CN104750110A - 一种无人机的飞行方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无人机的飞行方法，其包括以下步骤：感应是否存在至少一障碍目标，是则执行下一步骤；判断是否将会与至少一障碍目标发生碰撞，是则执行下一步骤；判断是否属于规避决策时间，是则执行下一步骤；执行预设规避决策。采用上述方案，本发明通过感应障碍目标并作出判断，在必要时改变当前飞行方式，避免了碰撞事故的发生，增强了低空飞行的安全性，减少了对地面的危害程度，特别适合无人机的市场发展，具有很高的市场应用价值。

Description

一种无人机的飞行方法

技术领域

本发明涉及无人机领域，尤其涉及的是，一种无人机的飞行方法。

背景技术

随着技术的和空中管制的开发，无人机也逐渐得到发展的释放空间。例如，无人机被用于电影拍摄；警方使用无人机在空中巡逻；记者想要便宜的空中镜头；农民想要无人作物喷粉机；越来越多领域的应用已逐渐由无人机完成。但是现代化的发展，城市越来越密集，无人机之间相撞、致使坠落的事故也会越来越多。中空、低空、超低空的空域将变得越来越拥挤，从而给飞行器带来严峻的安全隐患。

由此可见，无人机的商业前景充满了诱惑，完全可以由此催生一个全新的无人机行业，但倘若缺乏恰当的安全措施和辅助程序，无人机的天空也必将充满暴风骤雨。这其中最重要的是无人机在飞行途中的安全性如何得到保障，过多的碰撞，密集的人为因素的干扰，楼宇的遮挡，都有可能导致无人机的意外坠落。但是，如果仅仅在视线之内飞行，将会大大限制无人机的用途。并且在现实中，大多数无人机仍是远距离的实施飞行，这其中不可避免地存在碰撞，甚至导致坠落的可能性。

而且部分无人机尺寸较大，出现意外也会对地面造成危害，具有极大的安全隐患。因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种新的无人机的飞行方法。

本发明的技术方案如下：一种无人机的飞行方法，其包括以下步骤：感应是否存在至少一障碍目标，是则执行下一步骤；判断是否将会与至少一障碍目标发生碰撞，是则执行下一步骤；判断是否属于规避决策时间，是则执行下一步骤；执行预设规避决策。

优选的，通过多模判断决策方式感应是否存在至少一障碍目标。

优选的，通过多模判断决策方式判断是否将会与至少一障碍目标发生碰撞。

优选的，根据预设规避决策改变当前飞行方式。

优选的，还包括步骤：预先设置或调整所述预设规避决策。

优选的，采取最大概率原则判断是否将会与至少一障碍目标发生碰撞或者是否存在碰撞的可能性；所述碰撞的可能性包括主动碰撞与被动碰撞。

优选的，根据将会发生碰撞的至少一障碍目标与无人机相对距离及相对速度，设置和/或调整所述规避决策时间。

优选的，根据将会发生碰撞的全部障碍目标与无人机相对距离及相对速度，设置所述规避决策时间。

优选的，还根据将会发生碰撞的各障碍目标的当前位置以及运动速度，设置或者调整所述规避决策时间；其中，各障碍目标的运动速度包括其运动速率及其方向。

优选的，还根据环境因素设置或者调整所述规避决策时间；例如，根据风速和风向设置或者调整所述规避决策时间；又如，根据风阻设置或者调整所述规避决策时间。

优选的，预设规避决策包括改变飞行路径、飞行速率和/或飞行方向等；又如，预设规避决策包括：根据将会发生碰撞的至少一障碍目标与无人机相对距离及相对速度，相应设置或调整飞行方式；又如，预设规避决策包括：根据将会发生碰撞的至少一障碍目标与无人机相对距离及相对速度，以及将会发生碰撞的各障碍目标的当前位置以及运动速度，相应设置或调整飞行方式。例如，预设规避决策包括制动减速或者绕向或者加速等。

优选的，预设规避决策包括根据风向和风力，输出相等的反作用力。

优选的，根据相对距离以及相对速率设置或调整规避决策时间。

优选的，感应是否存在至少一障碍目标，是则根据相对距离的变化趋势，确定是否执行下一步骤。

优选的，在预设时间段内，判断相对距离的变化趋势是否一直变小，是则判断相对距离是否小于预设阈值，是则执行下一步骤。

优选的，根据高度差判断是否将会与至少一障碍目标发生碰撞。

优选的，根据相对距离判断是否将会与至少一障碍目标发生碰撞。

优选的，采用红外探测感应障碍目标的热辐射特征和/或方位信息。

优选的，采用相机识别障碍目标的颜色、几何形状和/或位移。

优选的，感应存在至少一障碍目标时，判断是否处于预警决策区域，是则判断是否将会与至少一障碍目标发生碰撞。

采用上述方案，本发明通过感应障碍目标并作出判断，在必要时改变当前飞行方式，避免了碰撞事故的发生，增强了低空飞行的安全性，减少了对地面的危害程度，特别适合无人机的市场发展，具有很高的市场应用价值。

