.at the same time, the landing zone is selected additionally based on the height of the proposed landing area. 8. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этапы, на которых:8. The method according to claim 1, further comprising the steps of: определяют, что возникла экстренная ситуация; иdetermine that an emergency has occurred; And определяют ранг экстренной ситуации на основе типа возникшей экстренной ситуации.determining an emergency rank based on the type of emergency that occurred. 9. Способ по п. 8, дополнительно содержащий этап, на котором:9. The method of claim 8, further comprising the step of: оценивают время, доступное для посадки, в зависимости от ранга экстренной ситуации;estimate the time available for landing, depending on the rank of the emergency; при этом выбирают зону посадки дополнительно на основе времени, доступного для посадки.wherein the landing zone is further selected based on the time available for landing. 10. Способ по п. 8, дополнительно содержащий этапы, на которых:10. The method of claim 8, further comprising the steps of: определяют, требуется ли экстренный сброс груза, на основе предварительно заданных условий экстренного сброса груза и ранга экстренной ситуации; иdetermining whether an emergency cargo release is required based on predetermined emergency cargo release conditions and an emergency rank; And выполняют экстренный сброс груза, если он требуется.perform emergency cargo release, if required.
RU2022134166A 2022-12-23 Method for selecting a safe landing area RU2795344C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2795344C1 true RU2795344C1 (en) 2023-05-02

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2015138534A (en) * 2014-09-26 2017-03-20 Эйрбас Дефенс Энд Спэйс Гмбх AUTOMATIC landing system for aircraft, unmanned aerial vehicle and method for determining the location of the aircraft
RU198460U1 (en) * 2019-12-24 2020-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина", (ФГБОУ ВО "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина, ТГУ им. Г.Р. Державина") DEVICE FOR TECHNICAL VISION OF A SMALL UNMANNED AIRCRAFT
US10853931B2 (en) * 2016-01-20 2020-12-01 Ez3D Technologies, Inc. System and method for structural inspection and construction estimation using an unmanned aerial vehicle
US10901437B2 (en) * 2018-02-07 2021-01-26 Hangzhou Zero Zero Technology Co., Ltd. Unmanned aerial vehicle including an omnidirectional depth sensing and obstacle avoidance aerial system and method of operating same
RU2753992C2 (en) * 2017-04-06 2021-08-25 Зе Боинг Компани Vertical landing vehicle, system and method for providing awareness of situation
US20210306614A1 (en) * 2018-08-22 2021-09-30 I-Conic Vision Ab A method and corresponding system for generating video-based models of a target such as a dynamic event

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2015138534A (en) * 2014-09-26 2017-03-20 Эйрбас Дефенс Энд Спэйс Гмбх AUTOMATIC landing system for aircraft, unmanned aerial vehicle and method for determining the location of the aircraft
US10853931B2 (en) * 2016-01-20 2020-12-01 Ez3D Technologies, Inc. System and method for structural inspection and construction estimation using an unmanned aerial vehicle
RU2753992C2 (en) * 2017-04-06 2021-08-25 Зе Боинг Компани Vertical landing vehicle, system and method for providing awareness of situation
US10901437B2 (en) * 2018-02-07 2021-01-26 Hangzhou Zero Zero Technology Co., Ltd. Unmanned aerial vehicle including an omnidirectional depth sensing and obstacle avoidance aerial system and method of operating same
US20210306614A1 (en) * 2018-08-22 2021-09-30 I-Conic Vision Ab A method and corresponding system for generating video-based models of a target such as a dynamic event
RU198460U1 (en) * 2019-12-24 2020-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина", (ФГБОУ ВО "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина, ТГУ им. Г.Р. Державина") DEVICE FOR TECHNICAL VISION OF A SMALL UNMANNED AIRCRAFT

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113597591B (en) Geographic benchmarking for unmanned aerial vehicle navigation
US9464902B2 (en) Symbiotic unmanned aerial vehicle and unmanned surface vehicle system
US9679490B2 (en) Opportunistic unmanned autonomous vehicle energy harvesting
EP3735624B1 (en) Adjustable object avoidance proximity threshold
CN108897312B (en) Method for planning continuous monitoring path of multiple unmanned aerial vehicles to large-scale environment
US20190103032A1 (en) Unmanned aerial vehicle, data processing device, path selection device, processing method and processing program
Cantelli et al. UAV/UGV cooperation for surveying operations in humanitarian demining
Sadat et al. Fractal trajectories for online non-uniform aerial coverage
JP6357176B2 (en) Moving path setting device, moving path setting method, and moving path setting program
CN109460064B (en) Unmanned plane cluster regions covering method and its device based on virtual potential field function
US20190202449A1 (en) Adjustable Object Avoidance Proximity Threshold Based on Classification of Detected Objects
IT201800003849A1 (en) System and method for managing unmanned aerial systems (UAS) that perform an adaptive mission
KR102199680B1 (en) Method and apparatus for controlling drone for autonomic landing
JP2020201958A (en) Three-dimensional aircraft autonomous navigation under restriction
JP2019196150A (en) System, method, and program for identifying safe landing area, and storage medium for storing the program
US20210208606A1 (en) Information processing system, information processing method, and program
CN113950063A (en) Wireless communication network networking method and device, computer equipment and storage medium
EP3711037A1 (en) System and method for mission planning, flight automation, and capturing of high-resolution images by unmanned aircraft
Kalaitzakis et al. A marsupial robotic system for surveying and inspection of freshwater ecosystems
Andert et al. Mapping and path planning in complex environments: An obstacle avoidance approach for an unmanned helicopter
Rojas-Perez et al. Real-time landing zone detection for UAVs using single aerial images
Garg Characterisation of Fixed-Wing Versus Multirotors UAVs/Drones
Wubben et al. A vision-based system for autonomous vertical landing of unmanned aerial vehicles
RU2795344C1 (en) Method for selecting a safe landing area
US11609582B2 (en) Systems and methods for planning a travel route of a multifunctional robot