一種無(wú)人機(jī)自主飛行的云端控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到一種無(wú)人機(jī)自主飛行的云端控制系統(tǒng)，具體涉及無(wú)人機(jī)飛行控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)的自主性是指無(wú)人機(jī)不依賴操作人員指令，僅依靠自身的監(jiān)測(cè)設(shè)備和控制設(shè)備的支持完成所規(guī)定的任務(wù)的能力。無(wú)人機(jī)的控制方式主要以操作員簡(jiǎn)單遙控和預(yù)編程控制為主，同時(shí)無(wú)人機(jī)自主控制水平已經(jīng)實(shí)現(xiàn)部分功能的智能化。隨著無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)智能化硬件水平的提高，具有自主控制能力的無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景的態(tài)勢(shì)感知與模糊記憶學(xué)習(xí)能力，同時(shí)硬件之間的兼容的交互控制將逐漸處于主導(dǎo)地位，將逐漸實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)硬件系統(tǒng)的協(xié)同作業(yè)。在通信保持暢通的情況下，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)自主控制，也可減輕操作員的工作負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)智能自主控制，從而提高作業(yè)效能。
[0003]目前，無(wú)人機(jī)自主飛行的面臨飛行的實(shí)際場(chǎng)景的識(shí)別精度差，在航線規(guī)劃中的空間關(guān)系應(yīng)用考慮欠缺，但是高性能的傳感器、三維場(chǎng)景的快速建模以及云處理技術(shù)的突破為無(wú)人機(jī)的自主控制提供了可能。無(wú)人機(jī)在飛行過(guò)程中的自主飛行控制、自主航線規(guī)劃決策、感知與回避處理機(jī)制和任務(wù)自適應(yīng)控制等可以通過(guò)構(gòu)建無(wú)人機(jī)云端智能自主控制系統(tǒng)形成解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]一種無(wú)人機(jī)自主飛行的云端控制系統(tǒng)對(duì)無(wú)人機(jī)的自主飛行領(lǐng)域提出了一種新的解決思路，利用GIS空間拓?fù)?、傾斜攝影三維建模、云計(jì)算方面的成熟技術(shù)，引入到PID的飛行控制模式中，進(jìn)行了飛行決策方面的自主設(shè)計(jì)，擴(kuò)展了相應(yīng)技術(shù)的應(yīng)用范圍。
[0005]一種無(wú)人機(jī)自主飛行的云端控制系統(tǒng)是一種基于云服務(wù)的無(wú)人飛控和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理的分布式的高性能控制結(jié)構(gòu)。云端控制按照分布式遞階式的結(jié)構(gòu)分為三層:信息感知層、數(shù)據(jù)組織層、飛行更新層。
[0006]在信息感知層，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)具備全面的環(huán)境感知能力，包括在高度對(duì)抗的環(huán)境和惡劣氣象(如雷暴、風(fēng)切變、紊流)條件下，系統(tǒng)通過(guò)三軸角速率陀螺、三軸加速度計(jì)、三軸磁力計(jì)、雙嘴空速傳感器、氣壓高度計(jì)、5HzGPS接收機(jī)、溫度傳感器、高精度距離傳感器等對(duì)環(huán)境感知和信息處理，對(duì)無(wú)人機(jī)的飛行姿態(tài)、航線偏移、航向、高度和馬赫數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)。
[0007]在數(shù)據(jù)組織層中，云端控制系統(tǒng)根據(jù)飛行任務(wù)確定無(wú)人機(jī)的飛行空間范圍，根據(jù)所述飛行范圍和高度調(diào)整三維圖像航拍裝置的圖像采集角度，并結(jié)合DEM生成初步的航線規(guī)劃，無(wú)人機(jī)在起飛后利用三維圖像航拍裝置執(zhí)行航拍任務(wù)，利用地面站服務(wù)器把采集到的航片數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)胶笈_(tái)的飛控云計(jì)算端中，在云計(jì)算端，利用高性能的云數(shù)據(jù)計(jì)算能力進(jìn)行三維快速建模，實(shí)時(shí)的生成三維地形可視化影像數(shù)據(jù)；根據(jù)生成的三維渲染可視化地形影像數(shù)據(jù)，利用三維環(huán)境特征的提取、目標(biāo)的辨識(shí)與識(shí)別。
[0008]在飛行更新層中，根據(jù)三維模型對(duì)無(wú)人機(jī)的狀態(tài)參數(shù)和預(yù)設(shè)的飛行航線進(jìn)行拓?fù)潢P(guān)系的空間分析；基于實(shí)時(shí)信息、分層分段分區(qū)域多方法相融合的實(shí)時(shí)任務(wù)規(guī)劃策略，并根據(jù)無(wú)人機(jī)當(dāng)前的位置信息和飛行狀態(tài)參數(shù)，進(jìn)行飛行態(tài)勢(shì)的評(píng)估，確定所述無(wú)人機(jī)的姿態(tài)和航線調(diào)整信息。將所述調(diào)整信息發(fā)送所述無(wú)人機(jī)地面站服務(wù)器，地面站服務(wù)器利用通訊鏈路把信號(hào)傳輸給無(wú)人機(jī)的自駕儀，自駕儀根據(jù)所述調(diào)整信息調(diào)整當(dāng)前的航向和速度以完成所述任務(wù)的飛行軌跡。
