一种侦查定位救生一体无人机及其救援方法与流程

1.本技术属于无人机技术领域，具体涉及一种侦查定位救生一体无人机及其救援方法。


背景技术：

2.目前对于水域落水人员的救援有以下几种侦查手段：通过目视的方式进行侦查，通常采用望远镜等作为辅助设备；通过通航飞机进行巡查，由人目视侦查；通过船舶进行侦查，大多是有人驾驶的船舶，目前也有无人侦查船；通过无人机搭载光学吊舱，通过数据链将图像实时回传，供工作人员侦查，确认是否有落水人员需要救援。
3.对于水域落水人员的救援有以下几种施救手段：手工抛救生圈，最直接有效的方式，但是营救范围很小，需要落水人员离岸边很近，或者具备一定的游泳能力；通过驾驶船舶到达落水人员旁边，将其救出，采用船舶也是比较有效的方式，但是施救速度较慢，如果不是恰巧碰见，则可能会错过施救时间；目前还有一种工具，是将可自动充气的救生圈气动发射器中，通过气动力量将其发射到落水人员周围，此方式对于操作人员的发射精准度要求较高，如果稍微偏离一些，落水人员可能会因为无法获取救生圈而导致救援失败；最近出现了一款施救船只，可遥控航行至落水人员身边，并利用其动力将落水人员拉回，此种方式是目前较为先进的救援方式，但也有一些缺陷，比如，基本只能在目视条件下工作；无法为其提供足够的浮力，如果落水人员无法漂浮在水面上，则救援同样可能失败。
4.针对水域救援任务，目前侦查、施救大多分别进行，不仅发现晚，而且多种施救手段施救效率较低，耗费了较多的救援时间，因此现有的水域救援方式不能满足落水人员的施救需求。


技术实现要素：

5.本技术实施例通过提供一种侦查定位救生一体无人机及其救援方法，解决了现有水域救援施救手段存在施救效率较低的问题。
6.本发明实施例提供了一种侦查定位救生一体无人机，包括机身、主控板、充气式救生圈、推进装置、以及光电吊舱；
7.所述主控板设置于所述机身内，所述主控板上设置有gps模块，所述主控板与地面指挥中心通过无线网络连接；
8.所述充气式救生圈设置于所述机身的顶部；所述光电吊舱设置于所述机身的下部，所述推进装置设置于所述机身上，所述机身、所述充气式救生圈、所述推进装置、以及所述光电吊舱均采用防水密封结构。
9.在一种可能的实现方式中，所述推进装置包括设置于所述机身两侧的电机、以及安装在所述电机的输出轴上的螺旋桨。
10.在一种可能的实现方式中，所述推进装置的数量为多组，多组所述推进装置设置于所述机身的周向，所述推进装置包括电机、以及安装在所述电机的输出轴上的旋翼；
11.至少两组所述推进装置通过旋转机构安装于所述机身上，所述旋转机构使旋翼的升力由竖直方向改变为水平方向。
12.在一种可能的实现方式中，所述旋转机构设置于所述机身内，所述旋转机构的旋转轴伸出所述机身连接于所述推进装置。
13.在一种可能的实现方式中，所述旋转机构包括舵机、传动皮带、大皮带轮和小皮带轮；
14.所述大皮带轮和所述小皮带轮均转动安装于所述机身内，所述舵机的输出轴与所述小皮带轮的转轴连接，所述大皮带轮和所述小皮带轮通过所述传动皮带连接，所述大皮带轮的转轴通过所述旋转轴与所述推进装置连接，所述大皮带轮转动带动所述推进装置转动。
15.在一种可能的实现方式中，还包括设置于所述机身上的水平限位板和垂直限位板，所述推进装置旋转至垂直方向时，所述推进装置的侧壁与所述垂直限位板抵接，所述推进装置旋转至水平方向时，所述推进装置的侧壁与所述水平限位板抵接。
16.在一种可能的实现方式中，所述充气式救生圈包括充气瓶、水浸传感器、电磁阀、救生圈和按钮开关；
17.所述充气瓶的出气口通过输气管与所述救生圈的进气口连接，所述输气管上设置有所述电磁阀，所述水浸传感器设置于所述机身的外壁，所述按钮开关设置于所述机身顶部，所述水浸传感器、所述电磁阀和所述按钮开关均与所述主控板电性连接。
18.本发明实施例还提供了一种侦查定位救生一体无人机的救援方法，采用上述的侦查定位救生一体无人机，包括以下步骤：
19.步骤一，所述无人机通过所述推进装置在空中飞行，所述光电吊舱将获取到的水域照片通过所述主控板发送至所述地面指挥中心；所述地面指挥中心根据所述水域照片判断是否有落水人员；
20.步骤二，若发现所述落水人员，则通过所述主控板计算所述落水人员的坐标，所述落水人员的坐标计算步骤如下：
21.根据所述gps模块获取无人机的坐标(x1，y1，z1)，其中x1为地理纬度，y1为地理经度，z1为高程；
22.通过所述光电吊舱上的激光测距仪获取所述光电吊舱到所述落水人员的距离l；
23.通过所述光电吊舱上的角度传感器获取所述光电吊舱和所述落水人员的连线与竖直方向的夹角α；
24.所述无人机和所述落水人员在竖直方向的距离为h＝l*cosα，因此，所述落水人员的高程z坐标为z1
‑
h；
