CN106598074A - 提高无人机稳定性的方法及基于航拍的区域动态巡逻*** - Google Patents
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Abstract
提高无人机稳定性的方法及基于航拍的区域动态巡逻***，涉及无人机技术领域，上述提高无人机稳定性的方法包括以下步骤：步骤一、测定所述无人机在执行各种飞行动作并保持飞行稳定状态时的电调输入电压值以及对应的油门值；步骤二、在所述无人机的电池与电调之间连接可调电压的稳压单元；步骤三、根据无人机当前执行的飞行动作，控制所述稳压单元输出至电调的电压，使得所述电调的输入电压值与步骤一中测得的无人机在执行该飞行动作并保持飞行稳定状态时的电调输入电压值相一致，同时让所述无人机的飞控参照步骤一中测得的在执行该飞行动作并保持飞行稳定状态时的油门值对电调进行控制。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，特别涉及一种提高无人机稳定性的方法及基于航拍的区域动态巡逻***。
背景技术
传统的多旋翼无人机一般采用人工遥控方式进行控制。为了顺利飞行，无人机需要平稳起飞过程，这需要操控者具有一定的驾驶专业技能，很多不具备专业驾驶技能的普通人群不能很快上手，无法安全操作多旋翼无人机起飞。申请号为2015102434546的中国发明专利公开了一种无人机自动起降方法及***，其解决办法是让多旋翼无人机自动平稳起飞到一定的安全距离高度（通过定高单元，例如超声波测距传感器或者气压传感器来确定起飞高度）后，机身程序才授权遥控操作人员采用遥控方式来遥控操作无人机，从而降低起飞难度。然而在无人机的自主起飞过程中，随着飞行次数的增多，电池电压下降，电调对电机的驱动能力下降，电机的转速有所下降，使得无人机在起飞过程中出现升力不足，控制效果差，不能平稳起飞（特别是周围环境中风力较大的情况下尤为明显，飞行过程中电压降低也有可能出现无人机不稳定的情况），甚至机身忽上忽下的现象，若起飞过程中有人工监控，操作员还可以根据实际情况进行调整，然而对于整个飞行过程（包括起飞及降落过程）无人工干预的自主无人机将有可能出现起飞失败、无人机坠毁的情况。
当前消费级多旋翼无人机主要用在视频航拍、电力线路巡查、交通监测和信息采集以及警用跟踪方面，在上述应用场合中，无人机通常采用GPS及地图导航，无人机控制算法相对复杂并且对续航能力的要求较高，当飞行路线较长时，还需要人工在终点对无人机进行回收。此外，对于在城市密集建筑物间飞行的多旋翼无人机，由于GPS定位精度一般在5米左右（定位精度跟通信的卫星数量相关），若受建筑物遮挡，精度会更低，故必须要求地图精度能够满足精确导航要求，当前普遍应用的百度/高德地图的误差一般在3米左右，并且对于某些新的建筑物、树木及一些小型建筑甚至有可能并未在地图导航***中标示出来（当然在此情况下也可以不利于当前市面上现有的百度/高德地图，而采用自绘地图，但自绘地图工作量较大且对于一些小企业/个人来说有一定的技术难度），这就需要给无人及搭载防撞***（例如大疆的室内无人机上就搭载了障碍物自主识别***）以避免其撞上建筑物或树木，如此一来无人机的控制算法就会更加复杂，制造成本也变得更高，从而在一定程度上限制了无人机在大型小区、大学校园、大型工业园及厂区等复杂地面环境中的应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种提高多旋翼无人机稳定性的方法。另一方面，本发明还提供一种利用上述方法改进后的无人机在固定区域（可以是大型小区、大学校园、大型工业园或厂区）内基于航拍方式进行巡逻的区域动态巡逻***。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种提高无人机稳定性的方法，包括：
步骤一、测定所述无人机在执行各种飞行动作并保持飞行稳定状态时的电调输入电压值以及对应的油门值
步骤二、在所述无人机的电池与电调之间连接可调电压的稳压单元；
步骤三、根据无人机当前执行的飞行动作，控制所述稳压单元输出至电调的电压，使得所述电调的输入电压值与步骤一中测得的无人机在执行该飞行动作并保持飞行稳定状态时的电调输入电压值相一致，同时让所述无人机的飞控参照步骤一中测得的在执行该飞行动作并保持飞行稳定状态时的油门值对电调进行控制。
其中，所述稳压单元包括Sepic斩波电路、光耦合电路及采样电路；
所述Sepic斩波电路连接光耦合电路、采样电路以及无人机的电池与电调，所述光耦合电路连接无人机的飞控和Sepic斩波电路，所述采样电路连接Sepic斩波电路和无人机的飞控；
