無人飛行器處理系統(tǒng)及其飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無人飛行器領(lǐng)域，特別是涉及一種無人飛行器、無人飛行器處理系統(tǒng)及其處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著技術(shù)發(fā)展，小微型無人飛行器開始進(jìn)入千家萬戶，尤其是隨著MEMS元件的技術(shù)發(fā)展和成本降低，多軸飛行器的重量、體積、穩(wěn)定性均得到了長足的發(fā)展。以航拍應(yīng)用為突破口，攜帶有拍攝裝置的多軸飛行器廣受關(guān)注。但是無人飛行器作為一種在空中飛行的設(shè)備，其安全性方面的考慮要遠(yuǎn)高于其他設(shè)備，典型的，對于無人飛行器的飛行過程的管理是一個(gè)重要的問題?，F(xiàn)有技術(shù)對于無人飛行器的飛行管理主要是通過無線通信的方式來實(shí)現(xiàn)，具體的可以采用衛(wèi)星定位系統(tǒng)或者2.4Ghz頻段的無線通信技術(shù)。如果在室內(nèi)也可能是采用基于通信基站的定位技術(shù)等。但是無論上述哪一種技術(shù)，都依賴于一個(gè)搭建好的無線環(huán)境，才能實(shí)現(xiàn)對于無人飛行器的飛行過程進(jìn)行識別和記錄，并后續(xù)進(jìn)行一系列的處理。但是在通信環(huán)境不穩(wěn)定的情況下，上述飛行過程管理的方法存在風(fēng)險(xiǎn)。
[0003]以飛行過程管理的一種典型應(yīng)用一一自動(dòng)返航功能為例進(jìn)行說明，現(xiàn)有自動(dòng)返航功能往往是在無線通信控制不穩(wěn)定的情況下，由用戶通過控制臺(tái)啟動(dòng)或者由無人飛行器上的飛行控制器啟動(dòng)，該自動(dòng)返航的實(shí)現(xiàn)是基于衛(wèi)星定位系統(tǒng)的信號，獲得無人飛行器的當(dāng)前位置，以及讀取實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)的無人飛行器的出發(fā)位置，然后自動(dòng)控制無人飛行器飛到一定高度之后，按照衛(wèi)星定位系統(tǒng)所給出的指引，從當(dāng)前位置飛回到出發(fā)位置。由于衛(wèi)星定位系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，所以，在自動(dòng)返航過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種問題，雖然有自動(dòng)返航成功的，但是自動(dòng)返航飛不見了，或者自動(dòng)返航過程中墜落的事件也時(shí)有發(fā)生。所以，基于無線通信的飛行過程管理，受無線通信環(huán)境干擾大，存在較高風(fēng)險(xiǎn)。
[0004]另外，目前對于非GPSAMU的無人機(jī)定位有些初步的探索，但均不成熟，現(xiàn)狀如下。
[0005]2014年I月I日公開的中國專利申請CN201310444134.8“一種四旋翼無人機(jī)的超聲波定位裝置及方法”公開了一種四旋翼無人機(jī)的超聲波定位裝置及方法，通過為無人機(jī)安裝一組多個(gè)超聲波模塊，利用超聲波測距獲得與障礙物間的距離，并利用多個(gè)模塊同時(shí)測距，從而得到無人機(jī)的相對位置信息。該方法采用超聲波傳感器測距，超聲波傳感器測距范圍有限、而且容易受到干擾，該定位裝置及方法應(yīng)用場景有限，存在一定不足。
[0006]2013年9月11日公開的中國專利申請CN201210437143.X“無人機(jī)點(diǎn)對點(diǎn)定位的方法與系統(tǒng)”公開了一種無人機(jī)點(diǎn)對點(diǎn)定位的方法與系統(tǒng)，使用位于無人機(jī)上的搜索定位儀接收發(fā)射儀發(fā)出的點(diǎn)對點(diǎn)定位信號，通過確定搜索定位儀與發(fā)射儀的角度與距離，從而實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的精確定位。該方法需要為無人機(jī)加裝接收儀，同時(shí)需要在確定地點(diǎn)安裝發(fā)射儀發(fā)射無線電波。如果需要精確定位，發(fā)射儀將需要多臺(tái)，實(shí)際使用不很方便。
