一種基于無人機自動化平臺的無人機調(diào)度方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及基于無人機平臺的無人機集群飛行的調(diào)度方法，一種基于無人機自動 化平臺的無人機調(diào)度方法。
【背景技術】
[0002] 民用無人機依靠它自身與生倶來的優(yōu)勢，已經(jīng)在社會中很多行業(yè)和應用中發(fā)揮了 其獨特的優(yōu)勢，例如自然災害搜救、林地防火、農(nóng)業(yè)植保、礦山勘探、測繪、電力和河道巡檢 等等，都已出現(xiàn)無人機的身影并獲得了一定程度的成功。但是，民用無人機的技術發(fā)展仍然 略顯不足，例如續(xù)航時間短等缺陷導致民用無人機在應用中存在如下不足：
[0003] 操作人員需攜帶無人機前往現(xiàn)場。操作人員現(xiàn)場使用遙控器或手機或平板電腦或 手提式地面站進行操控。也就是說無人機在工作之前，一定要有至少一個人攜帶無人機趕 往現(xiàn)場進行操控和維護。
[0004] 無大規(guī)模無線網(wǎng)絡覆蓋。雖然無人機在飛行時，并不需要操作人員的過多干預，但 無人機采集到的實時數(shù)據(jù)和其自身坐標是仍是需要掌握的。無大規(guī)模網(wǎng)絡覆蓋時，操作人 員就必須處于無人機的無線信號覆蓋范圍內(nèi)，使操作人員實時獲得這些信息，這些信息的 進一步處理就需要現(xiàn)場操作人員帶回辦公室才能夠進行，這導致產(chǎn)生的不敏感數(shù)據(jù)不能即 時地全社會共享，而且第三方不能做到實時監(jiān)控，暗藏監(jiān)管硬傷和漏洞。
[0005] -次充電飛行制空時間短，只有30-40分鐘，電能剩余到一半就須要返航，實際執(zhí) 勤時間也不過20分鐘而已，如若未能返航就得就地降落等待人工前往處理，整體利用率偏 低。
[0006] 無人機執(zhí)勤現(xiàn)場需2-3人維護:充換電池，完成任務后需隨身攜帶無人機，導致高 效的產(chǎn)品用低效的操作方法來使用，使整體效率并未得到顯著提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 相關名詞解釋：
[0008] 乘降站:具有組成無線網(wǎng)絡能力的無人機自動化平臺，若干個此種自動化平臺組 成無人機現(xiàn)場局域網(wǎng)，后文稱乘降站。
[0009] 監(jiān)控服務器:這是一臺個人電腦或工作站服務器，通過其上的網(wǎng)絡設備接入無人 機現(xiàn)場局域網(wǎng)。
[0010] 無人機基本數(shù)據(jù):所處地理坐標、海拔高度、飛行速度、對地高度、大氣壓、指南針 方向。
[0011] 無人機數(shù)據(jù)交換:監(jiān)控服務器通過接入局域網(wǎng)與無人機進行數(shù)據(jù)交換。數(shù)據(jù)交換 是雙向的，一方面服務器向無人機發(fā)送機動控制指令(升起、下降、飛行姿態(tài)、和飛行計劃， 設定起飛節(jié)點、路徑節(jié)點、路徑層級和目的節(jié)點，另一方面，服務器獲取無人機基本數(shù)據(jù)。
[0012] 乘降站基本數(shù)據(jù):各個功能模塊運行數(shù)據(jù)、報警信息。
[0013] 乘降站數(shù)據(jù)交換:監(jiān)控服務器通過接入局域網(wǎng)與乘降站進行數(shù)據(jù)交換。數(shù)據(jù)交換 是雙向的，一方面，當有新的飛行計劃要執(zhí)行時，監(jiān)控服務器也把飛行計劃發(fā)送至起飛節(jié)點 和目的節(jié)點，另一方面，監(jiān)控服務器獲取乘降站的狀態(tài)數(shù)據(jù)，包括站內(nèi)各個模塊的運行狀 態(tài)以及乘降站的地理坐標。
[0014]無人機:通過其上的網(wǎng)絡設備接入現(xiàn)場局域網(wǎng)的無人機，具備自動飛行模式和手 動遙控飛行模式，在自動模式時，無人機可自主按照預定飛行計劃飛行，在手動模式時，操 作人員通過監(jiān)控服務器對無人機進行直接的遙控操作。
[0015]待命無人機:已經(jīng)收到飛行計劃數(shù)據(jù)，但暫時未起飛的無人機。
[0016] 執(zhí)勤無人機:已經(jīng)從起飛節(jié)點起飛而且仍在按飛行路徑飛行的無人機。
[0017] 自由無人機:飛行模式被切換為手動模式，并由操作人員通過監(jiān)控服務器直接操 控的無人機。
[0018] 失控無人機:失去了監(jiān)控服務器的控制，也不能被操作人員通過監(jiān)控服務器直接 遙控的無人機。