[0009]優(yōu)選地，航拍數(shù)據(jù)的采集將利用到無(wú)人機(jī)的傾斜攝影技術(shù)，通過(guò)在同一航拍飛行平臺(tái)上搭載多臺(tái)傳感器，同時(shí)從一個(gè)垂直、四個(gè)傾斜等五個(gè)不同的角度采集影像，確定所述無(wú)人機(jī)當(dāng)前所在的空間信息，同時(shí)傾斜影像可實(shí)現(xiàn)單張影像量測(cè)，提高了三維環(huán)境特征的提取效率。
[0010]進(jìn)一步，為保證無(wú)人機(jī)自主飛行控制，系統(tǒng)建立了以在線態(tài)勢(shì)感知為中心的實(shí)時(shí)自主決策模塊，特別引入了 GIS中的拓?fù)淇臻g關(guān)系，在對(duì)無(wú)人機(jī)航線規(guī)劃、起飛和降落位置的地形的空間關(guān)系進(jìn)行了空間位置關(guān)系分析，確定所述無(wú)人機(jī)的調(diào)整信息，并利用信息層的各種傳感器對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析和驗(yàn)證，對(duì)航線和起降位置的合理性提供了再規(guī)劃依據(jù)。
[0011]進(jìn)一步，無(wú)人機(jī)的云端控制系統(tǒng)中建立了無(wú)人機(jī)的航線規(guī)劃庫(kù)、無(wú)人機(jī)起降預(yù)設(shè)模擬庫(kù)，充分的利用云計(jì)算能力，根據(jù)無(wú)人機(jī)的實(shí)時(shí)姿態(tài)信息和空間關(guān)系進(jìn)行飛行模型的動(dòng)態(tài)調(diào)整，并實(shí)現(xiàn)了根據(jù)無(wú)人機(jī)的當(dāng)前飛行狀態(tài)進(jìn)行后續(xù)任務(wù)的動(dòng)態(tài)模擬飛行演示，提高無(wú)人機(jī)的自主智能監(jiān)控能力。
[0012]進(jìn)一步，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)制定了發(fā)生了非預(yù)見(jiàn)的事件時(shí)的預(yù)警模式，在每一個(gè)航線點(diǎn)預(yù)設(shè)了應(yīng)急航線變換，包括定線盤(pán)旋、定點(diǎn)盤(pán)旋、原路返航。如遇緊急情況，系統(tǒng)利用專用的返航備用電源變更到預(yù)先制定的應(yīng)急模式中，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的應(yīng)急處理機(jī)制。
[0013]優(yōu)選的，所述的高分辨率照相機(jī)采用哈蘇H4D-60相機(jī)；
[0014]優(yōu)選的，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸利用了 4G網(wǎng)絡(luò)；
[0015]本發(fā)明的有益效果:
[0016]系統(tǒng)滿足了在不確定的簡(jiǎn)單環(huán)境和復(fù)雜的確定環(huán)境中的自主獨(dú)立飛行要求，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人機(jī)單機(jī)單任務(wù)的自主飛行控制模式，是對(duì)目前民用無(wú)人機(jī)的自主飛控技術(shù)方案的進(jìn)一步推進(jìn)。
[0017]系統(tǒng)按照智能分布式遞階控制的基本結(jié)構(gòu)建立，實(shí)現(xiàn)了在具有DEM地形數(shù)據(jù)下的自主控制飛行，不需要人工的干預(yù)。特別的，在飛行場(chǎng)景中引入了飛行范圍內(nèi)的三維場(chǎng)景的快速建模，云計(jì)算技術(shù)的引入提高了三維地形建模的效率，并且實(shí)現(xiàn)了在飛行場(chǎng)景中的量測(cè)，尤其是三維環(huán)境特征的提取對(duì)無(wú)人機(jī)的飛行航線的修正起到積極的作用。
[0018]系統(tǒng)的基于云服務(wù)的分布式設(shè)計(jì)思路，滿足了無(wú)人機(jī)的移動(dòng)作業(yè)要求，所有的后臺(tái)任務(wù)運(yùn)算全部在云服務(wù)器中實(shí)現(xiàn)，對(duì)地面控制站的性能設(shè)計(jì)要求更加簡(jiǎn)化。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本發(fā)明的云端控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)流程示意圖。
[0020]圖2是本發(fā)明的云端控制系統(tǒng)的分布式遞階控制設(shè)計(jì)分層圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下結(jié)合附圖作對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0022]在圖1中，一種無(wú)人機(jī)自主飛行的云端控制系統(tǒng)，包括一個(gè)地面控制站、云端服務(wù)器、無(wú)人