一种智能救生圈运动控制系统及方法与流程

1.本发明涉及智能救援技术领域，尤其是涉及一种智能救生圈运动控制系统及方法。


背景技术：

2.水上救援装备正在逐渐引进各种先进技术，正向着自动化、智能化方向发展。目前已经出现了可以采用遥控器进行操作，自带动力电池与动力推进系统的智能救生圈。遥控器操作模式下的前进方向一般为救生圈体坐标系意义下的机头方向，由于该种模式下救生圈不能完全对准被救援者，因此在前进同时接近被救援者的过程中需要多次通过遥控器不断调整与修正智能救生圈的航向，从而实现更快速地接近被救援者。智能救生圈的遥控器操作者的技术熟练程度决定了智能救生圈到达被救援者的时间。
3.遥控器操作方式不可避免的会出现前进速度与航线纠偏精度的协调性矛盾，智能救生圈的前进速度越大，一点点的航向偏差都会造成很大的侧向位移偏移，即前进速度越大，侧向偏移对航向偏差越敏感。最终智能救生圈不是以直线方式快速接近被救援者，而是不断变换方向去接近被救援者，无疑会增加智能救生圈到达被救援者的时间，从而降低救援速度，耽搁救援时间。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种智能救生圈运动控制系统及方法，以解决现有技术中存在的救援速度慢的技术问题。
5.为解决上述技术问题，本发明提供的智能救生圈运动控制系统包括：rtk基站、测控终端、智能救生圈；所述测控终端包括支架、两个定位测向天线、望远镜、控制电路板以及与所述控制电路板电连接的定位测向模块；所述望远镜和两个所述定位测向天线均固定在所述支架上，并且两个所述定位测向天线分别设置在所述望远镜的两侧，两个所述定位测向天线的连线与所述望远镜的视准轴垂直；所述rtk基站用于向所述测控终端和所述智能救生圈发送rtcm修正信息；所述定位测向天线用于进行定位得出测控终端的初始定位信息；所述测控终端的定位测向模块用于根据接收到的rtcm修正信息和所述测控终端的初始定位信息计算得出所述测控终端相对于所述rtk基站的高精度相对定位以及所述测控终端的绝对定位坐标值；所述定位测向模块还用于根据两个所述定位测向天线的定位信息计算得出航向值，所述航向值指两个所述定位测向天线的前向中垂线方向的角度值；所述控制电路板用于将所述测控终端的绝对定位坐标值和航向值发送给所述智能救生圈；所述智能救生圈用于根据接收到的上述信息确定的救援基准路线前进进行救援。
6.进一步地，所述测控终端包括与所述控制电路板电连接的 imu测量单元，所述imu测量单元用于实现组合导航。
7.进一步地，所述rtk基站包括第一数传电台；所述测控终端包括第二数传电台和第三数传电台；所述智能救生圈包括第四数传电台；所述第一数传电台用于将rtcm修正信息发送给所述第二数传电台；所述第二数传电台用于将接受到的rtcm修正信息发送给所述定位测向模块；所述控制电路板用于通过所述第三数传电台将所述测控终端的绝对定位坐标值和航向值以及rtcm修正信息发送给智能救生圈的所述第四数传电台。
8.进一步地，所述测控终端包括与所述控制电路板电连接的自动救援按钮；当所述自动救援按钮被按下，所述控制电路板将所述测控终端的绝对定位坐标值和航向值发送给智能救生圈。
9.进一步地，所述智能救生圈包括卫星导航天线、卫星导航模块和自动驾驶仪；所述卫星导航天线用于获取智能救生圈的初始定位信息，所述卫星导航模块用于根据接收到的rtcm修正信息和所述智能救生圈的初始定位信息计算得出所述智能救生圈相对于所述rtk基站的高精度相对定位以及所述智能救生圈的绝对定位坐标值，从而得出所述智能救生圈相对于所述测控终端的高精度相对定位；所述自动驾驶仪用于根据所述智能救生圈相对于所述测控终端的高精度相对定位信息控制所述智能救生圈沿着救援基准路线行驶。
10.本发明还提供一种智能救生圈运动控制方法，其应用于上述的智能救生圈运动控制系统，所述方法包括：观察者利用望远镜观察水面上的被救援者，并将望远镜视场十字分划线对准被救援者；rtk基站向测控终端发送rtcm修正信息；定位测向天线进行定位得出测控终端的初始定位信息；测控终端的定位测向模块根据接收到的rtcm修正信息和测控终端的初始定位信息计算得出测控终端相对于rtk基站的高精度相对定位以及测控终端的绝对定位坐标值；定位测向模块根据两个定位测向天线的定位信息计算得出航向值，所述航向值指两个定位测向天线的前向中垂线方向的角度值；控制电路板将测控终端的绝对定位坐标值和航向值发送给智能救生圈；智能救生圈根据接收到的上述信息确定的救援基准路线前进进行救援。
11.进一步地，利用测控终端上的 imu测量单元实现组合导航。
