一种无人机飞行巡检方法、系统、设备及介质与流程

1.本发明涉及无人机巡检技术领域，特别涉及一种无人机飞行巡检方法、系统、设备及介质。


背景技术：

2.随着航空技术的突飞猛进，飞行器已经从军用到民用、从有人到无人得到全面的发展，使得飞行器的应用领域越来越广泛，同时随着5g物联网、人工智能和大数据技术的逐渐成熟，使无人机在智慧城市的建设中能发挥一席之地，城市空域的合理利用成为各大无人机公司眼中急需开发的市场。
3.4d航迹是利用三维的空间位置信息(经度、纬度、高度)，再加上一维的时间信息，对飞机飞行全过程进行精确描述的一种方式，其在民航领域应用广泛，通过空管系统，提前规划好各个航班精准的飞行航线和时间，使得全世界的民航飞机能够有条不紊的飞行。
4.随着经济的快速发展，人们对城市生活的需求日益提高，使无人机在智慧城市发展中有举足轻重的地位。但由于城市人口密集、高楼林立，现有的无人机4d飞行技术在城市空域难以得到深入应用，其主要原因是城市作业需要有高安全性、可靠性的保障。
5.现有的无人机飞行巡检主要依靠飞手操控遥控器，以手动飞行方式，或者规划3d轨迹自动飞行方式进行，但这些方法不足的是效率低下且无法对飞行状态做精准的管控。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的无人机飞行巡检效率低且难以进行精准管控的问题，本发明的目的在于提供一种无人机飞行巡检方法、系统、设备及介质。
7.为实现上述目的，本发明的技术方案为：
8.一方面，本发明提供一种无人机飞行巡检方法，包括以下步骤：
9.在无人机按照4d航迹进行飞行巡检的过程中，接收由机载设备获取的数据信息，并对所述数据信息进行处理，获得飞行信息；
10.根据所述飞行信息的内容，执行预设判断条件中的一项或者多项，获得判断结果，所述判断结果为无人机飞行巡检能够完成或者不能完成，并当任一项所述预设判断条件的判断结果为无人机飞行巡检不能完成时，进入下一步；
11.根据预设的规则对所述4d航迹进行修改并生成新的4d航迹，以便于飞控系统控制无人机按照所述新的4d航迹飞行以继续飞行巡检。
12.优选的，所述飞行信息包括本机方位和航速信息、电池剩余电量信息、所述4d航迹上的障碍物信息、所述4d航迹上的不良天气区域及其存续时段信息、所述4d航迹上的净空区域及其存续时段信息中的至少一种。
13.优选的，所述预设判断条件包括：
14.判断电池剩余电量是否能够支持完成无人机飞行巡检，是则判断结果为无人机飞行巡检能够完成，否则不能完成；
15.判断所述4d航迹上是否存在障碍物，是则判断结果为无人机飞行巡检不能完成，否则能够完成；
16.判断所述4d航迹上是否存在不良天气区域及其存续时段信息，是则判断结果为无人机飞行巡检不能完成，否则能够完成；
17.判断所述4d航迹上是否存在净空区域及其存续时段信息，是则判断结果为无人机飞行巡检不能完成，否则能够完成。
18.优选的，所述对所述4d航迹进行修改并生成新的4d航迹包括：
19.当所述电池剩余电量不能够支持完成无人机飞行巡检时，降低所述4d航迹中航点间的时间间隔以生成新的4d航迹；
20.当所述4d航迹上具有障碍物时，在所述4d航迹中插入新的航点以绕开所述障碍物，从而生成新的4d航迹；
21.当所述4d航迹上存在不良天气区域时，在所述4d航迹中插入新的航点以绕开所述不良天气区域，或者，改变所述4d航迹中航点间的时间间隔以避开所述不良天气区域的存续时段，从而生成新的4d航迹；
22.当所述4d航迹上存在净空区域时，在所述4d航迹中插入新的航点以绕开所述净空区域，或者，改变所述4d航迹中航点间的时间间隔以避开所述净空区域的存续时段，从而生成新的4d航迹。
23.优选的，所述机载设备包括传感设备、电源管理设备、可视化设备、通信设备中的一种或者多种；所述对所述数据信息进行处理，获得飞行信息包括：
24.通过传感器融合算法对所述传感设备获取的数据信息进行计算，获得所述本机方位和航速信息；
25.通过电源管理设备获得所述电池剩余电量信息；
