TW201235808A - System and method for controlling UAV to flight in predefined area - Google Patents

Description

201235808 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 [0001] 本發明涉及一種飛行器控制系統及方法，尤其係關於一 種無人飛行載具控制系統及方法。 【先前技術·】 [0002] 傳統的無人飛行載具（UAV)控制系統未具備飛行區域設 定功能，因此在使用者進行無人飛行載具操控作業時， 無法有效判別無人飛行載具是否即將飛出控制器之有效 操控範圍。若使用者不慎讓無人飛行載具飛離控制器之 有效操控範圍，將可能導致無人飛行載具失控或墜毀等 意外發生。 【發明内容】 [0003] 鑒於以上内容，有必要提供一種無人飛行載具控制系統 及方法，能夠有效防止無人飛行載具飛離遠端控制器之 有效操控範圍外，避免無人飛行載具闖入不當之飛行區 域而造成失控或墜毁等意外發生。 [0004] 所述之無人飛行載具控制系統安裝並運行於後端主機中 ，該後端主機藉由網路與至少一台攝影機建立通訊連接 。所述之無人飛行載具控制系統包括：飛行區域設定模 組，用於根據攝影機之影像偵測範圍設定無人飛行載具 之可飛行區域，並將可飛行區域資料儲存於後端主機之 儲存裝置中；飛行範圍偵測模組，用於藉由攝影機持續 掃瞄偵測飛行場景空間之3D場景數據，透過網路接收攝 影機偵測之3D場景數據，根據所述之3D場景數據動態分 析無人飛行載具於飛行場景空間之位置座標資訊，及根 100105993 表單編號A0101 第4頁/共19頁 1002010249-0 201235808 迷之位置座標資汛與存放於儲存裝置中之可飛行區 域貝料進订比對來判斷無人飛行載具是否有飛離可飛行 區域之虞，及飛行方向控制模組，用於當無人飛行載具 卜可鼽行區域之虞時產生警示訊號，及透過網路將 °亥警不讯號傳送至無人飛行載具之遠端控制器來操控無 人飛行栽具於可飛行區域内進行飛行作業。 [0005] Ο ο 所述之無人飛行載具控制方法藉由後端主機控制無人飛 _之飛行作業，該後端主機藉由網路與至少一台攝 t機建立通訊連接。該方法包栝步驟：根據攝影機之影 像偵測範圍設定無人飛行載具之可飛行區域，並將可飛 打區域資料儲存於後端主機之儲存裝置中；藉由攝影機 持續掃瞄偵測飛行場景空間之3D場景數據，並透過網路 接收攝影機偵測之3D場景數據；根據所述之3D場景數據 動態分析無人飛行載具於飛行場景空間之位置座標資訊 ;根據無人飛行載具之位置座標資訊與存放於儲存裝置 中之可飛行區域資料進行比對來判斷無人飛行載具是否 有飛離可飛行區域之虞；當無人飛行載具有飛離可飛行 區域之虞時產生警示訊號，並透過網路將該警示訊號傳 送至無人飛行載具之遠端控制器來操控無人飛行載具於 可飛行區域内進行飛行作業。 [0006] 相較於習知技術’本發明所述之無人飛行載具控制系統 及方法不僅能夠有效防止無人飛行載具飛離遠端控制器 之有效操控範圍外，亦可依據使用者針對無人飛行載具 所設定之可飛行區域進行監控，避免無人飛行載具闖入 不當之飛行區域而造成失控或墜毀等意外發生。 100105993 表單編號A0101 第5頁/共19頁 1002010249-0 201235808 【實施方式】 [0007] 如圖1所示，係本發明無人飛行載具控制系統30較佳實施 例之架構圖。於本實施例中，該無人飛行載具控制系統 30安裝並運行於後端主機3中，不僅能夠有效防止無人飛 行載具1飛離遠端控制器4之有效操控範圍外，亦可依據 使用者針對無人飛行載具1所設定之可飛行區域進行監控 ，避免無人飛行載具1闖入不當之飛行區域而造成失控或 墜毁等意外發生。於本實施例中，所述之可飛行區域内 至少安裝有一TOF攝影機（Time of Flight Camera) 2，該TOF攝影機2係為一種時空攝影機裝置，具有三維立 體場景掃瞄功能，其除了可取得場景X、Y座標方向之影 像晝面外，還可同時取得場景的Z座標方向之距離資訊。 [0008] 所述之T0F攝影機2藉由網路5與後端主機3建立通訊連接 。該T0F攝影機2用於針對無人飛行載具1位置進行即時掃 瞄與分析，進而取得無人飛行載具1於飛行場景空間中之 位置座標數據，並將無人飛行載具1於飛行場景空間中之 位置座標數據即時回傳後端主機3。 [0009] 所述之後端主機3還包括，但不僅限於，中央處理器31及 儲存裝置32。於本實施例中，所述之無人飛行載具控制 系統30包括飛行區域設定模組301、飛行範圍偵測模組 302及飛行方向控制模組303。本發明所稱之模組係指一 種能夠被後端主機3之中央處理器31所執行並且能夠完成 固定功能之一系列電腦程式段，其儲存於後端主機3之儲 存裝置32中。 [0010] 所述之飛行區域設定模組301用於在無人飛行載具1之飛 100105993 表單編號A0101 第6頁/共19頁 1002010249-0 201235808 ❹ 行場景空間内至少架設一台TOF攝影機2，並為每一台丁⑽ 攝影機2分配一個IP位址，例如192. 1 68. 20. 28。該飛 行區域設定模組301還用於根據T0F攝影機2之影像谓測範 圍設定無人飛行載具1之可飛行區域，並將可飛行區域資 料儲存於後端主機3之儲存裝置32中。於本實施例中，每 一台T0F攝影機2具有各自的影像偵測範圍，例如參考圖3 所示’ T0F攝影機2的影像偵測範圍為場景χ，γ座標方向的 長為125米、寬125米，及場景Ζ座標方向的景深為 1 60 + 4 0 = 2 0 0米。使用者根據該TOF攝影機2之影像偵測範 圍’可藉由飛行區域設定模組301規劃並設定無人飛行載 具1之可飛行區域，例如圖3所示之可飛行;區域最大可為 長160 + 40 = 200米’寬125米’高125米，並將可飛行區 域資料儲存於後端主機3之儲存裝置32中。 [0011] Ο 所述之飛行範圍偵測模組302用於根據T0F攝影機2的IP 位址將T0F攝影機2與後端主機3建立通訊淳接，並藉由 T0F攝影機2持續掃瞄偵測飛行場景空間之3D場景數據， 及透過網路5接收T0F攝影機2偵測之3D場景數據。於本實 施例中’當後端主機3透過飛行範圍偵測模組3〇2與T0F攝 影機2建立通訊連接後，藉由T0F攝影機2針對無人飛行載 具1在飛行場景空間内之位置進行即時掃瞄與分析，進而 取得無人飛行載具1於飛行場景空間中之3D場景數據。該 3D場景數據包括無人飛行載具1所處飛行場景空間之位置 資訊，包括場景X、Y座標方向之影像畫面及場景Z座標方 向之距離資訊。 [0012] 所述之飛行範圍偵測模組3 0 2還用於根據τ 〇 F攝影機2傳送 100105993 表單煸號A0101 第7頁/共19頁 1002010249-0 201235808 之3D場景數據動態分析無人飛行載具1於飛行場景空間之 位置座標資訊，以及根據無人飛行載具1之位置座標資訊 與存放於後端主機3之儲存裝置32中可飛行區域資料進行 比對來判斷無人飛行載具1是否有飛離可飛行區域之虞。 [0013] 所述之飛行方向控制模組303用於當無人飛行載具1可能 飛離可飛行區域時產生警示訊號，並透過網路5將該警示 訊號傳送至無人飛行載具1之遠端控制器4中。當無人飛 行載具1未飛離可飛行區域時，無人飛行載具2繼續在遠 端控制器4之有效操控範圍下繼續飛行作業。當遠端控制 器4接收到後端主機3發送的警示訊號時，根據該警示訊 號提醒使用者修正無人飛行載具1之飛行方向，或中止發 出不當飛行方向之控制指令至無人飛行載具1使無人飛行 載具1停止於可飛行區域内，如此可以避免無人飛行載具 1失控或墜毁等意外發生。 [0014] 如圖2所示，係本發明無人飛行載具控制方法較佳實施例 之流程圖。於本實施例中，該方法不僅能夠有效防止無 人飛行載具1飛離遠端控制器4之有效操控範圍外，亦可 依據使用者針對無人飛行載具1所設定之可飛行區域進行 監控，避免無人飛行載具1闖入不當之飛行區域而造成失 控或墜毁等意外發生。 [0015] 步驟S201，使用者藉由飛行區域設定模組301於無人飛行 載具1之飛行場景空間内至少架設一台TOF攝影機2，並為 每一台T 0 F攝影機2分配一個IP位址，例如 192.168·20.28 。 100105993 表單編號A0101 第8頁/共19頁 1002010249-0 201235808 [0016] Ο [0017] 步驟S202，飛行區域設定模組3〇1根據T〇F攝影機2之影 像偵測範圍設定無人飛行載具丨之可飛行區域，並將可飛 行區域資料儲存於後端主機3之儲存裝置32中。