CN108377271A - 一种多旋翼飞行器服务网络 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种多旋翼飞行器服务网络，所述服务网络包括远程管理模块、多个飞行器停靠点和能够停靠在飞行器停靠点处的飞行器；所述飞行器停靠点可为飞行器充电；所述飞行器停靠点经网络与远程管理模块连接；所述远程管理模块对飞行器进行遥控并存贮飞行器采集信息；当服务网络执行任务时，所述远程管理模块对任务分析后把任务下发至最优路径处的飞行器停靠点处的飞行器；当飞行器在执行任务过程中需要充电时，所述远程管理模块向该飞行器下发返航指令并指定最优停靠点；本发明能为旋翼飞行器的长距离任务提供停靠、通迅、充电和任务分发等服务。

Description

一种多旋翼飞行器服务网络

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，尤其是一种多旋翼飞行器服务网络。

背景技术

近年来，由于多旋翼飞行器的灵活度高，控制简单，对起降场地几乎没有要求，维护简单，不易损坏，成本低等优点，广泛地应用在航拍摄影、山林防护、精确农业、电力巡检、快递运输等领域。

在信息采集方面，目前飞行器主要的传输模式是将采集到的数据通过无线传输的方式发送给最近的通信节点，再以接力方式发送给通信终端。

众所周知，由于多旋翼飞行器采用电池供电，续航能力差，无法长时间连续作业（通常飞行时间约为20-40分钟），这大大限制了多旋翼飞行器的应用领域。因此，如何延长多旋翼飞行器的续航时间，保证任务的顺利完成，成为当前研究的热点问题之一。

与此同时，卫星定位***（如美国的GPS和我国的北斗***）是目前广泛应用的可提供全方位、全天候、全时段、低成本的全球导航定位服务***，能为用户提供三维位置、运行速度和精确定时等导航信息，为全球提供了一种十分便利而且低成低廉的导航定位方式。但全球卫星定位***对民用领域开放的精度约为10米，因此，单独利用卫星定位***还无法使飞行器降落停到只有几十厘米范围的指定地点。

此外，也由于多旋翼飞行器采用电池供电，未来兼顾飞行器的续航时间，其无线发射机的发射功率通常都十分有限；同时由于飞行器载重限制，通常需要采用小型天线，从而限制了天线的信号收发性能。这些限制大大制约了多旋翼飞行器的通信距离（通常仅为数百米至数公里）。因此，如何扩展多旋翼飞行器的通信距离，也是当前亟待解决的问题之一。由此衍生出的飞行器通信中继站，以接力通信的方式，帮助飞行器扩展其通信距离。

发明内容

本发明提出一种多旋翼飞行器服务网络，能为旋翼飞行器的长距离任务提供停靠、通迅、充电和任务分发等服务。

本发明采用以下技术方案。

一种多旋翼飞行器服务网络，所述服务网络包括远程管理模块、多个飞行器停靠点和能够停靠在飞行器停靠点处的飞行器；所述飞行器停靠点可为飞行器充电；所述飞行器停靠点经网络与远程管理模块连接；所述远程管理模块对飞行器进行遥控并存贮飞行器采集信息；当服务网络执行任务时，所述远程管理模块对任务分析后把任务下发至最优路径处的飞行器停靠点处的飞行器；当飞行器在执行任务过程中需要充电时，所述远程管理模块向该飞行器下发返航指令并指定最优停靠点。

