本發(fā)明涉及一種多機(jī)多站聯(lián)合立體任務(wù)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

隨著飛行技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)單個(gè)飛行設(shè)備的操作早已不能滿足需求，多臺(tái)飛行設(shè)備協(xié)同合作便開始應(yīng)運(yùn)而生，也即一組功能簡單、成本廉價(jià)的飛行設(shè)備通過相應(yīng)的控制算法以預(yù)定的航跡和操作完成一系列復(fù)雜的任務(wù)。

然而，目前的多機(jī)協(xié)同合作系統(tǒng)多側(cè)重于飛行設(shè)備組的分布模式和控制算法，基本無法做到飛行設(shè)備組的自主續(xù)航，無法實(shí)現(xiàn)在外界環(huán)境下的持久的自主作業(yè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種多機(jī)多站聯(lián)合立體任務(wù)系統(tǒng)及方法，本發(fā)明通過設(shè)置相應(yīng)數(shù)量的智能站，且針對(duì)多機(jī)情況下進(jìn)行多機(jī)之間的協(xié)商、航跡規(guī)劃，能夠?qū)崿F(xiàn)飛行設(shè)備組電池的自動(dòng)更換、自主充電和飛行本體的修養(yǎng)保護(hù)，大大提升了飛行設(shè)備組的自主續(xù)航和持久作業(yè)能力。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種多機(jī)多站聯(lián)合立體任務(wù)系統(tǒng)，包括控制終端、通信系統(tǒng)、智能站以及多機(jī)平臺(tái)，其中：

所述智能站，包括多個(gè)，分別設(shè)置于飛行航線的不同區(qū)域，為各個(gè)飛行本體提供自檢、續(xù)航、定位與換電服務(wù)；

所述多機(jī)平臺(tái)，被配置為接收控制終端的控制指令，并進(jìn)行解析和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，輸送至相應(yīng)的飛行本體，同時(shí)，獲取相應(yīng)的飛行本體的航點(diǎn)信息與觀測(cè)數(shù)據(jù)，傳輸至控制終端進(jìn)行存儲(chǔ)；

所述通信系統(tǒng)，被配置為給多機(jī)平臺(tái)與控制終端、智能站與控制終端以及多機(jī)平臺(tái)與智能站的交互提供通信通道，配置通信協(xié)議，確定飛機(jī)本體的IP地址和ID序列，為不同類型的數(shù)據(jù)確定相應(yīng)的通信端口；

所述控制終端，被配置為發(fā)送多機(jī)平臺(tái)的控制信息以及接收多機(jī)平臺(tái)的反饋信息，控制智能站的飛行本體的啟停情況，同時(shí)接收飛行本體的目標(biāo)數(shù)據(jù)、環(huán)境模型和狀態(tài)參數(shù)，并按照接收的反饋信息，進(jìn)行對(duì)飛行本體的位置和姿態(tài)的調(diào)整。

進(jìn)一步的，所述飛行本體，包括但不限于無人機(jī)、旋翼飛行機(jī)、飛行器等自動(dòng)飛行裝置。

本發(fā)明的系統(tǒng)由于對(duì)于飛行本體的機(jī)械結(jié)構(gòu)改動(dòng)不大，且對(duì)于飛行本體的要求不高，具有適用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，基本所有能夠?qū)崿F(xiàn)飛行的自動(dòng)設(shè)備均屬于本發(fā)明的應(yīng)用對(duì)象。

所述控制終端，包括人機(jī)交互模塊、自主決策模塊、初始化模塊和數(shù)據(jù)庫，其中：

所述人機(jī)交互模塊，被配置為接收用戶指令和數(shù)據(jù)知識(shí)，用戶指令包括各類調(diào)用、執(zhí)行和控制命令，數(shù)據(jù)知識(shí)包括目標(biāo)數(shù)據(jù)、環(huán)境模型及工程參數(shù)，將用戶指令和數(shù)據(jù)知識(shí)發(fā)送至初始化模塊、狀態(tài)顯示模塊、自主決策模塊和數(shù)據(jù)庫；

所述自主決策模塊，被配置為根據(jù)用戶指令和數(shù)據(jù)知識(shí)生成預(yù)定航線和任務(wù)數(shù)據(jù)，進(jìn)而進(jìn)行編隊(duì)和任務(wù)分配，形成協(xié)作數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)各飛行本體的位置、姿態(tài)的相互調(diào)整；

所述初始化模塊，被配置為接收所述人機(jī)交互模塊發(fā)送的用戶指令，完成控制終端的資源分配，并初始化控制終端與各飛行本體及智能站間的無線通訊端口，向各飛行本體和智能站發(fā)送測(cè)試數(shù)據(jù)，檢測(cè)控制終端與其是否連接正常；

所述數(shù)據(jù)庫，被配置為接收所述人機(jī)交互模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)知識(shí)和飛行本體載荷通過所述通信系統(tǒng)發(fā)送的采集數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行分類管理和存儲(chǔ)。

優(yōu)選的，所述控制終端還包括狀態(tài)顯示模塊，以接收所述人機(jī)交互模塊發(fā)送的用戶指令和飛行本體航點(diǎn)存儲(chǔ)模塊經(jīng)所述通信系統(tǒng)反饋的航點(diǎn)信息，打開并調(diào)用狀態(tài)顯示界面，顯示并記錄各飛行本體狀態(tài)信息，所述狀態(tài)信息包括航跡信息、位置信息和電池電量信息。

進(jìn)一步的，所述多機(jī)平臺(tái)，包括若干飛行本體以及設(shè)置于飛行本體上SDK控制模塊、指令處理模塊、GPS定位模塊、航點(diǎn)存儲(chǔ)模塊和電壓檢測(cè)模塊其中，

所述指令處理模塊對(duì)控制終端經(jīng)通信系統(tǒng)發(fā)出的指令進(jìn)行解析和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，并傳輸至飛行本體SDK控制模塊；

所述飛行本體SDK控制模塊接收指令處理模塊發(fā)送的指令數(shù)據(jù)，完成飛行本體的操縱控制；

所述GPS定位模塊獲取飛行本體航點(diǎn)信息，并傳輸至航點(diǎn)存儲(chǔ)模塊；

所述航點(diǎn)存儲(chǔ)模塊接收、存儲(chǔ)所述GPS定位模塊發(fā)送的航點(diǎn)信息，并經(jīng)所述通信系統(tǒng)反饋至所述狀態(tài)顯示模塊。

所述電壓檢測(cè)模塊獲取飛行本體的電池電量狀況，并經(jīng)所述通信系統(tǒng)反饋至所述狀態(tài)顯示模塊。

進(jìn)一步的，所述多機(jī)平臺(tái)還設(shè)置有各類荷載，以采集各類觀測(cè)數(shù)據(jù)，并經(jīng)所述通信系統(tǒng)反饋至所述數(shù)據(jù)庫。

