一种无人机任务执行环境判断方法、装置及无人机机巢与流程

1.本发明涉及无人机机巢技术领域，特别是涉及一种无人机任务执行环境判断方法、装置及无人机机巢。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.无人机智能机巢是无人机远程精准起降平台，能够实现与后台监控中心的互联互通，实现自动储存无人机、智能自动充电、状态实时监控、自动传输数据等。
4.但是发明人认为，目前的无人机智能机巢至少存在以下问题：
5.(1)机巢对无人机巡检现场的飞行环境数据进行采集后，传输至后台监控中心由后台监控中心的操作人员主观判断现场飞行条件，判断当前飞行条件是否适宜巡检任务的执行，若在非安全条件下进行飞行，容易发生安全事故，对无人机造成损坏等；但是人为判断的方式智能化程度低，主观性强且存在一定的误判可能性，对飞行任务造成一定的安全隐患。
6.(2)目前对飞行条件的判断方法仅根据采集的各类传感数据进行判断，未考虑无人机需执行的巡检任务，未考虑无人机实际执行的飞行指令，判断条件单一，针对不同飞行任务时，所依托的环境判断数据无法与飞行任务相匹配，降低识别准确率，且机巢设备上采集数据的各种传感模块仅简单拼凑，设备数量多，体积庞大，不易与小型化机巢系统集成。


技术实现要素：

7.为了解决上述问题，本发明提出了一种无人机任务执行环境判断方法、装置及无人机机巢，可针对不同飞行任务或返航任务结合不同的任务环境条件，分别判断是否适宜执行任务，并给出判断结果，实现自主进行不同任务下的飞行条件的预判。
8.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
9.第一方面，本发明提供一种无人机任务执行环境判断方法，应用于至少一个机巢和执行飞行任务的无人机，所述方法包括：
10.获取机巢内环境信息和感知范围内的机巢外环境信息；
11.根据无人机位置选定的目标机巢，根据飞行指令确定对应的飞行影响因素，并在其机巢外环境信息中调取对应的飞行环境数据；根据飞行环境数据判断飞行条件，若飞行环境数据不满足飞行条件时，控制无人机返航；
12.根据返航指令确定对应的降落影响因素，以在目标机巢的机巢外环境信息和机巢内环境信息中调取对应的降落环境数据和返仓环境数据；根据降落环境数据控制无人机的降落方式，根据返仓环境数据调整机巢内环境，直至无人机返回目标机巢内。
13.作为可选择的实施方式，目标机巢的选定包括：根据无人机位置，判断无人机所处的机巢感知范围，以落入感知范围的机巢为目标机巢；若两个机巢的感知范围重叠，则根据
无人机与机巢的距离，以距离最近的机巢为目标机巢。
14.作为可选择的实施方式，所述机巢内环境信息包括：机巢内温度、机巢内湿度和机巢内烟雾浓度；所述机巢外环境信息包括：风速、风向、机巢外温度、机巢外湿度、雨量、气压、光照强度和能见度。
15.作为可选择的实施方式，根据飞行指令确定对应的飞行影响因素的过程中，所述飞行指令包含无人机巡检、机巢开关动作和无人机飞行任务；
16.无人机巡检对应的飞行影响因素包括：风速、风向、机巢外温度、雨量、气压、光照强度和能见度；
17.机巢开关动作对应的飞行影响因素包括：雨量和机巢内烟雾浓度；
18.无人机飞行任务对应的飞行影响因素包括：风速、风向、气压和能见度。
19.作为可选择的实施方式，根据返航指令确定对应的降落影响因素的过程中，受所述返航指令影响的指令包含：无人机存储、无人机充电、机巢自检、无人机精降和无人机备降；
20.无人机存储、无人机充电和机巢自检对应的降落影响因素包括：机巢内温度、机巢内湿度和机巢内烟雾浓度；
21.无人机精降对应的降落影响因素包括：风速、风向、光照强度和能见度；
22.无人机备降对应的降落影响因素包括：风速和风向。
23.作为可选择的实施方式，若当前飞行指令为无人机巡检指令时，且当前飞行环境数据满足飞行条件，则进行机巢自检，机巢自检通过后，无人机起飞，执行巡检任务；在无人机巡检任务执行过程中，持续检测飞行环境数据是否满足飞行条件。