所述飞行器为以内置电池供电的多旋翼飞行器；所述飞行器停靠点包括塔杆和固定于塔杆上的服务站。

所述服务站包括无线定位模块、卫星定位及通信模块、中继通信模块、充电模块和防护壳体；所述飞行器内置飞行端定位模块和飞行端通信模块。

所述多个停靠点处的服务站以网络连接形成通信辅助网络；当飞行器执行任务时，所述通信辅助网络可承担飞行器与远程管理模块之间的通信及信息中转传输。

所述充电模块包括无线充电座、太阳能电池板和电源变换设备；所述飞行端定位模块包括全球卫星定位模块。

所述卫星定位及通信模块位于服务站顶部，所述防护壳***于卫星定位及通信模块下方；防护壳体的顶板处设有太阳能电池板；防护壳体的一端敞开为飞行器出入口；防护壳体内设有电源变换设备、无线定位模块和与无线定位模块相邻的无线充电座；防护壳体下方设有中继通信模块；中继通信模块处设有用于固定中继通信上行天线和中继通信下行天线的水平支架；所述中继通信上行天线和中继通信下行天线分设于水平支架两端处。

所述服务网络的服务方法包括以下方法；

A1、服务网络定时收集飞行器停靠点处的飞行器停靠数据和飞行器状态数据；当服务网络执行任务时，所述远程管理模块对任务分析；按目前有可执行任务的飞行器所在的飞行器停靠点位置，确定距任务地点最近的飞行器停靠点，然后以通信辅助网络或是无线遥控方式向该飞行器停靠点处的飞行器下达任务；

A2、飞行器在执行任务前从远程管理模块获取执行任务路线上的各个服务站地址坐标，飞行器在执行任务过程中，通过无线方式把执行任务过程所采集的信息发送给最近的服务站，服务站在接收信息后通过服务站互联形成的通信辅助网络把信息回送给远程管理模块；

A3、当执行任务的飞行器电量不足后，远程管理模块指派就近服务站上的相应飞行器前往任务点接替完成任务，原飞行器得到返回指令后飞抵并停靠于服务站；旋翼飞行器在停靠时直接从防护壳体侧壁的飞行器出入口飞入，防护壳体内的无线定位模块对旋翼飞行器进行引导，使飞行器准确地停于无线充电座处；服务站能够以无线方式对无线充电座上的飞行器充电；服务器以太阳能电池板或市电供电。

通过本发明此方案，可以解决多旋翼飞行器因供电问题而带来续航能力差、无法执行远程任务的问题，同时还可以解决无人机因通信能力有限而带来的信息无法远距离传输的问题。

本发明能够搭建出一套完整的多旋翼飞行器服务网络。利用多旋翼飞行器结构简单、灵活度高、维护成本低等优点，将多旋翼飞行器停靠于远程服务站平台，便于任务的执行；同时，飞行器与远程服务站交互、远程管理模块与服务站交互以及远程服务站的充电功能，帮助飞行器解决了信息无法实现任意距离传输和续航能力差的问题。本方案大大提高了飞行器执行任务的效率，使飞行器的应用场合更为广泛。

本发明中，远程管理模块的智能化控制模式作为整个服务网络的核心，使服务网络更加高效地执行任务；在此网络运作时，整个服务网络由远程管理模块操控，使停靠于远程服务站上的各类飞行器执行任务，任务执行中，信息通过接力的方式传送给就近通信节点使得远程管理模块与飞行器之间能维持畅通的通讯链路，而且在远程管理模块的协调下，可调用多个远程服务站共同为多旋翼飞行器提供充电、检修等服务，大大提升了飞行器的续航、作业能力。

本发明所述的服务站设置于立杆上端，服务站上的防护壳可确保远程服务站及所停靠的飞行器不因风吹、雨淋和外力而遭到破坏，而且服务站以无线定位模块引导飞行器，能使飞行器准确地停于充电位，从而能有效提升充电效率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：

附图1是服务站的示意图；

附图2是远程管理模块与飞行器的配合作业流程示意图；

附图3是飞行器的任务执行流程示意图；

附图4是远程管理模块与各服务站的配合作业流程示意图；

附图5是电源变换设备配合太阳能电池板工作的原理示意图；

附图6是无线定位模块的原理示意图；

附图7是卫星定位及通信模块的原理示意图；

附图8是多个停靠点处的服务站以中继通信模块互联形成通信辅助网络的示意图；

附图9为多旋翼飞行器的示意图；

图中：1-防护壳体；2-太阳能电池板；3-电源变换设备；4-无线充电座；5-卫星定位及通信模块；6-无线定位模块；7-中继通信模块；8-中继通信上行天线；9-中继通信下行天线；10-飞行器出入口。

