【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及一種無人機的實時分配和管控系統(tǒng)及其方法，具體而言，本發(fā)明涉及一種為無人機進行航路分配和飛行管控的系統(tǒng)及其管制方法。利用本發(fā)明能夠為多架無人機安排航線，以實現(xiàn)對多架無人機飛行的有效和即時的管控，實現(xiàn)為無人機規(guī)劃飛行路線，并根據(jù)航路各段的無人機運行情況，為每架無人機調(diào)整飛行計劃，以有效利用空域，以提高無人機的使用效益和安全性。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有多軸飛行器或者直升機的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，但是，目前對多架無人機在同一空域飛行依然沒有較為有效的實時分配和管控系統(tǒng)及其方法。

現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)有基于多架無人機的導航機任務(wù)協(xié)同方法，例如申請?zhí)枮閏n201210122059.9的中國發(fā)明專利提出了一種基于語義文本傳輸?shù)臒o人機集群可視導航任務(wù)協(xié)同方法和系統(tǒng)，該方法包括：確定無人機集群中無人機數(shù)目并建立面向任務(wù)的可視導航；確定每架無人機的任務(wù)分工；每架無人機通過其機載的視覺傳感設(shè)備獲得可視導航信息和/或通過通信從其它無人機或設(shè)備獲得可視導航所需的視頻圖像信息，并在其機載的圖像理解設(shè)備中進行融合處理生成語義文本文件；發(fā)送方無人機將語義文本文件壓縮并發(fā)送給接收方無人機；以及接收方無人機根據(jù)接收到的壓縮后信息，融合自身獲得的信息，生成所需的可視導航飛行控制指令。但是該發(fā)明無法實現(xiàn)對多架無人機安排航行計劃，也不能根據(jù)航路狀況實施調(diào)整每架無人機的飛行姿態(tài)。

基于此，迫切需要一種利用導航臺和設(shè)于無人機上的通信模塊以實現(xiàn)對無人機進行及時的導航和航線規(guī)劃，以提高無人機運行安全性的導航規(guī)劃系統(tǒng)及管制方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決上述的技術(shù)問題，提供一種創(chuàng)新的無人機的實時分配和管控系統(tǒng)和管制方法，利用導航臺和設(shè)于無人機上的通信模塊以實現(xiàn)對無人機飛行的即時管控，以實現(xiàn)為無人機進行航路規(guī)劃，并控制無人機繞過擁堵航段，從而提高空域的利用率。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

無人機的實時分配和管控系統(tǒng)，所述的系統(tǒng)包括無人機和多個導航臺，其中：

所述的無人機帶有第一通信單元；

所述的導航臺根據(jù)預定的航線，以網(wǎng)格狀間隔地設(shè)在所述航線經(jīng)過的空域內(nèi)，當多架所述的無人機在預定的航線飛行時，使所述的導航臺和所述的無人機的第一通信單元通信，以獲取無人機的準確位置信息；

所述的導航臺根據(jù)當前空域內(nèi)的不同航線上的無人機的密度和當前無人機的準確位置信息，確定在當前空域飛行的多架無人機的實時航線，以保證無人機的安全飛行。

根據(jù)本發(fā)明的無人機的實時分配和管控系統(tǒng)，所述的無人機上還包括第一判斷單元，該第一判斷單元和所述的第一通信單元通信，并用以獲取并計算出無人機當前的準確位置信息以及航速，并控制當前無人機的飛行狀態(tài)。

根據(jù)本發(fā)明的無人機的實時分配和管控系統(tǒng)，所述的第一判斷單元中存儲有無人機在各種輸出指令下相應的飛行速度以及飛行姿態(tài)；

所述的第一判斷單元將得到的無人機當前的準確位置信息以及航速與其在所述第一判斷單元中調(diào)取的對無人機的控制指令相比較，以判斷當前無人機的飛行姿態(tài)是否發(fā)生異常。

根據(jù)本發(fā)明的無人機的實時分配和管控系統(tǒng)，所述的每個導航臺包括：

第二通信單元，與所述第一通信單元通信；

第二判斷單元，與所述的第二通信單元通信，并將當前的導航臺的位置信息發(fā)送到所述的第一判斷單元，以使所述的第一判斷單元計算出無人機當前的準確位置信息；

所述第二判斷單元基于預先存儲在所述第二判斷單元中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，根據(jù)當前空域每一航路的無人機數(shù)量，管控在開放空域飛行的多架無人機的具體航線。

