CN113721652A - 一种无人机的模块化信息采集和传输方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及信息采集和传输技术领域，具体是一种无人机的模块化信息采集和传输方法及设备，所述方法包括：采集第一特征参数和第二特征参数，基于预设的补盲模块进行第一特征参数和第二特征参数的监测或采集和存储；根据无人机与补盲模块相对位置关系建立最短路径模型，按照最短路径模型进行多个补盲模块的激活和链接，并在链接后获取补盲模块的监测数据；进行监测数据的传输，基于最短路径模型构建无人机通讯网络并将获取的监测数据通过所述无人机通讯网络传输给远程服务器；本发明可实现对接触性信息和过程性信息的采集和传输，增加了采集信息的多样性和有效性，也避免了为补盲模块架设通信线路与电力线路的额外成本。
Description
技术领域
本发明涉及信息采集和传输技术领域，具体是一种无人机的模块化信息采集和传输方法及设备。
背景技术
无人机行业高速发展的同时，也对无人机通信链路提出了新需求，呈现出与蜂窝移动通信技术紧密结合的发展趋势，形成“网联无人机”。业界预测，无人机与移动通信的结合，将给产业界带来巨大的发展机会。在即将到来的5G时代，5G蜂窝移动通信技术与无人机的结合使得这些原本难以想象的想法成为可能。但是无人机传统应用中主要依赖自身平台搭载的设备开展工作，越来越受到限制。
接入低空移动通信网络的网联无人机，可以实现设备的监视和管理、航线的规范、效率的提升，促进空域的合理利用，从而极大延展无人机的应用领域，产生巨大经济价值。基于新一代蜂窝移动通信网络为网联无人机赋予的实时超高清图传、远程低时延控制、永远在线等重要能力，全球将形成一个数以千万计的无人机智能网络。
随着地轨卫星、无人机航拍等手段的高速发展，运用地轨卫星、无人机对道路及周边进行监测预警的技术被广泛应用，但要实现长周期、自动化探测还需解决以下问题：1)、无法采集必须产生接触才能采集的接触性信息，这类微观、微小度量的信息，如土壤含水率、震动、流速等；2)、受到飞临时间和航程的限制也无法采集如降水八小时中护坡的土壤含水率增加了百分比，这样的过程性信息；3)、设备成本较高。
现有技术提供的一种灾后无人机通信***，提出在无人机上搭载通信基站，搭建临时的通信网络，对灾后环境进行检测，但无法采集接触性信息。提供的无人机信息采集传输控制***，采集图像、气压等信息，但是对过程类的信息无法采集和处理。提供的一种农田环境无人机信息采集***，该***包括信息采集节点、无人机中继节点、地面监测中心、远程监控平台，采集土壤湿度、温度、盐度等信息，但采集范围小、无法长时间采集过程性信息。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无人机的模块化信息采集和传输方法及设备，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种无人机的模块化信息采集和传输方法，所述方法包括：
采集第一特征参数和第二特征参数，基于预设的补盲模块进行第一特征参数和第二特征参数的监测或采集和存储；
根据无人机与补盲模块相对位置关系建立最短路径模型，按照最短路径模型进行多个补盲模块的激活和链接，并在链接后获取补盲模块的监测数据；
进行监测数据的传输，基于最短路径模型构建无人机通讯网络并将获取的监测数据通过所述无人机通讯网络传输给远程服务器；
其中，所述第一特征参数包括环境信息、位置信息和气象信息，所述第二特征参数包括无人机运行信息、预设时间段内环境信息的变化量。
本发明提供的另一个技术方案：一种无人机的模块化信息采集和传输设备，包括：
无人机；
机载模块，搭载于无人机上，包含有主控单元、与主控单元连接的记录单元和通信单元，所述主控单元设有串行接口连接无人机，并通过通信单元无线连接远程服务器和补盲模块，以交换数据，所述记录单元用于记录和存储补盲模块传输的数据；
与机载模块无线连接的补盲模块，用于采集第一特征参数和第二特征参数；
其中，所述第一特征参数包括环境信息、位置信息和气象信息，所述第二特征参数包括无人机运行信息、预设时间段内环境信息的变化量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过补盲模块可实现对接触性信息的采集，配合无人机可搭建局域网络实现无线通信，在无人机可视化与非接触探测的基础上进一步增加了采集信息的多样性和有效性，也避免了为补盲模块架设通信线路与电力线路的额外成本，同时减少人员前往偏远地区收集信息的时间成本。