26.通过人工智能算法对所述可视化设备获取的数据信息进行处理，以获得所述4d航迹上的障碍物信息；
27.通过通信设备获得所述4d航迹上的不良天气区域及其存续时段信息以及所述4d航迹上的净空区域及其存续时段信息。
28.优选的，所述传感设备包括gnss模块、气压计、加速度计、陀螺仪、磁力计中的一种或者多种；所述可视化设备包括摄像头、激光雷达、毫米波雷达中的至少一个。
29.优选的，所述无人机按照4d航迹进行飞行巡检的过程包括，
30.判断所述本机方位和航速信息是否与所述4d航迹一致，是则继续飞行巡检，否则生成新的方位和航速参数，以便于飞行控制系统在执行新的方位和航速参数后使无人机回归到所述4d航迹。
31.另一方面，本发明提供一种无人机飞行巡检系统，包括
32.获取模块，所述获取模块用于获取4d航迹，以及机载设备获取的数据信息；
33.信息处理模块，所述信息处理模块用于对所述机载设备获取的数据信息进行处理，获得飞行信息；
34.判断模块，所述判断模块用于根据所述飞行信息执行预设判断条件，获得判断结果；以及
35.修改模块，所述修改模块用于在所述判断结果为无人机飞行巡检不能完成时，对
所述4d航迹进行修改并生成新的4d航迹。
36.又一方面，本发明提供一种无人机飞行巡检设备，包括存储有可执行程序代码的存储器，以及与所述存储器耦合的处理器；其中，所述处理器调用所述存储器中存储的所述可执行程序代码，执行上述的方法。
37.再一方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行上述的方法。
38.采用上述技术方案，由于无人机飞行巡检过程是按照4d航迹进行，从而降低了人工操作强度；又由于对传感器信息的获取和处理，得到飞行信息，并通过飞行信息判断无人机飞行巡检是否能够完成，并在不能完成时通过修改并生成新的4d航迹的方式，使无人机飞行巡检得以继续，从而在不进行人工介入的情况下，能够通过执行本发明提供的方法，使无人机飞行巡检能够完成，从而提高了巡检效率，实现了精准管控。
附图说明
39.图1为本发明一种无人机飞行巡检方法流程图；
40.图2为本发明一种无人机飞行巡检系统的结构示意图；
41.图3为本发明一种无人机飞行巡检设备的结构示意图。
具体实施方式
42.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
43.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示对本发明结构的说明，仅是为了便于描述本发明的简便，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。
44.对于本技术方案中的“第一”和“第二”，仅为对相同或相似结构，或者起相似功能的对应结构的称谓区分，不是对这些结构重要性的排列，也没有排序、或比较大小、或其他含义。
45.另外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，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，可以是两个结构内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据本发明的总体思路，联系本方案上下文具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
46.实施例一
47.一种无人机飞行巡检方法，如图1所示，包括步骤s1、步骤s2、步骤s3和步骤s4。
48.步骤s1、在无人机按照4d航迹进行飞行巡检的过程中，接收由机载设备获取的数据信息，并对数据信息进行处理，获得飞行信息；
49.本实施例提供的方法通常由无人机上搭载的处理设备进行本地运行，但也可以由与无人机通信连接的远程服务器远程执行。其中，执行飞行巡检的无人机搭载有飞行控制
系统，该飞行控制系统通过搭载的自动控制算法对无人机的飞行状态进行控制，从而控制无人机的飞行。