24.作为可选择的实施方式，在无人机巡检任务执行过程中，若飞行环境数据不满足飞行条件或接收到返航指令时，控制无人机返航，根据降落环境数据控制无人机的降落方式的过程包括：判断当前降落环境数据是否满足精降条件，如果满足精降，则执行无人机精降，同时判断机巢是否满足无人机的存储和充电，如果机巢内环境异常，则调整机巢内环境；如果不满足精降，则执行无人机备降；如果不满足无人机备降，则无人机强行降落。
25.第二方面，本发明提供一种无人机任务执行环境判断装置，包括：
26.信息获取模块，被配置为获取机巢内环境信息和感知范围内的机巢外环境信息；
27.飞行任务判断模块，被配置为根据无人机位置选定的目标机巢，根据飞行指令确定对应的飞行影响因素，并在其机巢外环境信息中调取对应的飞行环境数据；根据飞行环境数据判断飞行条件，若飞行环境数据不满足飞行条件时，控制无人机返航；
28.返航任务判断模块，被配置为根据返航指令确定对应的降落影响因素，以在目标机巢的机巢外环境信息和机巢内环境信息中调取对应的降落环境数据和返仓环境数据；根据降落环境数据控制无人机的降落方式，根据返仓环境数据调整机巢内环境，直至无人机返回目标机巢内。
29.第三方面，本发明提供一种无人机机巢，包括第二方面所述的无人机任务执行环境判断装置。
30.第四方面，本发明提供一种无人机任务执行环境判断系统，包括：至少一个第三方面所述的无人机机巢和在无人机机巢感知范围内执行飞行任务的无人机。
31.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
32.本发明创新性提出一种无人机任务执行环境判断方法，针对不同飞行任务或返航任务结合不同任务环境条件，分别判断是否适宜执行任务，满足机巢飞行条件判断逻辑的需求，在复杂飞行情况通过机巢自判断方式实现判断结论冗余，提高判断准确率，解决现有飞行环境监控技术的判断条件单一、主观性干扰及智能化程度低的局限性，无需进行人工干预，实现自主进行不同任务下飞行条件的预判，显著提高无人机巡检效率和机巢系统的智能化程度。
33.本发明创新性研制一种无人机任务执行环境判断装置，设计集成无人机任务执行环境判断装置的无人机机巢，首创一种适用于轻小型无人机机巢的高集成度无人机任务执行环境判断系统，解决现有机巢体积庞大且不易与小型化机巢系统集成的问题，通过对各模块的高度集成及小型化设计，适用于轻小型机巢，且满足机巢飞行条件判断逻辑的需求，提高判断准确率，提高机巢系统的智能化程度。
34.本发明提出的一种无人机任务执行环境判断方法、装置及无人机机巢，利用微气象传感器准确判断当前气象环境情况，避免大风或下雨等不利于飞行的因素情况下执行起飞任务，造成任务失败，甚至是对机巢或无人机设备造成损坏；利用室内传感器感知机巢内环境，通过空调等环境调控措施对机巢内部环境进行调控，为无人机的存储提供条件，甚至在恶劣的外部环境下，为无人机正常任务提供有利准备；且常规或周期性任务情况下，无需进行人工干预，提高效率和智能化水平，实现自主进行不同任务下的飞行条件的预判。
35.本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
36.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
37.图1为本发明实施例1提供的任务指令与对应的环境因素划分示意图；
38.图2为本发明实施例1提供的无人机存储任务的执行环境判断示意图；
39.图3为本发明实施例1提供的报警报文打包示意图；
40.图4为本发明实施例1提供的无人机任务执行环境判断方法流程图；
41.图5为本发明实施例1提供的无人机任务执行环境判断装置示意图。
具体实施方式
42.下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
43.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
44.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过
程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