将所述无人机执行各种飞行动作并保持飞行稳定状态所对应的电调输入电压值预设在无人机的飞控中，所述采样电路将Sepic斩波电路输出给电调的电压值反馈给飞控，所述飞控将其与当前飞行动作所对应的预设电压值比较并根据比较结果控制输出相应的PWM控制信号，所述PWM控制信号经光耦合电路提高幅值后对Sepic斩波电路开关管的截止和导通进行控制，从而实现根据无人机当前执行的飞行动作控制所述Sepic斩波电路输出至电调的电压，使得所述电调的输入电压值与预设的无人机在执行该飞行动作并保持飞行稳定状态时的电调输入电压值相一致。
或者，所述稳压单元包括单片机、Sepic斩波电路、光耦合电路及采样电路；
所述Sepic斩波电路连接光耦合电路、采样电路以及无人机的电池与电调，所述光耦合电路连接单片机和Sepic斩波电路，所述采样电路连接Sepic斩波电路和单片机，所述单片机由无人机的***供电电路供电并连接至无人机的飞控以获取当前飞行动作信息；
将所述无人机执行各种飞行动作并保持飞行稳定状态所对应的电调输入电压值预设在单片机中，所述采样电路将Sepic斩波电路输出给电调的电压值反馈给单片机，所述单片机将其与当前飞行动作所对应的预设电压值比较并根据比较结果控制输出相应的PWM控制信号，所述PWM控制信号经光耦合电路提高幅值后对Sepic斩波电路开关管的截止和导通进行控制，从而实现根据无人机当前执行的飞行动作控制所述Sepic斩波电路输出至电调的电压，使得所述电调的输入电压值与预设的无人机在执行该飞行动作并保持飞行稳定状态时的电调输入电压值相一致。
基于上述构思，本发明还提供一种基于航拍的区域动态巡逻***，包括巡逻监控站、由多架多旋翼无人机组成的无人机集群、与所述多旋翼无人机相同数量的起降平台、用于给所述多旋翼无人机提供导航的地面标识以及设置在所述起降平台上且与巡逻监控站通信连接的无线数据收发器；
所述多旋翼无人机采用上述方法提高其自主飞行稳定性，所述起降平台可停靠多旋翼无人机并给其提供充电，每个起降平台均停靠一架多旋翼无人机；
所述地面标识在地面上标记出巡逻路线，所述巡逻路线呈首尾相接的封闭图形，所述起降平台间隔设置在巡逻路线上；
所述多旋翼无人机包括航拍摄像单元、标识识别单元及无线通信模块，所述标识识别单元识别地面标识保证多旋翼无人机从当前起降平台起飞后可沿巡逻路线自主飞行并降落至下一起降平台；
巡逻时，所述巡逻监控站通过无线数据收发器向多旋翼无人机上的无线通信模块发出起飞指令，所有多旋翼无人机同时从其所在起降平台起飞，飞行过程中，所述航拍摄像单元拍摄对应巡逻区域的视频图像，所述无线通信模块将拍摄的视频信息实时发送至相应的无线数据收发器，所述无线数据收发器将接收的视频信息传送到巡逻监控站，所述多旋翼无人机按上述方式沿巡逻路线依次从一个起降平台飞往下一起降平台，从而实现在固定区域内巡逻 。
其中，所述地面标识包括施涂于道路表面的路面标识线条以及施涂在起降平台上的降落标记符号；
所述标识识别单元包括用于获取位于多旋翼无人机前下方地面标识图像的第一摄像头以及用于获取位于多旋翼无人机正下方地面标识图像的第二摄像头；
所述第一摄像头获取的图像经处理后分离出前方路线信号，所述第二摄像头获取的图形经处理后分离出当前位置信号，所述多旋翼无人机的飞控单元结合前方路线信号及当前位置信号的变化对应控制该多旋翼无人机沿巡逻路线往前飞行或转弯或往下降落至起降平台。
优选的，所述路面标识线条为施涂于路面的黄色/白色交通标线，所述黄色/白色交通标线及降落标记符号的表面涂覆有一层反光材料，所述多旋翼无人机上安装有用于照射前下方及正下方路面的LED射灯，所述起降平台通过一固定支架连接在道路两旁的路灯杆上。
更优选的，所述多旋翼无人机的无线通信模块与起降平台上的无线数据收发器之间采用OFDM传输技术进行无线通信，所述无线数据收发器与巡逻监控站之间采用有线通信，所述多旋翼无人机沿巡逻路线飞行过程中，所述无线通信模块自动在各无线数据收发器之间进行软切换，从而保证所述航拍摄像单元拍摄的视频信息实时传输至巡逻监控站。
在上述无人机巡逻***中，所述起降平台还包括一用于给多旋翼无人机进行电磁感应式充电的无线充电座，所述多旋翼无人机的底部设有受电线圈，所述无线充电座包括控制器、送电线圈、线圈安装座、电阻式触控面板以及驱动所述线圈安装座前后左右移动的驱动装置，所述送电线圈固定设置在线圈安装座上，所述线圈安装座及送电线圈均设于电阻式触控面板的下方，所述降落标记符号印制在电阻式触控面板上，所述多旋翼无人机上设有三条以上的支撑腿，所述受电线圈的位置相对于支撑腿固定且其与支撑腿之间的位置关系预先写入无线充电座的控制程序中，所述多旋翼无人机降落到起降平台上后，所述支撑腿的底端压在电阻式触控面板上，所述控制器先根据电阻式触控面板受压点电阻值的变化计算出各支撑腿在电阻式触控面板上的准确位置，再根据所述受电线圈与支撑腿之间的位置关系计算出受电线圈的准确位置，然后控制所述驱动装置驱动线圈安装座移动，使得所述送电线圈准确移动至受电线圈的正下方，充电开始前，所述控制器发出指令切断对电阻式触控面板的供电，充电完成后，所述控制器发出指令切断对送电线圈的供电。
