CN113242516A - 一种基于物联网的无人机远程数据采集方法及*** - Google Patents

一种基于物联网的无人机远程数据采集方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于物联网的无人机远程数据采集方法及***。本发明包括如下步骤：无人机、多个基站和数据中心建立通信连接；由基站向无人机发送测量配置信息；无人机接受到测量配置信息，并判断是否接受信号强度是否大于测量门限值；当接收信号强度指示大于测量门限值，则无人机向数据中心发送测量报告；无人机将空间位置坐标信息以及采集数据信息发送至数据中心；数据中心对无人机的空间位置坐标信息和采集的数据信息进行统计分析。本发明通过物联网技术由基站向无人机发送测量配置，根据信号强度由无人机向数据中心发送测量报告，并利用空间坐标系对无人机进行范围区域监测，可有效避免通道阻塞，提高数据处理效率。

Description

一种基于物联网的无人机远程数据采集方法及***
技术领域
本发明属于数据采集技术领域，特别是涉及一种基于物联网的无人机远程数据采集方法，即一种基于物联网的无人机远程数据采集***。
背景技术
现如今，人们的生产、生活已经与环境空气质量密不可分、在经济持续高速发展的背景下，我国不断地新建大量的工业设施，交通工具数量也不断增加，以细颗粒物(PM2.5)、二氧化硫、二氧化氮、一氧化氮、氮氧化物、一氧化碳等为主要污染物的空气污染问题最为严重。空气污染不仅严重破坏了我们的生产生活环境，而且还会对人体带来巨大的危害。
目前，无人机地面控制站中主要使用PCI总线采集高速同步数据，但体积大、功耗高等缺点极大地限制了无人机的使用。因此，本申请文件提供了一种基于物联网的无人机远程数据采集方法及***，在近程无人机数据采集和以太网传输***中，具有体积小、功耗低、实时性好及传输可靠的特点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于物联网的无人机远程数据采集方法及***，通过物联网技术由基站向无人机发送测量配置，根据信号强度由无人机向数据中心发送测量报告，并利用空间坐标系对无人机进行范围区域监测，解决了现有的无人机功耗高、数据采集不够精准传输效率慢的问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种基于物联网的无人机远程数据采集方法，包括如下步骤：
步骤S1：无人机、多个基站和数据中心建立通信连接；
步骤S2：由基站向无人机发送测量配置信息；
步骤S3：无人机接受到测量配置信息，并判断是否接受信号强度是否大于所述测量门限值；
步骤S4：当接收信号强度指示大于测量门限值，则无人机向数据中心发送测量报告；
步骤S5：以其中一基站为坐标原点或以数据中心为原点，根据无人机上的GPS定位信息得到无人机的空间坐标；
步骤S6：无人机将空间位置坐标信息以及采集数据信息发送至数据中心；
步骤S7：数据中心对无人机的空间位置坐标信息和采集的数据信息进行统计分析，一旦超出预设的范围发出警报；
步骤S8：数据中心利用Highcharts开源插件实现对数据的可视化，并支持手机端和电脑端的访问和操作。
优选地，所述配置信息包括多个WLAN接入点的身份标识以及测量门限值。
优选地，所述步骤S4中，当接收信号强度指示小于测量门限值，则无人机向基站发送聚合请求。
优选地，所述聚合请求包括被选择的负载最小的WLAN接入点的身份标识、被选择的负载最小的WLAN接入点的通信延迟信息、被选择的负载最小的WLAN接入点的最大平均数据速率信息、以及用于聚合通信的DRB的身份标识；当无人机接收到的聚合请求小于无人机内置的接收信号高度门限，无人机向数据中心发送聚合拒绝请求，则无人机向数据中心发送无人机采集数据。
优选地，所述步骤S7中，数据中心预先在电子地图上标注数据中心以及各个基站空间坐标信息，并根据其中一基站为圆心或以数据中心为圆心，圈出无人机的运动范围；当无人机的飞行轨迹超出圈定的范围，则直接向数据中心发出警报。
一种基于物联网的无人机远程数据采集***，包括多个基站、无人机和数据中心，其特征在于：
所述基站包括：用于监测区域内的无人机发送测量配置信息的测量配置模块、用于向数据中心发送位置信息的定位模块；
所述无人机包括：用于远程操控的控制模块；用于采集无人机周围的数据信息的信息采集模块、用于向数据中心发送位置信息的GPS定位模块、用于检测自身异常，通过自检函数，从设备上电与硬件自检、读取配置文件以及网络的故障，对***故障进行处理和修复的自诊断和断电处理模块；用于将设备参数进行读取并结合采集的数据进行打包发送的数据包发送模块；