附图说明

图1为本发明的一个实施例的示意图；

图2为本发明的一个实施例的感应装置识别物体特征示意图；

图3为本发明的一个实施例的最终物体的状态特征计算示意图；

图4为本发明的一个实施例的规避流程示意图；

图5为本发明的又一个实施例的示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，本发明的一个实施例是，一种无人机的飞行方法，其包括以下步骤：感应是否存在至少一障碍目标，是则执行下一步骤；判断是否将会与至少一障碍目标发生碰撞，是则执行下一步骤；判断是否属于规避决策时间，是则执行下一步骤；执行预设规避决策。例如，一种无人机的飞行方法，其包括以下步骤：感应是否存在至少一障碍目标，否则无需执行后续步骤，是则执行下一步骤；判断是否将会与至少一障碍目标发生碰撞，否则无需执行后续步骤，是则执行下一步骤；判断是否属于规避决策时间，否则无需执行后续步骤，是则执行下一步骤；执行预设规避决策。优选的，根据预设规避决策改变当前飞行方式。

优选的，还包括步骤：预先设置或调整所述预设规避决策。例如，一种无人机的飞行方法，其包括以下步骤：预先设置或调整所述预设规避决策；感应是否存在至少一障碍目标，否则无需执行后续步骤，是则执行下一步骤；判断是否将会与至少一障碍目标发生碰撞，否则无需执行后续步骤，是则执行下一步骤；判断是否属于规避决策时间，否则无需执行后续步骤，是则执行下一步骤；执行预设规避决策。

优选的，预设规避决策包括改变飞行路径、飞行速率和/或飞行方向等；优选的，预设规避决策包括根据风向和风力，输出相等的反作用力。又如，预设规避决策包括：根据将会发生碰撞的至少一障碍目标与无人机相对距离及相对速度，相应设置或调整飞行方式；又如，预设规避决策包括：根据将会发生碰撞的至少一障碍目标与无人机相对距离及相对速度，以及将会发生碰撞的各障碍目标的当前位置以及运动速度，相应设置或调整飞行方式。例如，预设规避决策包括制动减速或者绕向或者加速等。

例如，一种无人机的飞行方法，其包括以下步骤。

感应是否存在至少一障碍目标，是则执行下一步骤；例如，障碍目标包括静止物体或者动态物体，例如，静止物体包括楼房、树木、电线杆、电线等；又如，动态物体包括其他飞行器、风筝、汽车、轮船、行人等。例如，通过感应器感应一个或多个障碍目标；又如，通过多个感应器感应一个或多个障碍目标；又如，通过多种感应器分别感应一个或多个障碍目标。优选的，采用红外探测感应障碍目标的热辐射特征和/或方位信息。优选的，采用相机识别障碍目标的颜色、几何形状和/或位移。

判断是否将会与至少一障碍目标发生碰撞，是则执行下一步骤；优选的，根据高度差判断是否将会与至少一障碍目标发生碰撞。优选的，根据相对距离判断是否将会与至少一障碍目标发生碰撞。

优选的，采取最大概率原则判断是否将会与至少一障碍目标发生碰撞或者是否存在碰撞的可能性；所述碰撞的可能性包括主动碰撞与被动碰撞；例如，当预测与至少一障碍目标发生碰撞的可能性为某一范围时，例如，40％-75％，其中最大概率的值为60％，取其中最大概率的值，即60％，以作为判断是否将会与至少一障碍目标发生碰撞或者是否存在碰撞的可能性的计算依据；又如，当预测与至少一障碍目标发生碰撞的可能性为某一范围时，例如，29％-62％，其中最大值为62％，取该值62％，以作为判断是否将会与至少一障碍目标发生碰撞或者是否存在碰撞的可能性的计算依据。