进一步地，所述起降平台还包括一顶部设有电动门的密闭舱以及用于驱动所述电动门开合的电机，所述电机由所述无线充电座的控制器进行控制，所述无线充电座整体设于密闭舱内，所述电动门上也印有降落标记符号，所述电动门上还设有一无线电接收器，所述多旋翼无人机上设有遥控模块，所述遥控模块向无线电接收器发送开/关门信号，所述控制器控制电机正/反转动，从而带动所述电动门翻转打开/关闭。
更进一步地，所述无线数据收发器设于密闭舱外部，所述巡逻监控站通过无线数据收发器向多旋翼无人机上的无线通信模块发出控制模式切换指令，所述多旋翼无人机在自动控制模式与人工控制模式之间进行切换，在所述人工控制模式下，所述标识识别单元停止工作。
通过本发明提供的方法对现有无人机进行改进后，即便电池电压随着工作时间的增加而下降时，稳压单元也能够根据当前飞行动作相应地将输出至电调的电压调整到最佳值，在飞控提供给电调的PWM信号脉宽（油门值）与预设值一致不变的情况下，有效保障了电调对电机的驱动能力，保证了电机转速的稳定性，从而解决电池电压下降对无人机平稳飞行造成的影响。例如飞行过程中锂电池的单节电芯突然损坏，此时电池电压将瞬间急剧降低，电压的剧烈变化将导致无人机突然升力不足，快速下坠，此种情况下极有可能产生摔机/炸机事件，采用本发明提供的方法进行改进后，即便突然出现这样的情况，若此时电池剩余总电量仍能维持无人机正常飞行，则稳压单元快速将输出给电调的电压值升到与该飞行动作相适应的预设电压值后，就可保证旋翼转速的平稳，避免突然升力不足所导致的坠机状况。
作为本发明的另一方面，本发明提供的无人机巡逻***通过识别地面标识进行导航，巡逻路线由地面标识标记出来，无人机巡逻过程中无需GPS及内置地图导航，故其控制方式相对简单且不会出现因建筑物遮挡导致定位精度降低、飞行途中偏离航线或撞上建筑物的情况，更加重要的是，由于采用地面标识精准导航，只要将地面标识设置在相对空旷的地方，无人机根本就不需要通过防撞***来避免碰撞。特别值得一提的是，在本发明提供的无人机巡逻***中，多架多旋翼无人机（目前较常见的为四旋翼无人机）组成的无人机集群各自从不同的起降平台同时起飞，能够在极短的时间内完成对整个巡逻路线的巡逻工作。例如整个巡逻路线总长70公里，每5公里设置一个起降平台，一共设置14个起降平台，每个起降平台上停靠一架四旋翼无人机，组成一个14架无人机的集群，假定四旋翼无人机的平均飞行速度为10m/s，则无人机从一个起降平台飞行至下一起降平台的时间不到9分钟，由于无人机集群同时起飞开始巡逻，则理论上可以在9分钟内就完成整个巡逻路线的巡逻工作。无人机降落起降平台后在起降平台上充电，按目前市面上常见的消费级无人机电池续航20-25分钟、充电从0%到100%耗时120分钟来算，上述9分钟的飞行时间内消耗的电量约为40%左右，故起降平台只需60分钟左右就可完成对无人机的充电，也就是说该无人机巡逻***每69分钟就可完成对70公里线路巡逻一次，其巡逻效率及频率相比现有的人工巡逻均可以得到大幅提升（以上举例仅用于对本发明的有益效果进行说明，本领域技术人员应当明白，实际应用时可以根据巡逻频率、无人机续航时间等条件对无人机及起降平台的数量进行相应的变动），在人员工资越来越高的今天，采用上述无人机巡逻***显然可以大幅降低大型物业管理公司、安保公司的人力成本。
附图说明
图1为实施例1中稳压单元的一种结构框图。
图2为实施例2中无人机巡逻***的整体框图。
图3为实施例2中起降平台的正面结构示意图。
图4为实施例2中起降平台的俯视结构示意图。
图5为实施例2中无线充电座的内部结构示意图。
图6为实施例2中无线充电座的俯视结构示意图。
具体实施方式
在本发明的描述中，“多个”的含义是指两个及两个以上。需要提前说明的是，虽然本发明未对无人机中为保证其正常飞行所必需的陀螺仪、高度传感器、加速度计、电子罗盘及电调等单元进行具体的说明，但是本领域技术人员应当明白，在本发明所涉及的无人机中，同样包含这些必不可少的部件。为便于本领域技术人员理解本发明相对于现有技术的改进之处，下面对本发明的基本构思进行说明。