所述数据中心包括：用于接收和存储用户在数据中心按照事先定义的接口规范和函数调用所填写提交的配置参数表，并根据所述配置参数表对采集***进行配置的参数管理模块；用于通过对采集的信息、无人机的工作数据发生紧急事件或异常，数据中心发出警报的紧急事件管理模块；用于获取打包后的数据报，并进行解析统计分析的接收数据包模块。
优选地，所述接收数据包模块中含有协议转换算法；所述协议转换算法内置ModBus、Profibus、TCP/IP、PPI和MPI多种工业标准协议，通过公共函数为其他模块提供协议转换功能，解决采集***的开放性与兼容性，实现异构环境下***的同构化。
优选地，所述参数管理模块包括参数分配管理模块以及参数自动更新管理模块；所述括参数分配管理模块用于从存储器读取采集参数，并对采集参数根据周期、类型、数量进行分组，提高数据采集的效率；所述参数自动更新管理模块，用于自动更新采集参数，采集参数配置在后台完成，采集***通过数据传送模块定时扫描后台，比对参数修改时间，自动更新最新的采集参数，保证采集参数的准确性。
优选地，所述紧急事件管理模块内部设置有本地紧急事件配置表，通过后台定期更新，配置表包括事件标识和事件描述，发现紧急事件或异常，自动启动紧急事件处理功能，查找事件配置表，定位事件原因或现象。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明利用物联网技术由基站向无人机发送测量配置，通过多个WLAN接入点的身份标识以及测量门限值来对无人机进行识别，根据信号强度由无人机向数据中心发送测量报告，实现大数据量的采集和传输，同时发送和接收采用异步方式，可有效避免通道阻塞；
2、本发明利用空间坐标系对无人机进行范围区域监测，在电子地图上标注数据中心以及各个基站空间坐标信息，并根据其中一基站为圆心或以数据中心为圆心，圈出无人机的运动范围，一旦出现事故或飞行偏离，即可快速进行报警，防止无人机丢失，也能够减少无效数据，加快数据分析速度。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本发明的一种基于物联网的无人机远程数据采集方法步骤图；
图2为本发明的一种基于物联网的无人机远程数据采集***结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示，本发明为一种基于物联网的无人机远程数据采集方法，包括如下步骤：
步骤S1：无人机、多个基站和数据中心建立通信连接；
步骤S2：由基站向无人机发送测量配置信息；
步骤S3：无人机接受到测量配置信息，并判断是否接受信号强度是否大于测量门限值；
步骤S4：当接收信号强度指示大于测量门限值，则无人机向数据中心发送测量报告；
步骤S5：以其中一基站为坐标原点或以数据中心为原点，根据无人机上的GPS定位信息得到无人机的空间坐标；
步骤S6：无人机将空间位置坐标信息以及采集数据信息发送至数据中心；
步骤S7：数据中心对无人机的空间位置坐标信息和采集的数据信息进行统计分析，一旦超出预设的范围发出警报；
步骤S8：数据中心利用Highcharts开源插件实现对数据的可视化，并支持手机端和电脑端的访问和操作。
其中，配置信息包括多个WLAN接入点的身份标识以及测量门限值。
其中，步骤S4中，当接收信号强度指示小于测量门限值，则无人机向基站发送聚合请求。
其中，聚合请求包括被选择的负载最小的WLAN接入点的身份标识、被选择的负载最小的WLAN接入点的通信延迟信息、被选择的负载最小的WLAN接入点的最大平均数据速率信息、以及用于聚合通信的DRB的身份标识；当无人机接收到的聚合请求小于无人机内置的接收信号高度门限，无人机向数据中心发送聚合拒绝请求，则无人机向数据中心发送无人机采集数据。
其中，步骤S7中，数据中心预先在电子地图上标注数据中心以及各个基站空间坐标信息，并根据其中一基站为圆心或以数据中心为圆心，圈出无人机的运动范围；当无人机的飞行轨迹超出圈定的范围，则直接向数据中心发出警报。
请参阅图2所示，一种基于物联网的无人机远程数据采集***，包括多个基站、无人机和数据中心，
基站包括：用于监测区域内的无人机发送测量配置信息的测量配置模块、用于向数据中心发送位置信息的定位模块；
无人机包括：用于远程操控的控制模块；用于采集无人机周围的数据信息的信息采集模块、用于向数据中心发送位置信息的GPS定位模块、用于检测自身异常，通过自检函数，从设备上电与硬件自检、读取配置文件以及网络的故障，对***故障进行处理和修复的自诊断和断电处理模块；用于将设备参数进行读取并结合采集的数据进行打包发送的数据包发送模块；