12.进一步地，所述智能救生圈根据接收到的上述信息确定的救援基准路线前进进行救援，具体包括：所述智能救生圈包括卫星导航天线、卫星导航模块和自动驾驶仪；所述卫星导航天线获取智能救生圈的初始定位信息，所述卫星导航模块根据接收到的rtcm修正信息和所述智能救生圈的初始定位信息计算得出所述智能救生圈相对于所述rtk基站的高精度相对定位以及所述智能救生圈的绝对定位坐标值，从而得出所述智能救生圈相对于所述测控终端的高精度相对定位；所述自动驾驶仪根据所述智能救生圈相对于所述测控终端的高精度相对定位信息控制所述智能救生圈沿着救援基准路线行驶。
13.进一步地，所述控制电路板将测控终端的绝对定位坐标值和航向值发送给智能救生圈，之前还包括：观察者按下测控终端上的自动救援按钮。
14.进一步地，当观察者通过望远镜发现被救援者位置发生变动或者在智能救生圈行驶过程中，再次按下自动救援按钮向智能救生圈再次发送所述测控终端的绝对定位坐标值和航向值。
15.采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：本发明提供的智能救生圈运动控制系统及方法，通过rtk基站和双天线实现救援路线起点和救援路线航向的精准定位，并且通过imu测量单元实现组合导航，为智能救生圈提供精准的救援路线，通过智能救生圈上的定位导航模块与rtk基站、测控终端配合可实现智能救生圈与测控终端之间的高精度相对定位，使得智能救生圈快速驶向被救援者，减少智能救生圈到达被救援者的时间，从而提高救援速度，避免耽搁救援时间。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案下面将对具体实施方式或现有技术描述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方式，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。
17.图1为本发明实施例提供的运动控制系统中rtk基站的结构示意图；图2为本发明实施例提供的运动控制系统中测控终端的结构示意图；图3为本发明实施例提供的运动控制系统中智能救生圈的结构示意图；图4为本发明实施例提供的运动控制系统的救援示意图。
18.附图标记：1-rtk基站；2-测控终端； 3-智能救生圈；101-基站天线；102-第一数传电台；103-处理电路；201-支架；202-定位测向天线；203-望远镜；204-第三数传电台；205-定位测向模块；206-第二数传电台；301-遥控器接收机；302-第四数传电台；303-自动驾驶仪；304-卫星导航天线； 305-卫星导航模块；306-前置摄像头。
具体实施方式
19.下面将结合附图对本发明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。
20.在本发明的描述中，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。此外，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。
21.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
22.下面结合具体的实施方式对本发明做进一步的解释说明。
23.如图1至图4所示，本发明实施例提供的一种智能救生圈运动控制系统包括：rtk基站1、测控终端2、智能救生圈3；测控终端2包括支架201、两个定位测向天线202、望远镜203、控制电路板以及与控制电路板电连接的定位测向模块205；望远镜203和两个定位测向天线202均固定在支架201上，并且两个定位测向天线202分别设置在望远镜203的两侧，两个定位测向天线202的连线与望远镜203的视准轴垂直；rtk基站1用于向测控终端2发送rtcm修正信息；定位测向天线202用于进行定位得出测控终端2的初始定位信息；测控终端2的定位测向模块205用于根据接收到的rtcm修正信息和测控终端2的初始定位信息计算得出测控终端2相对于rtk基站1的高精度相对定位以及测控终端2的绝对定位坐标值；定位测向模块205还用于根据两个定位测向天线202的定位信息计算得出航向值，航向值指两个定位测向天线202的前向中垂线方向的角度值；控制电路板用于将测控终端2的绝对定位坐标值和航向值发送给智能救生圈3；智能救生圈3用于根据接收到的上述信息确定的救援基准路线前进进行救援。
24.本实施例提供的用于智能救生圈3的运动控制系统在使用时，观察者利用望远镜203观察水面上的被救援者，并将望远镜203视场十字分划线对准被救援者，测控终端2的定位测向模块205根据接收到的rtcm修正信息和测控终端2的初始定位信息计算得出测控终端2相对于rtk基站1的高精度相对定位以及测控终端2的绝对定位坐标值（指测控终端2的经/纬度、高度坐标值等），该测控终端2的绝对定位坐标值即为救援路线的起点。