45.在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
46.实施例1
47.本实施例提供一种无人机任务执行环境判断方法，应用于至少一个机巢和执行飞行任务的无人机，所述方法包括：
48.获取机巢内环境信息和感知范围内的机巢外环境信息；
49.根据无人机位置选定的目标机巢，根据飞行指令确定对应的飞行影响因素，并在其机巢外环境信息中调取对应的飞行环境数据；根据飞行环境数据判断飞行条件，若飞行环境数据不满足飞行条件时，控制无人机返航；
50.根据返航指令确定对应的降落影响因素，以在目标机巢的机巢外环境信息和机巢内环境信息中调取对应的降落环境数据和返仓环境数据；根据降落环境数据控制无人机的降落方式，根据返仓环境数据调整机巢内环境，直至无人机返回目标机巢内。
51.在本实施例中，所述机巢内环境信息包括：机巢内温度、机巢内湿度和机巢内烟雾浓度；
52.所述机巢内环境信息采用温度传感器、湿度传感器和烟雾传感器进行采集；
53.其中，温度传感器用于采集机巢内环境温度，当温度低于设定温度范围下限时，通过控制空调加热功能使机巢室内温度达到正常工作范围，当温度高于设定温度范围上限时，开启空调降温功能，使机巢内部环境温度达到正常工作范围；湿度传感器用于检测机巢内环境湿度，当机巢内湿度高于设定阈值时，开启空调抽湿功能；烟雾传感器用于检测机巢内烟雾浓度。
54.在本实施例中，所述机巢外环境信息包括：风速、风向、机巢外温度、机巢外湿度、雨量、气压、光照强度和能见度；
55.所述机巢外环境信息采用风速传感器、风向传感器、温度传感器、湿度传感器、雨量计、气压计、光敏传感器和能见度传感器进行采集；
56.其中，风速传感器用于机巢所在位置的风速测量；风向传感器用于风向测量；温度传感器用于环境温度测量；湿度传感器用于环境湿度测量；雨量计用于降雨情况下雨量测量，可用于区分小雨、中雨、大雨等；气压计用于测量本地气压；光敏传感器用于测量当前光照强度；能见度传感器可对大气能见度进行连续输出。
57.在本实施例中，上述若干个传感器将采集的数据通过无线通信进行传输。
58.作为可选择的实施方式，无线通信可采用uwb无线通信技术，具备低功耗、数据传输速率高、抗干扰能力强、穿透能力强等特点。
59.可以理解的，采用uwb无线通信只是本实施例给出一种可实现的实施方式，但并不限于该种无线通信方式，在更多实施例中，也可根据现场实际情况采用其他无线通信方式，如4g、5g等。
60.可以理解的，本实施例只是列举了集中现场常用的数据类型及传感器类型，在更多实施例中，可以根据实际情况增加传感器类型或删除传感器类型。
61.在本实施例中，通过各类传感器对机巢内、外环境数据进行采集，并对采集的传感数据进行预处理，所述预处理包括：通过滑动平均低通滤波器对传感器数据进行预处理，滤除跳变或异常环境信息，获得预处理后相对平稳的环境信息；
62.作为可选择的实施方式，所述滑动平均低通滤波器模型为取n点滑动平均滤波器的输出：y(n)＝[x(n-n 1) x(n-n 2)... x(n)]/n。
[0063]
在本实施例中，根据任务指令对影响因素进行划分，以针对不同任务指令结合所需影响因素进行飞行条件的判断；
[0064]
如图1所示，具体地，任务指令包含无人机存储、无人机充电、无人机巡检、机巢自检、机巢开关动作、机巢开启状态、无人机飞行任务、无人机精降、无人机备降等；
[0065]
具体地，无人机存储、无人机充电以及机巢自检的主要影响因素为机巢内环境信息，包括机巢内温度、机巢内湿度和机巢内烟雾浓度；
[0066]
无人机巡检的主要影响因素包括：风速、风向、机巢外温度、雨量、气压计、光照强度、能见度；
[0067]
机巢开关动作的主要影响因素为雨量情况、机巢内烟雾浓度；
[0068]
无人机飞行任务中的主要影响因素为风速、风向、气压计、能见度；
[0069]
无人机精降的主要影响因素为风速、风向、光照强度、能见度；
[0070]
无人机备降的主要影响因素为风速、风向。
[0071]
作为可选择的实施方式，以无人机存储任务为例，结合该任务条件下的环境影响因素，通过阈值判断法进行任务适合条件判断，如图2所示：