於本實施 例中每—台T0F攝影機2具有各自的影像偵測範圍，例 如參考圖3所不’ TGF攝影機2的影像偵測範圍為場景χ，γ 座標方向的長為125米、寬125米，及場景2座標方向的景 冰為1 60 + 40 = 200米。使用者根據該T〇F攝影機2之影像偵 測範圍，可藉由飛行區域設定模組3〇1規劃並設定無人飛 行載具1之可飛行區域，例如圖3所示之可飛行區域最大 可為長160 + 40 = 200米，寬125米，高125米，並將可飛 行區域資料儲存於儲存裝置32中》 步驟S203 ’飛行範圍制模組302根據TOF攝影機2的ip 位址將肅攝影機2與後端主機3建立通訊連接。於本實施 例中，使用者藉由可在後端主機3設置TOF攝影機2的IP位 址，飛仃範圍偵測模組302根據該ip位址將TOF攝影機2 與後端主機3建立通訊連接。 步驟S204 ’飛行範園偵測模組302藉由TOF攝影機2持續 掃瞎镇測飛行場景空間之3D場景數據，並透過網路5接收 T〇F攝影機2偵测之3D場景數據。所述之3D場景數據包括 無人飛行載具1所處飛行場景空間之位置資訊，包括場景 X、Y座標方向之影像畫面及場景Z座標方向之距離資訊。 於本實施例中’當後端主機3透過飛行範圍偵測模組302 與TOF攝影機2建立通訊連接後，藉由T〇F攝影機2針對無 人飛彳丁載具1在飛行場景空間内之位置進行即時掃瞄與分 析’進而取得無人飛行載具1於飛行場景空間中之3D場景 100105993 表單編號A0101 第9頁/共19頁 1002010249-0 201235808 數據。 [0019] 步驟S205，飛行範圍偵測模組302根據T0F攝影機2傳送 之3D場景數據動態分析無人飛行載具1於飛行場景空間之 位置座標資訊。步驟S206，飛行範圍偵測模組302根據無 人飛行載具1之位置座標資訊與存放於後端主機3之儲存 裝置32中之可飛行區域資料進行比對。 [0020] 步驟S207，飛行範圍偵測模組302根據比對結果判斷無人 飛行載具1是否有飛離可飛行區域之虞。若無人飛行載具 1可能飛離可飛行區域，執行步驟S208 ;若無人飛行載具 1未飛離可飛行區域，返回步驟S204。 [0021] 步驟S208，當無人飛行載具1可能飛離可飛行區域時，飛 行方向控制模組303產生警示訊號並透過網路5將該警示 訊號傳送至無人飛行載具1之遠端控制器4中。當無人飛 行載具1未飛離可飛行區域時，無人飛行載具1繼續在遠 端控制器4之有效操控範圍下繼續飛行作業。 [0022] 步驟S209，當遠端控制器4接收到後端主機3發送的警示 訊號時，遠端控制器4根據該警示訊號提醒使用者修正無 人飛行載具1之飛行方向，或中止發出不當飛行方向之控 制指令至無人飛行載具1使無人飛行載具1停止於可飛行 區域内，如此可以避免無人飛行載具1失控或墜毁等意外 發生。 [0023] 於本實施例中，本發明之無人飛行載具控制系統及方法 不僅可利用一台T0F攝影機2與後端主機3建立通訊連接， 亦可將飛行場景空間内多台T0F攝影機2同時連接至後端 100105993 表單編號AOiOl 第10頁/共19頁 1002010249-0 201235808 主機3。參考圖4所示，使用者只需透過後端主機3為每一 台T0F攝影機2分配不同的IP位址，並根據T0F攝影機2之 影像偵測範圍設定無人飛行載具1之可飛行區域，從而藉 由多台T0F攝影機2掃瞄各自飛行區域之3D場景數據來控 制無人飛行載具1之飛行作業。 [0024] 以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，且已達廣泛之 使用功效，凡其他未脫離本發明所揭示之精神下所完成 之均等變化或修飾，均應包含於下述之申請專利範圍内 〇 〇 【圖式簡單說明】 [0025] 圖1係本發明無人飛行載具控制系統較佳實施例之架構圖 〇 [0026] 圖2係本發明無人飛行載具控制方法較佳實施例之流程圖 〇 [0027] 圖3係為規劃無人飛行載具之一個可飛行區域之示意圖。 ^ [0028] 圖4係為規劃無人飛行載具之複數可飛行區域之示意圖。 【主要元件符號說明】 [0029] 無人飛行載具1 [0030] TOF攝影機 2 [0031] 後端主機3 [0032] 無人飛行載具控制系統30 [0033] 飛行區域設定模組301 100105993 表單編號A0101 第11頁/共19頁 1002010249-0 201235808 [0034] 飛行範圍偵測模組 302 [0035] 飛行方向控制模組 303 [0036] 中央處理器31 [0037] 儲存裝置32 [0038] 遠端控制器4 [0039] 網路5 100105993 表單編號 A0101 第 12 頁/共 19 頁 1002010249-0

