CN109508038A - 一种多机多甲板协调方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多机多甲板协调方法，包括甲板状态监控、甲板空域管理、无人机巡检、任务状态监控、安全平面高度规划、路线冲突管理和路线冲突预防，在无人机批量自动化巡逻拍照任务中，定义无人机起飞和降落的具体区域，以及巡检目的地，并在对应位置设置对应的用于起降和回收的甲板；该种多机多甲板协调方法，适应无人机巡检需求的业务发展，对于多机多甲板巡检模式提供了一套具体实现方案，在保障安全的基础上实现有序的调度/指引，促成多机在多甲板上以近似并行的方式完成自身的巡检任务并完成回收，减少了对人类飞手的需求，大幅提升区域批量自动化无人机巡检业务的效率，具有很好的可推广性。
Description
技术领域
本发明涉及多无人机协调控制技术领域，特别涉及一种多机多甲板协调方法。
背景技术
传统的无人机巡检工作主要是由飞手操控无人机进行，对飞手的依赖很高。在日益增加的巡检需求中，为了减少对飞手的依赖和提高无人机巡检的效率，会有一种更加自动化的方案，就是部署批量的无人机，每台无人机用坐标路点指定好巡检路线，并且设置合适的出发点和回收点，投放在一个区域中，实现一次性完成区域中批量的巡检任务。这样能大幅地提升巡塔的自动化程度，不仅能节约人力，还能提升巡塔效率和质量。目前，区域批量自动化无人机巡检任务分为以下三种巡检模式：多机一甲板巡检模式、一机一甲板巡检模式和多机多甲板巡检模式。
多机一甲板的巡检模式可以具体化为一个移动巡检***，采用车载类交通工具运输多个无人机到指定地点，交通工具中内置安装有本***的软件***和一个用于起飞和降落回收的甲板装置以及若干辅助装置。多个无人机通过甲板有序起飞和执行巡检，完成巡检任务的无人机回到靠近甲板的上方空域悬停，收到降落通知后检测到甲板当前可以执行降落则执行降落指令最终回收，直到所有无人机完成预定任务。
一机一甲板的巡检模式可以具体为一个单甲板的固定机场以及一部对应的无人机的定时或者指令巡检模式。
多机多甲板巡检模式，多机指的是多个具有遥控和拍摄和自动化巡检功能的无人机。多甲板指的是多个辅助无人机起飞和降落回收的装置，单个甲板同时只能用于处理最多一架无人机的起飞、降落操作。多机多甲板巡检模式是指在同一个片区中可以设置多个固定机场形成多个一对一的巡检体系，在更具体的需求中，甚至结合上述的多机一甲板的巡检模式或者设置分离的起飞/降落地点，来让甲板和无人机形成真正多对多的关系。
多机多甲板的巡检要求带来的是无人机调度的复杂性和安全性问题，要考虑正在空中飞行的无人机由于航线过近加上飞行过程中gps误差可能带来的碰撞问题，以及单个甲板在同一时间段里需要处理多个无人机的起飞降落流程时，如何保证处于自身所在地空域附近的待起降无人机的安全和有序操作。
本发明提出一种多机多甲板协调方法，对多机多甲板巡检模式提供了一套具体实现方案，减少对人类飞手的需求，提升区域批量自动化无人机巡检业务的效率。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种多机多甲板协调方法，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种多机多甲板协调方法，包括甲板状态监控、甲板空域管理、无人机巡检、任务状态监控、安全平面高度规划、路线冲突管理和路线冲突预防，具体方法步骤如下：
甲板状态监控：甲板***将按照一定时间间隔不断地向无人机软件***发送自身状态，以及从无人机软件***中拉取最新的操作命令，配合无人机软件***的调度要求完成抬升平台以让无人机起飞，或者落下平台以回收降落后的无人机，无人机软件***结合调度需求和甲板的当前状态来给甲板发送适合的命令并等待甲板完成命令所对应的操作；
甲板空域管理：由无人机软件***实现和维护，每个甲板所在处的地面会定义一个以甲板中心为圆心和一个合适半径r，高度为飞行高度上限的一个柱状体，称为甲板的空域，考虑到多个无人机在起降时可能会对同一个甲板存在使用需求，为了避免事故发生，每个甲板的空域中同一时间只能存在一个飞行中的无人机；
无人机巡检：无人机***将按照一定时间间隔不断地向无人机软件***发送自身状态，以及从无人机软件***中拉取最新的操作命令，在无人机拉取到起飞命令时，会同时从命令中获取用于对巡检目标进行巡检的一系列路点，路点中定义了经纬坐标、高度和拍照等动作信息，告知无人机到达巡检区域附近时，将按照定义好的路点进行巡检与拍照；