25.设所述无人机和所述落水人员的连线在竖直方向上的投影为投影线，所述投影线的长度为l*sina，通过所述光电吊舱上的角度传感器获取所述投影线与地球经线的夹角β；
26.因此，所述落水人员的地理纬度x坐标为：x1
‑
l*sina*sinβ；所述落水人员的地理经度y坐标为：x1
‑
l*sina*cosβ；
27.步骤三，根据所述落水人员的坐标(x，y，z)将所述无人机降落至所述落水人员的附近；
28.步骤四，所述无人机上的所述充气式救生圈检测到落水后，自动进行充气；所述无
人机漂浮在水面上；所述推进装置转为低速运行，通过所述推进装置推动所述无人机在水上行驶，并使所述无人机靠近落水人员；
29.步骤五，所述无人机检测到所述落水人员抓住充气式救生圈后，所述无人机将所述落水人员运送至岸边。
30.在一种可能的实现方式中，步骤一中，所述地面指挥中心根据所述水域照片判断是否有落水人员的具体步骤包括：
31.所述地面指挥中心判断出疑似落水人员时，首先降低所述无人机的飞行高度，再次通过所述光电吊舱获取所述疑似落水人员的照片；所述地面指挥中心根据所述疑似落水人员的照片判断是否有落水人员。
32.在一种可能的实现方式中，所述无人机带动所述落水人员向岸边行驶时，所述无人机将其实时坐标传回所述地面指挥中心。
33.本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
34.本发明实施例提供了一种侦查定位救生一体无人机及其救援方法，该无人机的光电吊舱将获取到的图像信息、距离信息、角度信息通过主控板回传到地面指挥中心；地面指挥中心的工作人员对收到的数据进行分析；无人机的飞行的高度可控，因此无人机既可实现较高高度的大范围侦查，也可以实现较低高度的精细搜索；无人机的空中视角直观，并可实现超视距侦查；从而能够及时侦查到落水人员。机身、充气式救生圈、推进装置、以及光电吊舱均采用防水密封结构，从而在无人机降落至水上时，无人机上的电子设备不会因水而导致其短路的问题；无人机能够在充气式救生圈的协助下漂浮在水面上，进而无人机可通过推进装置靠近落水人员，以便及时进行施救。本发明将侦查、定位、救援集中到一台无人机上，能够在最短时间内发现和定位落水人员，并将落水人员运送至岸边，实现了高效、及时地救援，最大程度地挽救了落水人员的生命。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例中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。
36.图1为本发明实施例一提供的侦查定位救生一体无人机的结构示意图。
37.图2为本发明实施例二提供的侦查定位救生一体无人机的结构示意图。
38.图3为本发明实施例二提供的侦查定位救生一体无人机的推进装置更换方向后的状态示意图。
39.图4为本发明实施例提供的无人机和落水人员的空间位置的示意图。
40.图5为本发明实施例提供的侦查定位救生一体无人机的救援方法的流程图。
41.附图标记：1
‑
机身；2
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充气式救生圈；21
‑
充气瓶；22
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水浸传感器；23
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电磁阀；24
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救生圈；25
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按钮开关；3
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推进装置；4
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光电吊舱；5
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螺旋桨；6
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旋翼；7
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旋转机构；71
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舵机；72