具體荷載包括：溫度傳感器、濕度傳感器、圖像采集器、各類空氣質(zhì)量傳感器或/和紅外傳感器。

所述智能站組容納所述飛行本體的同時(shí)，對(duì)其進(jìn)行充電和管理，加強(qiáng)飛行本體的續(xù)航能力。

所述智能站，包括自檢模塊、自主續(xù)航模塊和引導(dǎo)定位模塊，其中：

所述自檢模塊接收所述控制終端通過通信系統(tǒng)發(fā)送的控制指令，實(shí)現(xiàn)自身和飛行本體的狀態(tài)檢查，自檢完成后，發(fā)送標(biāo)志位給引導(dǎo)定位模塊；

所述引導(dǎo)定位模塊，根據(jù)標(biāo)志位確定飛行本體的降落位置，輔助飛行本體進(jìn)行精準(zhǔn)降落；

所述自主續(xù)航模塊，接收引導(dǎo)定位模塊發(fā)送的降落信息，對(duì)飛行本體進(jìn)行電池更換，并對(duì)更換下的電池進(jìn)行充電。

進(jìn)一步的，所述引導(dǎo)定位模塊包括控制器、承接平臺(tái)、平臺(tái)面V型裝置和視覺引導(dǎo)降落模塊，其中：

所述控制器，被配置為接收所述自檢模塊發(fā)送的標(biāo)志位和多無人機(jī)平臺(tái)經(jīng)所述通信系統(tǒng)發(fā)送的控制指令，控制和驅(qū)動(dòng)承接平臺(tái)的上升和下降；

所述承接平臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)上與平臺(tái)面V型裝置相連，用于安放無人機(jī)和支撐平臺(tái)面V型裝置；

所述視覺引導(dǎo)降落模塊，被配置為采集圖像信息，以識(shí)別確認(rèn)飛行本體的高度，當(dāng)高度到達(dá)降落范圍內(nèi)時(shí)，發(fā)送信息給飛行本體，進(jìn)行降落指令的執(zhí)行；

所述平臺(tái)面V型裝置用于引導(dǎo)飛行本體滑落并固定住飛行本體。

進(jìn)一步的，所述視覺引導(dǎo)降落模塊包括地面變焦攝像頭和圖像處理模塊，其中：

所述地面變焦攝像頭接收視野范圍內(nèi)的圖像信息，并發(fā)送至圖像處理模塊；

所述圖像處理模塊根據(jù)所述圖像信息識(shí)別出飛行本體骨架，并根據(jù)計(jì)算機(jī)視覺算法估算出懸停于高清攝像頭正上方的飛行本體高度，當(dāng)所述高度信息低于所設(shè)的閾值時(shí)，圖像處理模塊通過通信系統(tǒng)給飛行本體發(fā)送降落指令。

進(jìn)一步的，所述自主續(xù)航模塊包括運(yùn)動(dòng)控制單元和三維直角坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，其中：

所述運(yùn)動(dòng)控制單元在機(jī)械結(jié)構(gòu)上與電池抓取機(jī)構(gòu)相連，用于抓取和更換電池；

所述三維直角坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)包括在第一軸方向運(yùn)動(dòng)的第一平移機(jī)構(gòu)、在第二軸方向運(yùn)動(dòng)的第二平移機(jī)構(gòu)以及在第三軸方向運(yùn)動(dòng)的第三平移機(jī)構(gòu)，其中，第一軸方向、第二軸方向和第三軸方向構(gòu)成三維直角坐標(biāo)系；所述第一平移機(jī)構(gòu)、第二平移機(jī)構(gòu)和第三平移機(jī)構(gòu)的一端分別與運(yùn)動(dòng)控制單元相連，另一端分別與電池抓取機(jī)構(gòu)相連。

基于上述系統(tǒng)的工作方法，具體包括：

(1)接收初始化指令，對(duì)控制終端的各個(gè)模塊進(jìn)行初始化和分配資源，通過通信系統(tǒng)向各飛行本體和智能站發(fā)送測(cè)試數(shù)據(jù)包，檢測(cè)控制終端與其是否連接正常，如果連接正常，接收反饋數(shù)據(jù)，否則，進(jìn)行重新發(fā)送檢測(cè)信息；

(2)控制終端通過通信系統(tǒng)發(fā)送完成標(biāo)志信號(hào)至各智能站，啟動(dòng)智能站的自檢，控制終端接收到智能站的自檢反饋信號(hào)后，將調(diào)整后的各飛行本體的航跡數(shù)據(jù)和任務(wù)數(shù)據(jù)打包并根據(jù)各飛行本體的ID發(fā)送至相應(yīng)飛行本體，飛行本體機(jī)群按照預(yù)定的航跡和編隊(duì)起飛作業(yè)；

(3)接收控制指令，生成航跡數(shù)據(jù)和相應(yīng)的任務(wù)數(shù)據(jù)，根據(jù)各個(gè)飛行本體的航跡數(shù)據(jù)和任務(wù)數(shù)據(jù)，對(duì)機(jī)群中各飛行本體進(jìn)行相對(duì)位置的調(diào)整；

(4)飛行作業(yè)過程中，各飛行本體將航點(diǎn)信息、電池電量狀況及自身ID打包通過通信系統(tǒng)發(fā)送至控制終端，需要飛行本體返航或進(jìn)行充電后，選擇航線上相應(yīng)的智能站進(jìn)行降落，智能站接收控制終端發(fā)送的控制命令，根據(jù)先前的背景圖像和此時(shí)的圖像信息，利用背景作差法捕捉和識(shí)別出飛行本體，利用霍夫直線檢測(cè)原理，檢測(cè)出飛行本體機(jī)臂的十字交叉直線，并以單目測(cè)距的方法，估算出相應(yīng)的飛行本體的高度，輔助飛行本體進(jìn)行安全降落。

所述步驟(3)中，根據(jù)接收的任務(wù)，確定好編碼隊(duì)形，根據(jù)長機(jī)-僚機(jī)的形式生成各飛行本體的控制指令，并將這些控制指令根據(jù)各飛行本體ID發(fā)送至相應(yīng)的飛行本體，使各僚機(jī)均以長機(jī)為標(biāo)準(zhǔn)移動(dòng)和調(diào)整。

所述步驟(3)中，控制終端在飛行本體機(jī)群的飛行過程中根據(jù)需要改變其監(jiān)控模式和編隊(duì)隊(duì)形，需要進(jìn)行范圍廣的搜索任務(wù)，則飛行本體機(jī)群以分散式的三角隊(duì)形作業(yè)；需要測(cè)量同一高度不同地方的空氣質(zhì)量，則飛行本體機(jī)群以同一高度懸停作業(yè)；需要測(cè)量同一地方不同高度的空氣質(zhì)量指標(biāo)，則飛行本體機(jī)群以同一地點(diǎn)不同高度懸停監(jiān)控的方式作業(yè)。

當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在本發(fā)明的基礎(chǔ)上，將上述編隊(duì)方式或監(jiān)控模式，根據(jù)檢測(cè)對(duì)象、任務(wù)的不同進(jìn)行調(diào)節(jié)，這種改動(dòng)均屬于本領(lǐng)域的常規(guī)替換，理應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

