CN106774421A - 一种无人机轨迹规划*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人机轨迹规划***，包括：无人机模块和云平台模块，其中，无人机模块用于采集当前无人机的飞行轨迹信息，并将该飞行轨迹信息上传至云平台模块；云平台模块用于对接收的飞行轨迹信息进行分析，并将对应的最优轨迹规划信息反馈给无人机模块所对应的无人机。实现了无人机轨迹规划和无人机的分离，将无人机轨迹规划交由云平台模块进行处理，大大减轻了无人机自身的计算和存储能力负担，同时，不同的无人机可以共用一个云平台模块，这可以使得多处无人机群共享云平台模块中的资源，避免了轨迹规划的重复计算，大大提高了无人机轨迹规划的效率。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，特别是涉及一种无人机轨迹规划***。
背景技术
随着科学技术的发展，无人机被越来越多地应用于军事和民用领域。无人机的应用为人们的生活和工作提供了极大的便利，随着其应用范围的日益广泛，与之相关的轨迹规划问题也就受到越来越广泛的关注。
无人机多在近地低空环境下飞行，以完成侦查、巡逻、救援、航拍等任务，所处环境比较复杂，因此无人机的轨迹规划问题难度较大。当前无人机的轨迹规划的难点在于三维空间建模问题和轨迹规划算法的时效性问题，考虑到三维建模和轨迹规划算法的计算量非常大，为无人机本身的计算和存储能力带来了较大的挑战。另一方面，不同的无人机各自进行计算，工作效率低。
因此，如何减轻无人机自身的计算和存储能力负担，同时提高无人机轨迹规划的工作效率，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种无人机轨迹规划***，能够减轻无人机自身的计算和存储能力负担，同时提高无人机轨迹规划的工作效率。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：
一种无人机轨迹规划***，包括：无人机模块和云平台模块，其中，所述无人机模块用于采集当前无人机的飞行轨迹信息，并将该飞行轨迹信息上传至所述云平台模块；所述云平台模块用于对接收的所述飞行轨迹信息进行分析，并将对应的最优轨迹规划信息反馈给所述无人机模块所对应的无人机。
优选地，所述云平台模块包括：总控单元、云计算单元和云存储单元，
其中，所述总控单元用于接收所述飞行轨迹信息，并进行飞行轨迹分段，并将当前飞行轨迹段对应的最优轨迹规划信息反馈给所述无人机；
所述云计算单元用于根据预设的三维建模算法和轨迹规划算法进行无人机飞行轨迹规划；
所述云存储单元用于存储所述无人机的轨迹规划信息，以供所述总控单元进行无人机当前飞行轨迹段对应的最优轨迹规划信息的查询和调取。
优选地，所述总控单元包括：
通信子单元，用于与所述无人机模块进行信息交互；
信息提取子单元，用于从接收的所述飞行轨迹信息中提取所述无人机的当前位置信息、目的地信息和途经地信息；
处理子单元，用于对所述飞行轨迹信息中提取出的飞行轨迹进行分段，并在所述云存储单元中查找和调取当前飞行轨迹段对应的最优轨迹规划信息，在所述云存储单元中不存在当前飞行轨迹对应的轨迹规划信息时控制所述云计算单元进行轨迹规划。
优选地，所述云存储单元包括：最优轨迹库，用于存储所述无人机的各飞行轨迹段的最优轨迹规划信息；备选轨迹库，用于存储所述无人机的各飞行轨迹段的备选轨迹规划信息；
其中，所述总控单元还用于根据预设的权限对所述最优轨迹库和所述备选轨迹库中的数据进行增删和查改。
优选地，所述无人机模块包括：
无人机信息采集单元，用于采集所述无人机的实时坐标信息和所处当前位置的环境信息；
无人机信息处理单元，用于将所述无人机信息采集单元采集的各信息和无人机的目的地信息、途经地信息打包至飞行轨迹信息中；
无人机通信单元，用于与所述云平台模块进行信息交互。
优选地，所述无人机信息采集单元包括：
图像信息采集子单元，用于实时采集当前位置的环境信息；
GPS定位子单元，用于确定无人机当前位置的坐标信息；