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传动皮带；73
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大皮带轮；74
‑
小皮带轮；8
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主控板；9
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水平限位板；10
‑
垂直限位板。
具体实施方式
42.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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
43.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
44.如图1至图3所示，本发明实施例提供的侦查定位救生一体无人机，包括机身1、主控板8、充气式救生圈2、推进装置3、以及光电吊舱4。
45.主控板8设置于机身1内，主控板8上设置有gps模块，主控板8与地面指挥中心通过无线网络连接。
46.充气式救生圈2设置于机身1的顶部。光电吊舱4设置于机身1的下部，推进装置3设置于机身1上，机身1、充气式救生圈2、推进装置3、以及光电吊舱4均采用防水密封结构。
47.需要说明的是，gps模块用于获取无人机当前的gps信息，gps信息具体包括地理纬度数据、地理经度数据、以及高程数据。光电吊舱4采用的型号可为贯中精仪90
‑
a3。光电吊舱4上设置有高清相机、激光测距仪、角度传感器等数据采集端。光电吊舱4将获取到的图像信息、距离信息、角度信息通过主控板8回传到地面指挥中心。地面指挥中心的工作人员对收到的数据进行分析。
48.由于无人机的飞行的高度可控，因此无人机既可实现较高高度的大范围侦查，也可以实现较低高度的精细搜索。无人机的空中视角直观，并可实现超视距侦查。从而能够及时侦查到落水人员。
49.充气式救生圈2通过压缩气瓶进行充放气，压缩气瓶上的电磁阀23通过主控板8进行控制。
50.机身1、充气式救生圈2、推进装置3、以及光电吊舱4均采用防水密封结构，从而在无人机降落至水上时，无人机上的电子设备不会因水而导致其短路的问题。无人机的骨架采用轻质材料，例如聚醚醚酮材料，聚醚醚酮是一种具有耐磨、耐高温、抗冲击性能好、易加工和高机械强度等优异性能的特种工程塑料，并且密度较小。因此，无人机能够在充气式救生圈2的协助下漂浮在水面上，进而无人机可通过推进装置3靠近落水人员，以便及时进行施救。
51.本实施例中，推进装置3包括设置于机身1两侧的电机、以及安装在电机的输出轴上的螺旋桨5。
52.需要说明的是，本实施例中的无人机为固定翼飞机，当无人机在空中飞行时，推进
装置3的电机高速运转，旋转的螺旋桨5为飞机提供向前的推力，固定翼飞机的机翼产生升力使得无人机在空气中飞行。
53.当无人机降落至水上时，无人机漂浮在水面上，此时，推进装置3的电机转为低速运行，旋转的螺旋桨5为无人机提供向前的推力，无人机在水中向前行驶。
54.本实施例中，推进装置3的数量为多组，多组推进装置3设置于机身1的周向，推进装置3包括电机、以及安装在电机的输出轴上的旋翼6。
55.至少两组推进装置3通过旋转机构7安装于机身1上，旋转机构7使旋翼6的升力由竖直方向改变为水平方向。
56.需要说明的是，本实施例中的无人机为旋翼6无人机。当无人机在空中飞行时，推进装置3为无人机提供向前和向上的推力，无人机在空气中飞行。
57.当无人机降落至水上时，通过旋转机构7改变推进装置3的方向，使该推进装置3的旋翼6转轴的轴线由竖直方向改变为水平方向，从而带动无人机在水中向前行驶。
58.本实施例中，旋转机构7设置于机身1内，旋转机构7的旋转轴伸出机身1连接于推进装置3。
59.本实施例中，旋转机构7包括舵机71、传动皮带72、大皮带轮73和小皮带轮74。
60.大皮带轮73和小皮带轮74均转动安装于机身1内，舵机71的输出轴与小皮带轮74的转轴连接，大皮带轮73和小皮带轮74通过传动皮带72连接，大皮带轮73的转轴通过旋转轴与推进装置3连接，大皮带轮73转动带动推进装置3转动。
61.需要说明的是，舵机71驱动小皮带轮74转动，小皮带轮74通过传动皮带72带动大皮带轮73转动，大皮带轮73带动推进装置3转动，从而实现推进装置3的推力在竖直方向和水平方向之间切换。
62.本实施例中，还包括设置于机身1上的水平限位板9和垂直限位板10，推进装置3旋转至垂直方向时，推进装置3的侧壁与垂直限位板10抵接，推进装置3旋转至水平方向时，推进装置3的侧壁与水平限位板9抵接。