[0019] 起飛節(jié)點:收到飛行計劃并將要放飛無人機的乘降站。
[0020] 目的節(jié)點:收到飛行計劃并將要接收無人機降落的乘降站。
[0021] 飛行路徑:是執(zhí)勤無人機所應當依照的飛行計劃航線和飛行計劃高度。
[0022] 路徑層級：以距離地面的高度為基準，每上升3米提高一個級別，例如，0米:0級路 徑;3米:1級路徑;6米:2級路徑;9米:3級路徑，以此類推。
[0023] 路徑節(jié)點:在飛行計劃內(nèi)，飛行路徑的方向或者路徑層級發(fā)生變化的地理坐標。
[0024] 路徑交點:具有相同路徑層級的但不同飛行方向的交點的地理坐標。
[0025] 機動空域：以路徑交點處為圓心，直徑5米范圍內(nèi)的圓形垂直區(qū)域，并且在該區(qū)域 內(nèi)有2架至3架執(zhí)勤無人機正在以相同飛行計劃高度并沿各自的飛行路徑飛行。
[0026]相互干涉的無人機:處于同一個機動空域中有可能相撞的無人機。
[0027] 機動空域出入口：機動空域邊界與飛行路徑的交點，進入機動空域的路徑交點為 機動空域入口，離開機動空域的路徑為機動空域出口。
[0028] 降落空域:以目的節(jié)點為圓心，直徑5米范圍內(nèi)的圓形垂直區(qū)域。
[0029] 機動高度I:在機動空域內(nèi)，比執(zhí)勤無人機預定飛行路徑高度高3米但方向不變的 臨時飛行高度
[0030] 機動高度II:在機動空域內(nèi)，比執(zhí)勤無人機預定飛行路徑高度低3米但方向不變的 臨時飛行高度。在機動空域內(nèi)，包含3個飛行高度，分別是預定飛行高度、機動高度I和機動 高度Π 。
[0031] 本發(fā)明的目的是為了實現(xiàn)民用無人機的大范圍使用，特提供了一種基于無人機自 動化平臺的無人機調(diào)度方法。
[0032] 本發(fā)明提供了一種基于無人機自動化平臺的無人機調(diào)度方法，其特征在于:所述 的基于無人機自動化平臺的無人機調(diào)度方法，若干個無人機平臺通過其上的無線通信設備 組成室外無人機現(xiàn)場局域網(wǎng)，無人機利用其上的無線通信設備做為客戶端接入該局域網(wǎng)， 一臺計算機也通過其上的無線通信設備作為監(jiān)控服務器接入該局域網(wǎng)，無人機、無人機平 臺和監(jiān)控服務器三者之間可互相通信。
[0033] 飛行計劃表是由用戶在監(jiān)控服務器上編排的，規(guī)定無人機飛行行為、起飛節(jié)點的 動作和目的節(jié)點的動作的數(shù)據(jù)表;飛行計劃編排完畢后，監(jiān)控服務器將飛行計劃表拆分為 三類計劃表，分別為:無人機飛行計劃、起飛節(jié)點動作計劃、目的節(jié)點動作計劃;其中，操作 人員編排完飛行計劃表后，由監(jiān)控服務器隨機生一個32位16進制表示的飛行計劃識別碼， 用于區(qū)分網(wǎng)絡中各自不同的無人機飛行計劃；
[0034] 無人機飛行計劃數(shù)據(jù):路徑層級、路徑節(jié)點數(shù)量和坐標、飛行速度；
[0035] 起飛節(jié)點動作計劃數(shù)據(jù)：打開艙蓋、斷開無人機與乘降站的電氣連接、釋放乘降 鎖，打開或關閉引導燈；
[0036] 目的節(jié)點動作計劃數(shù)據(jù):打開艙蓋、關閉艙蓋與否、是否需要充電或換電池；
[0037] 調(diào)度方法:監(jiān)控服務器通過乘降站數(shù)據(jù)交換，實時獲取乘降站基本數(shù)據(jù)，在地圖上 描點并標識為乘降站，并且實時監(jiān)控乘降站各個模塊的運行，對故障和報警信息進行報警 和設備維護提示；
[0038] 監(jiān)控服務器通過無人機數(shù)據(jù)交換實時獲取無人機的基本數(shù)據(jù)，結(jié)合無人機的飛行 計劃，在地圖軟件上繪制無人機點、飛行路徑及方向，如滿足機動空域的定義，則劃分為機 動空域，為執(zhí)勤無人機發(fā)送機動指令提供依據(jù)；
[0039] 乘降站放飛無人機:操作人員在監(jiān)控服務器上編排好飛行計劃以后，飛行計劃數(shù) 據(jù)表就被拆分為三個計劃內(nèi)容分別發(fā)送給無人機、起飛節(jié)點和目的節(jié)點；
[0040]監(jiān)控服務器向起飛節(jié)點發(fā)送"開始"信號，依照起飛節(jié)點動作計劃依次執(zhí)行計劃內(nèi) 的動作，完成后，起飛節(jié)點將"準備好"信號發(fā)送給監(jiān)控服務器；
[0041] 沿指定路徑飛行:監(jiān)控服務器從起飛節(jié)點處收到"準備好"信號后，將"開始"信號 發(fā)送給無人機，無人機隨即按預