优选的，根据将会发生碰撞的至少一障碍目标与无人机相对距离及相对速度，设置和/或调整所述规避决策时间；优选的，根据将会发生碰撞的全部障碍目标与无人机相对距离及相对速度，设置所述规避决策时间；优选的，还根据将会发生碰撞的各障碍目标的当前位置以及运动速度，设置或者调整所述规避决策时间；其中，各障碍目标的运动速度包括其运动速率及其方向；优选的，还根据环境因素设置或者调整所述规避决策时间；例如，根据风速和风向设置或者调整所述规避决策时间；又如，根据来风方向决策航向角度；又如，根据风阻设置或者调整所述规避决策时间。例如，来风方向为东偏北15.6度，则增强西南位置的输出，以保障航向角度，具体地调整细节，可以根据经验及物理学知识确定，在此不作赘述。

判断是否属于规避决策时间，是则执行下一步骤；例如，在规避决策时间之内，则执行预设规避决策。又如，不属于规避决策时间，则无需执行预设规避决策，然后开始计时，当到达规避决策时间或者进入规避决策时间时，执行预设规避决策。例如，感应前方某一距离处存在某一静态物体，是则进一步判断按照现行飞行路径将会与其发生碰撞，是则进一步判断碰撞发生在若干时间后，确定该时间是否属于规避决策时间，例如，规避决策时间为碰撞前5秒或者10秒或者30秒，当该时间在规避决策时间内或者进入规避决策时间内，则执行预设规避决策。

执行预设规避决策。优选的，根据相对距离以及相对速率设置或调整规避决策时间。例如，在规避决策时间内，执行预设规避决策，包括改变飞行方向、调整飞行速度等。优选的，预设规避决策包括避开各障碍目标；优选的，预设规避决策还包括避开各障碍目标之后，回到原始航线。优选的，预设规避决策包括以各障碍目标为一整体障碍物，向右偏离其若干距离，和/或，向下或向上偏离其若干距离。例如，某一预设规避决策包括：某一障碍目标静止，且位于原始航线正前方，则以该障碍目标为中心，向左偏离其若干距离，按弧线形飞行路径绕过该障碍目标后回到原始航线；又如，第一障碍目标静止，且位于原始航线正前方，第二障碍目标静止，且位于第一障碍目标左边，则以该第二障碍目标为中心，向左偏离其若干距离，按弧线形飞行路径绕过该第二障碍目标后回到原始航线；或者，以该第二障碍目标为中心，向右偏离其若干距离，按弧线形飞行路径绕过该第二障碍目标后回到原始航线；又如，第三障碍目标相向飞来，则向右偏离其若干距离，按弧线形飞行路径绕过该第三障碍目标后回到原始航线。具体的预设规避决策，可以根据行业标准或者惯例进行灵活设置或者适时调整，上述例子不应视为对于预设规避决策的限制。

优选的，感应是否存在至少一障碍目标，是则根据相对距离的变化趋势，确定是否执行下一步骤。例如，如图5所示，一种无人机的飞行方法，其包括以下步骤：感应是否存在至少一障碍目标，是则执行下一步骤；根据相对距离的变化趋势，确定是否执行下一步骤，是则执行下一步骤，否则不再执行后续步骤；判断是否将会与至少一障碍目标发生碰撞，是则执行下一步骤；判断是否属于规避决策时间，是则执行下一步骤；执行预设规避决策。

例如，对于相对距离的变化趋势，优选的，在预设时间段内，判断相对距离的变化趋势是否一直变小，是则判断相对距离是否小于预设阈值，是则执行下一步骤。例如，在2秒或5秒之内，判断相对距离的变化趋势是否一直变小，否则无需执行后续步骤，是则判断相对距离是否小于预设阈值，例如，预设阈值为10米、30米、50米、100米或1000米等，是则执行下一步骤。例如，感应是否存在至少一障碍目标，是则执行下一步骤；在预设时间段内，判断相对距离的变化趋势是否一直变小，否则不再执行后续步骤，是则判断相对距离是否小于预设阈值，是则执行下一步骤；判断是否将会与至少一障碍目标发生碰撞，是则执行下一步骤；判断是否属于规避决策时间，是则执行下一步骤；执行预设规避决策。

又如，一种采用多模感应决策的反制动避免碰撞的方法，其包括上述各实施例所述步骤，例如，利用装载到无人机的多种感应装置进行物体遮挡预估，采取最大概率原则判断是否有被碰撞的可能性，当预估结果是可能即将发生碰撞时，根据当前目标和无人机相对距离和相对速度，计算决策实施制动最小时刻，在反制动或者转向飞行的动作实施期间，根据当前障碍目标的具***置、无人机飞行方向、风向等，其中，障碍目标即障碍物，或称为目标物或目标物体，是在飞行中需要避开的目标对象；采取反作用力使得无人机暂停朝向目标物的飞行动作或者不再接近目标物。

