基于GIS的巡检飞行器航线实时反馈修正系统的制作方法

基于gis的巡检飞行器航线实时反馈修正系统
技术领域
1.本技术涉及无人机技术领域，特别是涉及一种基于gis的巡检飞行器航线实时反馈修正系统。


背景技术：

2.无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为uav(unmanned aerial vehicle/drones)，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。
3.随着无人机技术的发展，越来越多的行业开始使用无人机技术。无人机在飞行过程中可通过操作人员进行手动控制，还可以通过控制系统进行自动控制。在自动控制模式下，无人机需要按照既定路线飞行，并沿着既定路线完成工作并返回。然而现实应用过程中，由于无人机在空中飞行时受到较多因素影响，例如风速、障碍物、信号强度等，导致其在飞行过程中需要根据实时因素改变路线，也就是说无人机会偏离既定航线，这可能导致无人机飞行时间过长，当续航能力不足时具有一定的坠机风险。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于gis的巡检飞行器航线实时反馈修正系统。
5.本技术提供了一种基于gis的巡检飞行器航线实时反馈修正系统。所述系统包括：航线编辑模块、数字地图编辑模块、飞行准备模块、航线分析模块、位置姿态分析模块、飞行参数显示模块和路径修正模块，其中：
6.所述航线编辑模块，用于响应于飞行任务指示，创建任务初始航线；
7.所述数字地图编辑模块，用于根据全球地图图层和用户自定义地图，创建融合地图；
8.所述飞行准备模块，用于合成所述任务初始航线和所述融合地图，得到航线任务地图，并在所述航线任务地图中标注坐标点；
9.所述航线分析模块，用于加载所述航线任务地图，并将所述航线任务地图发送至远程客户端和数据存储服务器中；
10.所述位置姿态分析模块，用于获取飞行器的实时状态，并将所述实时状态发送至所述远程客户端和所述数据存储服务器中；
11.所述飞行参数显示模块，用于显示所述航线任务地图以及所述飞行器的实时状态；
12.所述路径修正模块，用于基于gis数据和gps偏差针对所述飞行器的实时状态进行修正，以使所述飞行器的实时飞行航线与所述任务初始航线一致。
13.在其中一个实施例中，所述系统还包括飞行画面显示模块，所述飞行画面显示模块，用于通过位于所述飞行器底端的云台摄像装置拍摄实时飞行画面并显示。
14.在其中一个实施例中，所述全球地图图层是基于全球离线地图构建的；所述数字
地图编辑模块，进一步用于在所述全球离线地图和所述用户自定义地图上进行框选和编辑，以得到所述融合地图。
15.在其中一个实施例中，所述飞行准备模块，进一步用于通过图形显示装置将所述任务初始航线与所述融合地图叠加，得到所述航线任务地图，并保存所述航线任务地图。
16.在其中一个实施例中，所述航线分析模块，还用于针对所述航线任务地图进行自动分析，若不存在飞行参数错误则将所述航线任务地图发送至所述远程客户端和所述数据存储服务器中。
17.在其中一个实施例中，所述航线分析模块，还用于若存在飞行参数错误，则生成错误报告，并将所述错误报告返回至所述远程客户端以提示修改。
18.在其中一个实施例中，所述位置姿态分析模块，用于通过至少两个摄像头和至少一个激光雷达获取并分析所述飞行器的实时飞行姿态；其中，两个摄像头分别为单目摄像头和红外摄像头，所述单目摄像头和红外摄像头用于对飞行器实时飞行姿态进行拍照，所述激光雷达用于实时获取飞行器周边障碍物信息。
19.在其中一个实施例中，所述飞行参数显示模块，还用于通过位于飞行器底端的云台摄像头获取飞行状态画面并显示。
20.在其中一个实施例中，所述路径修正模块，用于通过结合gis地理信息以及所述飞行器的gps实时高度确定所述飞行器在所述航线任务地图中的实时三维坐标，并将所述实时三维坐标与所述任务初始航线中的坐标进行比对，对比对结果进行实时分析；通过所述位置姿态分析模块所获取的实时状态确定所述飞行器在搜书gis地理信息中的地理位置，并启动所述飞行器的传动系统进行实时修正。
21.在其中一个实施例中，所述航线编辑模块用于在gis电子地图中创建飞行点、返航点、航段、航线、飞行参数，所述飞行点包括出发点和途经点，所述返航点为巡航飞行器降落点，所述航段至少有两个航点组成，所述航线至少有一个航段，所述航线包括起飞航线、飞行航线、返航航线、降落航线、迫降航线，所述飞行参数包括航段距离、航段飞行时间、海拔高度、gps高程、经纬度组成。
22.上述基于gis的巡检飞行器航线实时反馈修正系统，包括航线编辑模块、数字地图编辑模块、飞行准备模块、航线分析模块、位置姿态分析模块、飞行参数显示模块和路径修正模块，其中：航线编辑模块，用于响应于飞行任务指示，创建任务初始航线；数字地图编辑模块，用于根据全球地图图层和用户自定义地图，创建融合地图；飞行准备模块，用于合成任务初始航线和融合地图，得到航线任务地图，并在航线任务地图中标注坐标点；航线分析模块，用于加载航线任务地图，并将航线任务地图发送至远程客户端和数据存储服务器中；位置姿态分析模块，用于获取飞行器的实时状态，并将实时状态发送至远程客户端和数据存储服务器中；飞行参数显示模块，用于显示航线任务地图以及飞行器的实时状态；路径修正模块，用于基于gis数据和gps偏差针对飞行器的实时状态进行修正，以使飞行器的实时飞行航线与任务初始航线一致。本技术能够为飞行器控制端提供飞行器实时飞行状态与任务初始状态的鲜明对比，并能够自动分析飞行参数是否发生错误，自动校正飞行器实时飞行航线，保证飞行器在正确的航线上飞行，避免飞行器因偏离航线发生坠机风险，进一步提高了飞行器的安全性。