根據(jù)本發(fā)明所述的無人機的實時分配和管控系統(tǒng)，所述的無人機當前的準確位置信息為第一判斷單元根據(jù)接收到的導航臺無線電信號的時間差或者方位角計算得出。

在本發(fā)明的無人機的實時分配和管控系統(tǒng)的一個更優(yōu)的實施例中，所述的導航臺包括存儲單元，以預先存儲基礎(chǔ)數(shù)據(jù)或者從服務(wù)器端獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)后再存儲在該存儲單元中。

本發(fā)明的無人機的實時分配和管控方法，所述的方法包括以下步驟：

預先在規(guī)劃的航路上以網(wǎng)格狀間隔地設(shè)置多個可以通信的導航臺，每個導航臺發(fā)出的無線電信號包含該導航臺的坐標位置，以及唯一的身份識別碼；

多個導航臺之間形成不同的交錯航路，其中所述的每個導航臺向多架無人機發(fā)送該導航臺的位置信息；

無人機接收相應的導航臺的位置信息，并根據(jù)接收到多個導航臺信號的時間差以得到該架無人機當前的準確位置信息，并將該準確的位置信息發(fā)送到所述的導航臺；

所述導航臺接收到無人機的準確位置信息之后，判斷該無人機當前所在航路的無人機數(shù)量，并根據(jù)預先存儲在所述導航臺中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，判斷當前航路的無人機數(shù)量是否飽和，再根據(jù)判斷結(jié)果與相應的導航臺通信和發(fā)出警報，以實時調(diào)整當前無人機的具體航線，實現(xiàn)無人機在預定區(qū)域內(nèi)的安全飛行。

根據(jù)本發(fā)明的無人機的實時分配和管控方法，所述的方法進一步包括管控開放空域飛行的多架無人機具體航線的方法，該方法包括以下步驟：

根據(jù)多個導航臺接收到的無人機的位置信息，每個導航臺和其它導航臺聯(lián)網(wǎng)通信，以得到當前每一航路的無人機數(shù)量；

所述導航臺將每一航路的無人機數(shù)量和存儲的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)相比較，以判斷在該航路中間段的無人機的數(shù)量是否達到飽和，并根據(jù)判斷結(jié)果控制無人機繼續(xù)飛行或變換航線后繼續(xù)飛行。

在本發(fā)明的一個實施例中，預先在規(guī)劃的航路上以網(wǎng)格狀間隔地設(shè)置多個導航臺，多個導航臺形成的航路以橫向和縱向坐標來標示，管控開放空域飛行的多架無人機具體航線的方法結(jié)合坐標說明，包括以下步驟：

根據(jù)多個導航臺接收到的無人機的位置信息，每個導航臺和其他導航臺聯(lián)網(wǎng)通信得到當前每一航路的無人機數(shù)量；

導航臺將每一航路的無人機數(shù)量和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)做比較，當判斷開放空域的橫向航路a中間段，即a2至a3(航路a2a3段)之間無人機數(shù)量過多時；

導航臺發(fā)出指令，命令已經(jīng)處于a1至a2航路的無人機改道，從a2點轉(zhuǎn)向a2b2航路、經(jīng)過b2b3航路、轉(zhuǎn)至b3a3航路飛行，以繞過無人機數(shù)量過多的a2a3航路段。

根據(jù)本發(fā)明的無人機的實時分配和管控方法，所述的方法進一步包括安排無人機飛行任務(wù)計劃導航規(guī)劃方法，該方法包括以下步驟：

使無人機起飛前接收附近的導航臺信息，以得到自身的位置信息，并使該無人機向距離其最近的導航臺發(fā)出起飛請求，其中所述的起飛請求包括該無人機的起飛位置和將要前往的目的地位置；

導航臺根據(jù)接收到的無人機的位置信息，判斷當前每一航路的無人機數(shù)量；

當判斷該無人機的起飛點至目的地的降落點的途中每一航路的無人機數(shù)量都未飽和時，所述導航臺為該無人機制定最優(yōu)的飛行計劃，并發(fā)出指令允許無人機起飛；