具体实施方式

如图1-8所示，一种多旋翼飞行器服务网络，所述服务网络包括远程管理模块、多个飞行器停靠点和能够停靠在飞行器停靠点处的飞行器；所述飞行器停靠点可为飞行器充电；所述飞行器停靠点经网络与远程管理模块连接；所述远程管理模块对飞行器进行遥控并存贮飞行器采集信息；当服务网络执行任务时，所述远程管理模块对任务分析后把任务下发至最优路径处的飞行器停靠点处的飞行器；当飞行器在执行任务过程中需要充电时，所述远程管理模块向该飞行器下发返航指令并指定最优停靠点。

所述飞行器为以内置电池供电的多旋翼飞行器；所述飞行器停靠点包括塔杆和固定于塔杆上的服务站。

所述服务站包括无线定位模块6、卫星定位及通信模块5、中继通信模块7、充电模块和防护壳体1；所述飞行器内置飞行端定位模块和飞行端通信模块。

所述多个停靠点处的服务站以网络连接形成通信辅助网络；当飞行器执行任务时，所述通信辅助网络可承担飞行器与远程管理模块之间的通信及信息中转传输。

所述充电模块包括无线充电座4、太阳能电池板2和电源变换设备3；所述飞行端定位模块包括全球卫星定位模块。

所述卫星定位及通信模块5位于服务站顶部，所述防护壳体1位于卫星定位及通信模块5下方；防护壳体1的顶板处设有太阳能电池板2；防护壳体1的一端敞开为飞行器出入口10；防护壳体内设有电源变换设备3、无线定位模块6和与无线定位模块6相邻的无线充电座4；防护壳体下方设有中继通信模块7；中继通信模块处设有用于固定中继通信上行天线8和中继通信下行天线9的水平支架；所述中继通信上行天线8和中继通信下行天线9分设于水平支架两端处。

所述服务网络的服务方法包括以下方法；

A1、服务网络定时收集飞行器停靠点处的飞行器停靠数据和飞行器状态数据；当服务网络执行任务时，所述远程管理模块对任务分析；按目前有可执行任务的飞行器所在的飞行器停靠点位置，确定距任务地点最近的飞行器停靠点，然后以通信辅助网络或是无线遥控方式向该飞行器停靠点处的飞行器下达任务；

A2、飞行器在执行任务前从远程管理模块获取执行任务路线上的各个服务站地址坐标，飞行器在执行任务过程中，通过无线方式把执行任务过程所采集的信息发送给最近的服务站，服务站在接收信息后通过服务站互联形成的通信辅助网络把信息回送给远程管理模块；

A3、当执行任务的飞行器电量不足后，远程管理模块指派就近服务站上的相应飞行器前往任务点接替完成任务，原飞行器得到返回指令后飞抵并停靠于服务站；旋翼飞行器在停靠时直接从防护壳体侧壁的飞行器出入口飞入，防护壳体内的无线定位模块对旋翼飞行器进行引导，使飞行器准确地停于无线充电座处；服务站能够以无线方式对无线充电座上的飞行器充电；服务器以太阳能电池板或市电供电。

本例中，中继通信下行天线9为全向天线；中继通信上行天线8为指向上一级中继的定向天线。

实施例一：

整个多旋翼飞行器服务网络由远程管理模块、多个固定在各种塔杆上的远程服务站以及长时间或短时间停靠于远程服务站上的执行各类任务的多旋翼飞行器构成。在远程管理模块处，完成关于任务地点与情况的分析；指派距离任务点最近的远程服务站上的相应飞行器起飞执行任务；将飞行器采集回的信息进行处理与分析；当执行任务的飞行器电量不足后，远程管理模块指派就近服务站上的相应飞行器前往任务点接替完成任务，原飞行器得到返回指令后能够停靠于服务站进行充电。同时，远程服务站上的防护装置可确保远程服务站及所停靠的飞行器不因风吹、雨淋和外力而遭到破坏。

