CN107976199A - 无人机导航方法、***及无人机 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种无人机导航方法、***及无人机，通过无人机确定导航对象当前所处的位置以及其面部朝向，然后探测预设范围内的障碍物并确定出障碍物的位置信息，结合导航对象当前所处的位置及面部朝向生成导航提示信息发送给音频输出设备，使音频输出设备根据导航提示信息像导航对象进行语音提示。由于音频输出设备能够根据无人机生成的导航提示信息对导航对象进行语音提示，就能使得不能视物的导航对象了解周围的障碍物情况，从而及时确定出针对障碍物的避让策略，避免遭遇障碍物而受伤的情况发生。利用无人机成本低、工作寿命长的优点，解决了现有技术中导航不方便、成本高、工作寿命短的问题，降低了盲人的经济负担，提高了用户体验。

Description

无人机导航方法、***及无人机

技术领域

本发明涉及导航领域，尤其涉及无人机导航方法、***及无人机。

背景技术

随着公共设施的完善，马路上不可避免地会出现消防栓、指示牌以及行道树等，对于常人来说，道路上的这些障碍物可以轻松避过，但是对于盲人来说，尽管集中精力避免道路上的各种障碍物，还是有受伤的可能。导盲犬的出现，为盲人带来了很大的便利，导盲犬作为盲人的眼睛，为绝大多数盲人解决了一定程度上的出行问题，成为了盲人生活必不可少的伴侣。

虽然导盲犬已经得到社会公众的认可，可以出入很多公众场合，在盲人家庭以外的地方为盲人提供服务，但是由于导盲犬体型的问题，携带导盲犬外出人有诸多不便，例如在各种公共交通工具上，导盲犬必须占据一席之地。这不仅使得与导盲犬共享公共交通工具的其他人感到不便，而且由于公共交通的拥挤与繁忙，也可能导致导盲犬的身体或精神受到伤害，进而无法正常为盲人提供服务。

另外一方面，导盲犬的训练成本较高，其需要专业的训练人员耗费大量的时间进行训练，通常导盲犬至少经历一年半的时间才能成为合格的工作犬因导盲犬训练的专业性强、时间长、耗资巨，加之驯成后无偿捐献给盲人使用，无资金回收，国内导盲犬训练公益机构陷入困境，导盲犬的数目供不应求导盲犬的价格大约在2.5-3万美元。这对于大多数盲人来说，是一笔巨大的开销，承担起来比较困难。同时导盲犬的共组寿命大越在8到10年之间，这相对于人的寿命来说，比较短暂。当一只导盲犬的工作寿命结束后，盲人可能又需要新的导盲犬，除了大量的金钱开销以外，还需要盲人与新的导盲犬互相适应，这在一定程度上会影响到盲人的正常生活。

综上，现在亟需提供一种新的、为盲人导航的方式，用以解决现有技术中利用导盲犬为盲人引路的方案中所存在的不方便、成本高、工作寿命短的技术问题。

发明内容

本发明实施例提供的无人机导航方法、***及无人机，主要解决的技术问题是：现有技术中利用导盲犬为盲人引路的方案中所存在的不方便、成本高、工作寿命短的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种无人机导航方法，包括：

无人机确定导航对象当前所处位置以及所述导航对象的面部朝向；

所述无人机以所述导航对象为基准探测预设范围内的障碍物，并确定所述障碍物的位置信息；

所述无人机根据探测结果结合所述导航对象当前所处位置及面部朝向生成导航提示信息；

所述无人机将所述导航提示信息发送给音频输出设备，以供所述音频输出设备根据所述导航提示信息向所述导向对象进行语音提示。

本发明实施例还提供一种无人机，包括：

对象信息确定模块，用于确定导航对象当前所处位置以及所述导航对象的面部朝向；

障碍信息确定模块，用于以所述导航对象为基准探测预设范围内的障碍物，并确定所述障碍物的位置信息；

音频信息生成模块，用于根据探测结果结合所述导航对象当前所处位置及面部朝向生成导航提示信息；

音频信息发送模块，用于将所述导航提示信息发送给音频输出设备，以供所述音频输出设备根据所述导航提示信息向所述导向对象进行语音提示。

本发明实施例还提供一种无人机导航***，包括音频输出设备和如上所述的无人机。

本发明实施例还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行前述的任一项的无人机导航方法。

本发明的有益效果是：

根据本发明实施例提供的无人机导航方法、***及无人机以及计算机存储介质，通过无人机确定导航对象当前所处的位置以及其面部朝向，然后探测以导航对象为基准的预设范围内的障碍物并确定出障碍物的位置信息，随后无人机结合导航对象当前所处的位置以及其面部朝向对探测结果进行处理生成导航提示信息，并将导航提示信息发送给音频输出设备，使音频输出设备根据导航提示信息像导航对象进行语音提示。当盲人作为导航对象时，虽然其不能视物，但是无人机获取了导航对象周围的障碍物情况，并根据导航对象的面部朝向生成了导航提示信息，让音频输出设备根据导航提示信息对导航对象进行语音提示，就能使得不能视物的导航对象了解到自己周围的障碍物情况，从而及时确定出针对障碍物的避让策略和行走路线，避免遭遇障碍物而受伤的情况发生。在本发明实施例中，利用了无人机相对于导盲犬拥有体型小、几乎不占用地面空间，而且无人机成本低、工作寿命长的优点，解决了现有技术中通过导盲犬导航所存在的体型不方便、成本高、工作寿命短的技术问题，不仅降低了盲人的经济负担，也提高了其出行的用户体验。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的无人机导航方法的一种流程图；