所述步驟(3)中，飛行本體機(jī)群的直線編隊(duì)變?yōu)榇怪敝本€編隊(duì)，其具體過程如下：自主決策模塊根據(jù)用戶控制指令，生成模擬的垂直直線編隊(duì)，用戶選取隊(duì)首飛行本體為長機(jī)，其他則為僚機(jī)；控制終端根據(jù)各無人機(jī)ID發(fā)送新的任務(wù)數(shù)據(jù)至各飛行本體，使長機(jī)懸停不動(dòng)，各僚機(jī)均以一定梯度的高度依次升高，最終都移動(dòng)到長機(jī)的水平坐標(biāo)，形成垂直直線編隊(duì)。

所述步驟(4)中，當(dāng)飛行本體作業(yè)完成后，飛行到預(yù)設(shè)的懸停點(diǎn)，控制終端控制各飛行本體懸停于對(duì)應(yīng)飛行本體智能站的正上方，地面變焦攝像頭采集此時(shí)視野圖像信息，并發(fā)送至飛行本體智能站的圖像處理模塊，圖像處理模塊根據(jù)先前的背景圖像和此時(shí)的圖像信息，利用背景作差法捕捉和識(shí)別出飛行本體；再利用霍夫直線檢測(cè)原理，檢測(cè)出飛行本體機(jī)臂的十字交叉直線，并以單目測(cè)距的方法，估算出各飛行本體的高度；控制終端控制各飛行本體下降，當(dāng)飛行本體下降到設(shè)定的高度閾值以下，飛行本體自動(dòng)降落至平臺(tái)面V型裝置中，各飛行本體降落至相應(yīng)的智能站后，智能站承接平臺(tái)下降。

所述步驟(4)中，待飛行本體降落后，自主續(xù)航模塊的運(yùn)動(dòng)控制單元?jiǎng)幼?，控制機(jī)械臂夾取飛行本體電池至電池管理模塊，并從電池管理模塊中取出電量充足的新電池為飛行本體裝上，電池管理模塊則為剛換下的電池進(jìn)行充電和保養(yǎng)。

所述步驟(4)中，飛行作業(yè)過程中，飛行本體的電壓檢測(cè)模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其電池電量狀況，并通過通信系統(tǒng)在狀態(tài)顯示模塊上加以顯示，當(dāng)飛行本體電池電量過低時(shí)，通過人機(jī)交互界面選擇航線上合適位置的智能站使飛行本體降落，并進(jìn)行電池更換和充電的動(dòng)作。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明通過在航線上安置相應(yīng)數(shù)量的智能站，實(shí)現(xiàn)了飛行本體多機(jī)組的電池的自動(dòng)更換、自主充電和飛行本體多機(jī)組的修養(yǎng)保護(hù)，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各個(gè)飛行本體的電池電量，當(dāng)電池電量低于設(shè)定值后，可以在航線上選擇合適的智能站進(jìn)行換電或充電服務(wù)，能大大提升了飛行本體多機(jī)組的自主續(xù)航和持久作業(yè)能力；

(2)本發(fā)明的飛行本體多機(jī)組搭載不同負(fù)載完成相對(duì)復(fù)雜的監(jiān)測(cè)任務(wù)，根據(jù)需要改變其監(jiān)控模式和編隊(duì)隊(duì)形，需要進(jìn)行范圍廣的搜索任務(wù)，適用場合廣泛；

(3)本發(fā)明的飛行本體上設(shè)置有各類荷載，其采集的數(shù)據(jù)，圖像、視頻和點(diǎn)云信息等都會(huì)通過通信系統(tǒng)發(fā)送至控制終端的數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫對(duì)其進(jìn)行整理和保存，以形成大數(shù)據(jù)，供后續(xù)研究適用，具有巨大的研究意義；

(4)本發(fā)明根據(jù)先前的背景圖像和此時(shí)的圖像信息，利用背景作差法捕捉和識(shí)別出飛行本體；再利用霍夫直線檢測(cè)原理，檢測(cè)出飛行本體機(jī)臂的十字交叉直線，并以單目測(cè)距的方法，估算出各飛行本體的高度，能夠很好的保證飛行本體的精確降落，保證飛行本體的機(jī)身安全；

(5)本發(fā)明多個(gè)飛行本體形成組群，根據(jù)需要改變其監(jiān)控模式和編隊(duì)隊(duì)形，通過隊(duì)形或長機(jī)-僚機(jī)的搭配，能夠?qū)δ繕?biāo)實(shí)現(xiàn)全方位的立體監(jiān)測(cè)。

附圖說明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說明書附圖用來提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明的作業(yè)前流程示意圖；

圖3是本發(fā)明的作業(yè)中流程示意圖；

圖4是本發(fā)明的作業(yè)后流程示意圖；

圖5是本發(fā)明固定裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明限位槽的示意圖；

其中，1.固定臺(tái)，2.第一限位槽，3.滑塊，4.滑桿，5.固定樁，6.降落面，7.平撐，8.卡槽，9.豎直面。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說明都是例示性的，旨在對(duì)本申請(qǐng)?zhí)峁┻M(jìn)一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本申請(qǐng)所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請(qǐng)的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

正如背景技術(shù)所介紹的，現(xiàn)有技術(shù)中存在的多機(jī)協(xié)同合作系統(tǒng)多側(cè)重于無人機(jī)組的分布模式和控制算法，無法做到無人機(jī)組的自主續(xù)航，無法實(shí)現(xiàn)在外界環(huán)境下的持久的自主作業(yè)，為了解決如上的技術(shù)問題，本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N多機(jī)多站聯(lián)合立體任務(wù)系統(tǒng)。

以無人機(jī)為例進(jìn)行典型實(shí)施例的說明，當(dāng)然本發(fā)明的系統(tǒng)由于對(duì)于飛行本體的機(jī)械結(jié)構(gòu)改動(dòng)不大，且對(duì)于飛行本體的要求不高，具有適用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，基本所有能夠?qū)崿F(xiàn)飛行的自動(dòng)設(shè)備均屬于本發(fā)明的應(yīng)用對(duì)象。

如圖1所示，一種多機(jī)多站聯(lián)合立體任務(wù)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)至少包括：控制終端、多無人機(jī)平臺(tái)、無人機(jī)智能站組和通信系統(tǒng)。其中：

所述通信系統(tǒng)被配置為實(shí)現(xiàn)無人機(jī)智能站、無人機(jī)和控制終端三者之間的無線通訊，規(guī)定了數(shù)據(jù)傳輸采用UDP協(xié)議，確定了無人機(jī)自身的IP地址和ID序列，并明確了不同的通信端口發(fā)送和接收不同類型的數(shù)據(jù)。

所述控制終端包括人機(jī)交互模塊、自主決策模塊、狀態(tài)顯示模塊、初始化模塊和數(shù)據(jù)庫。其中：

所述人機(jī)交互模塊用于接收用戶指令和數(shù)據(jù)知識(shí)，其中所述用戶指令包括各類調(diào)用、執(zhí)行和控制命令，數(shù)據(jù)知識(shí)包括目標(biāo)數(shù)據(jù)、環(huán)境模型及工程參數(shù)等，并將所述的用戶指令和數(shù)據(jù)知識(shí)發(fā)送至初始化模塊、狀態(tài)顯示模塊、自主決策模塊和數(shù)據(jù)庫。