附图说明
图1为一个实施例中无人机的模块化信息采集和传输方法的流程示意图。
图2为一个实施例中地面补盲设备的结构示意图。
图3为一个实施例中无人机的机载模块的结构示意图。
图4为一个实施例中无人机的LoRa通信单元的传输示意图。
附图中：100、补盲模块；200、机载模块；300、无人机。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实施例公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
请参阅图1，本发明提供的一个实施例中，一种无人机的模块化信息采集和传输方法，所述方法包括：
采集第一特征参数和第二特征参数，基于预设的补盲模块进行第一特征参数和第二特征参数的监测或采集和存储；
根据无人机与补盲模块相对位置关系建立最短路径模型，按照最短路径模型进行多个补盲模块的激活和链接，并在链接后获取补盲模块的监测数据；
进行监测数据的传输，基于最短路径模型构建无人机通讯网络并将获取的监测数据通过所述无人机通讯网络传输给远程服务器；
其中，所述第一特征参数包括环境信息、位置信息和气象信息，所述第二特征参数包括无人机运行信息、预设时间段内环境信息的变化量。
本实施例中，在对第一特征参数和第二特征参数进行采集时，可通过光照传感器、温湿度传感器、量雨筒及温度传感器等可采集光照、温度、湿度和降雨量的设备进行采集，也可将上述的设备集成为一个补盲模块进行模块化安装，在需要监测的地域范围进行局域布局，配合无人机搭建局域网络，与远程服务器通讯；这样的话，在需要监测的地域实施广域范围的信息采集过程中，由无人机作为空中可移动的无线通信平台；当无人机按规划的路径自动飞临地面布局的补盲模块时，该补盲模块作为接触性信息采集模块，无人机搭建的机载模块设有无人机空地信息传输模块，能够发送特定频谱信息激活补盲模块。补盲模块收集到特定频谱信息后与无人机空地信息传输模块建立基于LoRa通信技术(一种无线通信技术)的连接，即可将补盲模块所存储的周期性采集的信息打包发送给无人机，由无人机实时传送或将数据带回5G信号覆盖区后通过无人机的5G飞控***信号将信息传输至远程服务器，以用于分析、挖掘。
本实施例的工作过程：补盲模块、无人机上电开始，并进行初始化和自检，指示自检结果，正常情况下，补盲模块进行土壤湿度、位置信息的采集；在无人机按照最短路径算法规划路径，并按照规划路径行驶，当其靠近一补盲模块时，向补盲模块传输激活指令，实现与该补盲模块的通讯链接，之后，将补盲模块采集的监测数据获取，再向下一补盲模块驶去，并完成激活、链接和数据的获取，直至全部的补盲模块的数据采集和传输完毕；在无人机行驶的过程中，可通过相邻地域的广域网或5G通讯网进行通讯，将获取的数据传输给远程服务器；当涉及到信号或5G网盲区时，可在之后的行驶过程中尝试进行网络连接，连接就近的地面端通讯基站将获取的数据传输给远程服务器。
本实施例可通过预设的补盲模块第一特征参数中接触性信息的采集，而补盲模块无需设置通信模块进行远程通信，并可配合无人机实现数据的传输；在进行第一特征参数的采集时，由于可存储监测数据，则在一段时间段内，通过比较前后时间段内环境信息的变化量，即构成为了第二特征参数，作为过程性信息；在远程服务器可对过程性信息进行分析，实现对一定时间段内待监测地域的监测，还可根据监测数据推测未来的环境和气象趋势，给出利于开展生产和生活的参考。
本实施例的一个场景中，补盲模块布置于现代农场，为实现对现代农场的管理，所述环境信息至少包括待监测的光照强度、温度、土壤含水量、碱度和降雨量，通过将光照强度、温度、土壤含水量、碱度和降雨量进行采集，并通过专业人员分析，可以获得对现代农场的管理的优化，利用增产和扩收，获得更高经济价值；在一些场景中，也可仅对光照强度、温度、土壤含水量、碱度和降雨量中的一种，如，面临局部降雨时，可针对降雨量进行采集，这样的话，可增加对降雨量的监测频率和精度，保证监测准确性；而将其余传感器设于静默状态，增加补盲模块的续航和其余传感器的使用寿命。而在另一些场景中，可对光照强度、温度进行监测和采集，获取农作物的生长环境信息，便于及时进行温度调整和能量补充。