本发明中提高无人机稳定性的方法主要基于以下构思：1、采用组装完成的无人机（此时无人机的电池***的电压为标称电压值）由人工对其进行多次飞行测试，获取人工操控过程中无人机在执行各种飞行动作并保持飞行稳定状态时的电调输入电压值及油门值。2、在电池与电调之间设置稳压单元。3、根据无人机当前执行的飞行动作，控制稳压单元输出至电调的电压，使得电调的输入电压值与步骤一中测得的无人机在执行该飞行动作并保持飞行稳定状态时的电调输入电压值相一致，同时让所述无人机的飞控参照步骤一中测得的在执行该飞行动作并保持飞行稳定状态时的油门值对电调进行控制。
本发明提供的无人机巡逻***主要基于以下构思：1、用多架无人机组建一个无人机集群，巡逻监控站通过各起降平台上的无线数据收发器与无人机通信以实现对该无人机集群的统一控制。2、设置地面标识，地面标识标记出巡逻路线，通过无人机上的标识识别单元识别地面标识，实现巡逻导航，导航过程不基于GPS和内置地图，故可避免因定位精度误差导致飞机撞击建筑物的情况。3、将该无人机集群分散在巡逻路线上的各个点，所有无人机同时起飞巡逻，单次巡逻完成后所有无人机自主降落到起降平台进行充电，从而减少单次巡逻时间及单次巡逻的电池消耗量，提高巡逻效率和频率。
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合2个具体实施例与附图对本发明作进一步的说明。
实施例1：
一种提高无人机稳定性的方法，包括：
步骤一、测定无人机在执行各种飞行动作并保持飞行稳定状态时的电调输入电压值以及对应的油门值。以市面上的一种飞行器专用锂电池为例（该电池非当前无人机领域主流电池，在本发明中仅作测试用），其充满电后实际电压大概在12.7V左右，随着锂电池的使用放电，电池电压会逐渐下降，下降到11.3V左右为停止供电点，此时为保护锂电池使用寿命而终止其供电，经采用上述锂电池多次试飞测试，确定其稳定起飞后的电压及油门值（电压值约12V）。
步骤二、在无人机的电池与电调之间连接可调电压的稳压单元；
需要说明的是，本领域技术人员应当明白，稳压单元可以采用现有技术中的其他结构，其包括但不限于采用以下两种结构：稳压单元的一种结构见图1所示，其包括单片机、Sepic斩波电路、光耦合电路及采样电路； Sepic斩波电路连接光耦合电路、采样电路以及无人机的电池与电调，光耦合电路连接单片机和Sepic斩波电路，采样电路连接Sepic斩波电路和单片机，单片机由无人机的***供电电路供电并连接至无人机的飞控以获取当前飞行动作信息；将无人机执行各种飞行动作并保持飞行稳定状态所对应的电调输入电压值预设在单片机中，采样电路将Sepic斩波电路输出给电调的电压值反馈给单片机，单片机将其与当前飞行动作所对应的预设电压值比较并根据比较结果控制输出相应的PWM控制信号，所述PWM控制信号经光耦合电路提高幅值后对Sepic斩波电路开关管的截止和导通进行控制，从而实现根据无人机当前执行的飞行动作控制Sepic斩波电路输出至电调的电压，即可使得电调的输入电压值与预设的无人机在执行该飞行动作并保持飞行稳定状态时的电调输入电压值相一致。
稳压单元的另一种结构为：包括Sepic斩波电路、光耦合电路及采样电路；Sepic斩波电路连接光耦合电路、采样电路以及无人机的电池与电调，光耦合电路连接无人机的飞控和Sepic斩波电路，采样电路连接Sepic斩波电路和无人机的飞控；将无人机执行各种飞行动作并保持飞行稳定状态所对应的电调输入电压值预设在无人机的飞控中，采样电路将Sepic斩波电路输出给电调的电压值反馈给飞控，飞控将其与当前飞行动作所对应的预设电压值比较并根据比较结果控制输出相应的PWM控制信号，所述PWM控制信号经光耦合电路提高幅值后对Sepic斩波电路开关管的截止和导通进行控制，从而实现根据无人机当前执行的飞行动作控制Sepic斩波电路输出至电调的电压，即可使得电调的输入电压值与预设的无人机在执行该飞行动作并保持飞行稳定状态时的电调输入电压值相一致。
上述两种结构的主要区别主要在于第一种结构中单独设置了一个单片机对Sepic斩波电路输出给电调的电压值（采样电路反馈给单片机，单片机输出PWM控制信号调控电压，飞控输出的PWM信号为油门值）进行控制，而第二种结构直接利用飞控中的处理器，输出给电调的电压值由飞控控制（飞控输出两组PWM控制信号，一组用于控制Sepic斩波电路开关管的截止和导通，一组为油门值，发送给电调）。第一种结构的好处主要是可以减轻飞控的数据处理压力，第二种结构的好处主要是可以减少电气元件，有利于降低成本。
步骤三、根据无人机当前执行的飞行动作，控制稳压单元输出至电调的电压，使得电调的输入电压值与步骤一中测得的无人机在执行该飞行动作并保持飞行稳定状态时的电调输入电压值相一致，同时让无人机的飞控参照步骤一中测得的在执行该飞行动作并保持飞行稳定状态时的油门值对电调进行控制。具体地，在本实施例中，在多次飞行后，锂电池的电压降低至11.6V，这时若保持油门值（飞控输出给电调的PWM值）不变，无人机无法完成自主平稳起飞，通过设置稳压单元后，油门值保持预设值不变，稳压单元将输出至电调的电压稳定在12V，从而实现了无人机自主平稳起飞。