图2为本发明各实施例中无人机确定导航对象面部朝向的一种示意图；

图3为本发明各实施例中无人机确定导航对象面部朝向的另一种示意图；

图4为本发明各实施例中无人机探测预设范围内障碍物的一种示意图；

图5为本发明各实施例中无人机探测预设范围内障碍物的另一种示意图；

图6为本发明各实施例中导航对象下一时刻可能行进并进入的区域的一种示意图；

图7为本发明各实施例中预设范围的一种示意图；

图8为本发明各实施例中障碍物相对于导航对象偏角大小的一种示意图；

图9为本发明各实施例中多个障碍物相对于导航对象的偏角大小的一种示意图；

图10为本发明实施例二提供的无人机的一种结构示意图；

图11为本发明实施例二提供的无人机导航***的一种结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明实施例作进一步详细说明。

实施例一：

为了解决现有技术中通过导盲犬来辅助盲人行走的方案当中，导盲犬出行不方便、成本高、服务寿命短等技术问题，本实施例提供一种无人机导航方法，该方法由无人机执行，下面结合图1对无人机导航方法进行介绍：

在本实施例中导航对象指的是由于某些原因不能视物的人。无人机先将导航对象周围的路障情况了解清楚之后，根据路障情况和导航对象当前的面部朝向生成导航提示信息。然后由无人机与导航对象随身携带的音频输出设备进行通信，将导航提示信息发送给音频输出设备，由音频输出设备对导航对象进行语音提示。

S102、无人机确定导航对象当前所处位置以及导航对象的面部朝向。

无人机确定导航对象当前所处位置的方式由多种，例如，无人机中预先存储了导航对象的面部特征，在导航过程中，无人机可以利用自身的可旋转摄像头获取到周围的图像，然后将图像中采集到的任务面部信息与预存的导航对象的面部特征信息进行匹配，当匹配成功之后就能确定导航对象是哪一个，从而就可以确定导航对象当前所处的位置信息。除此种方式以外，由于导航对象会随身携带音频输出设备以便获得语音提示，因此，音频输出设备必然与导航对象处于相同的地理位置，所以，无人机只要确定音频输出设备的地理位置便可以确定导航对象当前所处位置。

尽管无人机在确定导航对象当前所处位置之后，仅需要确定障碍物的位置信息就能确定出导航对象与障碍物之间的相对关系，但是这种相对关系只是相对于无人机而言是清楚的，这对于导航对象来说，特别是针对无法视物的盲人来说，辨别方向通常都是以自己为中心，简单地区分前后或者左右，而以导航对象为基准的前后左右与导航对象当前的面部朝向有关：与导航对象面部朝向方向相同的是“前”，与导航对象面部朝向向背的是“后”；同样，“左”和“右”也是相对于导航对象的正面才又的概念。所以，在本实施例中，无人机还需要确定导航对象的面部朝向，以便确定出障碍物相对于导航对象的偏角信息，即障碍物相对于导航对象的方位信息。

无人机确定导航对象面部朝向的方式有这样几种:

第一种，无人机通过面部识别技术确定所述导航对象的面部朝向。例如无人机可以通过盘旋飞行，并利用可旋转摄像头获得导航对象标准的正面面部图像，标准的正面面部图像指的是从导航对象冠状面获取的面部图像。无人机确定为了获得导航对象标准的正面面部图像时，可旋转摄像头的朝向。如图2所示，导航对象21当前的面部朝向是正西方向，为了获得导航对象21标准的正面面部图像，则无人机20上的可旋转摄像头应当旋转至正东方向，当无人机20的可旋转摄像头从正东方向获得了导航对象21标准的正面面部图像时，则无人机20可以反推出导航对象21当前的面部朝向是朝西。

另外，无人机还可以根据导航对象面部的两个或两个以上器官的组合来确定导航对象的面部朝向，例如，确定导航对象双眼连线与正东(或西、或南、或北)方向间的夹角。如果采用了多个器官来确定面部朝向，则可以在计算出多个面部朝向后再取平均结果。

第二种，无人机确定导航对象的运动趋向，并根据运动趋向确定其面部朝向。由于人在行走的时候，通常是向前行，因此导航对象在前行的时候，其面部朝向通常与运动趋向相同，所以，在本实施例，为了确定导航对象的面部朝向，可以先确定导航对象的运动趋向。确定运动趋向的时候，可以根据导航对象在两个不同时刻所处的不同位置来确定。如图3所示，导航对象在t1时刻的位置在图3中的A点，而t2时刻，导航对象则到了图3中的B点，根据A、B之间的连线以及地理方向上的东西南北来确定导航对象的运动趋向为东偏北60°的方向，从而确定出导航对象的面部朝向为东偏北60°方向。