所述自主決策模塊包括：多機(jī)協(xié)商模塊、編隊(duì)任務(wù)分配模塊和航跡規(guī)劃模塊；其中：

所述航跡規(guī)劃模塊根據(jù)所述用戶指令和數(shù)據(jù)知識(shí)生成無人機(jī)組的預(yù)定航線和任務(wù)數(shù)據(jù)，并將航跡和任務(wù)數(shù)據(jù)發(fā)送至編隊(duì)任務(wù)分配模塊；

所述編隊(duì)任務(wù)分配模塊根據(jù)所述用戶指令、數(shù)據(jù)知識(shí)、航跡和任務(wù)數(shù)據(jù)生成編隊(duì)規(guī)劃和任務(wù)分配數(shù)據(jù)，并將所述編隊(duì)規(guī)劃和任務(wù)分配數(shù)據(jù)發(fā)送至多機(jī)協(xié)商模塊；

所述多機(jī)協(xié)商模塊根據(jù)所述用戶指令、數(shù)據(jù)知識(shí)、編隊(duì)規(guī)劃和任務(wù)分配數(shù)據(jù)生成協(xié)作數(shù)據(jù)，協(xié)作數(shù)據(jù)通過所述通信系統(tǒng)發(fā)送至多無人機(jī)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各無人機(jī)位置、姿態(tài)等狀態(tài)的相互調(diào)整；

所述初始化模塊用于接收所述人機(jī)交互模塊發(fā)送的用戶指令，完成控制終端的各模塊的資源分配，并初始化控制終端與各無人機(jī)及智能站間的無線通訊端口，向各無人機(jī)和智能站發(fā)送測(cè)試數(shù)據(jù)，檢測(cè)控制終端與其是否連接正常；

所述狀態(tài)顯示模塊用于接收所述人機(jī)交互模塊發(fā)送的用戶指令和無人機(jī)航點(diǎn)存儲(chǔ)模塊經(jīng)所述通信系統(tǒng)反饋的航點(diǎn)信息，打開并調(diào)用狀態(tài)顯示界面，顯示并記錄各無人機(jī)狀態(tài)信息，所述狀態(tài)信息包括航跡信息和位置信息；

所述數(shù)據(jù)庫用于接收所述人機(jī)交互模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)知識(shí)和無人機(jī)載荷通過所述通信系統(tǒng)發(fā)送的采集數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行分類管理和存儲(chǔ)；

所述多無人機(jī)平臺(tái)包括：若干同類無人機(jī)、各類荷載(包括各類傳感器及其他設(shè)備)、無人機(jī)SDK控制模塊、指令處理模塊、GPS定位模塊、航點(diǎn)存儲(chǔ)模塊和電壓檢測(cè)模塊；

所述指令處理模塊對(duì)控制終端經(jīng)通信系統(tǒng)發(fā)出的指令進(jìn)行解析和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，并傳輸至無人機(jī)SDK控制模塊；

所述無人機(jī)SDK控制模塊接收指令處理模塊發(fā)送的指令數(shù)據(jù)，完成無人機(jī)的操縱控制；

所述GPS定位模塊獲取無人機(jī)航點(diǎn)信息，并傳輸至航點(diǎn)存儲(chǔ)模塊；

所述航點(diǎn)存儲(chǔ)模塊接收、存儲(chǔ)所述GPS定位模塊發(fā)送的航點(diǎn)信息，并經(jīng)所述通信系統(tǒng)反饋至所述狀態(tài)顯示模塊；

所述電壓檢測(cè)模塊獲取飛行本體的電池電量狀況，并經(jīng)所述通信系統(tǒng)反饋至所述狀態(tài)顯示模塊。

所述各類荷載用于采集各類觀測(cè)數(shù)據(jù)，并經(jīng)所述通信系統(tǒng)反饋至所述數(shù)據(jù)庫；

所述智能站組容納所述無人機(jī)的同時(shí)，對(duì)其進(jìn)行充電和管理，加強(qiáng)無人機(jī)的續(xù)航能力。所述智能站具體包括：自檢模塊、自主續(xù)航模塊和引導(dǎo)定位模塊，所述自檢模塊接收所述控制終端通過通信系統(tǒng)發(fā)送的控制指令，實(shí)現(xiàn)自身和無人機(jī)的狀態(tài)檢查，自檢完成后，發(fā)送標(biāo)志位給引導(dǎo)定位模塊；

所述引導(dǎo)定位模塊包括：控制器(步進(jìn)電機(jī))、承接平臺(tái)、平臺(tái)面V型裝置和視覺引導(dǎo)降落模塊；

所述控制器用于接收所述自檢模塊發(fā)送的標(biāo)志位和多無人機(jī)平臺(tái)經(jīng)所述通信系統(tǒng)發(fā)送的控制指令，控制承接平臺(tái)的上升和下降；

所述承接平臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)上與平臺(tái)面V型裝置相連，用于安放無人機(jī)和支撐平臺(tái)面V型裝置，如圖5所示；

所述視覺引導(dǎo)降落模塊又包括：地面變焦攝像頭和圖像處理模塊；

所述地面變焦攝像頭接收視野范圍內(nèi)的圖像信息，并發(fā)送至圖像處理模塊；

所述圖像處理模塊根據(jù)所述圖像信息識(shí)別出無人機(jī)骨架，并根據(jù)計(jì)算機(jī)視覺算法估算出懸停于高清攝像頭正上方的無人機(jī)高度，當(dāng)所述高度信息低于所設(shè)的閾值時(shí)，圖像處理模塊通過通信系統(tǒng)給無人機(jī)發(fā)送降落指令；

所述平臺(tái)面V型裝置用于引導(dǎo)無人機(jī)滑落并固定住無人機(jī)，利用機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的精準(zhǔn)降落；

所述自主續(xù)航模塊包括：電池更換模塊和電池管理模塊；

所述電池更換模塊包括：運(yùn)動(dòng)控制單元和三維直角坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)；

所述運(yùn)動(dòng)控制單元在機(jī)械結(jié)構(gòu)上與電池抓取機(jī)構(gòu)相連，用于抓取和更換電池；

所述三維直角坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)包括在第一軸方向運(yùn)動(dòng)的第一平移機(jī)構(gòu)、在第二軸方向運(yùn)動(dòng)的第二平移機(jī)構(gòu)以及在第三軸方向運(yùn)動(dòng)的第三平移機(jī)構(gòu)，其中，第一軸方向、第二軸方向和第三軸方向構(gòu)成三維直角坐標(biāo)系；所述第一平移機(jī)構(gòu)、第二平移機(jī)構(gòu)和第三平移機(jī)構(gòu)的一端分別與運(yùn)動(dòng)控制單元相連，另一端分別與電池抓取機(jī)構(gòu)相連；

