一種農(nóng)用飛行器安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置及其控制算法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種農(nóng)用飛行器安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置及其控制算法，其裝置包括飛行器位姿傳感器模塊、飛行安全決策模塊、數(shù)據(jù)輸入輸出接口模塊、電源模塊。所述飛行安全決策模塊與飛行器位姿傳感器模塊連接，處理飛行器位姿傳感器模塊中獲得的數(shù)據(jù)，并依據(jù)預(yù)設(shè)的參數(shù)及安全作業(yè)飛行控制算法對(duì)飛行器的飛行狀態(tài)進(jìn)行判斷和決策。所述數(shù)據(jù)輸入輸出接口模塊與飛行安全決策模塊連接，通過(guò)有線或無(wú)線的方式接收外部的參數(shù)或指令輸入，以及將安全警報(bào)提示或當(dāng)前位置信息輸出，可與外部監(jiān)管系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)交互。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)農(nóng)用無(wú)人飛行器田間作業(yè)安全參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化和統(tǒng)一化，實(shí)現(xiàn)飛行安全參數(shù)的統(tǒng)一化，實(shí)現(xiàn)農(nóng)用飛行器的數(shù)字化、全自動(dòng)監(jiān)管。
【專利說(shuō)明】一種農(nóng)用飛行器安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置及其控制算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及飛行器安全飛行監(jiān)控的【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是指一種農(nóng)用飛行器安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置及其控制算法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，我國(guó)農(nóng)用飛行器在低空作業(yè)時(shí)主要采用人工遙控和自主飛行控制兩種模式。人工遙控模式一般由飛控系統(tǒng)提供飛行姿態(tài)穩(wěn)定功能，而飛行器的航向、速度和高度等飛行參數(shù)都由人工手動(dòng)操控。該模式對(duì)飛控系統(tǒng)要求較低、作業(yè)時(shí)方便靈活、可由人工預(yù)判復(fù)雜環(huán)境實(shí)現(xiàn)提前避障，是目前各類農(nóng)用無(wú)人飛行器的常用操控方式；但由于飛行參數(shù)主要由人工判定，導(dǎo)致作業(yè)參數(shù)精度低、范圍小、誤差大，且對(duì)操控人員的手動(dòng)操作技術(shù)要求較高。自主飛行控制模式一般由人工設(shè)定飛行參數(shù)，飛行過(guò)程中則完全依賴飛控系統(tǒng)完成作業(yè)流程。該模式下飛行參數(shù)精度較高、作業(yè)范圍大、誤差小、對(duì)操控人員手動(dòng)操作要求低，但往往缺乏對(duì)復(fù)雜農(nóng)田環(huán)境的實(shí)時(shí)判斷而難以達(dá)到規(guī)避障礙、調(diào)整飛行參數(shù)等功能。且對(duì)飛控要求較高，目前應(yīng)用范圍較小。
[0003]我國(guó)現(xiàn)有的各類飛行器種類型號(hào)繁多，不同廠家同種類型飛行器的飛行參數(shù)參差不齊，在田間作業(yè)時(shí)均存在嚴(yán)重的安全隱患，如飛行速度過(guò)快、飛行高度過(guò)高、超出指定的飛行空域及難以應(yīng)付復(fù)雜的田間環(huán)境等問(wèn)題。而現(xiàn)有的農(nóng)用飛行器飛控很少涉及飛行安全參數(shù)的控制，更沒有實(shí)現(xiàn)監(jiān)管部門對(duì)農(nóng)用飛行器飛行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能，而且由于缺乏便捷的電子監(jiān)控裝置，監(jiān)管部門現(xiàn)有的飛行監(jiān)管方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，效率低且難以到位，報(bào)批手續(xù)復(fù)雜，影響了農(nóng)業(yè)航空事業(yè)的快速發(fā)展。因此，針對(duì)農(nóng)用飛行器的安全飛行問(wèn)題設(shè)計(jì)一種飛行監(jiān)控裝置及其控制算法，實(shí)現(xiàn)農(nóng)用飛行器安全作業(yè)飛行參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化與統(tǒng)一化是當(dāng)前農(nóng)業(yè)航空領(lǐng)域刻不容緩的一項(xiàng)技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種農(nóng)用飛行器安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置及其控制算法，能夠?qū)崟r(shí)獲取飛行器各種位置信息，并根據(jù)預(yù)設(shè)安全飛行參數(shù)對(duì)當(dāng)前飛行狀態(tài)進(jìn)行判斷與決策。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案其農(nóng)用飛行器安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置，包括飛行器位姿傳感器模塊、飛行安全決策模塊、數(shù)據(jù)輸入輸出接口模塊、電源模塊；