在第二种方式当中，t1时刻与t2时刻之间的间隔不应当太长，因为太长的话，导航对象可能已经更改了前行方向，在这种情形下，导向对象在两个时刻所处位置的连线已经无法代表导航对象的运动趋向了。如图3所示，导航对象在t1’的时候更改了前进方向，则t1时刻与t2时刻之间的连线几乎没有任何象征意义。同样的，t1时刻与t2时刻之间的间隔也不应当太短，因为按照人的行走习惯，在前行的过程中并不是走的完全的直线，有时候可能或有一点偏差，但这种偏差会很快被纠正回来，但如果将t1与t2之间的间隔设置得过短，则无人机可能会将这种偏差错误作为计算导航对象面部朝向的依据，从而造成较大的误差。

S104、无人机以导航对象为基准探测预设范围内的障碍物，并确定障碍物的位置信息。

无人机与导航对象之间的水平位置可以不相同，由于无人机是为导航对象服务的，因此，无人机可以以导航对象为中心，在预设的范围内进行飞行，以便探测预设范围内的障碍物情况。如图4所示，Q点所在的位置表征导航对象当前所处位置。无人机可以以Q点为圆心，在半径为n的范围内飞行活动。例如，当n等于5m的时候，无人机可以活动的区域面积为π*n²，也就是说，无人机可以活动飞行的区域为78.5m²。

当然，可以理解的是，无人机可以活动的预设范围也可以是其他形状，例如正方形，如图5所示，导航对象处于P点，P点处于正方形两条对角线的交点处。

由于本实施的上述示例当中，无人机探测预设范围的时候，是以导航对象为中心进行探测的，例如以导航对象当前所处位置的作为圆心，探测预设半径构成的圆以内的障碍物，或者以导航对象当前所处位置为预设边长的正方形的对角线交点，探测正方形范围内的障碍物。除此以外，无人机还可以以导航对象为三角形的重心、垂心等在三角形的范围内进行探测。由于在这种以导航对象所处位置为中心进行探测的方式中，无人机可以探测到导航对象四面八方的障碍物情况，而在实际行走的过程中，导航对象仅有可能会向着一定的方向前进，至少导航对象向着各个方向前进的几率是不相等的。如图6所示，导航对象当前面向正北方，以东西为界，靠北的区域为第一区域61，而靠南的区域为第二区域62，很明显，导航对象下一时刻走进第一区域62的可能性远大于走进第二区域62的可能性。因此，导航对象下一时刻遭遇的障碍物绝大部分可能都是第一区域61内的。故，在无人机进行探测的时候，还可以仅以导航对象作为基准，探测一定大小的扇形区域。如图7所示，导航对象当前处于M点，无人机仅会探测以M点为基准，确定一个半径为R，圆心角为θ的扇形区域作为预设区域进行探测。或者以导航对象所在位置为长方形、正方形的边长中点，探测一定大小的方形区域内的障碍物。

无人机在预设范围内探测障碍物时，可以采用的方式包括这样几种：

第一种，无人机以导航对象为基准通过红外探测技术探测障碍物并确定其位置信息。红外线是一种电磁辐射具有与可见光相似的特性，服从反射和折射定律，也有干涉、衍射和偏振等现象；同时它又具有离子型，即它可以光量子的形式发射和吸收。因此，红外探测器分为两种类型，一种是热探测器，另外一种是光子探测器。

热探测器利用红外辐射引起敏感元件的温度变化，进而使其有关物理参数或性能发生相应变化。通过测量有关物理参数或性能的变化可确定探测器所吸收的红外辐射。热探测器主要有热电阻型、热电偶型和热释电型和高莱气动型等几种类型。光子探测器是利用某些半导体材料在红外辐射下，产生光子效应，是材料的电学性质发生变化。通过测量电学性质的变化，可以确定红外辐射的强弱。按照光子探测器的工作原理，一般可以分为外光电和内光电探测器两种。内光电探测器又分为光电探测器、光电伏特探测器和光磁电探测器三种。

第二种，无人机通过图像识别技术确定以导航对象为基准的预设范围内的障碍物及障碍物的位置信息。无人机可以利用摄像头采集导航对象周围的图像信息，并对采集到的图片进行处理，利用边缘提取技术等图像处理技术从图片中确定障碍物，确定障碍物，并确定障碍物的位置信息。

第三种，无人机以导航对象为基准通过超声探测技术探测障碍物并确定其位置信息。超声波是一种频率高于人耳能听到的频率(20Hz～20KHz)的声波。其在传输过程中服从波的传输规律。例如：超声波在材料中保持直线行进；在两种不同材料的界面处发生反射。当无人机通过发射超声波在预设范围进行探测时，超声波遇到障碍物的时候将会出现反射现象，因此，无人机可以通过超声波探测到有无障碍物。同时由于超声波的传播速度服从波的传输定理：ν＝λf，ν为波速，λ为波长，f为波的频率。因此，无人机还可以确定出障碍物与自身之间的距离，进而确定障碍物的位置信息。

S106、无人机根据探测结果结合导航对象当前所处位置及面部朝向生成导航提示信息。

当无人机确定障碍物的位置信息之后，就能根据障碍物的位置信息以及导航对象当前所处的位置信息确定出导航提示信息。导航提示信息中通常可以包括障碍物相对于导航对象的方位信息，以及障碍物距离导航对象的距离信息。障碍物相对于导航对象的方位信息，即为障碍物与导航对象在水平面上的连线相对于导航对象正前方的偏角。如图8所示，导航对象21当前面朝北方，则障碍物22与导航对象21之间的方位信息即障碍物22与导航对象21之间的连线相对于正北方向的偏角。可以理解的是，偏角信息也可以是障碍物22与导航对象21在水平面连线同导航对象21右方的夹角，或者障碍物22与导航对象21在水平面连线同导航对象21左方的夹角。