[0072]
获取机巢内温度、机巢内湿度和机巢内烟雾浓度；
[0073]
预设温度阈值、湿度阈值和烟雾阈值；
[0074]
判断机巢内温度是否满足温度阈值条件，若不满足，则机巢内温度异常；
[0075]
若满足，则判断机巢内湿度是否满足湿度阈值条件，若不满足，则机巢内湿度异常；
[0076]
若满足，则通过烟雾阈值判断机巢内是否有烟雾，若有，则机巢内烟雾异常，若无，则机巢内部环境正常，无人机可正常返仓。
[0077]
作为可选择的实施方式，当前判断结果和异常因素打包成报文信息进行推送，如图3所示，对应任务的输出采用u8类型的数据表示当前判断结果及异常因素，其中，01为任务编号，后面的8位数据用于表示判断结果，判断结论处为综合环境判断结果0为异常，1为适宜；后面依次为传感器判断结论，0为当前环境项异常，否则环境适合，当环境判断结果为1时，传感器判断结果均为1，否则通过传感器所在位置的寄存器数据判读出当前哪个环境不满足当前任务需求，依次类推形成不同任务下的报文信息，可根据当前任务状态直接调用判断结果，并做出是否执行任务的决策。
[0078]
作为可选择的实施方式，报文信息以不低于设定速率对外进行发送。
[0079]
作为可选择的实施方式，上述方法可应用于单机巢以及在单机巢感知范围执行飞行任务的无人机，具体包括：
[0080]
获取单机巢的内环境信息和单机巢感知范围内的机巢外环境信息；
[0081]
根据飞行指令确定对应的飞行影响因素，以在单机巢的外环境信息中调取对应的飞行环境数据；根据飞行环境数据判断飞行条件，若飞行环境数据不满足飞行条件时，控制无人机返航；
[0082]
根据返航指令确定对应的降落影响因素，以在单机巢的外环境信息和内环境信息中调取对应的降落环境数据和返仓环境数据；根据降落环境数据控制无人机的降落方式，
根据返仓环境数据调整机巢内环境，直至无人机返回机巢内。
[0083]
在该实施方式中，采用一巢一机的方式，无人机的飞行任务均处于机巢的感知范围内，所以机巢能够实时采集无人机在飞行任务过程中，以及返航的环境信息，从而进行条件判断。
[0084]
作为可选择的实施方式，若无人机飞出了机巢的感知范围，则采用至少两个机巢以及在机巢感知范围执行飞行任务的无人机的方法，具体方法包括：
[0085]
获取机巢内环境信息和感知范围内的机巢外环境信息；
[0086]
根据无人机位置选定的目标机巢，根据飞行指令确定对应的飞行影响因素，并在其机巢外环境信息中调取对应的飞行环境数据；根据飞行环境数据判断飞行条件，若飞行环境数据不满足飞行条件时，控制无人机返航；
[0087]
根据返航指令确定对应的降落影响因素，以在目标机巢的机巢外环境信息和机巢内环境信息中调取对应的降落环境数据和返仓环境数据；根据降落环境数据控制无人机的降落方式，根据返仓环境数据调整机巢内环境，直至无人机返回目标机巢内。
[0088]
在该实施例中，机巢间的距离不超出其感知距离，即若无人机飞出了其中一个机巢的感知范围，则会落入另一个机巢的感知范围内，所以根据无人机位置，判断无人机是否落入机巢的感知范围内，以落入感知范围的机巢为目标机巢，由目标机巢采集无人机在飞行任务过程中以及返航的环境信息；
[0089]
若两个机巢的感知范围重叠，则根据无人机与机巢的距离，以距离最近的机巢为目标机巢。
[0090]
在本实施例中，上述方法的无人机飞行条件判断流程如图4所示，具体包括：
[0091]
接收传感器信息及任务指令；
[0092]
根据任务指令，判断任务类别，进行任务分解；
[0093]
若是巡检指令，判断当前机巢外环境是否适宜巡检任务；如果不允许，则终止任务，并上传任务终止原因；
[0094]
若适宜执行任务，则进行机巢自检；
[0095]
机巢自检通过后，无人机起飞，执行巡检任务；
[0096]
在巡检任务执行过程中，判断外环境是否出现巡检不利条件；
[0097]
如果外环境不适宜飞行或无人机接收到返航指令，则无人机返航，并判断当前环境是否满足精降条件；
[0098]
如果满足精降，则执行无人机精降，同时判断机巢是否满足无人机的存储和充电，如果机巢内环境异常，调整机巢内环境，直至无人机能够实现充电和存储；