附图说明
23.图1为一个实施例中基于gis的巡检飞行器航线实时反馈修正系统的应用环境图；
24.图2为一个实施例中基于gis的巡检飞行器航线实时反馈修正系统的系统组件示意图；
25.图3为一个实施例中航线修正方法的流程示意图；
26.图4为一个实施例中计算机设备的内部结构图；
27.图5为另一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
28.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
29.本技术实施例提供的基于gis的巡检飞行器航线实时反馈修正系统，可以应用于如图1所示的应用环境中。其中，终端101通过网络与服务器102进行通信。数据存储系统可以存储服务器102需要处理的数据。数据存储系统可以集成在服务器102上，也可以放在云上或其他网络服务器上。其中，服务器102可通过无线传输功能与飞行器进行数据传输，终端101为能够控制飞行器的远程客户端，可以但不限于是各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑、物联网设备和便携式可穿戴设备，便携式可穿戴设备可为智能手表、智能手环、头戴设备等。服务器102可以用独立的服务器或者是多个服务器组成的服务器集群来实现。
30.在一个实施例中，如图2所示，图2展示了上述基于gis的巡检飞行器航线实时反馈修正系统的系统组件示意图，该系统应用于上述服务器102，该系统包括航线编辑模块201、数字地图编辑模块202、飞行准备模块203、航线分析模块204、位置姿态分析模块205、飞行参数显示模块206和路径修正模块207，结合图3所示，图3展示了本系统的方法流程示意图。其中，
31.航线编辑模块201，用于响应于飞行任务命令，创建任务初始航线；
32.飞行任务命令是指用户通过远程客户端(即上述终端101)创建的飞行任务，飞行任务中包括飞行器的唯一身份标识、任务名称、任务内容(例如拍摄输电线路均压环)、任务起始时间、航线起点、航线终点、航线途径点等。任务初始航线是指计划航线或预定航线。
33.用户可使用航线编辑模块201按照任务类型和任务需求，并依据飞行器飞行参数和续航能力创建任务航线，并设置返航点。具体地，用户通过远程客户端发出飞行任务命令，服务器102接收到该飞行任务命令后，根据飞行任务命令中所包含的内容参数创建任务初始航线，具体包括：在gis(geographic information system或geo－information system，地理信息系统)电子地图中创建飞行点、返航点、航段、航线、飞行参数。其中，飞行点包括出发点和途经点，返航点为巡航飞行器降落点，航段至少有两个航点组成，航线至少有一个航段，航线包括起飞航线、飞行航线、返航航线、降落航线、迫降航线，飞行参数包括航段距离、航段飞行时间、海拔高度、gps高程(是指由gps相对定位得到的基线向量，经平差后可得到高精度的大地高程)、经纬度。
34.数字地图编辑模块202，用于根据全球地图图层和用户自定义地图，创建融合地
图；
35.具体地，在接收到飞行任务命令后，数字地图编辑模块立即开始创建新地图(即融合地图)，新地图(即融合地图)是依据全球地图图层和用户自定义地图数据创建的。其中，地图图层使用web墨卡托投影坐标系。
36.飞行准备模块203，用于合成上述任务初始航线和上述融合地图，得到航线任务地图，并在航线任务地图中标注坐标点；
37.具体地，飞行准备模块203，对飞行路径做进一步规划，将航线编辑模块201创建的任务初始航线和数字地图编辑模块202创建的融合地图进行合成，得到航线任务地图，并在该航线任务地图中设置相应的坐标点；
38.航线分析模块204，用于加载所述航线任务地图，并将所述航线任务地图发送至远程客户端和数据存储服务器中；
39.具体地，航线分析模块204加载上述飞行准备模块203生成的航线任务地图，并利用数据通信网络(有线网络或无线网络)将上述航信啊任务地图返回至远程客户端，同时也保存至数据存储服务器，完成的飞行前准备过程。
40.位置姿态分析模块205，用于获取飞行器的实时状态，并将所述实时状态发送至所述远程客户端和所述数据存储服务器中；
41.具体地，飞行器开始执行飞行任务，在执行过程中，位置姿态分析模块205启动，对飞行器的飞行位置和飞行姿态以及实施飞行航线进行实时分析，并将分析结果回传至远程客户端和数据存储服务器中，
42.飞行参数显示模块206，用于显示所述航线任务地图以及所述飞行器的实时状态；
43.具体地，飞行参数显示模块206，用于查看实时飞行任务以及分析传输。该飞行参数显示模块可显示多个飞行器的飞行任务执行情况。
44.路径修正模块207，用于基于gis数据和gps偏差针对所述飞行器的实时状态进行修正，以使所述飞行器的实时飞行航线与所述任务初始航线一致。