[0007]2013年3月13日公開的中國申請CN201210418160.9“基于大小回字標(biāo)志物的多旋翼無人機(jī)位姿獲取方法”公開了一種基于大小回字標(biāo)志物的多旋翼無人機(jī)位姿獲取方法，通過識別一個(gè)指定的印有回字的標(biāo)識牌，用一系列的運(yùn)算獲得無人機(jī)當(dāng)前的位姿信息。該方法中，回字標(biāo)志不具有方向特征，難以實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的航向獲取與定向控制。
[0008]論文《基于單目視覺的攝像頭定位方法的研究》(沈慧杰，吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文)研究了兩種攝像頭定位方法。其中一種是基于幾何關(guān)系的單目視覺定位。該方法利用單目視覺的測距模型，同時(shí)建立攝像頭與場景內(nèi)已知特征點(diǎn)之間的幾何關(guān)系，通過一系列三角計(jì)算，即可得出攝像頭在二維坐標(biāo)平面內(nèi)的位置。該方法主要用于二維坐標(biāo)平面的攝像頭位置獲取，沒有相對距離的維度計(jì)算，且并不能直接用于無人機(jī)的位置鎖定。
[0009]專利文獻(xiàn)CN101126639公開的一種快速進(jìn)行低空遙感影像自動(dòng)匹配與空中三角測量的方法包括以下步驟:一、利用低空遙感平臺(tái)獲取序列影像;按照下述圖像拍攝方法獲取測區(qū)目標(biāo)的單航帶或多航帶影像，并將影像導(dǎo)入計(jì)算機(jī):根據(jù)測區(qū)范圍、相機(jī)參數(shù)和預(yù)設(shè)的地面分辨率，按照航帶內(nèi)重疊度I 60%和航帶間重疊度I 20%的攝影測量基本要求設(shè)計(jì)航線和低空遙感平臺(tái)的飛行高度，低空遙感平臺(tái)飛行過程中在航線上預(yù)設(shè)的攝影位置自動(dòng)曝光，獲取單航線或多航線的序列影像，并將影像自動(dòng)存儲(chǔ)，飛行結(jié)束后將影像導(dǎo)入地面數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī);二、使用Wal I i s變換技術(shù)對影像進(jìn)行自動(dòng)增強(qiáng)處理，而后利用特征提取技術(shù)從影像中提取特征點(diǎn)，并將所有提取出的影像特征點(diǎn)自動(dòng)保存;三、自動(dòng)確定相鄰影像間的重疊度和旋偏角，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行相鄰影像的同名特征點(diǎn)匹配，并將匹配后的同名特征點(diǎn)向所有重疊影像自動(dòng)傳遞，獲得大量三度以上同名特征點(diǎn)；四、半自動(dòng)量測控制點(diǎn)和檢查點(diǎn)影像坐標(biāo)，結(jié)合其他非攝影測量觀測值進(jìn)行高精度空中三角測量，并進(jìn)行平差結(jié)果的精度評定。該專利可進(jìn)行低空遙感影像的自動(dòng)匹配與高精度區(qū)域網(wǎng)空中三角測量。但該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高且不能獲得無人飛行器在飛行過程中的高度，無法得到無人飛行器的飛行過程的軌跡，從而無從對無人飛行器的飛行過程進(jìn)行監(jiān)控。
[0010]專利文獻(xiàn)CN104298248公開的一種旋翼無人機(jī)精確視覺定位定向方法包括以下步驟:I)安裝標(biāo)志物;無人機(jī)機(jī)載攝像頭標(biāo)定;初始給定無人機(jī)與標(biāo)志物的相對距離;2)引導(dǎo)無人機(jī)到達(dá)期望懸停點(diǎn)；3)無人機(jī)懸停狀態(tài)下精確定位定向的實(shí)時(shí)修正。該旋翼無人機(jī)精確視覺定位定向方法能夠?yàn)闊o人機(jī)提供與人工設(shè)施及天然物體等相關(guān)的良好的相對位置數(shù)據(jù)，輔助無人機(jī)實(shí)現(xiàn)精確的定點(diǎn)定航向的懸停，從而有效防止無人機(jī)發(fā)生碰撞，但其需要安裝標(biāo)志物、需要提供人工進(jìn)行提前準(zhǔn)備，需要懸停，無法不干擾地對無人飛行器的飛行過程進(jìn)行監(jiān)控，其無法快速獲得無人飛行器在飛行過程中的高度，也無法得到無人飛行器的飛行過程的軌跡。