[0006]所述電源模塊為整個(gè)監(jiān)控裝置提供電力供應(yīng)；
[0007]所述飛行安全決策模塊與飛行器位姿傳感器模塊連接，處理飛行器位姿傳感器模塊中獲得的數(shù)據(jù)，并依據(jù)預(yù)設(shè)的參數(shù)及安全作業(yè)飛行控制算法對(duì)飛行器的飛行狀態(tài)進(jìn)行判斷和決策，通過(guò)數(shù)據(jù)輸入輸出接口模塊給出安全警報(bào)提示或輸出安全控制指令；
[0008]所述數(shù)據(jù)輸入輸出接口模塊與飛行安全決策模塊連接，通過(guò)有線或無(wú)線的方式接收外部的參數(shù)或指令輸入，并將安全警報(bào)提示或安全控制指令或當(dāng)前位姿信息輸出。
[0009]所述飛行器位姿傳感器模塊包括以下中的兩種或兩種以上傳感器的組合:[0010]速度傳感器，用于獲取表征飛行器實(shí)時(shí)飛行速度的數(shù)據(jù)；
[0011]高度傳感器，用于獲取表征飛行器實(shí)時(shí)飛行高度的數(shù)據(jù)；
[0012]測(cè)距傳感器，用于獲取表征飛行器與周圍障礙物間實(shí)時(shí)距離的數(shù)據(jù)；
[0013]位置傳感器，用于獲取表征飛行器實(shí)時(shí)三維位置坐標(biāo)的數(shù)據(jù)。
[0014]所述飛行安全決策模塊包括數(shù)據(jù)比較器、優(yōu)先編碼器、數(shù)據(jù)選擇器和命令存儲(chǔ)器；
[0015]所述數(shù)據(jù)比較器對(duì)預(yù)設(shè)飛行安全參數(shù)及當(dāng)前飛行位置參數(shù)進(jìn)行判斷比較，輸出對(duì)應(yīng)飛行參數(shù)的優(yōu)先控制標(biāo)志及安全狀態(tài)標(biāo)志，并作為優(yōu)先編碼器的輸入量；
[0016]所述優(yōu)先編碼器的輸入量為數(shù)據(jù)比較器輸出的優(yōu)先控制標(biāo)志及安全狀態(tài)標(biāo)志，對(duì)每個(gè)標(biāo)志進(jìn)行編碼并作為數(shù)據(jù)選擇器的地址選擇碼；
[0017]所述數(shù)據(jù)選擇器的輸入量為命令存儲(chǔ)器的輸出命令數(shù)據(jù)，輸出的決策命令由優(yōu)先編碼器輸出的地址選擇碼決定，其輸出為決策出的飛行控制系統(tǒng)執(zhí)行命令；
[0018]所述命令存儲(chǔ)器存儲(chǔ)待決策的飛行控制系統(tǒng)執(zhí)行命令，包括正常工作、禁止啟動(dòng)和起飛、降低速度、降低高度、改變航向的飛行姿態(tài)控制量指令。
[0019]所述數(shù)據(jù)輸入輸出接口模塊包括數(shù)據(jù)輸入接口、數(shù)據(jù)輸出接口和數(shù)據(jù)傳輸控制模塊；
[0020]所述數(shù)據(jù)輸入接口用于接收外部輸入的參數(shù)，包括預(yù)設(shè)飛行器的最高安全飛行速度、最高安全飛行高度、距障礙物最低安全距離、允許飛行區(qū)域經(jīng)緯度控制坐標(biāo)范圍的安全作業(yè)飛行參數(shù)；接收外部輸入的指令，包括外部監(jiān)管系統(tǒng)給出的警示指令、外部監(jiān)管系統(tǒng)給出的緊急飛行姿態(tài)控制指令；
[0021]所述數(shù)據(jù)輸出接口輸出的安全警報(bào)提示，包括光提示、聲提示以及字符串提示；輸出的安全控制指令，包括禁止啟動(dòng)和起飛、降低速度、降低高度、改變航向的飛行姿態(tài)控制量指令；輸出的當(dāng)前位姿信息為所述飛行器位姿傳感器模塊所獲取的數(shù)據(jù)。
[0022]所述數(shù)據(jù)傳輸控制模塊用于建立數(shù)據(jù)輸入輸出接口模塊與外部系統(tǒng)的通訊鏈路。
[0023]所述速度傳感器，是激光測(cè)速或是雷達(dá)測(cè)速傳感器或是全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)模塊輸出；
[0024]所述高度傳感器，是激光測(cè)高或是超聲波測(cè)高傳感器或是氣壓高度傳感器或是GPS模塊輸出，或是兩種以上測(cè)高傳感器的組合；
[0025]所述測(cè)距傳感器，是激光測(cè)距或是超聲波測(cè)距傳感器；
[0026]所述位置傳感器，是美國(guó)的GPS或是俄羅斯的Glonass或是歐洲的Galileo或是中國(guó)的北斗以及相關(guān)增強(qiáng)系統(tǒng)的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)模塊輸出。
[0027]所述通訊鏈路可以由基于無(wú)線的數(shù)傳電臺(tái)或W1-Fi或GPRS或GSM或CDMA或3G或4G通訊建立，也可以由基于有線的232串口或485串口或USB串口或CAN總線或以太網(wǎng)通訊建立。
[0028]所述電源模塊為獨(dú)立電池供電或從農(nóng)用飛行器電源系統(tǒng)取電。
[0029]本發(fā)明所述的農(nóng)用飛行器安全作業(yè)飛行控制算法，包括以下步驟:
[0030]I)安全作業(yè)飛行參數(shù)預(yù)設(shè)階段:
[0031]預(yù)設(shè)安全飛行參數(shù)，輸入飛行器的最高安全飛行速度、最高安全飛行高度、距障礙物最低安全距離、允許飛行區(qū)域經(jīng)緯度控制坐標(biāo)范圍的安全作業(yè)飛行參數(shù)；[0032]2)農(nóng)用飛行器位姿信息實(shí)時(shí)監(jiān)控階段:
[0033]所述飛行器位姿傳感器模塊獲取實(shí)時(shí)飛行參數(shù)，包括飛行器當(dāng)前的飛行速度、飛行高度、與障礙物的距離、三維坐標(biāo)；所述數(shù)據(jù)輸入輸出接口模塊的數(shù)據(jù)輸出接口按預(yù)定的頻率將當(dāng)前位姿信息輸出到外部監(jiān)控系統(tǒng)儲(chǔ)存；
[0034]3)飛行安全判斷與決策階段:
[0035]對(duì)實(shí)時(shí)飛行參數(shù)進(jìn)行判斷，通過(guò)所述飛行安全決策模塊的數(shù)據(jù)比較器決定輸出對(duì)應(yīng)標(biāo)志類型；
[0036]在安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置開機(jī)后，飛行器起飛前，若實(shí)時(shí)經(jīng)緯度坐標(biāo)超出指定安全區(qū)域范圍，則安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置輸出優(yōu)先控制標(biāo)志Bst，否則輸出安全狀態(tài)標(biāo)志B ；
[0037]在飛行器作業(yè)飛行過(guò)程中，若實(shí)時(shí)飛行速度不滿足飛行安全要求，安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置輸出優(yōu)先控制標(biāo)志Bv，否則輸出安全狀態(tài)標(biāo)志B ;若實(shí)時(shí)飛行高度不滿足飛行安全要求，安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置輸出優(yōu)先控制標(biāo)志Bh，否則輸出安全狀態(tài)標(biāo)志B ;若與周圍障礙物間實(shí)時(shí)距離不滿足飛行安全要求，安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置輸出優(yōu)先控制標(biāo)志否則輸出安全狀態(tài)標(biāo)志B ;若實(shí)時(shí)經(jīng)緯度坐標(biāo)超出指定安全區(qū)域范圍，則安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置輸出優(yōu)先控制標(biāo)志Bsf,否則輸出安全狀態(tài)標(biāo)志B ；
[0038]4)安全狀態(tài)標(biāo)志執(zhí)行階段:
[0039]農(nóng)用飛行器飛行控制系統(tǒng)通過(guò)所述數(shù)據(jù)輸出接口與所述飛行安全決策模塊的命令存儲(chǔ)器相連接，通過(guò)所述飛行安全決策模塊的優(yōu)先編碼器的輸出編碼確定所述飛行安全決策模塊的數(shù)據(jù)選擇器的地址選擇碼，從而選擇命令存儲(chǔ)器中對(duì)應(yīng)的控制命令；
[0040]若安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置的安全狀態(tài)標(biāo)志為B，則所述命令存儲(chǔ)器中輸出正常飛行命令，農(nóng)用飛行器飛行控制系統(tǒng)按正常運(yùn)行不受干擾；
[0041]在安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置開機(jī)后，飛行器起飛前，若安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置輸出優(yōu)先控制標(biāo)志Bst，則所述數(shù)據(jù)輸出接口輸出光、聲及字符串的安全警報(bào)提示，同時(shí)向農(nóng)用飛行器飛行控制系統(tǒng)輸出禁止啟動(dòng)和起飛的指令；
[0042]在飛行器作業(yè)飛行過(guò)程中，若安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置輸出除了安全狀態(tài)標(biāo)志為B以外的優(yōu)先控制標(biāo)志，則所述數(shù)據(jù)輸出接口輸出光、聲及字符串的安全警報(bào)提示，同時(shí)根據(jù)優(yōu)先控制標(biāo)志的類別向農(nóng)用飛行器飛行控制系統(tǒng)輸出相應(yīng)的飛行姿態(tài)控制量指令:標(biāo)志為Bv和則輸出剎車或降低速度或懸停指令，標(biāo)志為Bh則輸出降低高度指令，標(biāo)志為Bsf則輸出往指定安全區(qū)域范圍中心點(diǎn)方向改變航向飛行指令；
[0043]若同時(shí)出現(xiàn)Bv、Bh、Bl, Bsf,則由所述數(shù)據(jù)選擇器按照Bv — — Bh — Bsf的優(yōu)先順序依次進(jìn)行處理。
[0044]所述預(yù)設(shè)安全飛行參數(shù)通過(guò)所述數(shù)據(jù)輸入輸出接口模塊的數(shù)據(jù)輸入接口完成，可以由用戶自行完成，也可以由外部監(jiān)管系統(tǒng)自動(dòng)更新輸入完成。
[0045]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果:
[0046]1、可實(shí)現(xiàn)農(nóng)用無(wú)人飛行器田間作業(yè)安全參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化和統(tǒng)一化，飛行安全監(jiān)控裝置可以做成標(biāo)準(zhǔn)化模塊，實(shí)現(xiàn)飛行安全參數(shù)的統(tǒng)一化，能夠接收外部監(jiān)管系統(tǒng)給出的警示指令，并不實(shí)質(zhì)干涉飛行控制系統(tǒng)正常工作，為農(nóng)業(yè)航空應(yīng)用技術(shù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定打下基礎(chǔ)。