传感子单元，用于识别避障和辅助所述GPS定位单元进行定位。
优选地，所述图像信息采集子单元为机载摄像头或机载相机。
优选地，所述无人机模块还包括：异常轨迹反馈单元，用于在所述云平台模块反馈的最优轨迹规划信息和所述无人机的当前飞行信息不相符合时，控制所述无人机自动舍弃该最优轨迹规划信息，并向所述云平台模块反馈轨迹异常信息；
其中，所述云平台模块还用于在接收到所述轨迹异常信息时，重新计算并反馈次优轨迹规划信息至所述无人机。
优选地，所述云平台模块还用于在接收到所述轨迹异常信息时，对所述轨迹异常信息对应的原最优轨迹规划信息进行一次异常标记，并在异常标记次数超过预设阈值时，删除所述轨迹异常信息对应的原最优轨迹规划信息，并将所述次优轨迹规划信息更新为对应轨迹的最优的轨迹规划信息。
与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：
本发明所提供的一种无人机轨迹规划***，包括：无人机模块和云平台模块，其中，无人机模块用于采集当前无人机的飞行轨迹信息，并将该飞行轨迹信息上传至云平台模块；云平台模块用于对接收的飞行轨迹信息进行分析，并将对应的最优轨迹规划信息反馈给无人机模块所对应的无人机。实现了无人机轨迹规划和无人机的分离，将无人机轨迹规划交由云平台模块进行处理，大大减轻了无人机自身的计算和存储能力负担，同时，不同的无人机可以共用一个云平台模块，这可以使得多处无人机群共享云平台模块中的资源，避免了轨迹规划的重复计算，大大提高了无人机轨迹规划的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种具体实施方式所提供的无人机轨迹规划***结构示意图；
图2为本发明另一种具体实施方式所提供的无人机轨迹规划***结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种无人机轨迹规划***，能够减轻无人机自身的计算和存储能力负担，同时提高无人机轨迹规划的工作效率。
为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
请参考图1，图1为本发明一种具体实施方式所提供的无人机轨迹规划***结构示意图。
本发明的一种具体实施方式提供了一种无人机轨迹规划***，包括：无人机模块1和云平台模块2，其中，无人机模块1设置在无人机上，用于采集当前无人机的飞行轨迹信息，并将该飞行轨迹信息上传至云平台模块2；云平台模块2用于对接收的飞行轨迹信息进行分析，并将对应的最优轨迹规划信息反馈给无人机模块1所对应的无人机，以控制无人机进行飞行。
在本实施方式中，该无人机轨迹规划***将无人机的轨迹规划和无人机控制进行分离。其中，无人机可由基站进行控制，基站的作用是向无人机发送目的地、途经地信息，并实时监控无人机的状态，接收无人机的任务完成情况；而无人机的轨迹规划则交由云平台模块进行处理，大大减轻了无人机自身的计算和存储能力负担，同时，不同的无人机可以共用一个云平台模块，云平台模块为各无人机提供存储和计算的物理资源，实现各无人机集群之间的轨迹信息共享，这可以使得多处无人机群共享云平台模块中的资源，当不同的无人机应用到了相同飞行路段时，可以应用同一云平台模块中的相同轨迹规划信息，避免了轨迹规划的重复计算，大大提高了无人机轨迹规划的效率。
请参考图2，图2为本发明另一种具体实施方式所提供的无人机轨迹规划***结构示意图。
在本发明的一种实施方式中，云平台模块2包括：总控单元21、云计算单元22和云存储单元23，其中，总控单元21用于接收飞行轨迹信息，并进行飞行轨迹分段，并将当前飞行轨迹段对应的最优轨迹规划信息反馈给无人机；云计算单元22用于根据预设的三维建模算法和轨迹规划算法进行无人机飞行轨迹规划；云存储单元23用于存储无人机的轨迹规划信息，以供总控单元21进行无人机当前飞行轨迹段对应的最优轨迹规划信息的查询和调取。