最简单的导航提示信息中可以将障碍物相对于导航对象的方向分为前、后、左、右四个方向，如障碍物在导航对象的正前方。当然，在实际应用过程中，障碍物与导航对象的相对位置关系并不是如此简单，有可能障碍物并不是在正前方、正左方、正右方或者正后方，而是介于两个方向之间，例如，在导航对象左前方有障碍物，且与导航对象正前方的偏角为45°。

针对一个障碍物，既要包含其与导航对象之间的偏角信息，又要有其与导航对象之间的距离信息。由于某些情况下，会存在多个障碍物，因此，在一个导航提示信息中可以包含针对多个障碍物相对于导航对象的偏角信息与距离信息。当然，可以理解的是，也可以在一个导航提示信息中仅包括一个障碍物的偏角信息与距离信息，当存在多个障碍物的时候，生成多个导航提示信息。

在本实施例中，若无人机探测障碍物的预设范围是以导航对象当前所处位置为中心确定的，则无人机会探测导航对象四面八方的障碍物，但是由于导航对象下一刻的会遭遇这些障碍物的可能性并不相同，因此，为了将导航对象最有可能遭遇到的障碍物信息提示给导航对象，避免提示一些无用的信息干扰导航对象的判断，同时减少音频输出设备的工作量，则无人机在确定各个障碍物相对于导航对象偏角信息与距离信息之后，可以先为各个障碍物设置提示优先级，设置的原则是相对于导航对象面部朝向的偏角越大，则提示优先级越小。如图9所示，当前存在A、B、C三个障碍物，A、B、C与导航对象在水平面上的位置关系如图所示，由于导航对象21面向正北方向，则A、B、C的偏角大小分别为30°、150°和75°因此，A、B、C这三个障碍物当中，A相对于正北的偏角最小，C次之，B最大，所以，A的提示优先级最高，C次之，B最低。当无人机确定各个障碍物的提示优先级之后可以筛选出优先级满足第一预设条件的几个障碍物，并根据筛选出的障碍物的偏角信息与距离信息生成导航提示信息。在上述示例当中，无人机可以筛选出优先级最高的两个障碍物，即筛选出A和B，并根据A和B相对于导航对象的偏角信息与距离信息生成导航提示信息。

为了避免提示无用的信息干扰导航对象的判断除了上述方式以外，无人机还可以采用以下方式排出导航对象遭遇可能性小的障碍物：

无人机筛选出偏角信息满足预设条件的障碍物，第二预设条件可以是相对于导航对象面部朝向的偏角小于某一个值，例如，针对图9的示例，第二预设条件为偏角小于60°的障碍物。则无人机根据第二预设条件筛选出的需要进行提示的障碍物为A。筛选出来以后，无人机可以根据障碍物相对导航对象的角度信息及距离信息生成导航提示信息。

值得注意的是，由于人类对角度数值并不十分敏感，因此，在生成导航提示信息的时候，无人机还可以将导航提示信息转换成符合人类方向辨别习惯的语音提示，例如，将“您当前前行方向向东偏转30度的地方存在xx障碍物”转换为“在您的1点钟方向存在xx障碍物”。

S108、无人机将导航提示信息发送给音频输出设备，以供音频输出设备根据导航提示信息向导向对象进行语音提示。

无人机与导航对象随身携带的音频输出设备之间通信的方式可以为蓝牙、WiFi等无线通信方式。本实施例中音频输出设备可以为便携式音箱或者是耳机。当无人机将生成的导航提示信息发送给便携式音箱或者是耳机，便携式音箱或者是耳机可以直接根据导航提示信息输出声音信号对导航对象进行提示。

另外，由于导航对象在出行的时候并不是漫无目的的，因此无人机还可以根据导航对象的目的地和路况信息规划前行路径，生成行进策略并发送给音频输出设备，是音频输出设备根据行进策略对导航对象进行提示，例如在需要拐弯的时候提示拐弯。

本发明实施例提供的无人机导航方法，通过无人机确定导航对象的位置和面部朝向，以及导航对象周围障碍物的情况，生成针对障碍物的导航提示信息，并将导航提示信息发送给音频输出设备，使音频输出设备根据导航提示信息像导航对象进行语音提示。使导航对象了解到自己周围的障碍物情况，从而及时确定出针对障碍物的避让策略和行走路线，避免遭遇障碍物而受伤的情况发生。在本发明实施例中，不仅利用无人机成本低、工作寿命长的优点，解决了现有技术中通过导盲犬导航所存在的体型不方便、成本高、工作寿命短的技术问题。更进一步地，由于无人机会对探测出的障碍物进行筛选，避免将所有障碍物的信息提示给导航对象，会导致导航对象因为受到无用导航提示信息的干扰而无法迅速确定出前行方向的规划，从而遭遇障碍物而受伤的情况，提高了导航对象的体验。