所述電池管理模塊用于接收所述電池更換模塊換下的電池，并對(duì)其進(jìn)行充電和保養(yǎng)。

如圖6所示，所述平臺(tái)面V型裝置，用于對(duì)無人機(jī)機(jī)臂進(jìn)行限位的限位槽，限位槽包括底部設(shè)置的平撐，平撐一側(cè)與降落面連接，降落面為平面或曲面，降落面與平撐傾斜設(shè)置，無人機(jī)機(jī)臂支撐腿與降落面發(fā)生接觸后，順著降落面落入到平撐上實(shí)現(xiàn)精確定位，定位槽通過限位槽中降落面的設(shè)置，對(duì)無人機(jī)機(jī)臂進(jìn)行限位，以提高降落的精度，該定位槽結(jié)構(gòu)簡單，定位精度高，可以達(dá)到亞毫米級(jí)。

此外，在所述限位槽中平撐的另一側(cè)設(shè)置第二降落面，第二降落面與平撐傾斜設(shè)置，降落面、平撐與第二降落面形成V型形狀，這樣兩降落面從兩個(gè)方向?qū)o人機(jī)機(jī)臂的支撐腿進(jìn)行限位控制，拓寬了應(yīng)用范圍，所述限位槽為空心倒立的圓臺(tái)形狀。

或者，所述限位槽為U型，當(dāng)無人機(jī)機(jī)臂支撐腿與U型的限位槽內(nèi)壁發(fā)生碰撞，無人機(jī)機(jī)臂支撐腿順著限位槽內(nèi)部滑落至底部。

所述降落面與所述第二降落面之間設(shè)置豎直面；

進(jìn)一步地，在一所述豎直面的頂部開有用于支撐無人機(jī)機(jī)臂的卡槽，通過卡槽的設(shè)置，無人機(jī)落入后，對(duì)無人機(jī)進(jìn)行固定，卡槽的高度可以根據(jù)無人機(jī)的具體型號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，一般情況下，卡槽的高度與大于等于無人機(jī)機(jī)臂的半徑。

所述豎直面與所述降落面連接，上述限位槽構(gòu)成一個(gè)頂部開口的容納空間，或者，所述豎直面設(shè)于所述降落面與所述第二降落面之間，當(dāng)無人機(jī)降落時(shí)，若無人機(jī)機(jī)臂支撐腿位置發(fā)生偏斜，限位槽中的降落面內(nèi)表面與無人機(jī)機(jī)臂支撐腿底部發(fā)生接觸，支撐腿受力向下降落落入到平撐上進(jìn)行支撐，而兩邊的降落面也就是V型形狀設(shè)置的原因，對(duì)支撐腿進(jìn)行限位，實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)的精確定位，支架頂部的卡槽在無人機(jī)位置降落后，對(duì)機(jī)臂進(jìn)行有效支撐和固定，有效保障無人機(jī)降落的位置。

此外，降落面或者第二降落面相對(duì)于平撐的角度A在30度至80度，限位槽高度H可變化，具體值取決于無人機(jī)支撐腿的高度。

限位槽底部平撐的寬度可變化，具體值取決于無人機(jī)支撐腿的寬度。

限位槽卡槽寬度可變化，具體值取決于無人機(jī)機(jī)臂的直徑。

若降落面的水平投影距離為L，L＝H/tanA，限位槽高度H和角度A相互制約。

本發(fā)明還提供了一種輔助無人機(jī)降落的精確定位及固定裝置，該裝置包括上述的定位槽，通過多個(gè)限位槽的設(shè)置，對(duì)無人機(jī)的機(jī)翼位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位。

一種輔助無人機(jī)降落的精確定位及固定裝置，包括至少兩個(gè)所述的一種輔助無人機(jī)降落的精確定位槽，所述限位槽的底部設(shè)于固定臺(tái)上，在固定臺(tái)的中部設(shè)置有標(biāo)識(shí)點(diǎn)，無人機(jī)通過標(biāo)識(shí)點(diǎn)對(duì)無人機(jī)機(jī)芯進(jìn)行定位，固定臺(tái)為凹槽結(jié)構(gòu)設(shè)置，便于對(duì)后續(xù)固定樁、滑桿的容納，豎直面或者支架沿著固定臺(tái)的圓周方向布置。

該定位裝置中，無人機(jī)利用控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了粗定位，粗定位在距離降落平臺(tái)垂直距離5--10cm的區(qū)間內(nèi)自由下落。精確定位裝置中的限位槽可引導(dǎo)無人機(jī)利用慣性降落達(dá)到精確定位并固定，這樣在兩個(gè)限位槽之間，可人工或者采用機(jī)械設(shè)備對(duì)無人機(jī)的電池進(jìn)行更換，或者進(jìn)行其他的后續(xù)工作。

作為最優(yōu)方案中，所述限位槽的數(shù)量與無人機(jī)機(jī)臂的數(shù)量相同，通過對(duì)每一個(gè)機(jī)翼的限位，可保證無人機(jī)位置降落的精度，控制在亞毫米級(jí)別。

另一實(shí)施方式中，所述限位槽為兩個(gè)時(shí)，相鄰的兩個(gè)限位槽間隔一無人機(jī)機(jī)臂設(shè)置，如四翼無人機(jī)，限位槽可對(duì)稱設(shè)置兩個(gè)，若為六翼無人機(jī)，限位槽可設(shè)置兩個(gè)或者三個(gè)，間隔一個(gè)機(jī)翼或者兩個(gè)機(jī)翼進(jìn)行設(shè)置。

若無人機(jī)攜帶攝像設(shè)備，在所述固定臺(tái)的中部設(shè)置固定樁，所述標(biāo)識(shí)點(diǎn)設(shè)于固定樁上，無人機(jī)攜帶的設(shè)想設(shè)備對(duì)標(biāo)識(shí)點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別，識(shí)別速度快，或者，在固定樁表面設(shè)置攝像設(shè)備，攝像設(shè)備與控制器連接，以對(duì)無人機(jī)機(jī)芯進(jìn)行粗定位，進(jìn)一步地，所述固定臺(tái)的底部與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)固定以通過固定臺(tái)的旋轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)限位槽的位置，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可以是旋轉(zhuǎn)電機(jī)，無人機(jī)通過標(biāo)識(shí)點(diǎn)進(jìn)行一個(gè)點(diǎn)的定位，相比于傳統(tǒng)技術(shù)中對(duì)無人機(jī)機(jī)臂四個(gè)點(diǎn)、或者六個(gè)點(diǎn)均進(jìn)行定位控制，實(shí)現(xiàn)降落速度快，有效保證了降落后的后續(xù)工作開展。

該攝像設(shè)備設(shè)于固定樁上，有效減輕了無人機(jī)的重量，提高了無人機(jī)設(shè)備的飛行時(shí)間，控制器通過攝像設(shè)備對(duì)無人機(jī)機(jī)芯位置進(jìn)行定位，以對(duì)無人機(jī)機(jī)芯進(jìn)行定位，一個(gè)點(diǎn)的定位相對(duì)四個(gè)點(diǎn)的定位來說，定位相對(duì)容易，再配合四個(gè)機(jī)臂的粗定位，降落位置準(zhǔn)確度較高。