50.机载设备包括传感设备、电源管理设备、可视化设备、通信设备中的一种或者多种，通常是搭载全部，各类机载设备分别获取不同的传感信息，相应的飞行信息也有多种。具体而言，飞行信息包括本机方位和航速信息、电池剩余电量信息、4d航迹上的障碍物信息、4d航迹上的不良天气区域及其存续时段信息、4d航迹上的净空区域及其存续时段信息。
51.这些不同的飞行信息分别通过对不同的机载设备获取的数据信息进行处理后得到。例如：通过传感器融合算法对传感设备获取的数据信息进行计算，从而获得本机方位和航速信息；通过电源管理设备获得电池剩余电量信息；通过人工智能算法对可视化设备获取的数据信息进行处理，从而获得4d航迹上的障碍物信息；通过通信设备获得4d航迹上的不良天气区域及其存续时段信息以及4d航迹上的净空区域及其存续时段信息。
52.其中，传感设备包括gnss模块、气压计、加速度计、陀螺仪、磁力计中的一种或者多种；可视化设备包括摄像头、激光雷达、毫米波雷达中的至少一个；通信设备为gprs模块、3g、4g或者5g通信模块。
53.4d航迹的规划上，无人机通常以匀速飞行的方式进行巡航，并在巡航过程中执行巡检任务，并在特定情况下，还会进行悬停和变速飞行。基于飞行信息中的本机方位和航速信息，在本实施例中，而上述的无人机按照4d航迹进行飞行巡检的过程，可理解为：判断本机方位和航速信息是否与4d航迹一致(是否偏离4d航迹)，是则继续飞行巡检，否则生成新的方位和航速参数，以便于飞行控制系统在执行新的方位和航速参数后使无人机回归到所述4d航迹。例如，三维轨迹偏离时，修改航向；一维时间偏离时，调整飞行速度即可。
54.步骤s2、根据飞行信息的内容，执行预设判断条件中的一项或者多项，获得判断结果，判断结果为无人机飞行巡检能够完成或者不能完成；
55.步骤s3、识别是否存在任一项预设判断条件的判断结果为无人机飞行巡检不能完成，是则进入下一步，否则回到上一步；
56.对于不同的飞行信息内容，需要执行不同的预设判断条件，本实施例中，由于飞行信息内容具有多种，因此预设判断条件也有多个，具体有：
57.1、判断电池剩余电量是否能够支持完成无人机飞行巡检，是则判断结果为无人机飞行巡检能够完成，否则不能完成；
58.由于电池用时间长后容易老化，因此需要考虑电池剩余电量，电池的放电曲线是非线性的，所以飞行时需要考虑电压(v)、电流(i)因素，v＝f(v,i)。例如，无人机消耗50％电量而完成了40％的飞行巡检，那么继续保持匀速巡航的话，无人机就难以用剩余的50％电量完成未进行的60％飞行巡检，则需要进行处置。
59.2、判断所述4d航迹上是否存在影响飞行的障碍物，是则判断结果为无人机飞行巡检不能完成，否则能够完成；
60.在可视化设备获取的数据信息的辅助下，通过ai人工智能算法提供的功能，如障碍物形状识别和定位功能，从而可以确定4d航迹上有无障碍物。
61.3、判断4d航迹上是否存在不良天气区域及其存续时段信息，是则判断结果为无人机飞行巡检不能完成，否则能够完成；
62.通过通信设备接收气象中心发布的数据信息即可获知4d航迹上是否存在影响飞
行的不良天气区域及其存续时段信息。
63.4、判断4d航迹上是否存在影响飞行的净空区域及其存续时段信息，是则判断结果为无人机飞行巡检不能完成，否则能够完成。
64.通过通信设备接收空管中心发布的数据信息即可获知4d航迹上是否存在净空区域及其存续时段信息。
65.步骤s4、根据预设的规则对4d航迹进行修改并生成新的4d航迹，以便于飞控系统控制无人机按照新的4d航迹飞行以继续飞行巡检，或者，生成返航指令以便于飞控系统控制无人机返航。
66.本实施例中，对于不同的预设判断条件，其判断结果为无人机飞行巡检不能完成时，对4d航迹进行修改并生成新的4d航迹的方式也不尽相同，具体包括：
67.1、当电池剩余电量不能够支持完成无人机飞行巡检时，降低4d航迹中航点间的时间间隔以生成新的4d航迹；
68.可以理解的是，降低4d航迹(未执行的部分)中航点间的时间间隔，即同样的空间距离，无人机飞行时间更少，即提高了无人机的巡航速度，使无人机用更少的电量完成更多的飞行巡检。