63.需要说明的是，如图2所示，推进装置3的旋转范围为水平限位板9和垂直限位板10之间的区域，水平限位板9和垂直限位板10能够保证推进装置3旋转到位，该设置简单、有效。
64.本实施例中，充气式救生圈2包括充气瓶21、水浸传感器22、电磁阀23、救生圈24和按钮开关25。
65.充气瓶21的出气口通过输气管与救生圈24的进气口连接，输气管上设置有电磁阀23，水浸传感器22设置于机身1的外壁，按钮开关25设置于机身1顶部，水浸传感器22、电磁阀23和按钮开关25均与主控板8电性连接。
66.需要说明的是，充气瓶21设置于机身1内部。水浸传感器22检测到水时，表明无人机已降落至水上，然后主控板8控制电磁阀23开启，使得充气瓶21将其内的气体通过输气管输入至救生圈24内部，使救生圈24充满气。为使救生圈24充足气体，电磁阀23可采用流量电磁阀23，还可以在输气管上设置压力计，以保证输入气体的体积。
67.落水人员抓住救生圈24后，通过按压按钮开关25后，无人机返航将落水人员运载至地面。
68.如图1至图5所示，本发明实施例还提供了一种侦查定位救生一体无人机的救援方
法，采用上述的侦查定位救生一体无人机，包括以下步骤：
69.步骤一，无人机通过推进装置3在空中飞行，光电吊舱4将获取到的水域照片通过主控板8发送至地面指挥中心。地面指挥中心根据水域照片判断是否有落水人员。
70.本实施例中，步骤一中，地面指挥中心根据水域照片判断是否有落水人员的具体步骤包括：地面指挥中心判断出疑似落水人员时，首先降低无人机的飞行高度，再次通过光电吊舱4获取疑似落水人员的照片。地面指挥中心根据疑似落水人员的照片判断是否有落水人员。
71.需要说明的是，起初无人机先进行高度较高的大范围侦查，然后通过光电吊舱4将获取到的水域照片通过主控板8不断地发送至地面指挥中心。地面指挥中心的工作人员人工或者在图像分析软件的协助下对水域照片进行分析，若有疑似落水人员时，降低无人机的飞行高度，并再次通过水域照片判断是否有落水人员，该方法能够提高侦查的效率，避免了侦查时高度一致使得水域照片获取量过大或者水域照片分辨率受限，而导致侦查效率较低的问题
72.步骤二，若发现落水人员，则通过主控板8计算落水人员的坐标，落水人员的坐标计算步骤如下：
73.如图4所示，根据gps模块获取无人机的坐标(x1，y1，z1)，其中x1为地理纬度，y1为地理经度，z1为高程。
74.通过光电吊舱4上的激光测距仪获取光电吊舱4到落水人员的距离l。
75.通过光电吊舱4上的角度传感器获取光电吊舱4和落水人员的连线与竖直方向的夹角α。
76.无人机和落水人员在竖直方向的距离为h＝l*cosα，因此，落水人员的高程z坐标为z1
‑
h。
77.设无人机和落水人员的连线在竖直方向上的投影为投影线，投影线的长度为l*sina，通过光电吊舱4上的角度传感器获取投影线与地球经线的夹角β。
78.无人机和落水人员在地理纬度方向的距离为l*sina*sinβ。无人机和落水人员在地理经度方向的距离为l*sina*cosβ。
79.因此，落水人员的地理纬度x坐标为：x1
‑
l*sina*sinβ。落水人员的地理经度y坐标为：x1
‑
l*sina*cosβ。
80.步骤三，根据落水人员的坐标(x，y，z)将无人机降落至落水人员的附近。降落至落水人员的附近能够防止螺旋桨5容易打到落水人员。
81.步骤四，无人机上的充气式救生圈2检测到落水后，自动进行充气。无人机漂浮在水面上。推进装置3转为低速运行，通过推进装置3推动无人机在水上行驶，并使无人机靠近落水人员。
82.充气式救生圈2上的水浸传感器22能够检测无人机是否漂浮在水面上，此时无人机的机身1已经全部位于水中。无人机靠近落水人员时，可通过光电吊舱4上的高清摄像机进行导航，通过控制两个螺旋桨5或者旋翼6的转速实现推力差即可进行转向，并在工作人员的校正下使无人机行驶至落水人员旁。
83.步骤五，无人机检测到落水人员抓住充气式救生圈2后，无人机将落水人员运送至岸边。
84.通过落水人员手动按动按钮开关25来触发无人机使其知晓并返航。还可通过远程的工作人员发出操控指令使得无人机返航。
85.本实施例中，无人机带动落水人员向岸边行驶时，无人机将其实时坐标传回地面指挥中心。
86.无人机上的gps模块将无人机的实时坐标传回地面指挥中心，以便工作人员获取无人机和落水人员的位置，从而便于及时组织救援。
87.本发明将侦查、定位、救援集中到一台无人机上，能够最短时间内发现和定位落水人员。实现了高效、及时的救援，最大程度上挽救人们的生命。
88.本说明书中的各个实施方式采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。