進(jìn)一步地，為了提高該定位裝置的適應(yīng)性，適應(yīng)不同機(jī)臂長度的無人機(jī)，在所述固定樁的圓周固定有滑桿，滑桿與滑塊固定，滑塊相對(duì)于滑桿可滑動(dòng)，所述的限位槽固定于滑塊上，以通過滑塊的移動(dòng)調(diào)節(jié)限位槽與固定樁之間的距離。

所述滑塊上設(shè)置緊固件，緊固件穿過滑塊將滑塊固定于滑桿上，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)置，可根據(jù)機(jī)臂的長度，調(diào)整滑塊相對(duì)于滑桿的位置，也就實(shí)現(xiàn)了限位槽相對(duì)于固定樁也就是無人機(jī)機(jī)芯的位置。

本發(fā)明提出的多機(jī)多站立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)至少包括多無人機(jī)平臺(tái)、無人機(jī)智能站組、控制終端和通信系統(tǒng)，其中，通信系統(tǒng)用于多無人機(jī)平臺(tái)、無人機(jī)智能站組和控制終端的相互通訊和大數(shù)據(jù)傳遞，無人機(jī)智能站與無人機(jī)之間則通過配對(duì)數(shù)傳模塊進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)以及小數(shù)據(jù)量的通訊，無人機(jī)智能站并對(duì)無人機(jī)進(jìn)行充電和管理，加強(qiáng)無人機(jī)的續(xù)航能力。

控制終端的各模塊可以在普通PC上利用Visual C++進(jìn)行開發(fā)。

多無人機(jī)平臺(tái)可選取若干臺(tái)DJI M100四旋翼無人機(jī)，該類型無人機(jī)自帶GPS定位模塊，多無人機(jī)平臺(tái)的SDK控制模塊、航點(diǎn)存儲(chǔ)模塊和指令處理模塊可以基于Cortex-M4嵌入式構(gòu)架，并采用C++構(gòu)建。

無人機(jī)智能站的各模塊可以基于PLC進(jìn)行控制管理。

通信系統(tǒng)規(guī)定數(shù)據(jù)傳輸采用UDP協(xié)議，確定了無人機(jī)自身的IP地址和ID序列，并明確了不同的通信端口發(fā)送和接收不同類型的數(shù)據(jù)。

下面以本系統(tǒng)的作業(yè)過程對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

作業(yè)前，各無人機(jī)通過承接平臺(tái)和平臺(tái)面V型裝置固定安置在對(duì)應(yīng)的無人機(jī)智能站中。用戶通過人機(jī)交互模塊輸入啟動(dòng)指令，并發(fā)送至初始化模塊，初始化模塊接收到啟動(dòng)指令后為控制終端的各模塊分配資源，并初始化控制終端與各無人機(jī)及智能站間的無線通訊端口，通過通信系統(tǒng)向各無人機(jī)和智能站發(fā)送測(cè)試數(shù)據(jù)包，檢測(cè)控制終端與其是否連接正常；連接正常時(shí)，各無人機(jī)和智能站均發(fā)送反饋信號(hào)至控制終端，并閃爍綠色的信號(hào)燈；控制終端接收到反饋信號(hào)后，通過人機(jī)交互模塊提示用戶輸入相應(yīng)指令，進(jìn)行下一步的操作；用戶輸入總協(xié)同的任務(wù)指令并發(fā)送至自主決策模塊，其中航跡規(guī)劃模塊根據(jù)用戶指令預(yù)設(shè)出無人機(jī)群的預(yù)定航線；編隊(duì)任務(wù)分配模塊接收航跡規(guī)劃模塊發(fā)送的航跡數(shù)據(jù)，并結(jié)合用戶指令和設(shè)定的各無人機(jī)參數(shù)，生成各無人機(jī)的航跡數(shù)據(jù)和任務(wù)數(shù)據(jù)；多機(jī)協(xié)商模塊接收各無人機(jī)的航跡數(shù)據(jù)和任務(wù)數(shù)據(jù)，并結(jié)合用戶指令，完成模擬機(jī)群中各無人機(jī)相對(duì)位置的調(diào)整，該過程流程圖如圖2所示。

完成上述操作后，控制終端通過通信系統(tǒng)發(fā)送完成標(biāo)志信號(hào)至各無人機(jī)智能站，啟動(dòng)無人機(jī)智能站的自檢模塊，完成無人機(jī)智能站各模塊和其中無人機(jī)大致情況的檢查。自檢完成后，連接承接平臺(tái)和平臺(tái)面V型裝置的控制器動(dòng)作，為無人機(jī)上電的同時(shí)，無人機(jī)智能站打開天窗，升起承接平臺(tái)，并反饋信號(hào)至控制終端，通過人機(jī)交互模塊提示用戶檢測(cè)完成，準(zhǔn)備起飛?？刂平K端接收到反饋信號(hào)后，將各無人機(jī)的航跡數(shù)據(jù)和任務(wù)數(shù)據(jù)打包并根據(jù)各無人機(jī)的ID發(fā)送至相應(yīng)無人機(jī)。無人機(jī)平臺(tái)的指令處理模塊接收到數(shù)據(jù)指令后，對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)換、分類，并將航跡數(shù)據(jù)和任務(wù)數(shù)據(jù)都發(fā)送至無人機(jī)SDK控制模塊，無人機(jī)群按照預(yù)定的航跡和編隊(duì)起飛作業(yè)。

控制終端在無人機(jī)群的飛行過程中還可以根據(jù)需要改變其監(jiān)控模式和編隊(duì)隊(duì)形。例如，需要進(jìn)行范圍廣的搜索任務(wù)，則無人機(jī)群可以以分散式的三角隊(duì)形作業(yè)；需要測(cè)量同一高度不同地方的空氣質(zhì)量，則可以保持無人機(jī)群以同一高度懸停作業(yè)；需要測(cè)量同一地方不同高度的二氧化硫的指標(biāo)，則可以保持無人機(jī)群以同一地點(diǎn)不同高度懸停監(jiān)控的方式作業(yè)等等。具體的過程是，自主決策模塊根據(jù)用戶發(fā)送的控制指令，生成模擬的編隊(duì)隊(duì)形，確定好編隊(duì)后，根據(jù)長機(jī)-僚機(jī)的形式生成各無人機(jī)的控制指令，并將這些控制指令根據(jù)各無人機(jī)ID發(fā)送至相應(yīng)的無人機(jī)，使各僚機(jī)均以長機(jī)為標(biāo)準(zhǔn)移動(dòng)和調(diào)整。例如，無人機(jī)群的直線編隊(duì)變?yōu)榇怪敝本€編隊(duì)，其具體過程如下：自主決策模塊根據(jù)用戶控制指令，生成模擬的垂直直線編隊(duì)，用戶選取隊(duì)首無人機(jī)為長機(jī)，其他則為僚機(jī)。控制終端根據(jù)各無人機(jī)ID發(fā)送新的任務(wù)數(shù)據(jù)至各無人機(jī)，使長機(jī)懸停不動(dòng)，各僚機(jī)均以梯度為5米的高度依次升高，最終都移動(dòng)到長機(jī)的水平坐標(biāo)，形成垂直直線編隊(duì)，該過程流程圖如圖3所示。

