一種無人機自主飛行的云端控制系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及到一種無人機自主飛行的云端控制系統(tǒng)，具體涉及無人機飛行控制領域。
【背景技術】
[0002]無人機飛控系統(tǒng)的自主性是指無人機不依賴操作人員指令，僅依靠自身的監(jiān)測設備和控制設備的支持完成所規(guī)定的任務的能力。無人機的控制方式主要以操作員簡單遙控和預編程控制為主，同時無人機自主控制水平已經(jīng)實現(xiàn)部分功能的智能化。隨著無人機飛控系統(tǒng)智能化硬件水平的提高，具有自主控制能力的無人機飛控系統(tǒng)將實現(xiàn)場景的態(tài)勢感知與模糊記憶學習能力，同時硬件之間的兼容的交互控制將逐漸處于主導地位，將逐漸實現(xiàn)無人機硬件系統(tǒng)的協(xié)同作業(yè)。在通信保持暢通的情況下，實現(xiàn)無人機自主控制，也可減輕操作員的工作負荷，實現(xiàn)智能自主控制，從而提高作業(yè)效能。
[0003]目前，無人機自主飛行的面臨飛行的實際場景的識別精度差，在航線規(guī)劃中的空間關系應用考慮欠缺，但是高性能的傳感器、三維場景的快速建模以及云處理技術的突破為無人機的自主控制提供了可能。無人機在飛行過程中的自主飛行控制、自主航線規(guī)劃決策、感知與回避處理機制和任務自適應控制等可以通過構建無人機云端智能自主控制系統(tǒng)形成解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]一種無人機自主飛行的云端控制系統(tǒng)對無人機的自主飛行領域提出了一種新的解決思路，利用GIS空間拓撲、傾斜攝影三維建模、云計算方面的成熟技術，引入到PID的飛行控制模式中，進行了飛行決策方面的自主設計，擴展了相應技術的應用范圍。
[0005]一種無人機自主飛行的云端控制系統(tǒng)是一種基于云服務的無人飛控和數(shù)據(jù)實時處理的分布式的高性能控制結構。云端控制按照分布式遞階式的結構分為三層:信息感知層、數(shù)據(jù)組織層、飛行更新層。
[0006]在信息感知層，無人機系統(tǒng)具備全面的環(huán)境感知能力，包括在高度對抗的環(huán)境和惡劣氣象(如雷暴、風切變、紊流)條件下，系統(tǒng)通過三軸角速率陀螺、三軸加速度計、三軸磁力計、雙嘴空速傳感器、氣壓高度計、5HzGPS接收機、溫度傳感器、高精度距離傳感器等對環(huán)境感知和信息處理，對無人機的飛行姿態(tài)、航線偏移、航向、高度和馬赫數(shù)進行實時的監(jiān)測。
[0007]在數(shù)據(jù)組織層中，云端控制系統(tǒng)根據(jù)飛行任務確定無人機的飛行空間范圍，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，并結合DEM生成初步的航線規(guī)劃，無人機在起飛后利用三維圖像航拍裝置執(zhí)行航拍任務，利用地面站服務器把采集到的航片數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)胶笈_的飛控云計算端中，在云計算端，利用高性能的云數(shù)據(jù)計算能力進行三維快速建模，實時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、目標的辨識與識別。
[0008]在飛行更新層中，根據(jù)三維模型對無人機的狀態(tài)參數(shù)和預設的飛行航線進行拓撲關系的空間分析；基于實時信息、分層分段分區(qū)域多方法相融合的實時任務規(guī)劃策略，并根據(jù)無人機當前的位置信息和飛行狀態(tài)參數(shù)，進行飛行態(tài)勢的評估，確定所述無人機的姿態(tài)和航線調(diào)整信息。將所述調(diào)整信息發(fā)送所述無人機地面站服務器，地面站服務器利用通訊鏈路把信號傳輸給無人機的自駕儀，自駕儀根據(jù)所述調(diào)整信息調(diào)整當前的航向和速度以完成所述任務的飛行軌跡。
[0009]優(yōu)選地，航拍數(shù)據(jù)的采集將利用到無人機的傾斜攝影技術，通過在同一航拍飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從一個垂直、四個傾斜等五個不同的角度采集影像，確定所述無人機當前所在的空間信息，同時傾斜影像可實現(xiàn)單張影像量測，提高了三維環(huán)境特征的提取效率。
[0010]進一步，為保證無人機自主飛行控制，系統(tǒng)建立了以在線態(tài)勢感知為中心的實時自主決策模塊，特別引入了 GIS中的拓撲空間關系，在對無人機航線規(guī)劃、起飛和降落位置的地形的空間關系進行了空間位置關系分析，確定所述無人機的調(diào)整信息，并利用信息層的各種傳感器對計算結果進行分析和驗證，對航線和起降位置的合理性提供了再規(guī)劃依據(jù)。
[0011]進一步，無人機的云端控制系統(tǒng)中建立了無人機的航線規(guī)劃庫、無人機起降預設模擬庫，充分的利用云計算能力，根據(jù)無人機的實時姿態(tài)信息和空間關系進行飛行模型的動態(tài)調(diào)整，并實現(xiàn)了根據(jù)無人機的當前飛行狀態(tài)進行后續(xù)任務的動態(tài)模擬飛行演示，提高無人機的自主智能監(jiān)控能力。
[0012]進一步，無人機系統(tǒng)制定了發(fā)生了非預見的事件時的預警模式，在每一個航線點預設了應急航線變換，包括定線盤旋、定點盤旋、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先制定的應急模式中，實現(xiàn)無人機的應急處理機制。
[0013]優(yōu)選的，所述的高分辨率照相機采用哈蘇H4D-60相機；
[0014]優(yōu)選的，數(shù)據(jù)的實時傳輸利用了 4G網(wǎng)絡；
[0015]本發(fā)明的有益效果:
[0016]系統(tǒng)滿足了在不確定的簡單環(huán)境和復雜的確定環(huán)境中的自主獨立飛行要求，實現(xiàn)了無人機單機單任務的自主飛行控制模式，是對目前民用無人機的自主飛控技術方案的進一步推進。
[0017]系統(tǒng)按照智能分布式遞階控制的基本結構建立，實現(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。特別的，在飛行場景中引入了飛行范圍內(nèi)的三維場景的快速建模，云計算技術的引入提高了三維地形建模的效率，并且實現(xiàn)了在飛行場景中的量測，尤其是三維環(huán)境特征的提取對無人機的飛行航線的修正起到積極的作用。
[0018]系統(tǒng)的基于云服務的分布式設計思路，滿足了無人機的移動作業(yè)要求，所有的后臺任務運算全部在云服務器中實現(xiàn)，對地面控制站的性能設計要求更加簡化。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明的云端控制系統(tǒng)的結構流程示意圖。
[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計分層圖。
【具體實施方式】
[0021]以下結合附圖作對本發(fā)明的【具體實施方式】做進一步的詳細說明。
[0022]在圖1中，一種無人機自主飛行的云端控制系統(tǒng)，包括一個地面控制站、云端服務器、無人