任务状态监控：无人机软件***根据无人机和机场与***通信传递状态定义好的接口协议能实时收集无人机的飞行状态和甲板的当前状态，通过对应接口做成日志或者UI界面显示，及时反馈给用户；
安全平面高度规划：无人机软件***对于无人机飞行时所要设置的安全平面高度，提供算法规划功能，能保证在同一批次通过同一个甲板执行巡检任务的无人机将被分配两个不同的安全平面高度且两者的安全平面高度差的绝对值不小于d；
路线冲突管理：如果两台无人机中，其中一台无人机的巡检目标在地面投影上形成的点集与另一台无人机飞往巡检目标在地面投影上形成的线段存在交错或者较近，则后一架无人机被设置的安全平面高度必须比前一架无人机要高，在无人机之间航线无论如何存在过近碰撞的危险，或者已经没有合适的安全平面高度分配给无人机时，无人机软件***会暂时停止处理下一个无人机的起飞命令并给出相应提示，等候下一个合适的时机或者导致冲突的其他无人机完成任务并回收后，即可继续起飞流程；
路线冲突预防：无人机的巡检目标必须从出发点和返回点都能直线可见，确保在不低于最高巡检路点和最高飞行高度之间的任意等海拔平面直线飞行路径上无障碍物，有可靠的通信信号，且不会经过任意其他运作中的甲板的空域，每个无人机会配备遥控器，在意外情况或者有事故隐患时采用人工接入控制的方式解决冲突。
优选的，所述无人机上安装有无线接收发装置，用来传送所拍摄的视频画面数据和无人机飞行姿态以及控制数据。
优选的，所述无人机接受无人机专用平板电脑控制，通过无人机专用平板电脑上的无人机软件***来控制无人机，并观看无人机传送回来的实时视频图像，所述无人机通过互联网与无人机专用平板电脑以及计算机控制中心实现无线连接。
优选的，所述甲板***通过互联网与无人机专用平板电脑以及计算机控制中心实现无线连接。
优选的，所述无人机与甲板***之间基于Http的消息队列模式建立对应连接和有效的状态，命令发送格式与之配合，控制所述无人机与甲板***的无人机专用平板电脑以及计算机控制中心均安装了MSMQ+Http支持。
优选的，所述无人机软件***通过软件通信、软硬件通信、软件算法结合，完成多机多甲板巡检模式下的现实场景调度。
优选的，所述无人机软件***可以运作于安装了windows、linux、macox等大部分主流操作***的服务器中，所述软硬件通信基于消息队列设计，只需要定义必要的数据格式即可简单实现软硬件通信。
优选的，所述安全平面高度规划步骤中，d是一个给定的合适值用于在兼备考虑了gps误差的情况下错开无人机的路线以避免可能产生的碰撞危险。
优选的，所述安全平面高度规划步骤中，每个安全平面最多只能容纳一架无人机，每架无人机在一个飞行任务中只分配给一个安全平面。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：该种多机多甲板协调方法，适应无人机巡检需求的业务发展，对于多机多甲板巡检模式提供了一套具体实现方案，在保障安全的基础上实现有序的调度/指引，促成多机在多甲板上以近似并行的方式完成自身的巡检任务并完成回收，减少了对人类飞手的需求，大幅提升区域批量自动化无人机巡检业务的效率，具有很好的可推广性。
附图说明
图1为本发明所述一种多机多甲板协调方法中多机多甲板巡检模式示意图；
图2为本发明所述一种多机多甲板协调方法中两架无人机路线冲突示意图；
图3为本发明所述一种多机多甲板协调方法中以2.0米海拔差为例，列出五层可作为安全平面的海拔高度；
图4为本发明所述一种多机多甲板协调方法以1-4号无人机为例作出的分配方案示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1
如图1-4所示，一种多机多甲板协调方法，包括甲板状态监控、甲板空域管理、无人机巡检、任务状态监控、安全平面高度规划、路线冲突管理和路线冲突预防，具体方法步骤如下：
甲板状态监控：甲板***将按照一定时间间隔不断地向无人机软件***发送自身状态，以及从无人机软件***中拉取最新的操作命令，配合无人机软件***的调度要求完成抬升平台以让无人机起飞，或者落下平台以回收降落后的无人机，无人机软件***结合调度需求和甲板的当前状态来给甲板发送适合的命令并等待甲板完成命令所对应的操作；
甲板空域管理：由无人机软件***实现和维护，每个甲板所在处的地面会定义一个以甲板中心为圆心和一个合适半径r，高度为飞行高度上限的一个柱状体，称为甲板的空域，考虑到多个无人机在起降时可能会对同一个甲板存在使用需求，为了避免事故发生，每个甲板的空域中同一时间只能存在一个飞行中的无人机；