本实施例的第二个场景中，所述环境信息至少包括土壤含水率、震动、流速，如在进行地震、山体滑坡等地质灾害发生后，通过土壤含水率、震动、流速的采集，并由无人机进行数据的传输，可为救援提供及时和精确的数据，也避免需人员抵近获取数据而带来的危险和伤害。
本实施例的第三个场景中，首次部署补盲模块时，可使用数据采集器(无人机的附属设备)读取补盲模块的首次部署信息，补盲模块也可将包括倾斜度、土壤含水量和加速度数据的信息存储于本地。补盲模块采集温湿度传感器的土壤湿度、设置的角度传感器的倾斜角度、加速度传感器的加速度数据并进行存储，由飞临的无人机记性数据读取，读取的周期可有远程服务器进行设置；该读取周期可以与补盲模块的监测周期一致；
在另一个实施例中，所述方法还包括：在采集第一特征参数和第二特征参数前，自动校验无人机与补盲模块的时钟参数和位置参数。
如图1所示，在本实施例中，在无人机飞临一个补盲模块时，获取该补盲模块电子身份信息，通过校验电子身份信息与预存在无人机或远程服务器的身份信息，进行该补盲模块电子身份信息和位置信息的校验，为数据的传输安全性提供保障；
在对补盲模块的时钟参数和位置参数进行校验时，还可通过无人机进行补盲模块的时钟参数和位置参数的偏差补偿，也可通过补盲模块的时钟参数和位置参数反向校验无人机的时钟参数和位置参数，使得无人机处于预设的路径上。
在一些场景中，当处于异常情况下，所述方法包括对传输数据完整性的校验；具体为：无人机的串口接收中断后，向无人机的控制单元反馈数据接收完毕与否指令，进行数据校验，若失败反馈中断接收信号给补盲模块，若成功，反馈接收成功标记给补盲模块；
如图1所示，在另一个实施例中，所述方法还包括：在所述的进行监测数据的传输后，向获取监测数据的补盲模块发送接束信息，停止对所述补盲模块的激活和链接。
本实施例中，在无人机按照最短路径算法规划路径，并按照规划路径行驶，当其靠近一补盲模块时，向补盲模块传输激活指令，实现与该补盲模块的通讯链接，之后，将补盲模块采集的监测数据获取，再向下一补盲模块驶去，并完成激活、链接和数据的获取，直至全部的补盲模块的数据采集和传输完毕；在无人机行驶的过程中，无人机仅对其路径前后的补盲模块进行激活和链接，这样的话，在无人机未靠近其余补盲模块时，其余补盲模块的通讯功能处于静默状态，可有效延长续航。
本实施例中，如图1所示，补盲模块与无人机的数据传输接收前，根据无人机是否有产生接收标记，分为：有标记，无人机向补盲模块开始发送传输开始帧，读取环境信息，后向远程服务器发送环境信息，全部信息传输完毕；无标记，一是通过发送机会指令给补盲模块重新标记，另一个是发送传输结束帧以清除接收标记，并重新进行数据的读取。
在另一个实施例中，所述的基于最短路径模型构建无人机通讯网络并将获取的监测数据通过所述无人机通讯网络传输给远程服务器具体包括：
通过无人机通讯网络与接入广域通讯网络的远程服务器进行实时监测数据传输和交换；
或在无人机通讯网络与广域通讯网络进行连接后，进行数据传输和交换。
具体的，如图4所示，为一个实施例中无人机的LoRa通信单元的传输示意图，所述的无人机通讯网络包括地面端、中间网络和5G通讯端；中间网络由若干无人机的机载模块之间相互连接构成，一个端面端可通过中间网络的连接实现最短传输路径的连接，再与5G通讯端连接，而无需在地面端搭建广域通信网络，并为此配设电力设备，节约了通信设备建设成本和电力设备成本；
本实施例通过中间网络实现将补盲模块采集或获取的监测数据通过所述无人机通讯网络传输给远程服务器。
请参阅图2、3，本发明提供的另一个实施例，一种无人机的模块化信息采集和传输设备，包括：
无人机300；
机载模块200，搭载于无人机上，包含有主控单元、与主控单元连接的记录单元和通信单元，所述主控单元设有串行接口连接无人机，并通过通信单元无线连接远程服务器和补盲模块100，以交换数据，所述记录单元用于记录和存储补盲模块传输的数据；
与机载模块无线连接的补盲模块100，用于采集第一特征参数和第二特征参数；
其中，所述第一特征参数包括环境信息、位置信息和气象信息，所述第二特征参数包括无人机运行信息、预设时间段内环境信息的变化量。
本实施例的第一个场景中，所述补盲模块包括控制单元、与控制单元连接的环境信息采集单元和太阳能供电单元，所述控制单元还连接有存储器、天馈线和定位模组；
所述控制单元、存储器和定位模组通过外壳进行封装；所述环境信息采集单元和定位模组分别用于采集环境信息、位置信息；太阳能供电单元为控制单元供电。