所述的無人機在行過程中，其經(jīng)過的每一個導航臺都根據(jù)當前空域的狀況不斷控制該無人機的飛行，以實現(xiàn)最優(yōu)的飛行計劃。

根據(jù)本發(fā)明的無人機的實時分配和管控方法，所述的方法進一步包故障處理的方法，其具體為：

無人機上的第一判斷裝置獲取并計算出無人機當前的準確位置信息以及航速，并與其輸出的對無人機的控制指令相比較，以判斷無人機的飛行姿態(tài)是否發(fā)生異常，當判斷結(jié)果為飛行姿態(tài)發(fā)生異常，且無人機無法繼續(xù)按計劃飛行時；

無人機向?qū)Ш脚_發(fā)出故障警告；

導航臺根據(jù)該故障無人機的運行軌跡，判斷其飛行區(qū)域內(nèi)可能和其發(fā)生碰 撞的其它無人機的名單；

導航臺為名單中的可能和故障無人機發(fā)生碰撞的其它無人機規(guī)劃出新的飛行計劃；

導航臺向名單中的可能和故障無人機發(fā)生碰撞的其它無人機發(fā)出新的飛行計劃指令，以避免碰撞。

根據(jù)本發(fā)明的無人機的實時分配和管控方法，所述的方法進一步包括當多架無人機發(fā)生故障、以及為可能和故障無人機發(fā)生碰撞的其它無人機規(guī)劃新的飛行計劃有超時的情況下，導航臺將向相應的無人機發(fā)出急停警報，以通知當前航路段的所有無人機停止前進，以避免碰撞。

本發(fā)明的系統(tǒng)和方法利用導航臺的物理坐標來實現(xiàn)定位功能，避免了現(xiàn)有技術(shù)中的gps定位和各種地圖工具帶來的位置偏差，從而保證了飛行的精確度的控制。本發(fā)明的系統(tǒng)和方法實現(xiàn)了對空域內(nèi)各航線上無人機的實時分配和管控，能有效提高預定空域的利用率，避免擁堵和擠塞，可廣泛應用于物流運輸?shù)刃袠I(yè)中。

【附圖說明】

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細的說明，以更清楚地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，其中：

圖1所示為本發(fā)明的無人機的實時分配和管控系統(tǒng)的導航臺以網(wǎng)格狀間隔地設(shè)在所述航線經(jīng)過的空域內(nèi)的布置示意圖；

圖2所示為本發(fā)明的無人機的實時分配和管控系統(tǒng)的導航臺之間形成航路的示意圖；

圖3所示為本發(fā)明的無人機的實時分配和管控系統(tǒng)的導航臺的結(jié)構(gòu)框圖；

圖4所示為本發(fā)明的無人機的實時分配和管控系統(tǒng)帶有第一通信單元和第一判斷單元的無人機的結(jié)構(gòu)框圖；以及

圖5所示為本發(fā)明的無人機的實時分配和管控方法的流程圖。

【具體實施方式】

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的無人機導航管制系統(tǒng)和導航管制方法做詳細的說明：

如圖1所示，本發(fā)明的無人機導航管制系統(tǒng)的導航臺10以網(wǎng)格狀按照適宜的間隔設(shè)在所述航線經(jīng)過的空域內(nèi)，所述導航臺10的間隔，以實際能夠通信為佳。如圖2所示，多個導航臺10之間形成交錯的縱向航路1、2、3...4，以及橫向航路a、b、c...d，或者也可以是其它類似的航路布置。

如圖4所示，在本發(fā)明的無人機的實時分配和管控系統(tǒng)中，無人機20帶有第一通信單元21，當多架所述的無人機20在預定的航線飛行時，使所述的導航臺10和所述的無人機20的第一通信單元通信21，以獲取無人機的準確位置信息。

所述的導航臺10根據(jù)當前空域內(nèi)的不同航線上的無人機20、21...2n的密度和當前無人機20的準確位置信息，確定在當前空域飛行的多架無人機的實時航線，以保證無人機的安全飛行。

進一步，所述的無人機20上還包括第一判斷單元22，該第一判斷單元22與所述的第一通信單元21通信，并用以獲取并計算出無人機當前的準確位置信息以及航速，并控制當前無人機的飛行狀態(tài)。