當(dāng)然，其梯度也是可以進(jìn)行調(diào)整的。

無人機(jī)群飛行作業(yè)過程中，各無人機(jī)的航點(diǎn)存儲(chǔ)模塊都會(huì)將航點(diǎn)信息及自身ID打包通過通信系統(tǒng)發(fā)送至控制終端的狀態(tài)顯示模塊。狀態(tài)顯示模塊顯示并記錄各無人機(jī)狀態(tài)信息，包括航跡信息和位置信息；各無人機(jī)的荷載采集的數(shù)據(jù)，圖像、視頻和點(diǎn)云信息等都會(huì)通過通信系統(tǒng)發(fā)送至控制終端的數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫對(duì)其進(jìn)行整理和保存，以形成大數(shù)據(jù)。

當(dāng)飛行本體電池電量較低時(shí)，用戶可直接通過人機(jī)交互界面選擇航線上合適位置的智能站使飛行本體降落，并進(jìn)行電池更換和充電的動(dòng)作。

當(dāng)無人機(jī)返航途中，控制終端根據(jù)用戶指令發(fā)送標(biāo)志信號(hào)至各無人機(jī)智能站，智能站收到標(biāo)志信號(hào)后打開天窗，升起承接平臺(tái)，并開啟固定于承接平臺(tái)中心的地面變焦攝像頭，拍下智能站上空的背景圖像，并將圖像信息發(fā)送至圖像處理模塊，等待下一步的處理。

當(dāng)無人機(jī)作業(yè)完成后，飛行到預(yù)設(shè)的懸停點(diǎn)，控制終端控制各無人機(jī)懸停于對(duì)應(yīng)無人機(jī)智能站的正上方。地面變焦攝像頭采集此時(shí)視野圖像信息，并發(fā)送至無人機(jī)智能站的圖像處理模塊。圖像處理模塊根據(jù)先前的背景圖像和此時(shí)的圖像信息，利用背景作差法捕捉和識(shí)別出無人機(jī)；再利用霍夫直線檢測(cè)原理，檢測(cè)出無人機(jī)機(jī)臂的十字交叉直線，并以單目測(cè)距的方法，估算出各無人機(jī)的高度；控制終端控制各無人機(jī)下降，當(dāng)無人機(jī)下降到設(shè)定的高度閾值以下，無人機(jī)自動(dòng)降落至平臺(tái)面V型裝置中。

各無人機(jī)降落至相應(yīng)的智能站后，智能站承接平臺(tái)下降，天窗關(guān)閉并啟動(dòng)自主續(xù)航模塊。自主續(xù)航模塊的運(yùn)動(dòng)控制單元?jiǎng)幼鳎刂茩C(jī)械臂夾取無人機(jī)電池至電池管理模塊，并從電池管理模塊中取出電量充足的新電池為無人機(jī)裝上，電池管理模塊則為剛換下的電池進(jìn)行充電和保養(yǎng)，該過程流程圖如圖4所示。

綜上，本發(fā)明通過安置相應(yīng)數(shù)量的智能站，實(shí)現(xiàn)了飛行本體多機(jī)組的電池的自動(dòng)更換、自主充電和飛行本體多機(jī)組的修養(yǎng)保護(hù)，大大提升了飛行本體多機(jī)組的自主續(xù)航和持久作業(yè)能力；

本發(fā)明的飛行本體多機(jī)組搭載不同負(fù)載完成相對(duì)復(fù)雜的監(jiān)測(cè)任務(wù)，根據(jù)需要改變其監(jiān)控模式和編隊(duì)隊(duì)形，需要進(jìn)行范圍廣的搜索任務(wù)，適用場合廣泛；

本發(fā)明的飛行本體上設(shè)置有各類荷載，其采集的數(shù)據(jù)，圖像、視頻和點(diǎn)云信息等都會(huì)通過通信系統(tǒng)發(fā)送至控制終端的數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫對(duì)其進(jìn)行整理和保存，以形成大數(shù)據(jù)，供后續(xù)研究適用，具有巨大的研究意義；

本發(fā)明根據(jù)先前的背景圖像和此時(shí)的圖像信息，利用背景作差法捕捉和識(shí)別出飛行本體；再利用霍夫直線檢測(cè)原理，檢測(cè)出飛行本體機(jī)臂的十字交叉直線，并以單目測(cè)距的方法，估算出各飛行本體的高度，能夠很好的保證飛行本體的精確降落，保證飛行本體的機(jī)身安全；

本發(fā)明多個(gè)飛行本體形成組群，根據(jù)需要改變其監(jiān)控模式和編隊(duì)隊(duì)形，通過隊(duì)形或長機(jī)-僚機(jī)的搭配，能夠?qū)δ繕?biāo)實(shí)現(xiàn)全方位的立體監(jiān)測(cè)。

無人機(jī)飛行降落方法，包括如下步驟：

步驟(a1)：無人機(jī)進(jìn)入無人機(jī)起落站攝像頭拍攝范圍內(nèi)之前，無人機(jī)起落站的攝像頭拍攝背景圖像；

步驟(a2)：無人機(jī)完成工作任務(wù)后，無人機(jī)根據(jù)事先存儲(chǔ)的無人機(jī)起落站的GPS位置信息，返航飛行至無人機(jī)起落站相對(duì)高度h1的攝像頭拍攝范圍內(nèi)；

步驟(a3)：無人機(jī)向無人機(jī)起落站的計(jì)算機(jī)發(fā)出降落引導(dǎo)請(qǐng)求指令，計(jì)算機(jī)接收到降落引導(dǎo)請(qǐng)求指令后，計(jì)算機(jī)控制攝像頭拍攝前景圖像，然后計(jì)算機(jī)對(duì)背景圖像與前景圖像進(jìn)行圖像處理，獲取無人機(jī)的水平位置、無人機(jī)速度信息和無人機(jī)相對(duì)于無人機(jī)起落站的高度信息；

步驟(a4)：計(jì)算機(jī)通過計(jì)算，運(yùn)用PID控制方法計(jì)算出無人機(jī)下一步將要進(jìn)行的飛行指令；

步驟(a5)：計(jì)算機(jī)與無人機(jī)進(jìn)行通信，將下一步將要進(jìn)行的飛行指令發(fā)送給無人機(jī)；

步驟(a6)：無人機(jī)根據(jù)飛行指令調(diào)整水平位置及姿態(tài)，同時(shí)，按照設(shè)定的速率下落，到達(dá)高度h2時(shí)，無人機(jī)向計(jì)算機(jī)發(fā)出無人機(jī)位置調(diào)整指令；

步驟(a7)：計(jì)算機(jī)計(jì)算出無人機(jī)的每個(gè)腳架相對(duì)于承接機(jī)構(gòu)的相應(yīng)的固定限位槽的位置關(guān)系，計(jì)算出無人機(jī)位置調(diào)整參數(shù)，將計(jì)算出的無人機(jī)飛行指令發(fā)送給無人機(jī)；