例如，无人机装载有多种感应装置，不同的感应装置其对目标物的识别效果不同，如图2所示，例如红外探测主要识别物体的热辐射特征、方位信息，而高分辨率的CCD相机对物体的颜色、几何形状具有更加直接具体的识别。因此，不同的感应装置其对物体特征的描述具有不同的侧重点，在具体应用中区别作用，以判断是否将会与至少一障碍目标发生碰撞。

优选的，通过多模判断决策方式感应是否存在至少一障碍目标。优选的，通过多模判断决策方式判断是否将会与至少一障碍目标发生碰撞。其中，多模判断决策方式为基于多模感应权重进行目标特征特征识别；例如，设置多组感应装置，每组感应装置设置对应的感应权重，取其加权值作为多模判断的基础，进行目标特征特征识别，判断是否将会与至少一障碍目标发生碰撞；其中，每组感应装置包括至少一个感应装置。例如，其设置多个感应装置，感应装置为摄像头、测距装置、传感器或者传感装置等，例如红外传感器、温度传感器等；例如，所述多模判断决策方式中，每一感应装置根据其自身特性对于各类障碍目标对应设置识别权重，根据各感应装置的感应结果及其识别权重的加权值，作为所述多模判断决策方式的依据，进行判断。下面继续结合多模感应权重给出多模判断决策方式的例子对其进一步作出说明。

例如，采用基于多模感应权重进行目标特征特征识别。例如，对于物体的运动识别，多种传感装置其对物体方位识别能力各有不同，例如，采用摄像感应装置且其感应物体运动能力概率较小，又如，采用雷达感应装置且其识别运动状态能力概率较大，优选的，将各种传感器对目标物体某一特征识别设置权重，例如对于运动速度的特征权重，分别设置传感器1的识别权重为A，传感器2的识别权重为B，传感器3的识别权重为C；例如根据经验或者物理条件设置各传感器的识别权重。例如，各个传感器测量的运动速度分别为S1、S2、S3。那么该目标物体的实际运动速度为S，S＝A*S1+B*S2+C*S3。例如，在感应是否存在至少一障碍目标时，和/或，在判断是否将会与至少一障碍目标发生碰撞时，各感应装置所共同感应的目标物体，其反馈用于判断的运动速度是各感应装置的识别权重及其测量的运动速度的加权值，即上述S，即累计每一感应装置的识别权重及其测量的运动速度的乘积。这样，可以更准确地感应是否存在至少一障碍目标，以及更准确地判断是否将会与至少一障碍目标发生碰撞。

具体地，对于某一需要识别的物体特征，定义不同感应装置的识别权重是A、B、C。其中每个识别权重大于等于零，小于等于1。当识别权重为零时，该感应装置对于某一物体特征无识别能力。当识别权重为1时，该感应装置对某一物体的特征识别能力完全可信，其它感应装置无此识别能力。例如，如图3所示，设定特征状态值分别是W1、W2、W3。那么最终物体的状态特征是W。其中，W＝W1*A+W2*B+W3*C；例如，在感应是否存在至少一障碍目标时，和/或，在判断是否将会与至少一障碍目标发生碰撞时，各感应装置所共同感应的目标物体，其反馈用于判断的状态特征是各感应装置的识别权重及其特征状态值的加权值，即上述W，即累计每一感应装置的识别权重及其特征状态值的乘积。这样，可以更准确地感应是否存在至少一障碍目标，及判断是否将会与至少一障碍目标发生碰撞。

其中，规避决策时间，或者理解为执行预设规避决策的时间，也称为决策规避时刻，在这个时间段，即在某一时刻，需要执行预设规避决策。例如，无人机在飞行过程中，需要根据距离运动或静止的物体相对距离或飞行速度等因素决策是否采取进一步措施。例如，当无人机远离物体飞行时，无需采取规避措施避免碰撞，而当无人机不断接近物体时，此时无人机就需要何时何地采取规避手段，这里面包括两个需要解决的问题，一种是规避决策时刻，一种是采取何种预设规避决策进行规避。