在本实施例中，通过在电池与电调间增加稳压单元对现有无人机进行改进后，即便电池电压随着工作时间的增加而下降时，稳压单元也能够根据当前飞行动作相应地将输出至电调的电压调整到最佳值，在飞控提供给电调的PWM信号脉宽（油门值）与预设值一致不变的情况下，有效保障了电调对电机的驱动能力，保证了电机转速的稳定性，从而解决电池电压下降对无人机平稳飞行造成的影响。例如当飞行过程中锂电池的单节电芯突然损坏时，电池电压将瞬间急剧降低，电压的剧烈变化将导致无人机突然升力不足，快速下坠，此种情况下极有可能产生摔机/炸机事件，采用上述方法进行改进后，即便突然出现这样的情况，若此时电池剩余总电量仍能维持无人机正常飞行，则稳压单元快速将输出给电调的电压值升到与该飞行动作相适应的预设电压值后，就可保证旋翼转速的平稳，避免突然升力不足所导致的坠机状况。
实施例2：
如图2所示，基于实施例1中的方法改进后的无人机，本实施例提供一种基于航拍的区域动态巡逻***，其包括巡逻监控站（巡逻监控站由人工值守）、由多架四旋翼无人机组成的无人机集群、与四旋翼无人机相同数量的起降平台、用于给四旋翼无人机提供导航的地面标识以及设置在起降平台上且与巡逻监控站通信连接的无线数据收发器（图2中未示出）；起降平台可停靠四旋翼无人机并给其提供充电，每个起降平台均停靠一架四旋翼无人机；地面标识在地面上标记出巡逻路线，巡逻路线呈首尾相接的封闭图形，所有起降平台均间隔设置在巡逻路线上；四旋翼无人机包括航拍摄像单元、标识识别单元及无线通信模块（四旋翼无人机的具体结构在附图中未示出），标识识别单元识别地面标识保证四旋翼无人机从当前起降平台起飞后可沿巡逻路线自主飞行并降落至下一起降平台；巡逻时，巡逻监控站通过无线数据收发器向四旋翼无人机上的无线通信模块发出起飞指令，所有四旋翼无人机同时从其所在起降平台起飞，飞行过程中，标识识别单元识别地面标识实现巡逻路线导航，航拍摄像单元拍摄对应巡逻区域的视频图像，无线通信模块将拍摄的视频信息实时发送至无线数据收发器，无线数据收发器将接收的视频信息传送到巡逻监控站，各四旋翼无人机按上述方式沿巡逻路线依次从一个起降平台飞往下一起降平台，从而实现在图示巡逻区域内巡逻 。
在上述实施例中，无人机巡逻***通过识别地面标识进行导航，巡逻路线由地面标识标记出来，无人机巡逻过程中无需GPS及内置地图导航，故其控制方式相对简单且不会出现因建筑物遮挡导致定位精度降低、飞行途中偏离航线或撞上建筑物的情况，更加重要的是，由于采用地面标识精准导航，只要将地面标识设置在相对空旷的地方，无人机根本就不需要通过防撞***来避免碰撞。特别值得一提的是，在上述实施例提供的无人机巡逻***中，多架四旋翼无人机组成的无人机集群各自从不同的起降平台同时起飞，能够在极短的时间内完成对整个巡逻路线的巡逻工作。例如图2所示，整个巡逻路线总长70公里，每5公里设置一个起降平台，一共设置14个起降平台，每个起降平台上停靠一架四旋翼无人机，组成一个14架无人机的集群，假定四旋翼无人机的飞行速度为10m/s，则无人机从一个起降平台飞行至下一起降平台的时间不到9分钟，由于无人机集群同时起飞开始巡逻，则理论上可以在9分钟内就完成整个巡逻路线的巡逻工作。无人机降落起降平台后在起降平台上充电，按目前市面上常见的消费级无人机电池续航20-25分钟、充电从0%到100%耗时120分钟来算，上述9分钟的飞行时间内消耗的电量约为40%左右，故起降平台只需60分钟左右就可完成对无人机的充电，也就是说该无人机巡逻***每69分钟就可完成对70公里线路巡逻一次，其巡逻效率及频率相比现有的人工巡逻均可以得到大幅提升，在人员工资越来越高的今天，采用上述无人机巡逻***显然可以大幅降低大型物业管理公司、安保公司的人力成本。
需要说明的是，在上述实施例中，起降平台给四旋翼无人机提供充电的方式可以有多种，例如可以采用无线充电（电磁感应式或磁共振式无线充电）、磁吸接触式充电等，在后面的描述中，将重点对电磁感应式无线充电的具体实施方式作详细说明。
另外需要强调的是，在本实施例中，地面标识可以采用不可见的红外线标识，若采用红外线标识，则标识识别单元对应采用红外线传感器，当然也可以采用在相邻两个起降平台间设置彼此独立供电的LED软灯条（LED软灯条包括多个间隔排列的LED灯，最好采用红色灯，便于白天识别）来形成，单个LED灯沿巡逻路线依次点亮，下一LED灯点亮时，前一LED灯熄灭，从而形成灯光导航轨迹，标识识别单元采用视觉识别追踪技术追踪光点的移动，从而保证四旋翼无人机可以沿上述光灯光轨迹从一个起降平台飞往下一起降平台(起降平台上可以设置降落标记符号或者频闪/常亮LED灯作为降落标识)。