步驟(a8)：無人機(jī)調(diào)整角度后，繼續(xù)下降，直到最終平穩(wěn)降落在承接結(jié)構(gòu)中。

所述步驟(a7)與步驟(a8)之間還包括：

步驟(a70)：同時(shí)載物臺(tái)升起設(shè)定高度；高于自動(dòng)更換電池裝置。

所述步驟(a8)后面還包括：

步驟(a9)：計(jì)算機(jī)接收無人機(jī)已經(jīng)降落在無人機(jī)支撐板上的信號(hào)；

步驟(a10)：載物臺(tái)下降，高度等于自動(dòng)更換電池裝置，自動(dòng)更換電池裝置對(duì)無人機(jī)進(jìn)行更換電池動(dòng)作或無線充電。

圖像處理，通過圖像獲取的無人機(jī)水平位置、速度信息和高度信息，一方面根據(jù)水平位置、速度信息通過PID控制的手段修正無人機(jī)中心點(diǎn)與攝像頭光軸的距離差，另一方面根據(jù)高度信息控制無人機(jī)的下降速率，實(shí)現(xiàn)了在無人機(jī)整個(gè)降落過程中的閉環(huán)控制，從而達(dá)到使無人機(jī)精準(zhǔn)降落的目的。

高度h1為10m，高度h2為1m。

計(jì)算機(jī)對(duì)背景圖像與前景圖像進(jìn)行圖像處理之前的步驟為：

步驟1.1)：采用平面棋盤格標(biāo)定對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，從而獲取相應(yīng)攝像機(jī)的內(nèi)參數(shù)：焦距f；

步驟1.2)：將無人機(jī)置于攝像頭正上方1米處，攝像頭拍攝圖像，此時(shí)圖像中無人機(jī)軸距為L2個(gè)像素點(diǎn)。

計(jì)算機(jī)對(duì)背景圖像與前景圖像進(jìn)行圖像處理的步驟為：

步驟2.1)：將前景圖像與背景圖像進(jìn)行灰度化，并將灰度化的二圖作差，得到無人機(jī)的灰度圖；

步驟2.2)：將無人機(jī)的灰度圖用最大類間方差法進(jìn)行二值化，得到無人機(jī)二值圖；

步驟2.3)：對(duì)無人機(jī)二值圖進(jìn)行開操作處理，去除噪聲；

步驟2.4)：對(duì)無人機(jī)的二值圖進(jìn)行概率霍夫直線檢測(cè)，由此可以獲取圖像中無人機(jī)的軸距為L3個(gè)像素點(diǎn)及機(jī)臂的交點(diǎn)為(x,y)；

步驟2.5)：根據(jù)實(shí)際無人機(jī)的軸距、攝像頭焦距、圖像中的無人機(jī)的軸距及機(jī)臂交點(diǎn)計(jì)算出無人機(jī)的水平位置，水平速度及高度信息。

步驟2.5)中計(jì)算水平位置，水平速度及高度信息的具體方法是：

以攝像機(jī)光軸與攝像頭鏡頭表面的交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，實(shí)際方向正東方向?yàn)樽鴺?biāo)軸x軸正方向，實(shí)際方向正北方向?yàn)閥軸正方向。

無人機(jī)水平位置，水平速度及高度信息的計(jì)算公式為：

無人機(jī)高度為L3/L2，單位：米；

無人機(jī)水平位置為(-(x-400)*L3/(L2*f),-(y-300)*L3/(L2*f))；

設(shè)前次獲取的無人機(jī)圖像中機(jī)臂交點(diǎn)為(x',y'),軸距為L3'，那么，

無人機(jī)的x軸水平速度：

V_x＝[-(x-400)*L3/(L2*f)+(x'-400)*L3'/(L2*f)]/0.3；

無人機(jī)的y軸水平速度：

V_y＝[-(y-300)*L3/(L2*f)+(y'-300)*L3'/(L2*f)]/0.3。

自主續(xù)航模塊，包括機(jī)載控制器，其用于實(shí)時(shí)接收無人機(jī)電池的電量值，并當(dāng)無人機(jī)電池的電量值低于或等于預(yù)設(shè)電量閾值時(shí)，向智能起降站發(fā)送無人機(jī)機(jī)型信息及降落信號(hào)；

所述智能起降站內(nèi)設(shè)置有站內(nèi)控制器及圖像采集裝置，圖像采集裝置用于實(shí)時(shí)采集無人機(jī)圖像信息并傳送至站內(nèi)控制器，進(jìn)而生成無人機(jī)降落控制指令并傳送至機(jī)載控制器來控制無人機(jī)粗降至距離智能起降站預(yù)設(shè)高度范圍內(nèi)；智能起降站內(nèi)還設(shè)置有引導(dǎo)降落及固定裝置，其用于在距離智能起降站預(yù)設(shè)高度范圍內(nèi)引導(dǎo)無人機(jī)精準(zhǔn)降落且固定無人機(jī)保持穩(wěn)定；

所述站內(nèi)控制器內(nèi)還存儲(chǔ)有與無人機(jī)機(jī)型信息相匹配的站內(nèi)電池倉電池存儲(chǔ)位置信息，站內(nèi)控制器還與電池更換機(jī)構(gòu)相連，站內(nèi)控制器根據(jù)無人機(jī)機(jī)型信息來控制電池更換機(jī)構(gòu)抓取站內(nèi)電池倉內(nèi)相應(yīng)電池存儲(chǔ)位置處的電池來更換無人機(jī)電池倉內(nèi)的電池，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)快速自主續(xù)航。

電池更換機(jī)構(gòu)可以選用現(xiàn)有裝置。

本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白，本發(fā)明的實(shí)施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。因此，本發(fā)明可采用硬件實(shí)施例、軟件實(shí)施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實(shí)施例的形式。而且，本發(fā)明可采用在一個(gè)或多個(gè)其中包含有計(jì)算機(jī)可用程序代碼的計(jì)算機(jī)可用存儲(chǔ)介質(zhì)(包括但不限于磁盤存儲(chǔ)器和光學(xué)存儲(chǔ)器等)上實(shí)施的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式。

本發(fā)明是參照根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法、系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的流程圖和/或方框圖來描述的。應(yīng)理解可由計(jì)算機(jī)程序指令實(shí)現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合?？商峁┻@些計(jì)算機(jī)程序指令到通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)、嵌入式處理機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器以產(chǎn)生一個(gè)機(jī)器，使得通過計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的裝置。

這些計(jì)算機(jī)程序指令也可存儲(chǔ)在能引導(dǎo)計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備以特定方式工作的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中，使得存儲(chǔ)在該計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中的指令產(chǎn)生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能。

這些計(jì)算機(jī)程序指令也可裝載到計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備上，使得在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的處理，從而在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令提供用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的步驟。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法中的全部或部分流程，是可以通過計(jì)算機(jī)程序來指令相關(guān)的硬件來完成，所述的程序可存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時(shí)，可包括如上述各方法的實(shí)施例的流程。

以上所述僅為本申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本申請(qǐng)，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本申請(qǐng)可以有各種更改和變化。凡在本申請(qǐng)的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請(qǐng)的保護(hù)范圍之內(nèi)。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。