无人机巡检：无人机***将按照一定时间间隔不断地向无人机软件***发送自身状态，以及从无人机软件***中拉取最新的操作命令，在无人机拉取到起飞命令时，会同时从命令中获取用于对巡检目标进行巡检的一系列路点，路点中定义了经纬坐标、高度和拍照等动作信息，告知无人机到达巡检区域附近时，将按照定义好的路点进行巡检与拍照；
任务状态监控：无人机软件***根据无人机和机场与***通信传递状态定义好的接口协议能实时收集无人机的飞行状态和甲板的当前状态，通过对应接口做成日志或者UI界面显示，及时反馈给用户；
安全平面高度规划：无人机软件***对于无人机飞行时所要设置的安全平面高度，提供算法规划功能，能保证在同一批次通过同一个甲板执行巡检任务的无人机将被分配两个不同的安全平面高度且两者的安全平面高度差的绝对值不小于d；每个无人机的飞行路线示意图如图1所示，如图3所示，以2.0米海拔差为例，可作为安全平面的海拔高度，图中列出5层；如图4所示，图中以1-4号无人机为例作出4号无人机的分配方案。
路线冲突管理：如果两台无人机中，如图2所示，其中一台无人机的巡检目标在地面投影上形成的点集与另一台无人机飞往巡检目标在地面投影上形成的线段存在交错或者较近，则后一架无人机被设置的安全平面高度必须比前一架无人机要高，在无人机之间航线无论如何存在过近碰撞的危险，或者已经没有合适的安全平面高度分配给无人机时，无人机软件***会暂时停止处理下一个无人机的起飞命令并给出相应提示，等候下一个合适的时机或者导致冲突的其他无人机完成任务并回收后，即可继续起飞流程；
路线冲突预防：无人机的巡检目标必须从出发点和返回点都能直线可见，确保在不低于最高巡检路点和最高飞行高度之间的任意等海拔平面直线飞行路径上无障碍物，有可靠的通信信号，且不会经过任意其他运作中的甲板的空域，每个无人机会配备遥控器，在意外情况或者有事故隐患时采用人工接入控制的方式解决冲突。
无人机上安装有无线接收发装置，用来传送所拍摄的视频画面数据和无人机飞行姿态以及控制数据。
无人机接受无人机专用平板电脑控制，通过无人机专用平板电脑上的无人机软件***来控制无人机，并观看无人机传送回来的实时视频图像，无人机通过互联网与无人机专用平板电脑以及计算机控制中心实现无线连接。
甲板***通过互联网与无人机专用平板电脑以及计算机控制中心实现无线连接。
无人机与甲板***之间基于Http的消息队列模式建立对应连接和有效的状态，命令发送格式与之配合，控制无人机与甲板***的无人机专用平板电脑以及计算机控制中心均安装了MSMQ+Http支持。
无人机软件***通过软件通信、软硬件通信、软件算法结合，完成多机多甲板巡检模式下的现实场景调度。
无人机软件***可以运作于安装了windows、linux、macox等大部分主流操作***的服务器中，软硬件通信基于消息队列设计，只需要定义必要的数据格式即可简单实现软硬件通信。
安全平面高度规划步骤中，d是一个给定的合适值用于在兼备考虑了gps误差的情况下错开无人机的路线以避免可能产生的碰撞危险。
安全平面高度规划步骤中，每个安全平面最多只能容纳一架无人机，每架无人机在一个飞行任务中只分配给一个安全平面。
通过采用上述技术方案，甲板***检测到甲板空域中不存在其他飞行中的飞机时，无人机从起飞甲板起飞，竖直上升到一个由海拔指定的高度，这个高度被称为该飞机执行这次任务的安全平面高度，且必须比任务中的路点中的海拔高度都高，由无人机软件***根据当前区域中总体飞行状态运算给出。保持并沿着该高度所在海拔直线飞行到巡检目标的第一个路点所在经纬度，开始下降直到与路点定义位置重合，然后按照定义的路点序列依次完成飞行与拍照动作，从最后一个路点爬升回安全平面高度，保持这个高度直线飞往可降落的甲板处，可选择由无人机软件***自主择机调度降落，或者在甲板对应空域外侧不远处悬停，等待合适时间点通过人工命令降落，若有多个飞机在同一个甲板附近等待降落，且有一个飞机此刻正在占用甲板进行起降操作，待降落的飞机将依次悬停在甲板对应空域外侧，等待起降操作的飞机飞出空域后，通过无人机软件***的自动调度或者人工命令降落并回收。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.一种多机多甲板协调方法，其特征在于，包括甲板状态监控、甲板空域管理、无人机巡检、任务状态监控、安全平面高度规划、路线冲突管理和路线冲突预防，具体方法步骤如下：