在本实施例中，优选的，地面标识主要包括施涂于道路表面的路面标识线条以及施涂在起降平台上的降落标记符号，对应地，标识识别单元包括用于获取位于四旋翼无人机前下方地面标识图像的第一摄像头以及用于获取位于四旋翼无人机正下方地面标识图像的第二摄像头，第一摄像头获取的图像经处理后分离出前方路线信号，第二摄像头获取的图形经处理后分离出当前位置信号，四旋翼无人机的飞控单元结合前方路线信号及当前位置信号的变化对应控制该四旋翼无人机沿巡逻路线往前飞行或转弯或往下降落至起降平台。上述采用在巡逻区域道路表面施涂线条标识及降落标记符号的地面标识构建方式相比其他方案（例如LED灯条、红外线标识等）具有施工简单，成本较低的优点，对应于上述地面标识构建方式，无人机的飞行控制可以采用以下方案：当第一摄像头及第二摄像头获取的地面标识图像均为标识线条，则无人机继续往前飞行；当第一摄像头获取到降落标记符号，而第二摄像头获取的地面标识图像仍为标识线条，则无人机开始减速但仍继续往前飞行；随着飞行的继续，当第一摄像头获取的地面标识图像为标识线条，而第二摄像头获取到降落标记符号时，无人机停止往前飞行并开始降落；当第一摄像头监测到标识线条弯转，而第二摄像头获取的地面标识图像为直的标识线条时，则无人机开始减速往前飞行并相应跟随前方标识线条转弯。概括来说，只要当第二摄像头获取的地面标识为降落标记符号时，无人机就停止往前飞行而开始降落，其他情况下无人机都保持往前飞行（根据第一摄像头监测到的前方标识变化相应地对飞行速度及方向作调整）。通过上述两个摄像头监测前方路线变化及当前位置变化，可以保证无人机在飞行速度较快的情况下更精准地降落和转弯（实际上在以LED灯条作为地面标识的方案中，也可以采用上述双摄像头作为标识识别单元，第一摄像头用于追踪移动的光点，第二摄像头用于获取无人机正下方的地面标识，当第一摄像头获取到降落标识而第二摄像头未获取到降落标识时，无人机开始减速，当第二摄像头获取到降落标识时，无人机停止往前飞行并开始降落）。
在上述实施方案中，路面标识线条可以采用道路表面原本已经存在的黄色/白色交通标线，而起降平台通过一固定支架连接在道路两旁的路灯杆上即可。利用道路表面原本存在的交通标线作为地面标识可以省去标识线条施涂工作，缩短无人机巡逻***的组建时间，同时有利于降低建设成本。进一步地，还可以在黄色/白色交通标线及降落标记符号的表面涂覆一层反光材料，在多旋翼无人机上安装用于照射前下方及正下方路面的LED射灯，在LED射灯的照射下，交通标线表面的反光材料层反射光线，可以让标线及降落标记清晰可见，这对提高无人机标识识别单元夜间识别的准确性是非常有用的。
此外，在上述无人机巡逻***中，优选的，四旋翼无人机的无线通信模块与起降平台上的无线数据收发器之间采用OFDM传输技术进行无线通信，无线数据收发器与巡逻监控站之间采用有线通信，四旋翼无人机沿巡逻路线飞行过程中，无线通信模块自动在各无线数据收发器之间进行软切换，从而保证所述航拍摄像单元拍摄的视频信息实时传输至巡逻监控站。
进一步地，在上述无人机巡逻***中，优选的，如图5和6所示，起降平台还包括一用于给四旋翼无人机进行电磁感应式充电的无线充电座，四旋翼无人机的底部设有受电线圈，无线充电座包括控制器、送电线圈、线圈安装座、电阻式触控面板（电阻式触控面板的结构与以及驱动线圈安装座前后左右移动的驱动装置（驱动装置在附图中未示出），送电线圈固定设置在线圈安装座上，线圈安装座及送电线圈均设于电阻式触控面板的下方，降落标记符号印制在电阻式触控面板上，四旋翼无人机设有三条以上的支撑腿，受电线圈的位置相对于支撑腿固定且其与支撑腿之间的位置关系预先写入无线充电座的控制程序中，当四旋翼无人机降落到起降平台上后，支撑腿的底端压在电阻式触控面板上，控制器先根据电阻式触控面板受压点电阻值的变化计算出各支撑腿在电阻式触控面板上的准确位置，再根据受电线圈与支撑腿之间的位置关系计算出受电线圈的准确位置，然后控制驱动装置驱动线圈安装座移动，使得送电线圈准确移动至受电线圈的正下方，充电开始前，控制器发出指令切断对电阻式触控面板的供电，充电完成后，控制器发出指令切断对送电线圈的供电。众所周知，电磁感应式无线充电的充电效率跟线圈的对位准确性密切相关，虽然现有技术中已有一些通过送电线圈移动来实现准确对位的技术方案，但其大多是通过不断比对和计算送电线圈移动过程中感应电流的变化来寻找受电线圈的位置，最终完成对位。例如小米公司申请的申请号为“2016102524424”的中国发明专利就是采用上述方案，这样的线圈自动对位方式实际上存在一定的盲目性，完成对位的过程耗时较长，本发明通过采用电阻式触控面板作为充电座的承托板，当无人机的支腿压到电阻式触控面板上时，控制器可以准确确定支腿的位置，再通过受电线圈与支腿的位置关系即可精确计算出受电线圈的位置，最后只需通过驱动装置将送电线圈对应移动至受电线圈的正下方与其对齐即可，送电线圈对位速度快而精准。