在本發(fā)明的無人機的實時分配和管控系統(tǒng)的一個實施例中，所述的第一判斷單元22中存儲有無人機在各種輸出指令下相應的飛行速度以及飛行姿態(tài)；所述的第一判斷單元22將得到的無人機當前的準確位置信息以及航速與其在所述第一判斷單元中22調(diào)取的對無人機的控制指令相比較，以判斷當前無人機的飛行姿態(tài)是否發(fā)生異常。如果飛行姿態(tài)發(fā)生異常，且無人機無法繼續(xù)按計劃飛行時，無人機向?qū)Ш脚_發(fā)出故障警告，導航臺根據(jù)該故障無人機的運行軌跡，判斷其飛行區(qū)域內(nèi)可能和其發(fā)生碰撞的其它無人機的名單，導航臺為名單中的可能和故障無人機發(fā)生碰撞的其它無人機規(guī)劃出新的飛行計劃，導航臺向名單中的可能和故障無人機發(fā)生碰撞的其它無人機發(fā)出新的飛行計劃指令，以避免碰撞；如果飛行姿態(tài)發(fā)生沒有異常，則無人機繼續(xù)執(zhí)行當前飛行計劃。

如圖3所示，所述的每個導航臺10包括：第二通信單元11，與所述第一通信單元通信21；第二判斷單元13，與所述的第二通信單元22通信，并將當 前的導航臺的位置信息發(fā)送到所述的第一判斷單元22，以使所述的第一判斷單元22計算出無人機當前的準確位置信息；所述第二判斷單元13基于預先存儲在所述第二判斷單元中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，根據(jù)當前空域每一航路的無人機數(shù)量，管控在開放空域飛行的多架無人機的具體航線。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述的無人機20當前的準確位置信息為第一判斷單元21根據(jù)接收到的多個導航臺10的無線電信號的時間差或者方位角計算得出。

如圖3所示，在本發(fā)明的一個實施例中，所述的導航臺10包括存儲單元12，以預先存儲基礎(chǔ)數(shù)據(jù)或者從服務(wù)器端獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)后再存儲在該存儲單元12中。

如圖5所示，本發(fā)明的無人機的實時分配和管控方法，包括以下步驟：

s11，預先在規(guī)劃的航路上以網(wǎng)格狀間隔地設(shè)置多個可以通信的導航臺，每個導航臺發(fā)出的無線電信號包含該導航臺的坐標位置，以及唯一的身份識別碼；

s12，多個導航臺之間形成不同的交錯航路，其中所述的每個導航臺向多架無人機發(fā)送該導航臺的位置信息；

s13，無人機接收相應的導航臺的位置信息，并根據(jù)接收到多個導航臺信號的時間差以得到該架無人機當前的準確位置信息，并將該準確的位置信息發(fā)送到所述的導航臺；

s14，所述導航臺接收到無人機的準確位置信息之后，急停判斷該無人機當前所在航路的無人機數(shù)量，并根據(jù)預先存儲在所述導航臺中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，判斷當前航路的無人機數(shù)量是否飽和，再根據(jù)判斷結(jié)果與相應的導航臺通信和發(fā)出警報，以實時調(diào)整當前無人機的具體航線，實現(xiàn)無人機在預定區(qū)域內(nèi)的安全飛行。

根據(jù)本發(fā)明的無人機的實時分配和管控方法，所述的方法進一步包括管控開放空域飛行的多架無人機具體航線的方法，該方法包括以下步驟：

根據(jù)多個導航臺接收到的無人機的位置信息，每個導航臺和其它導航臺聯(lián)網(wǎng)通信，以得到當前每一航路的無人機數(shù)量；

所述導航臺將每一航路的無人機數(shù)量和存儲的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)相比較，以判斷在 該航路中間段的無人機的數(shù)量是否達到飽和，并根據(jù)判斷結(jié)果控制無人機繼續(xù)飛行或變換航線后繼續(xù)飛行。例如，當判斷結(jié)果為未飽和時，則指示無人機繼續(xù)飛行，而當判斷結(jié)果為飽和時，則導航臺為無人機規(guī)劃新的飛行計劃，新的飛行計劃采用航路更為通暢的空域，以避免擁堵。