45.具体地，路径修正模块207结合gis数据以及gps偏差对实时飞行路径进行修正，同时使用路径修正模块207对巡检飞行器中的飞行姿态进行实时修正，确保飞行航线与预定航线(计划航线)一致。
46.上述实施例能够为飞行器控制端提供飞行器实时飞行状态与任务初始状态的鲜明对比，并能够自动分析飞行参数是否发生错误，自动校正飞行器实时飞行航线，保证飞行器在正确的航线上飞行，避免飞行器因偏离航线发生坠机风险，进一步提高了飞行器的安全性的。
47.在一实施例中，该系统还包括飞行画面显示模块，用于通过位于所述飞行器底端的云台摄像装置拍摄实时飞行画面并显示。
48.具体地，通过巡检飞行器底端的云台摄像头拍摄飞行画面，并将飞行画面发送至飞行画面显示模块以供控制人员进行实时查看。
49.上述实施例，通过设置飞行画面显示模块以供控制人员进行实时查看，为后续实时修正飞行器的飞行姿态提供先决条件。
50.在一实施例中，上述全球地图图层是基于全球离线地图构建的；所述数字地图编辑模块201，进一步用于在所述全球离线地图和所述用户自定义地图上进行框选和编辑，以
得到所述融合地图。
51.具体地，数字地图编辑模块202可加载全球离线地图和用户自定义地图，以供控制人员以全球离线地图和用户自定义地图为基础，对其进行框选和编辑，以得到上述融合地图。
52.上述实施例，能够方面控制人员灵活编辑地图，以便对飞行器的航行路径进一步分析。
53.在一实施例中，上述飞行准备模块203，进一步用于通过图形显示装置将所述任务初始航线与所述融合地图叠加，得到所述航线任务地图，并保存所述航线任务地图。
54.具体地，上述飞行准备模块203通过图形显示装置将任务初始航线与融合地图相结合，并可由控制人员自行编辑叠加，得到航线任务地图，将航线任务地图加以保存，还可将航线任务地图返回给远程客户端。
55.上述实施例，通过飞行准备模块叠加任务初始航线和融合地图，能够清晰直观地显示飞行器的航线在融合地图上的分布情况，为后续进行实时航线修正提供先决条件。
56.在一实施例中，上述航线分析模块204，还用于针对航线任务地图进行自动分析，若不存在飞行参数错误则将所述航线任务地图发送至所述远程客户端和所述数据存储服务器中，若存在飞行参数错误，则生成错误报告，并将所述错误报告返回至所述远程客户端以提示修改。
57.具体地，航线分析模块204，用于加载航线与地图的匹配结果，即上述航线任务地图，且对航线任务地图进行自动分析，若不存在飞行参数错误则直接返回到远程客户端，并保存到数据存储服务器，若存在飞行参数错误则直接报错并返回至远程客户端以提示用户修改。
58.上述实施例，通过航线分析模块在飞行正式开始前对飞行任务、飞行参数进行自动检测，保障了后续飞行任务执行过程的可靠性。
59.在一实施例中，上述位置姿态分析模块205，用于通过至少两个摄像头和至少一个激光雷达获取并分析所述飞行器的实时飞行姿态；其中，两个摄像头分别为单目摄像头和红外摄像头，所述单目摄像头为全景摄像头，所述单目摄像头和红外摄像头用于对飞行器实时飞行姿态进行拍照，所述激光雷达用于实时分析飞行器周边障碍物。
60.具体地，每个飞行器上安装有至少两个摄像头和至少一个激光雷达。两个摄像头分别为单目摄像头(且该单目摄像头为全景摄像头)和红外摄像头，上述单目摄像头和红外摄像头用于对飞行器实时飞行姿态进行拍照并返回至位置姿态分析模块205，上述激光雷达用于实时拍摄飞行器周边障碍物信息，并将飞行器周边障碍物信息返回至位置姿态分析模块205。位置姿态分析模块205接收并分析上述实时飞行姿态和飞行器周边障碍物信息。
61.上述实施例，通过位置姿态分析模块实时分析飞行器的飞行姿态和飞行器的周边障碍物信息，有利于及时修正飞行器的飞行姿态和路径。
62.在一实施例中，所述飞行参数显示模块206，还用于通过飞行器底端的云台摄像头获取飞行状态画面并显示。
63.具体地，飞行参数显示模块206和飞行画面显示模块均使用智能手机或平板电脑作为显示器，并结合远程客户端，对飞行参数和飞行器上的各种摄像装置拍摄的实时画面进行同步显示，还可通过位于飞行器底端的云台摄像头获取飞行状态画面并显示，其中，云
台摄像头可进行旋转来捕捉该飞行器的实时飞行画面。
64.上述实施例，通过飞行参数显示模块206获取位于飞行器底端的云台摄像头拍摄的飞行器实时飞行画面，能够直观显示飞行器在飞行过程中的姿态，为后续姿态控制提供数据基础。
65.在一实施例中，上述路径修正模块207，用于通过结合gis地理信息以及所述飞行器的gps实时高度确定所述飞行器在所述航线任务地图中的实时三维坐标，并将所述实时三维坐标与所述任务初始航线中的坐标进行比对，对比对结果进行实时分析；通过所述位置姿态分析模块所获取的实时状态确定所述飞行器在搜书gis地理信息中的地理位置，并启动所述飞行器的传动系统进行实时修正。
66.具体地，上述路径修正模块207与位置姿态分析模块205共用一套摄像装置，一套摄像装置包括至少两个单目摄像头、至少一个红外摄像头和一个激光雷达。通过结合gis地理信息以及飞行器的gps实时高度确定飞行器在航线任务地图中的实时三维坐标，并将所述实时三维坐标与任务初始航线中的坐标进行比对，并对比对结果进行实时分析，通过位置姿态分析模块所获取的实时状态(实时状态包括实时姿态和实时位置)画面确定该飞行器在gis地理信息中的地理位置，并反方向启动飞行器的传动系统进行实时修正。