实施例二：

本实施例先提供一种无人机，如图10所示，无人机20包括对象信息确定模块202、障碍信息确定模块204、音频信息生成模块206和音频信息发送模块208。对象信息确定模块202用于确定导航对象当前所处位置以及导航对象的面部朝向；障碍信息确定模块204用于以导航对象为基准探测预设范围内的障碍物，并确定障碍物的位置信息；音频信息生成模块206用于根据探测结果结合导航对象当前所处位置及面部朝向生成导航提示信息；音频信息发送模块208用于将导航提示信息发送给音频输出设备，以供音频输出设备根据所述导航提示信息向导向对象进行语音提示。

在本实施例中导航对象指的是由于某些原因不能视物的人。无人机20先将导航对象周围的路障情况了解清楚之后，根据路障情况和导航对象当前的面部朝向生成导航提示信息。然后由无人机20与导航对象随身携带的音频输出设备进行通信，将导航提示信息发送给音频输出设备，由音频输出设备对导航对象进行语音提示。

对象信息确定模块202确定导航对象当前所处位置的方式由多种，例如，无人机20中预先存储了导航对象的面部特征，在导航过程中，对象信息确定模块202可以利用自身的可旋转摄像头获取到周围的图像，然后将图像中采集到的任务面部信息与预存的导航对象的面部特征信息进行匹配，当匹配成功之后就能确定导航对象是哪一个，从而就可以确定导航对象当前所处的位置信息。除此种方式以外，由于导航对象会随身携带音频输出设备以便获得语音提示，因此，音频输出设备必然与导航对象处于相同的地理位置，所以，无人机只要确定音频输出设备的地理位置便可以确定导航对象当前所处位置。

尽管对象信息确定模块202在确定导航对象当前所处位置之后，仅需要确定障碍物的位置信息就能确定出导航对象与障碍物之间的相对关系，但是这种相对关系只是相对于对象信息确定模块202而言是清楚的，这对于导航对象来说，特别是针对无法视物的盲人来说，辨别方向通常都是以自己为中心，简单地区分前后或者左右，而以导航对象为基准的前后左右与导航对象当前的面部朝向有关：与导航对象面部朝向方向相同的是“前”，与导航对象面部朝向向背的是“后”；同样，“左”和“右”也是相对于导航对象的正面才又的概念。所以，在本实施例中，对象信息确定模块202还需要确定导航对象的面部朝向，以便确定出障碍物相对于导航对象的偏角信息，即障碍物相对于导航对象的方位信息。

对象信息确定模块202确定导航对象面部朝向的方式有这样几种:

第一种，对象信息确定模块202通过面部识别技术确定所述导航对象的面部朝向。例如无人机20可以通过盘旋飞行，并利用可旋转摄像头获得导航对象标准的正面面部图像，标准的正面面部图像指的是从导航对象冠状面获取的面部图像。对象信息确定模块202确定为了获得导航对象标准的正面面部图像时，可旋转摄像头的朝向。如图2所示，导航对象21当前的面部朝向是正西方向，为了获得导航对象21标准的正面面部图像，则无人机20上的可旋转摄像头应当旋转至正东方向，当无人机20的可旋转摄像头从正东方向获得了导航对象21标准的正面面部图像时，则对象信息确定模块202可以反推出导航对象21当前的面部朝向是朝西。

另外，对象信息确定模块202还可以根据导航对象面部的两个或两个以上器官的组合来确定导航对象的面部朝向，例如，确定导航对象双眼连线与正东(或西、或南、或北)方向间的夹角。如果对象信息确定模块202采用了多个器官来确定面部朝向，则可以在计算出多个面部朝向后再取平均结果。

第二种，对象信息确定模块202确定导航对象的运动趋向，并根据运动趋向确定其面部朝向。由于人在行走的时候，通常是向前行，因此导航对象在前行的时候，其面部朝向通常与运动趋向相同，所以，在本实施例，为了确定导航对象的面部朝向，可以先确定导航对象的运动趋向。确定运动趋向的时候，可以根据导航对象在两个不同时刻所处的不同位置来确定。如图3所示，导航对象在t1时刻的位置在图3中的A点，而t2时刻，导航对象则到了图3中的B点，根据A、B之间的连线以及地理方向上的东西南北来确定导航对象的运动趋向为东偏北60°的方向，从而确定出导航对象的面部朝向为东偏北60°方向。

在第二种方式当中，t1时刻与t2时刻之间的间隔不应当太长，因为太长的话，导航对象可能已经更改了前行方向，在这种情形下，导向对象在两个时刻所处位置的连线已经无法代表导航对象的运动趋向了。如图3所示，导航对象在t1’的时候更改了前进方向，则t1时刻与t2时刻之间的连线几乎没有任何象征意义。同样的，t1时刻与t2时刻之间的间隔也不应当太短，因为按照人的行走习惯，在前行的过程中并不是走的完全的直线，有时候可能或有一点偏差，但这种偏差会很快被纠正回来，但如果将t1与t2之间的间隔设置得过短，则无人机可能会将这种偏差错误作为计算导航对象面部朝向的依据，从而造成较大的误差。

障碍信息确定模块204以导航对象为基准探测预设范围内的障碍物，并确定障碍物的位置信息。无人机20与导航对象之间的水平位置可以不相同，由于无人机20是为导航对象服务的，因此，无人机20可以以导航对象为中心，在预设的范围内进行飞行，以便探测预设范围内的障碍物情况。如图4所示，Q点所在的位置表征导航对象当前所处位置。无人机20可以以Q点为圆心，在半径为n的范围内飞行活动。例如，当n等于5m的时候，无人机20可以活动的区域面积为π*n²，也就是说，无人机20可以活动飞行的区域为78.5m²。