所述环境信息采集单元采集的环境信息包括倾斜度、土壤含水量和加速度数据，因此，所述环境信息采集单元包含有角度传感器、温湿度传感器及加速度传感器，控制单元可采用常规的与角度传感器、温湿度传感器及加速度传感器适配的微处理器，通过微处理器对角度传感器、温湿度传感器及加速度传感器的接口进行连接，实现数据和电力的传输；
在本实施例的第二个场景中，所述控制单元设有通信模组控制所述天馈线、设有电源单元控制太阳能供电单元输送给控制单元的电压。所述通信模组可采用上述的LoRa通信单元，通过LoRa通信单元提供通讯协议，编译通信信号给天馈线或接收无人机通过天馈线传输的信号；电源单元采用与太阳能供电单元相配的继电器和变压器，所述的太阳能供电单元包括太阳能电池板和蓄电池，所述蓄电池或太阳能电池板通过电源电缆与继电器和变压器的输入端连接，变压器的输出端连接微处理器；定位模组采用北斗/GPS定位单元，实现精确的位置定位。
本实施例中，所述天馈线满足以下性能要求：
工作频率：398～525MHz(433MHz)；
天线端标准阻抗：50Ω；
天线极化方向：垂直极化；
天线增益：≥2.0dB(全向)；
天线接口为SMA型孔式插座；
电压驻波比(VSWR)：≤1.5。
环境信息采集单元采集的采集精度要求：倾斜度精度：0.05°；土壤含水量精度：0～53％±3％；53～100％±5％；加速度精度：0.1g。
本实施例的补盲模块，通过环境信息采集单元和太阳能供电单元实现接触性信息和过程性信息的采集和传输，简化无人机的机载模块的设备，将部分通信单元设于补盲模块，且设于补盲模块的通信单元具有激活和链接功能，配合太阳能供电单元，完成相关信息的监测和采集；免于架设电力设施和构建广域通信网络。
在一些场景中，所述控制单元连接有液晶显示单元，所述液晶显示单元用于显示补盲模块传输的数据。通过液晶显示单元将补盲模块传输的数据可视化显示；液晶显示单元可采用液晶显示屏。
本实施例中，机载模块的记录单元可采用计算机或微处理器可读储存介质，也可采用与补盲模块一致的存储器；通过补盲模块可实现对接触性信息的采集，配合无人机可搭建局域网络实现无线通信，在无人机可视化与非接触探测的基础上进一步增加了采集信息的多样性和有效性，也避免了为补盲模块架设通信线路与电力线路的额外成本，同时减少人员前往偏远地区收集信息的时间成本。
本发明的工作原理：补盲模块进行土壤湿度、位置信息的采集；在无人机按照最短路径算法规划路径，并按照规划路径行驶，当其靠近一补盲模块时，向补盲模块传输激活指令，实现与该补盲模块的通讯链接，之后，将补盲模块采集的监测数据获取，再向下一补盲模块驶去，并完成激活、链接和数据的获取，直至全部的补盲模块的数据采集和传输完毕；在无人机行驶的过程中，可通过相邻地域的广域网或5G通讯网进行通讯，将获取的数据传输给远程服务器；当涉及到信号或5G网盲区时，可在之后的行驶过程中尝试进行网络连接，连接就近的地面端通讯基站将获取的数据传输给远程服务器。
需要说明的是，本发明所采用的微处理器和存储器、北斗/GPS定位单元均为现有技术的应用，本专业技术人员能够根据相关的描述实现所要达到的功能，或通过相似的技术实现所需完成的技术特性，在这里就不再详细描述。
本领域技术人员在考虑说明书及实施例处的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种无人机的模块化信息采集和传输方法，其特征在于，所述方法包括：
采集第一特征参数和第二特征参数，基于预设的补盲模块进行第一特征参数和第二特征参数的监测或采集和存储；
根据无人机与补盲模块相对位置关系建立最短路径模型，按照最短路径模型进行多个补盲模块的激活和链接，并在链接后获取补盲模块的监测数据；
进行监测数据的传输，基于最短路径模型构建无人机通讯网络并将获取的监测数据通过所述无人机通讯网络传输给远程服务器；
其中，所述第一特征参数包括环境信息、位置信息和气象信息，所述第二特征参数包括无人机运行信息、预设时间段内环境信息的变化量。
2.根据权利要求1所述的无人机的模块化信息采集和传输方法，其特征在于，所述方法还包括：
在采集第一特征参数和第二特征参数前，自动校验无人机与补盲模块的时钟参数和位置参数。
3.根据权利要求1所述的无人机的模块化信息采集和传输方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述的进行监测数据的传输后，向获取监测数据的补盲模块发送接束信息，停止对所述补盲模块的激活和链接。