Claims (1)

1. 201235808 七、申請專利範圍： 1 . 一種無人飛行載具控制系統，安裝並運行於後端主機中， 該後端主機藉由網路與至少一台攝影機建立通訊連接，所 述之無人飛行載具控制系統包括： 飛行區域設定模組，用於根據攝影機之影像偵測範圍設定 無人飛行載具之可飛行區域，並將可飛行區域資料儲存於 後端主機之儲存裝置中； 飛行範圍偵測模組，用於藉由攝影機持續掃瞄偵測飛行場 景空間之3D場景數據，透過網路接收攝影機偵測之3D場 〇 景數據，根據攝影機所述之3D場景數據動態分析無人飛行 載具於飛行場景空間之位置座標資訊，及根據所述之位置 座標資訊與存放於儲存裝置中之可飛行區域資料進行比對 來判斷無人飛行載具是否有飛離可飛行區域之虞；及 飛行方向控制模組，用於當無人飛行載具有飛離可飛行區 域之虞時產生警示訊號，及透過網路將該警示訊號傳送至 無人飛行載具之遠端控制器來操控無人飛行載具於可飛行 區域内進行飛行作業。 ^ 2 .如申請專利範圍第1項所述之無人飛行載具控制系統，當 遠端控制器接收到警示訊號時，根據該警示訊號提醒使用 者修正無人飛行載具之飛行方向，或中止發出不當飛行方 向之控制指令至無人飛行載具使該無人飛行載具停止於可 飛行區域内。 3 .如申請專利範圍第1項所述之無人飛行載具控制系統，其 中，所述之飛行區域設定模組還用於為安裝於飛行場景空 間内每一台攝影機分配一個IP位址，所述之後端主機根據 100105993 表單編號A0101 第13頁/共19頁 1002010249-0 201235808 攝影機的ip位址與該攝影機建立通訊連接。 4 .如申請專利範圍第1項所述之無人飛行載具控制系統，其 中，所述之攝影機係為一種T0F攝影機，該T0F攝影機具 有3D立體場景掃瞄功能。 5 .如申請專利範圍第1項所述之無人飛行載具控制系統，其 中，所述之3D場景數據包括無人飛行載具所處飛行場景空 間之位置資訊，包括場景X、Y座標方向之影像畫面及場景 Z座標方向之距離資訊。 6 . —種無人飛行載具控制方法，藉由後端主機控制無人飛行 載具之飛行作業，該後端主機藉由網路與至少一台攝影機 建立通訊連接，該方法包括步驟： 根據攝影機之影像偵測範圍設定無人飛行載具之可飛行區 域，並將可飛行區域資料儲存於後端主機之儲存裝置中； 藉由攝影機持續掃瞄偵測飛行場景空間之3D場景數據，並 透過網路接收該攝影機偵測之3D場景數據； 根據所述之3D場景數據動態分析無人飛行載具於飛行場景 空間之位置座標資訊； 根據無人飛行載具之位置座標資訊與存放於儲存裝置中之 可飛行區域資料進行比對來判斷無人飛行載具是否有飛離 可飛行區域之虞；及 當無人飛行載具有飛離可飛行區域之虞時產生警示訊號， 並透過網路將該警示訊號傳送至無人飛行載具之遠端控制 器來操控無人飛行載具於可飛行區域内進行飛行作業。 7 .如申請專利範圍第6項所述之無人飛行載具控制方法，該 方法還包括步驟： 當遠端控制器接收到警示訊號時，根據該警示訊號提醒使 100105993 表單編號A0101 第14頁/共19頁 1002010249-0 201235808 用者修正無人飛行載具之飛行方向，或中止發出不當飛行 方向之控制指令至無人飛行載具使該無人飛行載具停止於 可飛行區域内。 8 .如申請專利範圍第6項所述之無人飛行載具控制方法，該 方法還包括步驟： 為安裝於所述之飛行場景空間内每一台攝影機分配一個IP 位址；及 根據所述攝影機之IP位址將該攝影機與後端主機建立通訊 連接。 〇 9 .如申請專利範圍第6項所述之無人飛行載具控制方法，其 中，所述之攝影機係為一種T0F攝影機，該T0F攝影機具 ' 有3D立體場景掃瞄功能。 10 .如申請專利範圍第6項所述之無人飛行載具控制方法，其 中，所述之3D場景數據包括無人飛行載具所處飛行場景空 間之位置資訊，包括場景X、Y座標方向之影像畫面及場景 Z座標方向之距離資訊。 〇 100105993 表單編號A0101 第15頁/共19頁 1002010249-0