当然，可以理解的是，无人机20可以活动的预设范围也可以是其他形状，例如正方形，如图5所示，导航对象处于P点，P点处于正方形两条对角线的交点处。

由于本实施的上述示例当中，障碍信息确定模块204探测预设范围的时候，是以导航对象为中心进行探测的，例如以导航对象当前所处位置的作为圆心，探测预设半径构成的圆以内的障碍物，或者以导航对象当前所处位置为预设边长的正方形的对角线交点，探测正方形范围内的障碍物。除此以外，障碍信息确定模块204还可以以导航对象为三角形的重心、垂心等在三角形的范围内进行探测。由于在这种以导航对象所处位置为中心进行探测的方式中，障碍信息确定模块204可以探测到导航对象四面八方的障碍物情况，而在实际行走的过程中，导航对象仅有可能会向着一定的方向前进，至少导航对象向着各个方向前进的几率是不相等的。如图6所示，导航对象当前面向正北方，以东西为界，靠北的区域为第一区域61，而靠南的区域为第二区域62，很明显，导航对象下一时刻走进第一区域62的可能性远大于走进第二区域62的可能性。因此，导航对象下一时刻遭遇的障碍物绝大部分可能都是第一区域61内的。故，在障碍信息确定模块204进行探测的时候，还可以仅以导航对象作为基准，探测一定大小的扇形区域。如图7所示，导航对象当前处于M点，障碍信息确定模块204仅会探测以M点为基准，确定一个半径为R，圆心角为θ的扇形区域作为预设区域进行探测。或者以导航对象所在位置为长方形、正方形的边长中点，探测一定大小的方形区域内的障碍物。

障碍信息确定模块204在预设范围内探测障碍物时，可以采用的方式包括这样几种：

第一种，障碍信息确定模块204以导航对象为基准通过红外探测技术探测障碍物并确定其位置信息。红外线是一种电磁辐射具有与可见光相似的特性，服从反射和折射定律，也有干涉、衍射和偏振等现象；同时它又具有离子型，即它可以光量子的形式发射和吸收。因此，红外探测器分为两种类型，一种是热探测器，另外一种是光子探测器。

热探测器利用红外辐射引起敏感元件的温度变化，进而使其有关物理参数或性能发生相应变化。通过测量有关物理参数或性能的变化可确定探测器所吸收的红外辐射。热探测器主要有热电阻型、热电偶型和热释电型和高莱气动型等几种类型。光子探测器是利用某些半导体材料在红外辐射下，产生光子效应，是材料的电学性质发生变化。通过测量电学性质的变化，可以确定红外辐射的强弱。按照光子探测器的工作原理，一般可以分为外光电和内光电探测器两种。内光电探测器又分为光电探测器、光电伏特探测器和光磁电探测器三种。

第二种，障碍信息确定模块204通过图像识别技术确定以导航对象为基准的预设范围内的障碍物及障碍物的位置信息。障碍信息确定模块204可以利用摄像头采集导航对象周围的图像信息，并对采集到的图片进行处理，利用边缘提取技术等图像处理技术从图片中确定障碍物，确定障碍物，并确定障碍物的位置信息。

第三种，障碍信息确定模块204以导航对象为基准通过超声探测技术探测障碍物并确定其位置信息。超声波是一种频率高于人耳能听到的频率(20Hz～20KHz)的声波。其在传输过程中服从波的传输规律。例如：超声波在材料中保持直线行进；在两种不同材料的界面处发生反射。当障碍信息确定模块204通过发射超声波在预设范围进行探测时，超声波遇到障碍物的时候将会出现反射现象，因此，障碍信息确定模块204可以通过超声波探测到有无障碍物。同时由于超声波的传播速度服从波的传输定理：ν＝λf，ν为波速，λ为波长，f为波的频率。因此，障碍信息确定模块204还可以确定出障碍物与自身之间的距离，进而确定障碍物的位置信息。

当障碍信息确定模块204确定障碍物的位置信息之后，音频信息生成模块206就能根据障碍物的位置信息以及导航对象当前所处的位置信息确定出导航提示信息。导航提示信息中通常可以包括障碍物相对于导航对象的方位信息，以及障碍物距离导航对象的距离信息。障碍物相对于导航对象的方位信息，即为障碍物与导航对象在水平面上的连线相对于导航对象正前方的偏角。如图8所示，导航对象21当前面朝北方，则障碍物22与导航对象21之间的方位信息即障碍物22与导航对象21之间的连线相对于正北方向的偏角。可以理解的是，偏角信息也可以是障碍物22与导航对象21在水平面连线同导航对象21右方的夹角，或者障碍物22与导航对象21在水平面连线同导航对象21左方的夹角。

音频信息生成模块206生成的最简单的导航提示信息中可以将障碍物相对于导航对象的方向分为前、后、左、右四个方向，如障碍物在导航对象的正前方。当然，在实际应用过程中，障碍物与导航对象的相对位置关系并不是如此简单，有可能障碍物并不是在正前方、正左方、正右方或者正后方，而是介于两个方向之间，例如，在导航对象左前方有障碍物，且与导航对象正前方的偏角为45°。