数据中心包括：用于接收和存储用户在数据中心按照事先定义的接口规范和函数调用所填写提交的配置参数表，并根据配置参数表对采集***进行配置的参数管理模块；用于通过对采集的信息、无人机的工作数据发生紧急事件或异常，数据中心发出警报的紧急事件管理模块；用于获取打包后的数据报，并进行解析统计分析的接收数据包模块。
其中，接收数据包模块中含有协议转换算法；协议转换算法内置ModBus、Profibus、TCP/IP、PPI和MPI多种工业标准协议，通过公共函数为其他模块提供协议转换功能，解决采集***的开放性与兼容性，实现异构环境下***的同构化，由于无人机可能是多家厂商生产、且型号以及采集数据格式都不相同，所以需要配置多种路径来应对不同数据格式，并发送和接收数据时采用异步方式，可有效避免通道阻塞。
其中，参数管理模块包括参数分配管理模块以及参数自动更新管理模块；括参数分配管理模块用于从存储器读取采集参数，并对采集参数根据周期、类型、数量进行分组，提高数据采集的效率；参数自动更新管理模块，用于自动更新采集参数，采集参数配置在后台完成，采集***通过数据传送模块定时扫描后台，比对参数修改时间，自动更新最新的采集参数，保证采集参数的准确性。
其中，紧急事件管理模块内部设置有本地紧急事件配置表，通过后台定期更新，配置表包括事件标识和事件描述，发现紧急事件或异常，自动启动紧急事件处理功能，查找事件配置表，定位事件原因或现象，能够快速对无人机故障原因进行查找，提高无人机维修效率。
本实施例的一个具体应用为：
环境监测工作人员通过无人机遥控设备远程控制无人机的控制模块实现无人机的飞行控制，由于无人机可能是多家厂商生产、且型号以及采集数据格式都不相同，所以需要配置多种路径来应对不同数据格式，并发送和接收数据时采用异步方式；
在无人机飞行前，需要在数据中心完成对无人机注册，由于数据中心部署有多协议的中间件，用于处理不同厂家的工控设备发来的数据包，通过解析与译码协议数据包信号以及动态支持接口方法，屏蔽不同厂家、不同时期和不同工业标准接口的协议差异，将不同的协议转换为统一的协议标准与数据中心进行数据交换；其中，不同协议包括ModBus、Profibus、TCP/IP、西门子点对点通讯(PointtoPointInterface，PPI)和西门子多点通讯(Multi-PointInterface，MPI)多种工业标准协议；可以实现通过串口、以太网口等方式，与不同厂家的工控设备(如PLC、工控机、DCS和CNC等)通讯，支持采集现场多种数据通信方式(如串口RS232/485、Zigbee和Bluetooth等)，因此，数据中心可以适应不同通信协议的无人机进行采集数据的解读和分析。数据中心的参数管理模块用于接收和存储用户在数据中心按照事先定义的接口规范和函数调用所填写提交的配置参数表，并根据配置参数表对采集***进行配置；配置参数表中包含有采集***ID号、文件目录和文件名。
无人机在遥控飞行的过程中，实时采集空气中的细颗粒物(PM2.5)、二氧化硫、二氧化氮、一氧化氮、氮氧化物、一氧化碳等污染物数据，并同时采集如空气湿度、温度、气压、风速等气象数据，并通过多线程技术和数据压缩技术，对污染物数据和气象数据的数据特性、传送优先级进行智能分组，创建任务队列，实现数据的多通道并行流水传送和批量处理；传送数据采用自定义协议包编码，将多种互联网或移动互联网传送协议，作为数据传输与控制通道，实现无人机与数据中心之间的双向通信连接；其中，传送协议包括无线保真(WIreless-Fidelity，Wifi)、以太网络、通用分组无线服务技术(GeneralPacketRadioService，GPRS)、码分多址(CodeDivisionMultipleAccess，CDMA)、第三代移动通信技术(3rd-Generation，3G)；
飞行过程中，无人机的自诊断和断电处理模块，实施检测***自身异常，通过自检函数，从设备上电与硬件自检、读取配置文件以及网络的故障等，对***故障进行处理和修复，避免无人机飞行异常坠落，造成经济损失。
由于预先在数据中心中利用空间坐标系对无人机进行范围区域监测，在电子地图上标注数据中心以及各个基站空间坐标信息，并根据其中一基站为圆心或以数据中心为圆心，圈出无人机的运动范围，一旦出现事故或飞行偏离，即可快速进行报警，数据中心会对遥控人员的移动终端发送报警数据，遥控人员接收到报警信号后，通过遥控装置控制无人机飞回到指定区域内，防止无人机丢失，也能够减少无效数据，加快数据分析速度。