按照本实施例一所描述的技术方案，能够搭建出一套完整的多旋翼飞行器服务网络。利用多旋翼飞行器结构简单、灵活度高、维护成本低等优点，将多旋翼飞行器停靠于远程服务站平台，便于任务的执行。同时，飞行器与远程服务站交互、远程管理模块与服务站交互以及远程服务站的充电功能，帮助飞行器解决了信息无法实现任意距离传输和续航能力差的问题。本方案大大提高了飞行器执行任务的效率，使飞行器的应用场合更为广泛。

实施例二：

本实施例二描述了此多旋翼服务网络中的远程管理模块运作方案，如图2所示。

远程管理模块在接收到第三方发送的任务发生地点后，进行任务分析（也可由用户在服务***的APP上报警，获取任务点的信息）；自动将多个远程服务站与任务点的距离按由近及远的顺序排序，优选地给就近的远程服务站发送调度指令。若此服务站没有能够执行相应任务的飞行器，则给次近的远程服务站发送调度指令，以此类推，直到有服务站的相应飞行器能够前往任务点执行任务。在任务执行过程中，实时地与各个服务站进行信息交互，将飞行器采集回的信息进行分析与处理。当获知执行任务的飞行器电量不足后，继续指派任务点就近的服务站上的相应飞行器起飞接替原飞行器完成任务。待飞行器到达任务点后，远程管理模块给原飞行器发送返回指令，使其能够自动停靠于就近服务站进行充电。

远程管理模块的智能化控制模式作为整个服务网络的核心，使服务网络更加高效地执行任务。

本实施例的其它内容与实施例一相类似，在此不作赘述。

实施例三：

本实施例三描述了多旋翼飞行器工作时的原理，如图3所示。

执行各类任务的多旋翼飞行器长时间或短时间停靠于远程服务站上。当得到任务指派后，起飞前往任务点执行任务。通过飞行器自带的通信设备，在执行任务过程中，实时地将采集到的信息通过无线传输的方式传给就近远程服务站，远程服务站再传给下一通信节点。当任务未完成但是出现电量不足的情况时，飞行器发出返回服务站进行充电的指令，得到远程管理模块的返回指令后，得以停靠就近远程服务站进行充电等工作。

多旋翼飞行器作为整个服务网络的任务执行者，通过此实施例，能够解决其续航差、通信无法实现任意距离传输的问题。使整个服务网络能够更加高效地完成任务。

本实施例的其它内容与实施例一、二相类似，在此不作赘述。

实施例四：

本实施例四描述了远程服务站工作时的原理，如图4所示。

本服务网络中设有多个固定在各种塔杆上的远程服务站。远程服务站通过带有的卫星定位和通信装置湿湿的地将本地的工作状态发送给远程管理模块，与远程管理模块保持信息交互状态。当得到远程管理模块的任务指派后，起飞停靠于其上的相应飞行器前往任务点执行任务。实时保持与本服务范围内的飞行器数据交互，利用无线电中继设备，充电飞行器和远程管理模块之间的中继站，提供中转传输服务。当有飞行器电量不足需要停靠于其上进行充电时，利用设有的无线电定位装置，协助飞行器准确地停靠在正确位置。通过充电设备自动对飞行器进行充电。另外，远程服务站上的防护装置可确保远程服务站及所停靠的飞行器不因风吹、雨淋和外力而遭到破坏。

其中远程服务站上的电源变换器电路如图5所示；无线电定位模块如图6所示；北斗卫星定位与通信模块如图7所示；无线中继通信模块如图8所示。远程服务站上的充电模块，供电来源可以是市电（有市电条件下）或者太阳能（无市电条件下），以有线充电或者无线充电的形式对飞行器进行充电均可。具体实施方案可根据实际需要进行设计。