进一步地，见图3和4所示，上述起降平台还包括一顶部设有电动门的密闭舱以及用于驱动电动门开合的电机，该电机通过无线充电座的控制器控制（电机在附图中未示出），无线充电座整体设于密闭舱内，电动门上也印有降落标记符号，电动门上还设有一无线电接收器，在四旋翼无人机上设有遥控模块，通过遥控模块向无线电接收器发送开/关门信号，控制器控制电机正/反转动，就可实现电动门翻转打开/关闭。无人机降落时，先通过遥控模块发送开门信号打开电动门，接着无人机往下进入密闭舱中，平稳降落在电阻式触控面板上，此时通过遥控模块发送关门信号，关闭电动门；起飞前，无人机再通过遥控模块发送开门信号，打开电动门，之后才执行起飞动作，完成起飞后，无人机再通过遥控模块发送关门信号即可关闭电动门。将充电座设于密闭舱内有以下好处：1、平时可以关闭电动门，防止电阻式触控面板表面受污染。2、该密闭舱可以作为无人机的停靠库房，不巡逻时，无人机停在密闭舱内可以避免受日晒雨淋。
最后，上述无线数据收发器设于密闭舱外部，巡逻监控站通过无线数据收发器向四旋翼无人机上的无线通信模块发出控制模式切换指令，四旋翼无人机在自动控制模式与人工控制模式之间进行切换，在人工控制模式下，标识识别单元停止工作。设置可切换的自动控制模式与人工控制模式可以实现在某些紧急情况下对无人机进行人工干预，避免意外发生，而当需要给所有无人机更换电池（或者其他日常维护）时，也可以通过人工控制无人机让其一一降落在巡逻路线的地面上或者飞至巡逻监控站，从而可以在一定程度上减轻无人机维护工作量，提高日常维护工作效率。
为了让本领域普通技术人员更方便地理解本发明相对于现有技术的改进之处，本发明的一些附图和描述已经被简化，并且为了清楚起见，本申请文件还省略了一些其它元素，本领域普通技术人员应该意识到这些省略的元素也可构成本发明的内容。
Claims (10)
1.提高无人机稳定性的方法，其特征在于，包括：
步骤一、测定所述无人机在执行各种飞行动作并保持飞行稳定状态时的电调输入电压值以及对应的油门值；
步骤二、在所述无人机的电池与电调之间连接可调电压的稳压单元；
步骤三、根据无人机当前执行的飞行动作，控制所述稳压单元输出至电调的电压，使得所述电调的输入电压值与步骤一中测得的无人机在执行该飞行动作并保持飞行稳定状态时的电调输入电压值相一致，同时让所述无人机的飞控参照步骤一中测得的在执行该飞行动作并保持飞行稳定状态时的油门值对电调进行控制。
2.根据权利要求1所述的提高无人机稳定性的方法，其特征在于：
所述稳压单元包括Sepic斩波电路、光耦合电路及采样电路；
所述Sepic斩波电路连接光耦合电路、采样电路以及无人机的电池与电调，所述光耦合电路连接无人机的飞控和Sepic斩波电路，所述采样电路连接Sepic斩波电路和无人机的飞控；
将所述无人机执行各种飞行动作并保持飞行稳定状态所对应的电调输入电压值预设在无人机的飞控中，所述采样电路将Sepic斩波电路输出给电调的电压值反馈给飞控，所述飞控将其与当前飞行动作所对应的预设电压值比较并根据比较结果控制输出相应的PWM控制信号，所述PWM控制信号经光耦合电路提高幅值后对Sepic斩波电路开关管的截止和导通进行控制，从而实现根据无人机当前执行的飞行动作控制所述Sepic斩波电路输出至电调的电压，使得所述电调的输入电压值与预设的无人机在执行该飞行动作并保持飞行稳定状态时的电调输入电压值相一致。
3.根据权利要求1所述的提高无人机稳定性的方法，其特征在于：
所述稳压单元包括单片机、Sepic斩波电路、光耦合电路及采样电路；
所述Sepic斩波电路连接光耦合电路、采样电路以及无人机的电池与电调，所述光耦合电路连接单片机和Sepic斩波电路，所述采样电路连接Sepic斩波电路和单片机，所述单片机由无人机的***供电电路供电并连接至无人机的飞控以获取当前飞行动作信息；
将所述无人机执行各种飞行动作并保持飞行稳定状态所对应的电调输入电压值预设在单片机中，所述采样电路将Sepic斩波电路输出给电调的电压值反馈给单片机，所述单片机将其与当前飞行动作所对应的预设电压值比较并根据比较结果控制输出相应的PWM控制信号，所述PWM控制信号经光耦合电路提高幅值后对Sepic斩波电路开关管的截止和导通进行控制，从而实现根据无人机当前执行的飞行动作控制所述Sepic斩波电路输出至电调的电压，使得所述电调的输入电压值与预设的无人机在执行该飞行动作并保持飞行稳定状态时的电调输入电压值相一致。
4.一种基于航拍的区域动态巡逻***，其特征在于：