[0047]2、可實(shí)現(xiàn)農(nóng)用飛行器的數(shù)字化、全自動(dòng)監(jiān)管，提高監(jiān)管部門的實(shí)際工作效率和監(jiān)管有效性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0048]圖1為本發(fā)明的農(nóng)用飛行器安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置示意框圖。
[0049]圖2為本發(fā)明的農(nóng)用飛行器安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置的安全決策模塊示意框圖。
[0050]圖3為本發(fā)明的飛行器安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置的操作程序流程圖。
[0051]圖4為本發(fā)明的農(nóng)用飛行器安全作業(yè)飛行控制算法示意框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0052]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0053]參見圖1和圖2所示，本實(shí)施例所述的農(nóng)用飛行器安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置，包括有飛行器位姿傳感器模塊1、飛行安全決策模塊2、數(shù)據(jù)輸入輸出接口模塊3、電源模塊4 ;
[0054]所述電源模塊4為整個(gè)監(jiān)控裝置提供電力供應(yīng)；
[0055]所述飛行安全決策模塊2與所述飛行器位姿傳感器模塊I連接，處理飛行器位姿傳感器模塊I中獲得的數(shù)據(jù)，并依據(jù)預(yù)設(shè)的參數(shù)及安全作業(yè)飛行控制算法對(duì)飛行器的飛行狀態(tài)進(jìn)行判斷和決策，通過(guò)所述數(shù)據(jù)輸入輸出接口模塊3的數(shù)據(jù)選擇器23輸出安全控制指令；
[0056]所述數(shù)據(jù)輸入輸出接口模塊3與所述飛行安全決策模塊2連接，通過(guò)有線或無(wú)線的方式接收外部的參數(shù)或指令輸入，以及將安全警報(bào)提示或安全控制指令或當(dāng)前位姿信息輸出。
[0057]所述飛行器位姿傳感器模塊I包括以下中的兩種或兩種以上傳感器的組合:
[0058]速度傳感器，是激光測(cè)速或是雷達(dá)測(cè)速傳感器或是全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS模塊輸出，獲取表征飛行器實(shí)時(shí)飛行速度的數(shù)據(jù)；
[0059]高度傳感器，是激光測(cè)高或是超聲波測(cè)高傳感器或是氣壓高度傳感器或是GPS模塊輸出，或是兩種以上測(cè)高傳感器的組合，獲取表征飛行器實(shí)時(shí)飛行高度的數(shù)據(jù)；
[0060]測(cè)距傳感器，是激光測(cè)距或是超聲波測(cè)距傳感器，獲取表征飛行器與周圍障礙物間實(shí)時(shí)距離的數(shù)據(jù)；
[0061]位置傳感器，是美國(guó)的GPS或是俄羅斯的Glonass或是歐洲的Galileo或是中國(guó)的北斗以及相關(guān)增強(qiáng)系統(tǒng)的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS模塊輸出，獲取表征飛行器實(shí)時(shí)三維位置坐標(biāo)的數(shù)據(jù)。
[0062]所述飛行安全決策模塊2包括有數(shù)據(jù)比較器21、優(yōu)先編碼器22、數(shù)據(jù)選擇器23和命令存儲(chǔ)器24 ；
[0063]所述數(shù)據(jù)比較器21對(duì)預(yù)設(shè)飛行安全參數(shù)及當(dāng)前飛行位置參數(shù)進(jìn)行判斷比較，輸出對(duì)應(yīng)飛行參數(shù)的優(yōu)先控制標(biāo)志及安全狀態(tài)標(biāo)志，并作為優(yōu)先編碼器22的輸入量；
[0064]所述優(yōu)先編碼器22的輸入量為所述數(shù)據(jù)比較器21輸出的優(yōu)先控制標(biāo)志及安全狀態(tài)標(biāo)志，對(duì)每個(gè)標(biāo)志進(jìn)行編碼并作為數(shù)據(jù)選擇器23的地址選擇碼；
[0065]所述數(shù)據(jù)選擇器23的輸入量為命令存儲(chǔ)器24的輸出命令數(shù)據(jù)，輸出的決策命令由所述優(yōu)先編碼器22輸出的地址選擇碼決定，其輸出為決策出的飛行控制系統(tǒng)執(zhí)行命令；
[0066]所述命令存儲(chǔ)器24存儲(chǔ)待決策的飛行控制系統(tǒng)執(zhí)行命令，包括正常工作、禁止啟動(dòng)和起飛、降低速度、降低高度、改變航向等飛行姿態(tài)控制量指令。
[0067]所述數(shù)據(jù)輸入輸出接口模塊3包括有數(shù)據(jù)輸入接口 31、數(shù)據(jù)輸出接口 32和數(shù)據(jù)傳輸控制模塊33 ；
[0068]所述數(shù)據(jù)輸入接口 31用于接收外部輸入的參數(shù)包括預(yù)設(shè)飛行器的最高安全飛行速度、最高安全飛行高度、距障礙物最低安全距離、允許飛行區(qū)域經(jīng)緯度控制坐標(biāo)范圍等安全作業(yè)飛行參數(shù)；接收外部輸入的指令包括外部監(jiān)管系統(tǒng)給出的警示指令、外部監(jiān)管系統(tǒng)給出的緊急飛行姿態(tài)控制指令；