[0011]問題在于，當(dāng)無人飛行器飛離了視距范圍時(shí)，在地面上對該無人飛行器進(jìn)行控制的飛手就很難把握該飛行器的具體位置。由于實(shí)際飛行環(huán)境的不可預(yù)測性，有時(shí)候即使是在直線距離不遠(yuǎn)的情況下，由于中間存在其他障礙物，也可能導(dǎo)致無人飛行器的飛行位置是無法由飛手通過肉眼去辨別的，此時(shí)無人飛行器的飛行過程就難以被監(jiān)控。但是無人飛行器的飛行過程監(jiān)控是個(gè)非常重要的需求，通過對無人飛行器的飛行過程實(shí)施監(jiān)控，能夠清楚的反映無人飛行器的飛行過程，一旦發(fā)生飛行器丟失、飛行器墜機(jī)、飛行器發(fā)生其他失常情形時(shí)，都是需要通過追溯飛行過程的方式來查明原因的。衛(wèi)星導(dǎo)航和上述的定位均無法滿足無人飛行器的飛行過程監(jiān)控，這是個(gè)非常重要的需求，通過對無人飛行器的飛行過程實(shí)施監(jiān)控，能夠清楚的反映無人飛行器的飛行過程，一旦發(fā)生飛行器丟失、飛行器墜機(jī)、飛行器發(fā)生其他失常情形時(shí)，都是需要通過追溯飛行過程的方式來查明原因的。
[0012]因此，本領(lǐng)域急需要解決的技術(shù)問題在于:利用穩(wěn)定的方式，而不是如衛(wèi)星導(dǎo)航或無線網(wǎng)絡(luò)等信號導(dǎo)航方式，確定無人飛行器的飛行過程中的位置和高度并記錄相關(guān)信息，生成無人飛行器的飛行過程軌跡以便用戶監(jiān)控和后期管理。
[0013]在【背景技術(shù)】部分中公開的上述信息僅僅用于增強(qiáng)對本發(fā)明背景的理解，因此可能包含不構(gòu)成在本國中本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明公開的一種無人飛行器包括拍攝設(shè)備和處理模塊，所述處理模塊包括存儲(chǔ)單元、比較單元和計(jì)算單元，處理模塊保持設(shè)在無人飛行器上的拍攝設(shè)備始終垂直于參照平面，所述拍攝設(shè)備按照預(yù)定拍攝參數(shù)以預(yù)定的時(shí)間間隔拍攝多個(gè)照片并將多個(gè)所述照片及其相應(yīng)的拍攝參數(shù)和拍攝時(shí)刻存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)單元;所述存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)包含所述參照平面的圖像數(shù)據(jù)，所述比較單元將所述照片和所述圖像數(shù)據(jù)比較以確定所述無人飛行器相對于所述圖像數(shù)據(jù)的位置，所述計(jì)算單元根據(jù)所述拍攝參數(shù)和所述照片確定所述無人飛行器的相對于所述參照平面的距離。
[0016]優(yōu)選地，所述處理模塊按照拍攝時(shí)刻將多個(gè)所述照片分別確定的所述位置和所述距離連接形成飛行過程。
[0017]優(yōu)選地，所述拍攝參數(shù)至少包括焦距和取景參數(shù)。
[0018]優(yōu)選地，所述參照平面是地面且所述圖像數(shù)據(jù)是電子地圖。
[0019]優(yōu)選地，所述預(yù)定的時(shí)間間隔可調(diào)整。
[0020]優(yōu)選地，所述無人飛行器可通過無線連接定期將所述照片上傳第三方存儲(chǔ)空間。
[0021]優(yōu)選地，處理模塊控制設(shè)在所述無人飛行器上的云臺(tái)以調(diào)整安裝在所述云臺(tái)上的拍攝設(shè)備，使得所述拍攝設(shè)備始終垂直于參照平面。
[0022]優(yōu)選地，無人飛行器將所述照片存儲(chǔ)在無人飛行器的黑匣子中。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明公開的一種無人飛行器處理系統(tǒng)包