69.此外，另一个实施例中，在生成新的4d航迹之后，对新生成的4d航迹进行步骤s2中的判断，具体是判断电池剩余电量是否能够支持完成无人机飞行巡检，是则根据新生成的4d航迹进行巡检，否则生成返航指令以控制无人机返航。
70.2、当4d航迹上具有障碍物时，在4d航迹中插入新的航点以绕开所述障碍物，从而生成新的4d航迹；
71.首先，将被障碍物覆盖(以及距离障碍物的距离在一定数值内)的航点删除，4d航迹被分割为两段，再在障碍物的周围插入新的航点，以将两段4d航迹连接起来，并且可以理解的是，由于航点发生了变化，其包含的一维时间也对应具有变化，因此在绕开障碍物时，无人机的航速也会对应的发生变化，通常会发生一个加速的过程，从而弥补因为绕行而多飞的路程，并通常在绕过障碍物后，进行减速，从而回归到之前的飞行状态。
72.原理如下：按原航线从点u1飞到u2需要花费的时间为δt＝s0/v0，其中,s0表示从u1到u2的直线距离，v0表示该段距离的飞行速度。为绕开障碍物，新的4d航迹比原4d航迹长，如按之前的速度飞行，则后面航线飞行的时间量将与规划的不一致，故需要变速飞行，用s'0表示新的4d航迹从点u1到u2的路程，需要在δt时间内完成s'0路径的飞行，用积分公式s'0＝∫v
i
·
d
t
表达路径与速度及时间的关系，速度变量v
i
有一个加速和减速的变化过程。
73.3、当所述4d航迹上存在不良天气区域时，在4d航迹中插入新的航点以绕开不良天气区域，或者，改变4d航迹中航点间的时间间隔以避开不良天气区域的存续时段，从而生成新的4d航迹；
74.4、当所述4d航迹上存在净空区域时，在4d航迹中插入新的航点以绕开所述净空区域，或者，改变所述4d航迹中航点间的时间间隔以避开净空区域的存续时段，从而生成新的4d航迹。
75.可以理解的是，通过插入新的航点的方式绕开不良天气区域和净空区域的过程，同上述绕开障碍物的过程类似，不再赘述。但不同之处在于，不良天气区域和净空区域具有一定的存续时段，因此，可以通过降低航点间的时间间隔，使无人机加速巡航，在不良天气
区域和净空区域存续时段之前通过，或者反之，使无人机减速巡航，在不良天气区域和净空区域存续时段之后通过。
76.此外，在另一个实施例中，在不良天气区域以及净空区域这两个因素的影响下重新生成新的4d航迹后，对应的也需要对新生成的4d航迹进行步骤s2中的判断，具体也是判断电池剩余电量是否能够支持完成无人机飞行巡检，是则根据新生成的4d航迹进行巡检，否则生成返航指令以控制无人机返航。
77.实施例二
78.一种无人机飞行巡检系统，如图2所示，包括
79.获取模块，获取模块用于获取4d航迹，以及接收由机载设备获取的数据信息；
80.信息处理模块，信息处理模块用于对机载设备获取的数据信息进行处理，获得飞行信息；判断模块，判断模块用于根据飞行信息执行预设判断条件，获得判断结果；以及
81.修改模块，修改模块用于在判断结果为无人机飞行巡检不能完成时，对4d航迹进行修改并生成新的4d航迹。
82.实施例三
83.一种无人机飞行巡检设备，如图3所示，包括存储有可执行程序代码的存储器；以及与存储器耦合的处理器；其中，处理器调用存储器中存储的可执行程序代码，执行实施例一中的无人机飞行巡检方法。
84.实施例四
85.一种计算机存储介质，计算机存储介质中存储有计算机程序，计算机程序被处理器运行时执行实施例一中的无人机飞行巡检方法。
86.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
87.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
88.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
89.以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。