[0069]所述數(shù)據(jù)輸出接口 32輸出的安全警報(bào)提示，包括光提示、聲提示以及字符串提示；輸出的當(dāng)前位置信息為所述飛行器位姿傳感器模塊I所獲取的數(shù)據(jù)。
[0070]所述數(shù)據(jù)傳輸控制模塊33用于建立數(shù)據(jù)輸入輸出接口模塊3與外部系統(tǒng)的通訊鏈路；所述的通訊鏈路可以由基于無(wú)線的數(shù)傳電臺(tái)或W1-Fi或GPRS或GSM或CDMA或3G或4G通訊建立，也可以由基于有線的232串口或485串口或USB串口或CAN總線或以太網(wǎng)通訊建立。
[0071]所述電源模塊4為獨(dú)立電池供電或從農(nóng)用飛行器電源系統(tǒng)取電。
[0072]參見圖3所示，為本發(fā)明的飛行器安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置的操作程序流程圖，從圖中可知本飛行器安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置的工作原理，其具體情況如下:首先安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置開機(jī)，對(duì)安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置預(yù)設(shè)安全飛行參數(shù)，輸入飛行器的最高安全飛行速度、最高安全飛行高度、距障礙物最低安全距離、允許飛行區(qū)域經(jīng)緯度控制坐標(biāo)范圍等安全作業(yè)飛行參數(shù)。在安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置開機(jī)后，飛行器位姿傳感器模塊I獲取實(shí)時(shí)飛行參數(shù)，包括飛行器當(dāng)前的飛行速度、飛行高度、與障礙物的距離、三維坐標(biāo)；安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置的數(shù)據(jù)輸出接口 32按預(yù)定的頻率將當(dāng)前位姿信息輸出到外部監(jiān)控系統(tǒng)儲(chǔ)存。對(duì)實(shí)時(shí)飛行參數(shù)進(jìn)行判斷，通過(guò)所述數(shù)據(jù)比較器21決定輸出對(duì)應(yīng)標(biāo)志類型。在安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置開機(jī)后，飛行器起 飛前，若實(shí)時(shí)經(jīng)緯度坐標(biāo)超出指定安全區(qū)域范圍，則安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置輸出優(yōu)先控制標(biāo)志，否則輸出安全狀態(tài)標(biāo)志。在飛行器作業(yè)飛行過(guò)程中，若實(shí)時(shí)飛行參數(shù)不滿足飛行安全要求，安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置輸出優(yōu)先控制標(biāo)志，否則輸出安全狀態(tài)標(biāo)志。若安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置輸出安全狀態(tài)標(biāo)志，則農(nóng)用飛行器飛行控制系統(tǒng)按正常運(yùn)行不受干擾。在安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置開機(jī)后，飛行器起飛前，若安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置輸出優(yōu)先控制標(biāo)志，則數(shù)據(jù)輸出接口輸出光、聲及字符串等安全警報(bào)提示，同時(shí)向農(nóng)用飛行器飛行控制系統(tǒng)輸出禁止啟動(dòng)和起飛的指令。在飛行器作業(yè)飛行過(guò)程中，若安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置輸出除了安全狀態(tài)標(biāo)志以外的優(yōu)先控制標(biāo)志，則數(shù)據(jù)輸出接口 32輸出光、聲及字符串等安全警報(bào)提示，同時(shí)根據(jù)優(yōu)先控制標(biāo)志的類別向農(nóng)用飛行器飛行控制系統(tǒng)輸出相應(yīng)的飛行姿態(tài)控制量指令。
[0073]參見圖4所示，為本發(fā)明的農(nóng)用飛行器安全作業(yè)飛行控制算法示意框圖，顯示了本實(shí)施例上述農(nóng)用飛行器安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置的農(nóng)用飛行器安全作業(yè)飛行控制算法，其具體情況如下:
[0074]I)安全作業(yè)飛行參數(shù)預(yù)設(shè)階段1:
[0075]預(yù)設(shè)安全飛行參數(shù)，輸入飛行器的最高安全飛行速度Vmax、最高安全飛行高度hmax、距障礙物最低安全距離Imin、允許飛行區(qū)域經(jīng)緯度控制坐標(biāo)(Xny1, Zl、x2，y2，z2、…
Xn> Yn，Zn)。[0076]2)農(nóng)用飛行器位姿信息實(shí)時(shí)監(jiān)控階段ii:
[0077]飛行器位姿傳感器模塊I獲取實(shí)時(shí)飛行參數(shù)，包括飛行器當(dāng)前的飛行速度vMal、飛行高度hMal、與障礙物的距離Ireal、三維坐標(biāo)xMal，yreal, Zreal ;安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置的數(shù)據(jù)輸出接口 32按預(yù)定的頻率將當(dāng)前位姿信息輸出到外部監(jiān)控系統(tǒng)儲(chǔ)存。