针对一个障碍物，音频信息生成模块206生成的导航提示信息中既要包含其与导航对象之间的偏角信息，又要有其与导航对象之间的距离信息。由于某些情况下，会存在多个障碍物，因此，在一个导航提示信息中可以包含针对多个障碍物相对于导航对象的偏角信息与距离信息。当然，可以理解的是，音频信息生成模块206也可以在一个导航提示信息中仅包括一个障碍物的偏角信息与距离信息，当存在多个障碍物的时候，生成多个导航提示信息。

在本实施例中，若障碍信息确定模块204探测障碍物的预设范围是以导航对象当前所处位置为中心确定的，则障碍信息确定模块204会探测导航对象四面八方的障碍物，但是由于导航对象下一刻的会遭遇这些障碍物的可能性并不相同，因此，为了将导航对象最有可能遭遇到的障碍物信息提示给导航对象，避免提示一些无用的信息干扰导航对象的判断，同时减少音频输出设备的工作量，则障碍信息确定模块204在确定各个障碍物相对于导航对象偏角信息与距离信息之后，音频信息生成模块206可以先为各个障碍物设置提示优先级，设置的原则是相对于导航对象面部朝向的偏角越大，则提示优先级越小。如图9所示，当前存在A、B、C三个障碍物，A、B、C与导航对象在水平面上的位置关系如图所示，由于导航对象21面向正北方向，则A、B、C的偏角大小分别为30°、150°和75°因此，A、B、C这三个障碍物当中，A相对于正北的偏角最小，C次之，B最大，所以，A的提示优先级最高，C次之，B最低。当音频信息生成模块206确定各个障碍物的提示优先级之后可以筛选出优先级满足第一预设条件的几个障碍物，并根据筛选出的障碍物的偏角信息与距离信息生成导航提示信息。在上述示例当中，音频信息生成模块206可以筛选出优先级最高的两个障碍物，即筛选出A和B，并根据A和B相对于导航对象的偏角信息与距离信息生成导航提示信息。

为了避免提示无用的信息干扰导航对象的判断除了上述方式以外，音频信息生成模块206还可以采用以下方式排出导航对象遭遇可能性小的障碍物：

音频信息生成模块206筛选出偏角信息满足预设条件的障碍物，第二预设条件可以是相对于导航对象面部朝向的偏角小于某一个值，例如，针对图9的示例，第二预设条件为偏角小于60°的障碍物。则音频信息生成模块206根据第二预设条件筛选出的需要进行提示的障碍物为A。筛选出来以后，音频信息生成模块206可以根据障碍物相对导航对象的角度信息及距离信息生成导航提示信息。

值得注意的是，由于人类对角度数值并不十分敏感，因此，在生成导航提示信息的时候，音频信息生成模块206还可以将导航提示信息转换成符合人类方向辨别习惯的语音提示，例如，将“您当前前行方向向东偏转30度的地方存在xx障碍物”转换为“在您的1点钟方向存在xx障碍物”。

音频信息发送模块208与导航对象随身携带的音频输出设备之间通信的方式可以为蓝牙、WiFi等无线通信方式。本实施例中音频输出设备可以为便携式音箱或者是耳机。当音频信息发送模块208将生成的导航提示信息发送给便携式音箱或者是耳机，便携式音箱或者是耳机可以直接根据导航提示信息输出声音信号对导航对象进行提示。

另外，由于导航对象在出行的时候并不是漫无目的的，因此无人机20还可以根据导航对象的目的地和路况信息规划前行路径，生成行进策略并发送给音频输出设备，是音频输出设备根据行进策略对导航对象进行提示，例如在需要拐弯的时候提示拐弯。

本实施例提供的无人机，对象信息确定模块的功能可以通过摄像头与处理器共同实现，也可以通过通信装置获取音频输出设备的位置信息，然后发送给处理器，又处理器解析出音频输出设备的位置作为导航对象当前所处的位置。障碍信息确定模块可以为红外探测器、超声探测器或者是摄像头与处理器来实现。而音频信息生成模块的功能则可以由处理器来实现，处理器获取到导航对象当前所处位置、面部朝向和障碍物的位置信息后，可以根据障碍物的位置信息与导航对象的面部朝向确定障碍物相对于导航对象面部朝向的偏角信息，并根据障碍物的位置信息与导航对象当前所处位置确定障碍物相对于导向对象的距离信息。最后由通信装置实现音频信息发送模块的功能，将导航提示信息发送给音频输出设备。

如图11，本实施例还提供一种无人机导航***11，其包括音频输出设备10和上述无人机20。无人机20将导航提示信息发送给音频输出设备10之后，音频输出设备会通过输出声音信号的方式向导航对象进行语音提示，使得导航对象根据语音提示确定规避障碍物的策略及方案。

本发明实施例提供的无人机以及无人机导航***，通过无人机确定导航对象和导航对象周围障碍物的情况，生成针对障碍物的导航提示信息，并将导航提示信息发送给音频输出设备，使音频输出设备根据导航提示信息像导航对象进行语音提示。使导航对象了解到自己周围的障碍物情况，从而及时确定出针对障碍物的避让策略和行走路线，避免遭遇障碍物而受伤的情况发生。在本发明实施例中，不仅利用了无人机成本低、工作寿命长的优点，解决了现有技术中通过导盲犬导航所存在的体型不方便、成本高、工作寿命短的技术问题。而且更进一步的是，由于无人机会对探测出的障碍物进行筛选，避免将所有障碍物的信息提示给导航对象，会导致导航对象因为受到无用导航提示信息的干扰而无法迅速确定出前行方向的规划，从而遭遇障碍物而受伤的情况，提高了导航对象的体验。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述本发明实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在计算机存储介质(ROM/RAM、磁碟、光盘)中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。所以，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明实施例所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种无人机导航方法，包括：