甲板状态监控：甲板***将按照一定时间间隔不断地向无人机软件***发送自身状态，以及从无人机软件***中拉取最新的操作命令，配合无人机软件***的调度要求完成抬升平台以让无人机起飞，或者落下平台以回收降落后的无人机，无人机软件***结合调度需求和甲板的当前状态来给甲板发送适合的命令并等待甲板完成命令所对应的操作；
甲板空域管理：由无人机软件***实现和维护，每个甲板所在处的地面会定义一个以甲板中心为圆心和一个合适半径r，高度为飞行高度上限的一个柱状体，称为甲板的空域，考虑到多个无人机在起降时可能会对同一个甲板存在使用需求，为了避免事故发生，每个甲板的空域中同一时间只能存在一个飞行中的无人机；
无人机巡检：无人机***将按照一定时间间隔不断地向无人机软件***发送自身状态，以及从无人机软件***中拉取最新的操作命令，在无人机拉取到起飞命令时，会同时从命令中获取用于对巡检目标进行巡检的一系列路点，路点中定义了经纬坐标、高度和拍照等动作信息，告知无人机到达巡检区域附近时，将按照定义好的路点进行巡检与拍照；
任务状态监控：无人机软件***根据无人机和机场与***通信传递状态定义好的接口协议能实时收集无人机的飞行状态和甲板的当前状态，通过对应接口做成日志或者UI界面显示，及时反馈给用户；
安全平面高度规划：无人机软件***对于无人机飞行时所要设置的安全平面高度，提供算法规划功能，能保证在同一批次通过同一个甲板执行巡检任务的无人机将被分配两个不同的安全平面高度且两者的安全平面高度差的绝对值不小于d；
路线冲突管理：如果两台无人机中，其中一台无人机的巡检目标在地面投影上形成的点集与另一台无人机飞往巡检目标在地面投影上形成的线段存在交错或者较近，则后一架无人机被设置的安全平面高度必须比前一架无人机要高，在无人机之间航线无论如何存在过近碰撞的危险，或者已经没有合适的安全平面高度分配给无人机时，无人机软件***会暂时停止处理下一个无人机的起飞命令并给出相应提示，等候下一个合适的时机或者导致冲突的其他无人机完成任务并回收后，即可继续起飞流程；
路线冲突预防：无人机的巡检目标必须从出发点和返回点都能直线可见，确保在不低于最高巡检路点和最高飞行高度之间的任意等海拔平面直线飞行路径上无障碍物，有可靠的通信信号，且不会经过任意其他运作中的甲板的空域，每个无人机会配备遥控器，在意外情况或者有事故隐患时采用人工接入控制的方式解决冲突。
2.根据权利要求1所述的一种多机多甲板协调方法，其特征在于，所述无人机上安装有无线接收发装置，用来传送所拍摄的视频画面数据和无人机飞行姿态以及控制数据。
3.根据权利要求1所述的一种多机多甲板协调方法，其特征在于，所述无人机接受无人机专用平板电脑控制，通过无人机专用平板电脑上的无人机软件***来控制无人机，并观看无人机传送回来的实时视频图像，所述无人机通过互联网与无人机专用平板电脑以及计算机控制中心实现无线连接。
4.根据权利要求3所述的一种多机多甲板协调方法，其特征在于，所述甲板***通过互联网与无人机专用平板电脑以及计算机控制中心实现无线连接。
5.根据权利要求4所述的一种多机多甲板协调方法，其特征在于，所述无人机与甲板***之间基于Http的消息队列模式建立对应连接和有效的状态，命令发送格式与之配合，控制所述无人机与甲板***的无人机专用平板电脑以及计算机控制中心均安装了MSMQ+Http支持。
6.根据权利要求1所述的一种多机多甲板协调方法，其特征在于，所述无人机软件***通过软件通信、软硬件通信、软件算法结合，完成多机多甲板巡检模式下的现实场景调度。
7.根据权利要求6所述的一种多机多甲板协调方法，其特征在于，所述无人机软件***可以运作于安装了windows、linux、macox等大部分主流操作***的服务器中，所述软硬件通信基于消息队列设计，只需要定义必要的数据格式即可简单实现软硬件通信。
8.根据权利要求1所述的一种多机多甲板协调方法，其特征在于，所述安全平面高度规划步骤中，d是一个给定的合适值用于在兼备考虑了gps误差的情况下错开无人机的路线以避免可能产生的碰撞危险。
9.根据权利要求1所述的一种多机多甲板协调方法，其特征在于，所述安全平面高度规划步骤中，每个安全平面最多只能容纳一架无人机，每架无人机在一个飞行任务中只分配给一个安全平面。
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