进一步地，总控单元21包括：通信子单元，用于与无人机模块进行信息交互；信息提取子单元，用于从接收的飞行轨迹信息中提取无人机的当前位置信息、目的地信息和途经地信息；处理子单元，用于对飞行轨迹信息中提取出的飞行轨迹进行分段，并在云存储单元中查找和调取当前飞行轨迹段对应的最优轨迹规划信息，在云存储单元中不存在当前飞行轨迹对应的轨迹规划信息时控制云计算单元进行轨迹规划。
更进一步地，无人机模块1包括：无人机信息采集单元11，用于采集无人机的实时坐标信息和所处当前位置的环境信息；无人机信息处理单元12，用于将无人机信息采集单元采集的各信息和无人机的目的地信息、途经地信息打包至飞行轨迹信息中；无人机通信单元13，用于与云平台模块进行信息交互。
无人机信息采集单元11包括：图像信息采集子单元，用于实时采集当前位置的环境信息；GPS定位子单元，用于确定无人机当前位置的坐标信息；传感子单元，用于识别避障和辅助GPS定位单元进行定位。其中，图像信息采集子单元为机载摄像头或机载相机。
在本实施方式中，云平台模块在接收到无人机模块采集的飞行轨迹信息后，可以通过总控单元对该飞行轨迹信息进行分段分析，由上述实施方式可知，基站可以向无人机发送目的地、途经地信息等，而无人机模块中的无人机信息采集单元接收这些信息，并可以将这些目的地信息、途经地信息以及采集的无人机当前位置的环境信息、坐标信息等打包发送至云平台模块。总控单元可以根据无人机的目的地和途经地，将整个飞行轨迹分为若干段，并从云存储单元中查找对应飞行轨迹段对应的最优轨迹规划信息，若云存储单元中存储有对应的最优轨迹规划信息，则直接反馈给无人机模块；若云存储单元中不存在对应的最优轨迹规划信息，则由云计算单元进行轨迹规划，经由总控制单元将计算得出的最优轨迹规划信息发送至无人机，同时将该最优轨迹规划信息在云存储单元中进行备份。
其中，分别隶属于各基站的无人机群由各自的基站直接监管，完成相应的任务，互不干扰。而云平台模块为各无人机群提供存储和计算的物理资源，实现各集群之间的轨迹信息共享，提高无人机群的工作效率。
在本发明的一种实施方式中，云存储单元包括：最优轨迹库，用于存储无人机的各飞行轨迹段的最优轨迹规划信息；备选轨迹库，用于存储无人机的各飞行轨迹段的备选轨迹规划信息；其中，总控单元还用于根据预设的权限对最优轨迹库和备选轨迹库中的数据进行增删和查改。
在本实施方式中，该***还可以设置管理员模式，在该模式下，云平台模块的管理人员可以在一定的权限下对云存储单元的数据库进行管理，如对异常轨迹的查找、更改和删除，以及增加安全可靠的人工规划的轨迹。同时，管理人员还可以调用三维建模的结果以及改进轨迹规划的算法。
进一步地，无人机模块还包括：异常轨迹反馈单元，用于在云平台模块反馈的最优轨迹规划信息和无人机的当前飞行信息不相符合时，控制无人机自动舍弃该最优轨迹规划信息，并向云平台模块反馈轨迹异常信息；其中，云平台模块还用于在接收到轨迹异常信息时，重新计算并反馈次优轨迹规划信息至无人机。
更进一步地，云平台模块还用于在接收到轨迹异常信息时，对轨迹异常信息对应的原最优轨迹规划信息进行一次异常标记，并在异常标记次数超过预设阈值时，删除轨迹异常信息对应的原最优轨迹规划信息，并将次优轨迹规划信息更新为对应轨迹的最优的轨迹规划信息
在本实施方式中，增加了异常轨迹反馈和更新功能。当由于环境变化等原因，导致从云存储单元中获取的三维建模结果和最优轨迹规划信息与无人机实际飞行情况不相符合时，无人机可以自动舍弃该轨迹，并向云平台模块反馈轨迹异常信息，并通过云平台模块重新进行轨迹规划。而当云平台模块接收到轨迹异常信息时，则将该条轨迹标记为一次异常，并将重新计算的轨迹列为备选轨迹，即上述的次优轨迹规划信息，当被标记为异常轨迹的次数达到预设次数(如三次)时，将该异常的轨迹从云存储单元中删除，备选轨迹升级为该路径的最优轨迹规划信息。异常轨迹规划反馈和更新功能保证云平台模块中数据库的数据自动随环境变换而更新。
综上所述，本发明所提供的无人机轨迹规划***，实现了无人机轨迹规划和无人机的分离，将无人机轨迹规划交由云平台模块进行处理，大大减轻了无人机自身的计算和存储能力负担，同时，不同的无人机可以共用一个云平台模块，这可以使得多处无人机群共享云平台模块中的资源，避免了轨迹规划的重复计算，大大提高了无人机轨迹规划的效率。