例如，在本發(fā)明的一個實施例中，預先在規(guī)劃的航路上以網(wǎng)格狀間隔地設(shè)置多個導航臺，多個導航臺形成的航路以橫向和縱向坐標來標示，管控開放空域飛行的多架無人機具體航線的方法結(jié)合坐標說明，包括以下步驟：

根據(jù)多個導航臺接收到的無人機的位置信息，每個導航臺和其他導航臺聯(lián)網(wǎng)通信得到當前每一航路的無人機數(shù)量；

導航臺將每一航路的無人機數(shù)量和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)做比較，當判斷開放空域的橫向航路a中間段，即a2至a3(航路a2a3段)之間無人機數(shù)量過多時；

導航臺發(fā)出指令，命令已經(jīng)處于a1至a2航路的無人機改道，從a2點轉(zhuǎn)向a2b2航路、經(jīng)過b2b3航路、轉(zhuǎn)至b3a3航路飛行，以繞過無人機數(shù)量過多的a2a3航路段。

根據(jù)本發(fā)明的無人機的實時分配和管控方法，所述的方法進一步包括安排無人機飛行任務(wù)計劃導航規(guī)劃方法，該方法包括以下步驟：

使無人機起飛前接收附近的導航臺信息，以得到自身的位置信息，并使該無人機向距離其最近的導航臺發(fā)出起飛請求，其中所述的起飛請求包括該無人機的起飛位置和將要前往的目的地位置；

導航臺根據(jù)接收到的無人機的位置信息，判斷當前每一航路的無人機數(shù)量；

當判斷該無人機的起飛點至目的地的降落點的途中每一航路的無人機數(shù)量都未飽和時，所述導航臺為該無人機制定最優(yōu)的飛行計劃，并發(fā)出指令允許無人機起飛。

進一步，在所述的無人機在行過程中，在該無人機經(jīng)過的每一個導航臺都可以根據(jù)當前空域的狀況不斷控制該無人機的飛行，以實現(xiàn)全程的最優(yōu)飛行計劃。其中，所述的最優(yōu)飛機計劃可以是飛行時間最短，飛行距離最短等，這些可以根據(jù)當前的實際情況進行制定，并進行合適的修改。

根據(jù)本發(fā)明的無人機的實時分配和管控方法，所述的方法進一步包括故障處 理的方法，其具體為：

無人機上的第一判斷裝置獲取并計算出無人機當前的準確位置信息以及航速，并與其輸出的對無人機的控制指令相比較，以判斷無人機的飛行姿態(tài)是否發(fā)生異常，當判斷結(jié)果為飛行姿態(tài)發(fā)生異常，且無人機無法繼續(xù)按計劃飛行時；

無人機向?qū)Ш脚_發(fā)出故障警告；

導航臺根據(jù)該故障無人機的運行軌跡，判斷其飛行區(qū)域內(nèi)可能和其發(fā)生碰撞的其它無人機的名單；

導航臺為名單中的可能和故障無人機發(fā)生碰撞的其它無人機規(guī)劃出新的飛行計劃；

導航臺向名單中的可能和故障無人機發(fā)生碰撞的其它無人機發(fā)出新的飛行計劃指令，以避免碰撞。

根據(jù)本發(fā)明的無人機的實時分配和管控方法，所述的方法進一步包括當多架無人機發(fā)生故障、以及為可能和故障無人機發(fā)生碰撞的其它無人機規(guī)劃新的飛行計劃有超時的情況下，導航臺將向相應的無人機發(fā)出急停警報，以通知當前航路段的所有無人機停止前進，以避免碰撞。

本發(fā)明的系統(tǒng)和方法利用導航臺的物理坐標來實現(xiàn)定位功能，避免了現(xiàn)有技術(shù)中的gps定位和各種地圖工具帶來的位置偏差，從而保證了飛行的精確度的控制。本發(fā)明的系統(tǒng)和方法實現(xiàn)了對空域內(nèi)各航線上無人機的實時分配和管控，能有效提高預定空域的利用率，避免擁堵和擠塞，可廣泛應用于物流運輸?shù)刃袠I(yè)中。

以上所揭露的僅為本發(fā)明的一種較佳實施例而已，當然不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利要求的范圍。任何人在本發(fā)明的權(quán)利要求的精神和原則之內(nèi)所作的任何的等同變化和改變，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。