[0078]3)飛行安全判斷與決策階段iii:
[0079]對(duì)實(shí)時(shí)飛行參數(shù)進(jìn)行判斷，通過(guò)所述數(shù)據(jù)比較器21決定安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置輸出對(duì)應(yīng)標(biāo)志類型，若vMal ^ 0.9vmax，所述數(shù)據(jù)比較器21輸出優(yōu)先控制標(biāo)志Bv，否則輸出安全狀態(tài)標(biāo)志B ;若hreal ^ 0.6hmax，所述數(shù)據(jù)比較器21輸出優(yōu)先控制標(biāo)志Bh，否則輸出安全狀態(tài)標(biāo)志B ;若Ireal ( 21min，所述數(shù)據(jù)比較器21輸出優(yōu)先控制標(biāo)志否則輸出安全狀態(tài)標(biāo)志 B -MCxreal, yreal, Zreal)超出由(X1, Y1, Z1^ X2, j2, z2、…xn, yn, zn)所包圍的指定區(qū)域范圍，當(dāng)飛機(jī)未起飛時(shí)，所述數(shù)據(jù)比較器21輸出優(yōu)先控制標(biāo)志BST，飛機(jī)在飛行過(guò)程中所述數(shù)據(jù)比較器21輸出優(yōu)先控制標(biāo)志Bsf,否則輸出安全狀態(tài)標(biāo)志B。
[0080]4)安全狀態(tài)標(biāo)志執(zhí)行階段iv:
[0081]農(nóng)用飛行器飛行控制系統(tǒng)通過(guò)所述數(shù)據(jù)選擇器23與安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置的命令存儲(chǔ)器24相連接，通過(guò)所述優(yōu)先編碼器22的輸出編碼確定所述數(shù)據(jù)選擇器23的地址選擇碼，從而選擇命令存儲(chǔ)器中對(duì)應(yīng)的控制命令；
[0082]若安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置的安全狀態(tài)標(biāo)志為B，則命令存儲(chǔ)器24中輸出正常飛行命令，農(nóng)用飛行器飛行控制系統(tǒng)按正常運(yùn)行不受干擾；
[0083]在安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置開機(jī)后，飛行器起飛前，若安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置輸出優(yōu)先控制標(biāo)志Bst，則所述數(shù)據(jù)輸出接口 32輸出光、聲及字符串等安全警報(bào)提示，同時(shí)向農(nóng)用飛行器飛行控制系統(tǒng)輸出禁止`啟動(dòng)和起飛的指令；
[0084]在飛行器作業(yè)飛行過(guò)程中，若安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置輸出除了安全狀態(tài)標(biāo)志為B以外的優(yōu)先控制標(biāo)志，則所述數(shù)據(jù)輸出接口 32輸出光、聲及字符串等安全警報(bào)提示，同時(shí)根據(jù)優(yōu)先控制標(biāo)志的類別向農(nóng)用飛行器飛行控制系統(tǒng)輸出相應(yīng)的飛行姿態(tài)控制量指令:標(biāo)志為Bv和則輸出剎車或降低速度或懸停指令，標(biāo)志為Bh則輸出降低高度指令，標(biāo)志為Bsf則輸出往指定安全區(qū)域范圍中心點(diǎn)方向改變航向飛行指令；
[0085]若同時(shí)出現(xiàn)Bv、BH、BpBSF，則由所述優(yōu)先編碼器22按照Bv — — Bh — Bsf的優(yōu)先順序依次進(jìn)行處理。
[0086]所述預(yù)設(shè)安全飛行參數(shù)通過(guò)數(shù)據(jù)輸入接口 31完成，可以由操作用戶自行完成，也可以由外部監(jiān)管系統(tǒng)自動(dòng)更新輸入完成。
[0087]以上所述之實(shí)施例子只為本發(fā)明之較佳實(shí)施例，并非以此限制本發(fā)明的實(shí)施范圍，故凡依本發(fā)明之形狀、原理所作的變化，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種農(nóng)用飛行器安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置，其特征在于:包括飛行器位姿傳感器模塊(I)、飛行安全決策模塊(2)、數(shù)據(jù)輸入輸出接口模塊(3)、電源模塊(4)； 所述電源模塊(4)為整個(gè)監(jiān)控裝置提供電力供應(yīng)； 所述飛行安全決策模塊(2)與飛行器位姿傳感器模塊(I)相連接，處理飛行器位姿傳感器模塊(I)中獲得的數(shù)據(jù)，并依據(jù)預(yù)設(shè)的參數(shù)及安全作業(yè)飛行控制算法對(duì)飛行器的飛行狀態(tài)進(jìn)行判斷和決策，通過(guò)數(shù)據(jù)輸入輸出接口模塊(3)給出安全警報(bào)提示或輸出安全控制指令； 所述數(shù)據(jù)輸入輸出接口模塊(3)與飛行安全決策模塊(2)相連接，通過(guò)有線或無(wú)線的方式接收外部的參數(shù)或指令輸入，并將安全警報(bào)提示或安全控制指令或當(dāng)前位姿信息輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)用飛行器安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置，其特征在于:所述飛行器位姿傳感器模塊(I)包括以下中的兩種或兩種以上傳感器的組合: 