值得注意的是，上述***实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (9)

1.一种基于物联网的无人机远程数据采集方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：无人机、多个基站和数据中心建立通信连接；
步骤S2：由基站向无人机发送测量配置信息；
步骤S3：无人机接受到测量配置信息，并判断是否接受信号强度是否大于测量门限值；
步骤S4：当接收信号强度指示大于测量门限值，则无人机向数据中心发送测量报告；
步骤S5：以其中一基站为坐标原点或以数据中心为原点，根据无人机上的GPS定位信息得到无人机的空间坐标；
步骤S6：无人机将空间位置坐标信息以及采集数据信息发送至数据中心；
步骤S7：数据中心对无人机的空间位置坐标信息和采集的数据信息进行统计分析，一旦超出预设的范围发出警报；
步骤S8：数据中心利用Highcharts开源插件实现对数据的可视化，并支持手机端和电脑端的访问和操作。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的无人机远程数据采集方法，其特征在于，所述步骤S2中，配置信息包括多个WLAN接入点的身份标识以及测量门限值。
3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的无人机远程数据采集方法，其特征在于，所述步骤S4中，当接收信号强度指示小于测量门限值，则无人机向基站发送聚合请求。
4.根据权利要求3所述的一种基于物联网的无人机远程数据采集方法，其特征在于，所述聚合请求包括被选择的负载最小的WLAN接入点的身份标识、被选择的负载最小的WLAN接入点的通信延迟信息、被选择的负载最小的WLAN接入点的最大平均数据速率信息、以及用于聚合通信的DRB的身份标识；当无人机接收到的聚合请求小于无人机内置的接收信号高度门限，无人机向数据中心发送聚合拒绝请求，则无人机向数据中心发送无人机采集数据。
5.根据权利要求1所述的一种基于物联网的无人机远程数据采集方法，其特征在于，所述步骤S7中，数据中心预先在电子地图上标注数据中心以及各个基站空间坐标信息，并根据其中一基站为圆心或以数据中心为圆心，圈出无人机的运动范围；当无人机的飞行轨迹超出圈定的范围，则直接向数据中心发出警报。
6.一种基于物联网的无人机远程数据采集***，包括多个基站、无人机和数据中心，其特征在于：
所述基站包括：用于监测区域内的无人机发送测量配置信息的测量配置模块、用于向数据中心发送位置信息的定位模块；
所述无人机包括：用于远程操控的控制模块；用于采集无人机周围的数据信息的信息采集模块、用于向数据中心发送位置信息的GPS定位模块、用于检测自身异常，通过自检函数，从设备上电与硬件自检、读取配置文件以及网络的故障，对***故障进行处理和修复的自诊断和断电处理模块；用于将设备参数进行读取并结合采集的数据进行打包发送的数据包发送模块；
所述数据中心包括：用于接收和存储用户在数据中心按照事先定义的接口规范和函数调用所填写提交的配置参数表，并根据所述配置参数表对采集***进行配置的参数管理模块；用于通过对采集的信息、无人机的工作数据发生紧急事件或异常，数据中心发出警报的紧急事件管理模块；用于获取打包后的数据报，并进行解析统计分析的接收数据包模块。
7.根据权利要求6所述的一种基于物联网的无人机远程数据采集***，其特征在于，所述接收数据包模块中含有协议转换算法；所述协议转换算法内置ModBus、Profibus、TCP/IP、PPI和MPI多种工业标准协议，通过公共函数为其他模块提供协议转换功能。
8.根据权利要求6所述的一种基于物联网的无人机远程数据采集***，其特征在于，所述参数管理模块包括参数分配管理模块以及参数自动更新管理模块；所述括参数分配管理模块用于从存储器读取采集参数，并对采集参数根据周期、类型、数量进行分组，提高数据采集的效率；所述参数自动更新管理模块，用于自动更新采集参数，采集参数配置在后台完成，采集***通过数据传送模块定时扫描后台，比对参数修改时间，自动更新最新的采集参数。
9.根据权利要求6所述的一种基于物联网的无人机远程数据采集***，其特征在于，所述紧急事件管理模块内部设置有本地紧急事件配置表，通过后台定期更新，配置表包括事件标识和事件描述，发现紧急事件或异常，自动启动紧急事件处理功能，查找事件配置表，定位事件原因或现象。
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