例如，规避流程如图4所示，目标高度和无人机高度差计算，判断是否小于目标高度？否则输出规避决策时刻，是则计算目标高度和无人机相对距离，然后计算目标物体和无人机的相对速率，然后输出规避决策时刻。例如，首先在预警决策区域内采取上述机制，判断目标高度和无人机当前高度，若目标高度小于无人机当前高度，输出决策：采取当前继续保持速率，方向不变的飞行状态。当目标高度高于无人机当前高度，计算目标高度和无人机高度的相对距离，其次计算目标物体和无人机相对速率，输出最终规避决策时刻。依据规避时刻进行下一步的规避碰撞机制实施。

优选的，规避决策时刻要提前于下列方法得到的计算决策时刻，以便及时执行预设规避决策从而避免碰撞事故的发生。例如，所述决策时刻值的计算方法如下。

1)计算目标物体和无人机相对距离：目标物体和无人机相对距离＝(光速*信号往返时间)/2。

2)计算目标物体和无人机相对速率：目标物体和无人机相对速率＝相对距离/信号时延。

3)获取计算决策时刻：计算决策时刻＝相对距离/相对速率。

这样，当决策时刻确定时，下一步即可在相应的时间执行预设规避决策，例如，改变无人机的方向或航行马力；具体地，根据目标物体相对方位，以及一些不确定因素，例如风速，风向等，改变无人机的航行方向或马力值。

例如，当无人机朝向目标物体飞行时，假定目标物体的边界和无人机相对方向是A度，那么无人机此时改变的航行方向是90－A度，即90度减去A度的剩余角度。例如，以正北方向，无人机和目标物体的最大边界角度是A，那么当无人机航行方向只要大于90－A时，即可避免碰撞。

又如，当无人机航行时，若遇到一些瞬间的大风，此时极易产生坠落或碰撞到其它建筑物，此时风速感应器测定风速大小，方向等。假定风向是和航线方向相反，那么无人机的动力方向也就是与航线方向相反，此时给予无人机一个反作用力，使得无人机暂停前进，反作用力大小大于等于风力，航线动力之和，使无人机加速度瞬间变为零。若无人机和风向并不是相反，而是有一个夹角，其无人机的反作用力是此两个力的矢量之和，方向相反，达到合力为零。

无人机在航行过程中，首先是目标物的识别，判断是否会有所碰撞，其次确定决策改变航线方向或马力的时刻，只要在决策时刻范围内，即可在此时间段内确定下一步避免碰撞所发生的航行方向改变或航行动力。航行方向或动力的改变依赖于目标物的相对方位，当遇到外力或风速时，其航行的改变根据风向和无人机的当前动力值。

进一步地，本发明的实施例还包括，上述各实施例的各技术特征，相互组合形成的无人机的飞行方法，通过感应障碍目标并作出判断，在必要时改变当前飞行方式，从而有效避免了碰撞事故发生。

需要说明的是，本发明的说明书及其附图中给出了本发明的较佳的实施例，但是，本发明可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本发明内容的额外限制，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种无人机的飞行方法，其特征在于，包括以下步骤：

感应是否存在至少一障碍目标，是则执行下一步骤；

判断是否将会与至少一障碍目标发生碰撞，是则执行下一步骤；

判断是否属于规避决策时间，是则执行下一步骤；

执行预设规避决策。

2.根据权利要求1所述无人机的飞行方法，其特征在于，预设规避决策包括根据风向和风力，输出相等的反作用力。

3.根据权利要求1所述无人机的飞行方法，其特征在于，根据相对距离以及相对速率设置或调整规避决策时间。

4.根据权利要求1所述无人机的飞行方法，其特征在于，感应是否存在至少一障碍目标，是则根据相对距离的变化趋势，确定是否执行下一步骤。

5.根据权利要求4所述无人机的飞行方法，其特征在于，在预设时间段内，判断相对距离的变化趋势是否一直变小，是则判断相对距离是否小于预设阈值，是则执行下一步骤。

6.根据权利要求1所述无人机的飞行方法，其特征在于，根据高度差判断是否将会与至少一障碍目标发生碰撞。

7.根据权利要求1所述无人机的飞行方法，其特征在于，根据相对距离判断是否将会与至少一障碍目标发生碰撞。

8.根据权利要求1所述无人机的飞行方法，其特征在于，采用红外探测感应障碍目标的热辐射特征和/或方位信息。

9.根据权利要求1所述无人机的飞行方法，其特征在于，采用相机识别障碍目标的颜色、几何形状和/或位移。

10.根据权利要求1至9任一所述无人机的飞行方法，其特征在于，感应存在至少一障碍目标时，判断是否处于预警决策区域，是则判断是否将会与至少一障碍目标发生碰撞。