速度傳感器，用于獲取表征飛行器實(shí)時(shí)飛行速度的數(shù)據(jù)； 高度傳感器，用于獲取表征飛行器實(shí)時(shí)飛行高度的數(shù)據(jù)； 測(cè)距傳感器，用于獲取表征飛行器與周圍障礙物間實(shí)時(shí)距離的數(shù)據(jù)； 位置傳感器，用于獲取表征飛行器實(shí)時(shí)三維位置坐標(biāo)的數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)用飛行器安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置，其特征在于:所述飛行安全決策模塊(2)包括數(shù)據(jù)比較器(21)、優(yōu)先編碼器(22)、數(shù)據(jù)選擇器(23)和命令存儲(chǔ)器(24)； 所述數(shù)據(jù)比較器(21)對(duì)預(yù)設(shè)飛行安全參數(shù)及當(dāng)前飛行位置參數(shù)進(jìn)行判斷比較，輸出對(duì)應(yīng)飛行參數(shù)的優(yōu)先控制標(biāo)志及安全狀態(tài)標(biāo)志，并作為優(yōu)先編碼器(22)的輸入量； 所述優(yōu)先編碼器(22)的輸入量為數(shù)據(jù)比較器(21)輸出的優(yōu)先控制標(biāo)志及安全狀態(tài)標(biāo)志，對(duì)每個(gè)標(biāo)志進(jìn)行編碼并作為數(shù)據(jù)選擇器(23)的地址選擇碼； 所述數(shù)據(jù)選擇器(23)的輸入量為命令存儲(chǔ)器(24)的輸出命令數(shù)據(jù)，輸出的決策命令由優(yōu)先編碼器(22)輸出的地址選擇碼決定，其輸出為決策出的飛行控制系統(tǒng)執(zhí)行命令； 所述命令存儲(chǔ)器(24)存儲(chǔ)待決策的飛行控制系統(tǒng)執(zhí)行命令，包括正常工作、禁止啟動(dòng)和起飛、降低速度、降低高度、改變航向的飛行姿態(tài)控制量指令。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)用飛行器安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置，其特征在于:所述數(shù)據(jù)輸入輸出接口模塊(3)包括數(shù)據(jù)輸入接口(31 )、數(shù)據(jù)輸出接口(32)和數(shù)據(jù)傳輸控制模塊(33)； 所述數(shù)據(jù)輸入接口(31)用于接收外部輸入的參數(shù)，包括預(yù)設(shè)飛行器的最高安全飛行速度、最高安全飛行高度、距障礙物最低安全距離、允許飛行區(qū)域經(jīng)緯度控制坐標(biāo)范圍的安全作業(yè)飛行參數(shù)；接收外部輸入的指令，包括外部監(jiān)管系統(tǒng)給出的警示指令、外部監(jiān)管系統(tǒng)給出的緊急飛行姿態(tài)控制指令； 所述數(shù)據(jù)輸出接口(32)輸出的安全警報(bào)提示，包括光提示、聲提示以及字符串提示；輸出的安全控制指令，包括禁止啟動(dòng)和起飛、降低速度、降低高度、改變航向的飛行姿態(tài)控制量指令；輸出的當(dāng)前位姿信息為所述飛行器位姿傳感器模塊(I)所獲取的數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種農(nóng)用飛行器安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置，其特征在于:所述數(shù)據(jù)傳輸控制模塊(33 )用于建立數(shù)據(jù)輸入輸出接口模塊(3 )與外部系統(tǒng)的通訊鏈路。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種農(nóng)用飛行器安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置，其特征在于:所述速度傳感器，是激光測(cè)速或是雷達(dá)測(cè)速傳感器或是全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)模塊輸出； 所述高度傳感器，是激光測(cè)高或是超聲波測(cè)高傳感器或是氣壓高度傳感器或是GPS模塊輸出，或是兩種以上測(cè)高傳感器的組合； 所述測(cè)距傳感器，是激光測(cè)距或是超聲波測(cè)距傳感器； 所述位置傳感器，是美國(guó)的GPS或是俄羅斯的Glonass或是歐洲的Galileo或是中國(guó)的北斗以及相關(guān)增強(qiáng)系統(tǒng)的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)模塊輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種農(nóng)用飛行器安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置，其特征在于:所述通訊鏈路可以由基于無(wú)線的數(shù)傳電臺(tái)或W1-Fi或GPRS或GSM或CDMA或3G或4G通訊建立，也可以由基于有線的232串口或485串口或USB串口或CAN總線或以太網(wǎng)通訊建立。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)用飛行器安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置，其特征在于:所述電源模塊(4)為獨(dú)立電池供電或從農(nóng)用飛行器電源系統(tǒng)取電。