25.测控终端2的定位测向模块205根据两个定位测向天线202的定位信息计算得出两个定位测向天线202的前向中垂线方向的角度值，由于两个定位测向天线202的连线与望远镜203的视准轴垂直，即两个定位测向天线202的前向中垂线与望远镜203的视准轴平行，因此两个定位测向天线202的前向中垂线方向即为救援路径基准线方向，也即为智能救生圈3的航向方向，也即望远镜203视准轴在水平面的投影方向。
26.望远镜203视准轴ab起点a是望远镜203视场的十字分划线中心，终点是被救援者目标b。望远镜203视准轴ab与救援路径基准线ob相交于o点，且ao是铅垂线，即ao垂直于救援路径基准线ob。
27.智能救生圈3根据测控终端2的绝对定位坐标值（救援路线的起点）和航向值（救援路线的航向）即可快速到达被救援者进行施救。本实施例通过rtk基站1和双天线实现救援路线起点和救援路线航向的精准定位，为智能救生圈3提供精准的救援路线，使得智能救生圈3快速驶向被救援者，减少智能救生圈3到达被救援者的时间，从而提高救援速度，避免耽搁救援时间，减轻人工操作复杂度和难度。
28.其中，测控终端2相对于rtk基站1的高精度相对定位以及测控终端2的绝对定位坐标值的计算方法为成熟现有技术，在此不做赘述。
29.该航向值的具体计算方法为先基于定位测向模块205获得两个定位测向天线202（即左右方向上的双天线）连线的方向角度值，然后计算出左旋转或者右旋转90度即前向中
垂线方向的角度值，即可得出测控终端2的航向值。航向值的计算方法为成熟现有技术，在此不做赘述。
30.在上述实施例基础上，进一步地，测控终端2包括与控制电路板电连接的 imu测量单元，imu测量单元用于实现组合导航。imu测量单元可提供实时测控终端2的位置信息，提高数据更新率，实现组合导航，使得定位信息更加精准。
31.其中，rtk基站1与测控终端2之间、测控终端2与智能救生圈3之间的数据传输均通过数传电台实现，即rtk基站1包括第一数传电台102；测控终端2包括第二数传电台206和第三数传电台204；智能救生圈3包括第四数传电台；第一数传电台102用于将rtcm修正信息发送给第二数传电台206；第二数传电台206用于将接受到的rtcm修正信息发送给定位测向模块205；控制电路板用于通过第三数传电台204将测控终端2的绝对定位坐标值和航向值以及rtcm修正信息发送给智能救生圈3的第四数传电台302。
32.优选地，测控终端2包括与控制电路板电连接的自动救援按钮；当自动救援按钮被按下，控制电路板将测控终端2的绝对定位坐标值和航向值发送给智能救生圈3。自动救援按钮便于操作者对数据发送进行控制，按下即进行发送，操作方便。
33.其中，自动救援按钮通过控制电路板的某一个i/o端口连接，然后再通过控制电路板的某一个串行口连接到第三数传电台204。第三数传电台204与配套的智能救生圈3上的第四数传电台之间采用mavlink协议传递包括救援路径基准线的两个参数在内的控制指令。
34.测控终端2的具体结构为：两个定位测向天线202设置在支架201的上方且位于支架201的端部，望远镜203位于支架201的上方；第二数传电台206、第三数传电台204以及定位测向模块205位于支架201的下方；定位测向模块205位于望远镜203的正下方；第二数传电台206和第三数传电台204对称位于定位测向模块205的两侧。这种结构设计紧凑，两个定位测向天线202位于支架201的端部使得整体平衡稳定且占用空间最小，定位测向模块205位于望远镜203的正下方使得整体的中心集中在支架201的中部，提高整体的稳定性，第二数传电台206和第三数传电台204设置在支架201的下方，充分利用空间，避免对两个定位测向天线202进行妨碍，并且进一步稳固整个测控终端2的重心。优选地，第二数传电台206和第三数传电台204之间的距离小于两个定位测向天线202之间的距离，即第二数传电台206和第三数传电台204更加靠近支架201的中部，进一步提高测控终端2的稳定性。
35.其中，rtk基站1还包括基站天线101、处理电路103等。
36.具体地，智能救生圈3包括卫星导航天线304、卫星导航模块305和自动驾驶仪303；卫星导航天线304用于获取智能救生圈的初始定位信息，卫星导航模块305用于根据接收到的rtcm修正信息和智能救生圈3的初始定位信息计算得出智能救生圈3相对于rtk基站1的高精度相对定位以及智能救生圈3的绝对定位坐标值，从而得出智能救生圈3相对于测控终端2的高精度相对定位；自动驾驶仪303用于根据智能救生圈3相对于测控终端2的高精度相对定位信息控制智能救生圈3沿着救援基准路线行驶。