67.上述实施例，通过对实时位置与预定航线进行分析，根据分析结果结合飞行器的实时飞行姿态反方向启动飞行器的传动系统进行实时修正，有利于保证对飞行器在计划航线上飞行，保证飞行器顺利完成任务，并提高了飞行器飞行的安全性。
68.进一步地，本技术通过设置位置姿态分析模块和路径修正模块，以及航线分析模块，在飞行器飞行前，用户可通过航线分析模块对既定航线进行设置，并将航线数据代入到用户新建地图中，二者相结合得到对应的航点和航段，并通过位置姿态分析模块中的单目摄像头和红外摄像头对飞行器的实时飞行姿态进行分析，并通过激光雷达进行实时避障，而飞行实时姿态和gps路程信息以及gis地理系统相比对后可得出航线偏移数据，同时利用实时拍摄的飞行姿态即可在gis地理信息中找到对应的地理位置，通过与预设飞行任务中的航点和航段进行对比即可得出航线偏移路径，通过反向启动飞行器传动即可使得飞行器重新回到既定飞行航线中，由于采用单目摄像头和红外摄像头，所以可对飞行器的实时状态进行监控且不会受到风速和障碍物以及信号强度的影响，进而自主完成飞行器航线自动修正，实现了高度自动化航线的实时反馈和修正。
69.应该理解的是，虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
70.在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，用于实现上述基于gis的巡检飞行器航线实时反馈修正系统的功能，服务器内部结构图可以如图4所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质和内
存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储飞行器地图以及飞行器位置姿态数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。
71.在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，用于实现上述基于gis的巡检飞行器航线实时反馈修正系统的功能，其内部结构图可以如图5所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过wifi、移动蜂窝网络、nfc(近场通信)或其他技术实现。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
72.本领域技术人员可以理解，图4至5中示出的结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结构的框图，并不构成对本技术方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
73.需要说明的是，本技术所涉及的用户信息(包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等)和数据(包括但不限于用于分析的数据、存储的数据、展示的数据等)，均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据。
74.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(read-only memory，rom)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(reram)、磁变存储器(magnetoresistive random access memory，mram)、铁电存储器(ferroelectric random access memory，fram)、相变存储器(phase change memory，pcm)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(random access memory，ram)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，ram可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(static random access memory，sram)或动态随机存取存储器(dynamic random access memory，dram)等。本技术所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本技术所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。
75.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
76.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术的保护范围应以所附权利要求为准。