包括巡逻监控站、由多架多旋翼无人机组成的无人机集群、与所述多旋翼无人机相同数量的起降平台、用于给所述多旋翼无人机提供导航的地面标识以及设置在所述起降平台上且与巡逻监控站通信连接的无线数据收发器；
所述多旋翼无人机采用权利要求1-3中任意一项所述的方法提高其稳定性，所述起降平台可停靠多旋翼无人机并给其提供充电，每个起降平台均停靠一架多旋翼无人机；
所述地面标识在地面上标记出巡逻路线，所述巡逻路线呈首尾相接的封闭图形，所述起降平台间隔设置在巡逻路线上；
所述多旋翼无人机包括航拍摄像单元、标识识别单元及无线通信模块，所述标识识别单元识别地面标识保证多旋翼无人机从当前起降平台起飞后可沿巡逻路线自主飞行并降落至下一起降平台；
巡逻时，所述巡逻监控站通过无线数据收发器向多旋翼无人机上的无线通信模块发出起飞指令，所有多旋翼无人机同时从其所在起降平台起飞，飞行过程中，所述航拍摄像单元拍摄对应巡逻区域的视频图像，所述无线通信模块将拍摄的视频信息实时发送至无线数据收发器，所述无线数据收发器将接收的视频信息传送到巡逻监控站，所述多旋翼无人机按上述方式沿巡逻路线依次从一个起降平台飞往下一起降平台，从而实现在固定区域内巡逻。
5.根据权利要求4所述的基于航拍的区域动态巡逻***，其特征在于：
所述地面标识包括施涂于道路表面的路面标识线条以及施涂在起降平台上的降落标记符号；
所述标识识别单元包括用于获取位于多旋翼无人机前下方地面标识图像的第一摄像头以及用于获取位于多旋翼无人机正下方地面标识图像的第二摄像头；
所述第一摄像头获取的图像经处理后分离出前方路线信号，所述第二摄像头获取的图形经处理后分离出当前位置信号，所述多旋翼无人机的飞控单元结合前方路线信号及当前位置信号的变化对应控制该多旋翼无人机沿巡逻路线往前飞行或转弯或往下降落至起降平台。
6.根据权利要求5所述的基于航拍的区域动态巡逻***，其特征在于：所述路面标识线条为施涂于路面的黄色/白色交通标线，所述黄色/白色交通标线及降落标记符号的表面涂覆有一层反光材料，所述多旋翼无人机上安装有用于照射前下方及正下方路面的LED射灯，所述起降平台通过一固定支架连接在道路两旁的路灯杆上。
7.根据权利要求4-6中任意一项所述的基于航拍的区域动态巡逻***，其特征在于：所述多旋翼无人机的无线通信模块与起降平台上的无线数据收发器之间采用OFDM传输技术进行无线通信，所述无线数据收发器与巡逻监控站之间采用有线通信，所述多旋翼无人机沿巡逻路线飞行过程中，所述无线通信模块自动在各无线数据收发器之间进行软切换，从而保证所述航拍摄像单元拍摄的视频信息实时传输至巡逻监控站。
8.根据权利要求4所述的基于航拍的区域动态巡逻***，其特征在于：所述起降平台还包括一用于给多旋翼无人机进行电磁感应式充电的无线充电座，所述多旋翼无人机的底部设有受电线圈，所述无线充电座包括控制器、送电线圈、线圈安装座、电阻式触控面板以及驱动所述线圈安装座前后左右移动的驱动装置，所述送电线圈固定设置在线圈安装座上，所述线圈安装座及送电线圈均设于电阻式触控面板的下方，所述降落标记符号印制在电阻式触控面板上，所述多旋翼无人机上设有三条以上的支撑腿，所述受电线圈的位置相对于支撑腿固定且其与支撑腿之间的位置关系预先写入无线充电座的控制程序中，所述多旋翼无人机降落到起降平台上后，所述支撑腿的底端压在电阻式触控面板上，所述控制器先根据电阻式触控面板受压点电阻值的变化计算出各支撑腿在电阻式触控面板上的准确位置，再根据所述受电线圈与支撑腿之间的位置关系计算出受电线圈的准确位置，然后控制所述驱动装置驱动线圈安装座移动，使得所述送电线圈准确移动至受电线圈的正下方，充电开始前，所述控制器发出指令切断对电阻式触控面板的供电，充电完成后，所述控制器发出指令切断对送电线圈的供电。
9.根据权利要求8所述的基于航拍的区域动态巡逻***，其特征在于：所述起降平台还包括一顶部设有电动门的密闭舱以及用于驱动所述电动门开合的电机，所述电机由所述无线充电座的控制器进行控制，所述无线充电座整体设于密闭舱内，所述电动门上也印有降落标记符号，所述电动门上还设有一无线电接收器，所述多旋翼无人机上设有遥控模块，所述遥控模块向无线电接收器发送开/关门信号，所述控制器控制电机正/反转动，从而带动所述电动门翻转打开/关闭。
10.根据权利要求9所述的基于航拍的区域动态巡逻***，其特征在于：所述无线数据收发器设于密闭舱外部，所述巡逻监控站通过无线数据收发器向多旋翼无人机上的无线通信模块发出控制模式切换指令，所述多旋翼无人机在自动控制模式与人工控制模式之间进行切换，在所述人工控制模式下，所述标识识别单元停止工作。
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