综上所述，本发明设计了一种多旋翼飞行器服务网络的实现方案。创新点在于整个服务网络由远程管理模块操控，停靠于远程服务站上的各类飞行器执行任务，信息通过接力的方式传送给就近通信节点。多个远程服务站共同为多旋翼飞行器提供充电、检修等服务。

最后需要说明的是，上述说明仅是本发明的最佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，都可利用上述揭示的做法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和简单的替换等，这些都属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (7)

1.一种多旋翼飞行器服务网络，其特征在于：所述服务网络包括远程管理模块、多个飞行器停靠点和能够停靠在飞行器停靠点处的飞行器；所述飞行器停靠点可为飞行器充电；所述飞行器停靠点经网络与远程管理模块连接；所述远程管理模块对飞行器进行遥控并存贮飞行器采集信息；当服务网络执行任务时，所述远程管理模块对任务分析后把任务下发至最优路径处的飞行器停靠点处的飞行器；当飞行器在执行任务过程中需要充电时，所述远程管理模块向该飞行器下发返航指令并指定最优停靠点。

2.根据权利要求1所述的一种多旋翼飞行器服务网络，其特征在于：所述飞行器为以内置电池供电的多旋翼飞行器；所述飞行器停靠点包括塔杆和固定于塔杆上的服务站。

3.根据权利要求2所述的一种多旋翼飞行器服务网络，其特征在于：所述服务站包括无线定位模块、卫星定位及通信模块、中继通信模块、充电模块和防护壳体；所述飞行器内置飞行端定位模块和飞行端通信模块。

4.根据权利要求3所述的一种多旋翼飞行器服务网络，其特征在于：所述多个停靠点处的服务站以网络连接形成通信辅助网络；当飞行器执行任务时，所述通信辅助网络可承担飞行器与远程管理模块之间的通信及信息中转传输。

5.根据权利要求3所述的一种多旋翼飞行器服务网络，其特征在于：所述充电模块包括无线充电座、太阳能电池板和电源变换设备；所述飞行端定位模块包括全球卫星定位模块。

6.根据权利要求5所述的一种多旋翼飞行器服务网络，其特征在于：所述卫星定位及通信模块位于服务站顶部，所述防护壳***于卫星定位及通信模块下方；防护壳体的顶板处设有太阳能电池板；防护壳体的一端敞开为飞行器出入口；防护壳体内设有电源变换设备、无线定位模块和与无线定位模块相邻的无线充电座；防护壳体下方设有中继通信模块；中继通信模块处设有用于固定中继通信上行天线和中继通信下行天线的水平支架；所述中继通信上行天线和中继通信下行天线分设于水平支架两端处。

7.根据权利要求5所述的一种多旋翼飞行器服务网络，其特征在于：所述服务网络的服务方法包括以下方法；

A1、服务网络定时收集飞行器停靠点处的飞行器停靠数据和飞行器状态数据；当服务网络执行任务时，所述远程管理模块对任务分析；按目前有可执行任务的飞行器所在的飞行器停靠点位置，确定距任务地点最近的飞行器停靠点，然后以通信辅助网络或是无线遥控方式向该飞行器停靠点处的飞行器下达任务；

A2、飞行器在执行任务前从远程管理模块获取执行任务路线上的各个服务站地址坐标，飞行器在执行任务过程中，通过无线方式把执行任务过程所采集的信息发送给最近的服务站，服务站在接收信息后通过服务站互联形成的通信辅助网络把信息回送给远程管理模块；

A3、当执行任务的飞行器电量不足后，远程管理模块指派就近服务站上的相应飞行器前往任务点接替完成任务，原飞行器得到返回指令后飞抵并停靠于服务站；旋翼飞行器在停靠时直接从防护壳体侧壁的飞行器出入口飞入，防护壳体内的无线定位模块对旋翼飞行器进行引导，使飞行器准确地停于无线充电座处；服务站能够以无线方式对无线充电座上的飞行器充电；服务器以太阳能电池板或市电供电。