4.根据权利要求1或2或3所述的无人机的模块化信息采集和传输方法，其特征在于，在进行监测数据的传输过程中，进行数据校验，确定获取的监测数据的完整度，并反馈校验结果。
5.根据权利要求1所述的无人机的模块化信息采集和传输方法，其特征在于，所述的基于最短路径模型构建无人机通讯网络并将获取的监测数据通过所述无人机通讯网络传输给远程服务器具体包括：
通过无人机通讯网络与接入广域通讯网络的远程服务器进行实时监测数据传输和交换；
或在无人机通讯网络与广域通讯网络进行连接后，进行数据传输和交换。
6.根据权利要求1所述的无人机的模块化信息采集和传输方法，其特征在于，所述环境信息至少包括待监测的光照强度、温度、土壤含水量、碱度和降雨量中的一种。
7.一种无人机的模块化信息采集和传输设备，其特征在于，包括：
无人机；
机载模块，搭载于无人机上，包含有主控单元、与主控单元连接的记录单元和通信单元，所述主控单元设有串行接口连接无人机，并通过通信单元无线连接远程服务器和补盲模块，以交换数据，所述记录单元用于记录和存储补盲模块传输的数据；
与机载模块无线连接的补盲模块，用于采集第一特征参数和第二特征参数；
其中，所述第一特征参数包括环境信息、位置信息和气象信息，所述第二特征参数包括无人机运行信息、预设时间段内环境信息的变化量。
8.根据权利要求7所述的无人机的模块化信息采集和传输设备，其特征在于，所述补盲模块包括控制单元、与控制单元连接的环境信息采集单元和太阳能供电单元，所述控制单元还连接有存储器、天馈线和定位模组；
所述环境信息采集单元和定位模组分别用于采集环境信息、位置信息；太阳能供电单元为控制单元供电。
9.根据权利要求8所述的无人机的模块化信息采集和传输设备，其特征在于，所述控制单元设有通信模组控制所述天馈线、设有电源单元控制太阳能供电单元输送给控制单元的电压。
10.根据权利要求8所述的无人机的模块化信息采集和传输设备，其特征在于，所述控制单元连接有液晶显示单元，所述液晶显示单元用于显示补盲模块传输的数据。
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110905332.4A Pending CN113721652A (zh) | 2021-08-03 | 2021-08-03 | 一种无人机的模块化信息采集和传输方法及设备 |
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| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113721652A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114166228A (zh) * | 2021-12-07 | 2022-03-11 | 武汉科技大学 | 无人机持续监测路径规划方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105828345A (zh) * | 2016-05-06 | 2016-08-03 | 华南农业大学 | 一种兼容uav的地空无线传感网络通信装置与方法 |
| CN109471452A (zh) * | 2018-10-09 | 2019-03-15 | 国电南瑞科技股份有限公司 | 基于无人机的远程工程及地质灾害安全监测***及方法 |
| CN110487730A (zh) * | 2019-08-15 | 2019-11-22 | 北京农业信息技术研究中心 | 作物田间表型高通量监测***及监测方法 |
-
2021
- 2021-08-03 CN CN202110905332.4A patent/CN113721652A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN114166228A (zh) * | 2021-12-07 | 2022-03-11 | 武汉科技大学 | 无人机持续监测路径规划方法 |
| CN114166228B (zh) * | 2021-12-07 | 2024-05-28 | 武汉科技大学 | 无人机持续监测路径规划方法 |
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