9.一種農(nóng)用飛行器安全作業(yè)飛行控制算法，其特征在于，包括以下步驟: O安全作業(yè)飛行參數(shù)預(yù)設(shè)階段: 預(yù)設(shè)安全飛行參數(shù)，輸入飛行器的最高 安全飛行速度、最高安全飛行高度、距障礙物最低安全距離、允許飛行區(qū)域經(jīng)緯度控制坐標(biāo)范圍的安全作業(yè)飛行參數(shù)； 2)農(nóng)用飛行器位姿信息實(shí)時(shí)監(jiān)控階段: 所述飛行器位姿傳感器模塊(I)獲取實(shí)時(shí)飛行參數(shù)，包括飛行器當(dāng)前的飛行速度、飛行高度、與障礙物的距離、三維坐標(biāo)；所述數(shù)據(jù)輸入輸出接口模塊(3)的數(shù)據(jù)輸出接口(32)按預(yù)定的頻率將當(dāng)前位姿信息輸出到外部監(jiān)控系統(tǒng)儲(chǔ)存； 3)飛行安全判斷與決策階段: 對(duì)實(shí)時(shí)飛行參數(shù)進(jìn)行判斷，通過(guò)所述飛行安全決策模塊(2)的數(shù)據(jù)比較器(21)決定輸出對(duì)應(yīng)標(biāo)志類型； 在安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置開機(jī)后，飛行器起飛前，若實(shí)時(shí)經(jīng)緯度坐標(biāo)超出指定安全區(qū)域范圍，則安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置輸出優(yōu)先控制標(biāo)志Bst，否則輸出安全狀態(tài)標(biāo)志B ； 在飛行器作業(yè)飛行過(guò)程中，若實(shí)時(shí)飛行速度不滿足飛行安全要求，安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置輸出優(yōu)先控制標(biāo)志Bv，否則輸出安全狀態(tài)標(biāo)志B ;若實(shí)時(shí)飛行高度不滿足飛行安全要求，安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置輸出優(yōu)先控制標(biāo)志Bh，否則輸出安全狀態(tài)標(biāo)志B ;若與周圍障礙物間實(shí)時(shí)距離不滿足飛行安全要求，安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置輸出優(yōu)先控制標(biāo)志否則輸出安全狀態(tài)標(biāo)志B ;若實(shí)時(shí)經(jīng)緯度坐標(biāo)超出指定安全區(qū)域范圍，則安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置輸出優(yōu)先控制標(biāo)志Bsf，否則輸出安全狀態(tài)標(biāo)志B ； 4)安全狀態(tài)標(biāo)志執(zhí)行階段: 農(nóng)用飛行器飛行控制系統(tǒng)通過(guò)所述數(shù)據(jù)輸出接口(32)與所述飛行安全決策模塊(2)的命令存儲(chǔ)器(24)連接，通過(guò)所述飛行安全決策模塊(2)的優(yōu)先編碼器(22)的輸出編碼確定所述飛行安全決策模塊(2)的數(shù)據(jù)選擇器(23)的地址選擇碼，從而選擇命令存儲(chǔ)器中對(duì)應(yīng)的控制命令； 若安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置的安全狀態(tài)標(biāo)志為B，則所述命令存儲(chǔ)器(24)中輸出正常飛行命令，農(nóng)用飛行器飛行控制系統(tǒng)按正常運(yùn)行不受干擾； 在安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置開機(jī)后，飛行器起飛前，若安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置輸出優(yōu)先控制標(biāo)志BST，則所述數(shù)據(jù)輸出接口(32)輸出光、聲及字符串的安全警報(bào)提示，同時(shí)向農(nóng)用飛行器飛行控制系統(tǒng)輸出禁止啟動(dòng)和起飛的指令； 在飛行器作業(yè)飛行過(guò)程中，若安全作業(yè)飛行監(jiān)控裝置輸出除了安全狀態(tài)標(biāo)志為B以外的優(yōu)先控制標(biāo)志，則所述數(shù)據(jù)輸出接口(32)輸出光、聲及字符串的安全警報(bào)提示，同時(shí)根據(jù)優(yōu)先控制標(biāo)志的類別向農(nóng)用飛行器飛行控制系統(tǒng)輸出相應(yīng)的飛行姿態(tài)控制量指令:標(biāo)志為Bv和則輸出剎車或降低速度或懸停指令，標(biāo)志為Bh則輸出降低高度指令，標(biāo)志為Bsf則輸出往指定安全區(qū)域范圍中心點(diǎn)方向改變航向飛行指令； 若同時(shí)出現(xiàn)BY,BH,BL,BSF則由所述數(shù)據(jù)選擇器(23)按照Bv — — Bh — Bsf的優(yōu)先順序依次進(jìn)行處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種農(nóng)用飛行器安全作業(yè)飛行控制算法，其特征在于:所述預(yù)設(shè)安全飛行參數(shù)通過(guò)所述數(shù)據(jù)輸入輸出接口模塊(3 )的數(shù)據(jù)輸入接口( 31)完成，可以由用戶自行完成，也可以由外部監(jiān)管系統(tǒng)自動(dòng)更新輸入完成。
【文檔編號(hào)】G05D1/10GK103592947SQ201310582772
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月19日
【發(fā)明者】周志艷, 李繼宇, 羅錫文, 臧英, 陳盛德, 胡煉, 汪沛, 徐賽, 閆夢(mèng)璐 申請(qǐng)人:華南農(nóng)業(yè)大學(xué)