[0099]
如果不满足精降，则执行无人机备降；
[0100]
如果不满足无人机备降，则无人机强行降落，且上传迫降状态和不利因素。
[0101]
在本实施例中，调整机巢内环境的过程包括：
[0102]
若机巢内温度低于设定温度范围下限时，通过控制空调加热功能使机巢内温度达到正常工作范围；
[0103]
当机巢内温度高于设定温度范围上限时，开启空调降温功能，使机巢内部环境温度达到正常工作范围；
[0104]
当机巢内湿度高于设定阈值时，开启空调抽湿功能；
[0105]
若机巢内烟雾异常，则执行无人机备降。
[0106]
实施例2
[0107]
如图5所示，本实施例提供一种无人机任务执行环境判断装置，包括：
[0108]
信息获取模块，被配置为获取机巢内环境信息和感知范围内的机巢外环境信息；
[0109]
飞行任务判断模块，被配置为根据无人机位置选定的目标机巢，根据飞行指令确定对应的飞行影响因素，并在其机巢外环境信息中调取对应的飞行环境数据；根据飞行环境数据判断飞行条件，若飞行环境数据不满足飞行条件时，控制无人机返航；
[0110]
返航任务判断模块，被配置为根据返航指令确定对应的降落影响因素，以在目标机巢的机巢外环境信息和机巢内环境信息中调取对应的降落环境数据和返仓环境数据；根据降落环境数据控制无人机的降落方式，根据返仓环境数据调整机巢内环境，直至无人机返回目标机巢内。
[0111]
在本实施例中，所述信息获取模块包括微气象传感器和内环境感知传感器；
[0112]
所述微气象传感器用于获取机巢外环境信息，包含风速传感器、风向传感器、温度传感器、湿度传感器、雨量计、气压计、光敏传感器、能见度传感器等；
[0113]
所述内环境感知传感器用于获取机巢内环境信息，包括温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器等。
[0114]
在本实施例中，所述信息获取模块获取的环境信息通过无线通信进行传输，采用无线通信模块；
[0115]
作为可选择的实施方式，所述无线通信模块使用uwb无线通信技术，对上述微气象传感器和内环境感知传感器进行组网通信，uwb无线通信技术具备低功耗、数据传输速率高、抗干扰能力强、穿透能力强等特点，模块间除保留uwb无线通信接口，预留可扩展can通信接口，便于进行有线连接通信使用。
[0116]
在本实施例中，飞行任务判断模块和返航任务判断模块可采用微控制处理器，是智能飞行条件判断的主要控制单元，用于对传感器信息的采集处理、逻辑调控，根据飞行任务状态进行飞行条件打包判断，便于机巢系统直接调用。
[0117]
可以理解的，本实施例中，处理器还可以是中央处理单元cpu，处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器dsp、专用集成电路asic，现成可编程门阵列fpga或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
[0118]
在本实施例中，上述各模块均采用芯片级设计，进行集成封装设计，接线口设有电源供电口及可选择总线输出接口，通过高度集成及小型化设计，适用于轻小型机巢，针对不同飞行任务对飞行条件进行智能打包判断，确保飞行任务顺利进行并对不利条件进行报警提示。
[0119]
此处需要说明的是，上述模块对应于实施例1中所述的步骤，上述模块与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例1所公开的内容。需要说明的是，上述模块作为系统的一部分可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。
[0120]
在更多实施例中，还提供：
[0121]
一种无人机机巢，包括实施例2所述的无人机任务执行环境判断装置。
[0122]
一种无人机任务执行环境判断系统，包括至少一个上述的无人机机巢和在无人机
机巢感知范围内执行飞行任务的无人机。
[0123]
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。