37.本实施例通过智能救生圈3的卫星导航模块305与rtk基站1、测控终端2配合可实现智能救生圈3相对于测控终端2的高精度相对定位，使得智能救生圈3能够快速驶向测控终端2确定的救援基准路线，大大提高救援速度。
38.智能救生圈3还包括前置摄像头306和遥控器接收机301，前置摄像头306用于拍摄
被救援者，以便于操作者了解被救援者情况，并调整智能救生圈3位置；遥控器接收机301用于接收遥控器的遥控信号。
39.本发明实施例还提供一种用于智能救生圈运动控制方法，其应用于上述的智能救生圈运动控制系统，该方法包括：观察者利用望远镜203观察水面上的被救援者，并将望远镜203视场十字分划线对准被救援者；rtk基站1向测控终端2发送rtcm修正信息；定位测向天线202进行定位得出测控终端2的初始定位信息；测控终端2的定位测向模块205根据接收到的rtcm修正信息和测控终端2的初始定位信息计算得出测控终端2相对于rtk基站1的高精度相对定位以及测控终端2的绝对定位坐标值；定位测向模块205根据两个定位测向天线202的定位信息计算得出航向值，航向值指两个定位测向天线202的前向中垂线方向的角度值；控制电路板将测控终端2的绝对定位坐标值和航向值发送给智能救生圈3；智能救生圈3根据接收到的上述信息确定的救援基准路线前进进行救援。
40.本发明提供的智能救生圈运动控制方法，其原理同上述的运动控制系统，在此不再赘述，通过rtk基站1和双天线实现救援路线起点和救援路线航向的精准定位，使得智能救生圈3直接快速驶向被救援者，减少智能救生圈3到达被救援者的时间，从而提高救援速度，避免耽搁救援时间。
41.其中，步骤中智能救生圈3根据接收到的上述信息确定的救援基准路线前进进行救援，具体包括：智能救生圈3包括卫星导航天线304、卫星导航模块305和自动驾驶仪303；卫星导航天线304获取智能救生圈3的初始定位信息，卫星导航模块305根据接收到的rtcm修正信息和智能救生圈3的初始定位信息计算得出智能救生圈3相对于rtk基站1的高精度相对定位以及智能救生圈3的绝对定位坐标值（经/纬度、高度等），从而得出智能救生圈3相对于测控终端2的高精度相对定位；自动驾驶仪303根据智能救生圈3相对于测控终端2的高精度相对定位信息控制智能救生圈3沿着救援基准路线行驶。
42.通过智能救生圈3的卫星导航模块305与rtk基站1、测控终端2配合可实现智能救生圈3相对于测控终端2的高精度相对定位，使得智能救生圈3能够快速驶向测控终端2确定的救援基准路线，大大提高救援速度。
43.进一步地，当智能救生圈3靠近被救援者时，通过遥控器控制将智能救生圈3从自动模块调整为手动模式，同时减速，使得智能救生圈3缓慢接近被救援者，最后在被救援者附近完全停止下来。
44.在上述实施例的基础上，进一步地，利用测控终端2上的 imu测量单元实现组合导航，imu测量单元可提供实时测控终端2的位置信息，提高数据更新率，实现组合导航，使得定位信息更加精准。
45.其中，rtk基站1与测控终端2之间、测控终端2与智能救生圈3之间的数据传输均通过数传电台实现，rtk基站1通过第一数传电台102将rtcm修正信息发送给测控终端2的第二
数传电台206；第二数传电台206将接受到的rtcm修正信息发送给定位测向模块205；控制电路板用于通过第三数传电台204将测控终端2的绝对定位坐标值和航向值以及rtcm修正信息发送给智能救生圈3的第四数传电台302。
46.优选地，控制电路板将测控终端2的绝对定位坐标值和航向值发送给智能救生圈3，之前还包括：观察者按下测控终端2上的自动救援按钮。自动救援按钮便于操作者对数据发送进行控制，按下即进行发送，操作方便。
47.优选地，当观察者通过望远镜203发现被救援者位置发生变动（此时望远镜203的视准轴方向发生变动，并朝向变动后的被救援者）或者在智能救生圈3行驶过程中，再次按下自动救援按钮向智能救生圈3再次发送测控终端2的绝对定位坐标值和航向值。这样可向智能救生圈3发送更新后的救援路线航向和起点，对智能救生圈3的行驶方向进行再次校正，确保智能救生圈3直接朝向被救援者行驶，提高救援速度。
48.进一步地，智能救生圈3包括前置摄像头306和遥控器接收机301，前置摄像头306用于拍摄被救援者。当测控终端2的望远镜203能够清楚地观察时，可以采用望远镜203进行最后的遥控器修正。当望远镜203不能够清楚地观察时，可以借助智能救生圈3上的前置摄像头306观察接近被救援者的情况，然后再通过遥控器微调控制智能救生圈3。
49.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。