以上对本发明所提供的一种无人机轨迹规划***进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种无人机轨迹规划***，其特征在于，包括：无人机模块和云平台模块，其中，所述无人机模块用于采集当前无人机的飞行轨迹信息，并将该飞行轨迹信息上传至所述云平台模块；所述云平台模块用于对接收的所述飞行轨迹信息进行分析，并将对应的最优轨迹规划信息反馈给所述无人机模块所对应的无人机。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述云平台模块包括：总控单元、云计算单元和云存储单元，
其中，所述总控单元用于接收所述飞行轨迹信息，并进行飞行轨迹分段，并将当前飞行轨迹段对应的最优轨迹规划信息反馈给所述无人机；
所述云计算单元用于根据预设的三维建模算法和轨迹规划算法进行无人机飞行轨迹规划；
所述云存储单元用于存储所述无人机的轨迹规划信息，以供所述总控单元进行无人机当前飞行轨迹段对应的最优轨迹规划信息的查询和调取。
3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述总控单元包括：
通信子单元，用于与所述无人机模块进行信息交互；
信息提取子单元，用于从接收的所述飞行轨迹信息中提取所述无人机的当前位置信息、目的地信息和途经地信息；
处理子单元，用于对所述飞行轨迹信息中提取出的飞行轨迹进行分段，并在所述云存储单元中查找和调取当前飞行轨迹段对应的最优轨迹规划信息，在所述云存储单元中不存在当前飞行轨迹对应的轨迹规划信息时控制所述云计算单元进行轨迹规划。
4.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述云存储单元包括：最优轨迹库，用于存储所述无人机的各飞行轨迹段的最优轨迹规划信息；备选轨迹库，用于存储所述无人机的各飞行轨迹段的备选轨迹规划信息；
其中，所述总控单元还用于根据预设的权限对所述最优轨迹库和所述备选轨迹库中的数据进行增删和查改。
5.根据权利要求1至4任一项所述的***，其特征在于，所述无人机模块包括：
无人机信息采集单元，用于采集所述无人机的实时坐标信息和所处当前位置的环境信息；
无人机信息处理单元，用于将所述无人机信息采集单元采集的各信息和无人机的目的地信息、途经地信息打包至飞行轨迹信息中；
无人机通信单元，用于与所述云平台模块进行信息交互。
6.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述无人机信息采集单元包括：
图像信息采集子单元，用于实时采集当前位置的环境信息；
GPS定位子单元，用于确定无人机当前位置的坐标信息；
传感子单元，用于识别避障和辅助所述GPS定位单元进行定位。
7.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述图像信息采集子单元为机载摄像头或机载相机。
8.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述无人机模块还包括：异常轨迹反馈单元，用于在所述云平台模块反馈的最优轨迹规划信息和所述无人机的当前飞行信息不相符合时，控制所述无人机自动舍弃该最优轨迹规划信息，并向所述云平台模块反馈轨迹异常信息；
其中，所述云平台模块还用于在接收到所述轨迹异常信息时，重新计算并反馈次优轨迹规划信息至所述无人机。
9.根据权利要求8所述的***，其特征在于，所述云平台模块还用于在接收到所述轨迹异常信息时，对所述轨迹异常信息对应的原最优轨迹规划信息进行一次异常标记，并在异常标记次数超过预设阈值时，删除所述轨迹异常信息对应的原最优轨迹规划信息，并将所述次优轨迹规划信息更新为对应轨迹的最优的轨迹规划信息。
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