无人机确定导航对象当前所处位置以及所述导航对象的面部朝向；

所述无人机以所述导航对象为基准探测预设范围内的障碍物，并确定所述障碍物的位置信息；

所述无人机根据探测结果结合所述导航对象当前所处位置及面部朝向生成导航提示信息；

所述无人机将所述导航提示信息发送给音频输出设备，以供所述音频输出设备根据所述导航提示信息向所述导向对象进行语音提示。

2.如权利要求1所述的无人机导航方法，其特征在于，所述无人机确定导航对象当前所处位置包括：

所述无人机获取所述音频输出设备的定位信号，对所述定位信号进行解析获得所述音频输出设备所在的位置，并以所述音频输出设备所在的位置表征所述导航对象当前所处位置；

或，

所述无人机可旋转的摄像头获取周围图像，通过面部识别技术从获取的图像中识别出所述导航对象，并确定所述导航对象当前所述位置。

3.如权利要求1所述的无人机导航方法，其特征在于，所述无人机确定所述导航对象的面部朝向包括：

所述无人机通过面部识别技术确定所述导航对象的面部朝向；

或，

所述无人机确定所述导航对象的运动趋向，并根据所述运动趋向确定其面部朝向。

4.如权利要求1所述的无人机导航方法，其特征在于，所述无人机以所述导航对象为基准探测预设范围内的障碍物，并确定所述障碍物的位置信息的方式包括以下几种中的任意一种：

所述无人机以所述导航对象为基准通过红外探测技术探测预设范围内的障碍物并确定障碍物的位置信息；

所述无人机通过图像识别技术确定以所述导航对象为基准的预设范围内的障碍物及障碍物的位置信息；

所述无人机以所述导航对象为基准通过超声探测技术探测障碍物并确定障碍物的位置信息。

5.如权利要求1所述的无人机导航方法，其特征在于，还包括：

所述无人机根据预设的目的地为所述导航对象规划前行路径；

基于所述导航对象当前所述位置和所述前行路径确定所述导航对象下一时段的行进策略；

所述无人机将所述行进策略发送给所述音频输出设备，以供所述音频输出设备根据所述行进策略向所述导向对象进行语音提示。

6.如权利要求1-5任一项所述的无人机导航方法，其特征在于，所述无人机根据探测结果结合所述导航对象当前所处位置及面部朝向生成导航提示信息包括：

所述无人机根据所述障碍物的位置信息与所述导航对象的面部朝向确定所述障碍物相对于所述导航对象面部朝向的偏角信息，并根据所述障碍物的位置信息与所述导航对象当前所处位置确定所述障碍物相对于所述导向对象的距离信息；

所述无人机根据所述障碍物相对所述导航对象的偏角信息及距离信息生成导航提示信息。

7.如权利要求6所述的无人机导航方法，其特征在于，当所述障碍物有两个及以上时，所述无人机根据所述障碍物相对所述导航对象的角度信息及距离信息生成导航提示信息包括：

所述无人机根据各所述障碍物相对于所述导航对象的偏角信息确定针对各所述障碍物的提示优先级，偏角越大，则提示优先级越小；

所述无人机筛选出提示优先级满足第一预设条件的障碍物，并根据所述障碍物相对所述导航对象的角度信息及距离信息生成导航提示信息。

8.如权利要求6所述的无人机导航方法，其特征在于，当所述障碍物有两个及以上时，所述无人机根据所述障碍物相对所述导航对象的角度信息及距离信息生成导航提示信息包括：

所述无人机筛选出偏角信息满足第二预设条件的所述障碍物，并根据所述障碍物相对所述导航对象的角度信息及距离信息生成导航提示信息。

9.一种无人机，其特征在于，包括：

对象信息确定模块，用于确定导航对象当前所处位置以及所述导航对象的面部朝向；

障碍信息确定模块，用于以所述导航对象为基准探测预设范围内的障碍物，并确定所述障碍物的位置信息；

音频信息生成模块，用于根据探测结果结合所述导航对象当前所处位置及面部朝向生成导航提示信息；

音频信息发送模块，用于将所述导航提示信息发送给音频输出设备，以供所述音频输出设备根据所述导航提示信息向所述导向对象进行语音提示。

10.如权利要求9所述的无人机，其特征在于，音频信息生成模块根据所述障碍物的位置信息与所述导航对象的面部朝向确定所述障碍物相对于所述导航对象面部朝向的偏角信息，并根据所述障碍物的位置信息与所述导航对象当前所处位置确定所述障碍物相对于所述导向对象的距离信息；并根据所述障碍物相对所述导航对象的偏角信息及距离信息生成导航提示信息。

11.一种无人机导航***，包括音频输出设备和如权利要求9或10所述的无人机。

12.如权利要求11所述的无人机导航***，所述音频输出设备为耳机。