应用云层识别的无人机群安全控制系统的制作方法

1.本发明涉及无人机群智能控制领域，尤其涉及一种应用云层识别的无人机群安全控制系统。


背景技术：

2.按飞行平台构型分类，无人机可分为固定翼无人机、旋翼无人机、无人飞艇、伞翼无人机、扑翼无人机等。
3.按用途分类，无人机可分为军用无人机和民用无人机。军用无人机可分为侦察无人机、诱饵无人机、电子对抗无人机、通信中继无人机、无人战斗机以及靶机等；民用无人机可分为巡查/监视无人机、农用无人机、气象无人机、勘探无人机以及测绘无人机等。
4.按尺度分类，无人机可分为微型无人机、轻型无人机、小型无人机以及大型无人机。微型无人机是指空机质量小于等于7kg，轻型无人机质量大于7kg，但小于等于116kg的无人机，且全马力平飞中，校正空速小于100km/h(55nmile/h)，升限小于3000m。小型无人机，是指空机质量小于等于5700kg的无人机，微型和轻型无人机除外。大型无人机，是指空机质量大于5700kg的无人机。
5.现有技术中，在无人机群执行表演时，其飞行高度需要下降到云层之下，这样能够保证其表演效果，同时能够避免进入包括云层的复杂环境，降低单机事故以及多机事故。然而，在实际操作中，由于云层的变化时随着时间动态改变的，且云层高度是相对于地面而不是相对海拔的高度，很难完成对无人机群飞行高度的实时掌控。


技术实现要素：

6.为了解决上述问题，本发明提供了一种应用云层识别的无人机群安全控制系统，能够采用智能化检测机制对无人机群表演场所的最低云层高度执行实时采集，并基于最低云层高度确定比所述最低云层高度低的最高升空高度，从而在保证无人机群表演效果的同时尽可能保证无人机群的机体安全。
7.相比较于现有技术，本发明至少具有以下两个重要发明点：
8.(1)引入针对性的智能识别机制对无人机群表演场所的最低云层高度执行实时采集，从为后续无人机群的飞行高度控制提供关键数据；
9.(2)基于最低云层高度确定比所述最低云层高度低的最高升空高度，并通过无线通信链路将所述最高升空高度发送给无人机群的主无人机，以将所述无人机群的飞行高度限定在所述最高升空高度之下。
10.根据本发明的一方面，提供了一种应用云层识别的无人机群安全控制系统，所述系统包括：
11.数据收发机构，用于在接收到最低云层高度时，基于所述最低云层高度确定比所述最低云层高度低的最高升空高度，并通过无线通信链路将所述最高升空高度发送给无人机群的主无人机；
12.地面观测机构，封装在所述无人机群表演所在场所的地面上，用于在无人机群升空之前，执行对表演所在场所的空域的视觉采集动作，以获得当前采集图像；
13.梯度分析设备，设置在所述无人机群表演所在场所的地面的下方的防水防爆容器内，与所述地面观测机构连接，用于获取所述当前采集图像中各个像素点的各个像素值，并基于所述当前采集图像中各个像素点的各个像素值获取每一个像素点的像素值的梯度；
14.定向锐化设备，设置在所述防水防爆容器内，与所述梯度分析设备连接，用于将所述当前采集图像中，将梯度值超过预设梯度阈值的所有像素点构成的曲线进行锐化处理，以获得所述当前采集图像对应的定向锐化图像；
15.云层检测设备，与所述定向锐化设备连接，用于基于预设云层灰度分布范围识别所述定向锐化图像中的各个云层像素点，同时解析每一个云层像素点对应的景深值；
16.数据筛选设备，与所述云层检测设备连接，用于将各个云层像素点的各个景深值中的最小值作为参考景深值输出；
17.信号映射设备，分别与所述地面观测机构和所述数据筛选设备连接，用于基于所述地面观测机构获得当前采集图像的成像焦距以及所述参考景深值估算最低云层高度；
18.其中，所述信号映射设备还与所述数据收发机构连接，用于将估算的最低云层高度发送给所述数据收发机构；
19.其中，地面观测机构，封装在所述无人机群表演所在场所的地面上包括：所述地面观测机构的传感器的感应平面与所述无人机群表演所在场所的地面在同一水平面内；
20.其中，基于所述当前采集图像中各个像素点的各个像素值获取每一个像素点的像素值的梯度包括：针对所述当前采集图像中的每一个像素点，将其周围像素点的像素值以及其的像素值作为一个像素值集合，计算所述像素值集合中的各个像素值的均方差；
21.其中，基于所述当前采集图像中各个像素点的各个像素值获取每一个像素点的像素值的梯度还包括：针对所述当前采集图像中的每一个像素点，将其对应的均方差作为其像素值的梯度。
附图说明
22.以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：
23.图1为根据本发明实施方案示出的应用云层识别的无人机群安全控制系统所应用的无人机群的结阵布局图。
具体实施方式
24.下面将参照附图对本发明的应用云层识别的无人机群安全控制系统的实施方案进行详细说明。
25.无人机集群技术是相对于蜂群战术而定义的，因为蜜蜂攻击的时候都是成群结队的攻击，所以叫蜂群战术。当然了，无人机集群技术并不是说简单地把一大堆无人机放在一起，然后再安排一大堆操控手，一对一操作，这种低端的方式完全不符合无人机集群技术的定义。
26.无人机集群技术的核心就是集群智能那么集群智能是什么呢？简单的说，就是无人机群要在人工智能的控制下，可以自主完成很多任务。而
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集群智能
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技术的灵感源于蚁
群、蜂群等自然界中的集群生物，这类型的生物都有同样的特点，那就是单体都是很弱小的，而且也没什么智能，但是这些生物却是有着非常强大的群体协作能力，能够完成诸如蜂巢、蚁穴等即使是对人类来说，也都非常精巧复杂的
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工程
″
。所以，现在的无人机集群智能技术就是模拟了，蜜蜂和蚂蚁之间的沟通协作方式，并且以此来增强无人机群的整体作业能力。
27.现有技术中，在无人机群执行表演时，其飞行高度需要下降到云层之下，这样能够保证其表演效果，同时能够避免进入包括云层的复杂环境，降低单机事故以及多机事故。然而，在实际操作中，由于云层的变化时随着时间动态改变的，且云层高度是相对于地面而不是相对海拔的高度，很难完成对无人机群飞行高度的实时掌控。
28.为了克服上述不足，本发明搭建了一种应用云层识别的无人机群安全控制系统，能够有效解决现有的技术问题。
29.图1为根据本发明实施方案示出的应用云层识别的无人机群安全控制系统所应用的无人机群的结阵布局图。
30.根据本发明实施方案示出的应用云层识别的无人机群安全控制系统包括：
31.数据收发机构，用于在接收到最低云层高度时，基于所述最低云层高度确定比所述最低云层高度低的最高升空高度，并通过无线通信链路将所述最高升空高度发送给无人机群的主无人机；
32.地面观测机构，封装在所述无人机群表演所在场所的地面上，用于在无人机群升空之前，执行对表演所在场所的空域的视觉采集动作，以获得当前采集图像；
33.梯度分析设备，设置在所述无人机群表演所在场所的地面的下方的防水防爆容器内，与所述地面观测机构连接，用于获取所述当前采集图像中各个像素点的各个像素值，并基于所述当前采集图像中各个像素点的各个像素值获取每一个像素点的像素值的梯度；
34.定向锐化设备，设置在所述防水防爆容器内，与所述梯度分析设备连接，用于将所述当前采集图像中，将梯度值超过预设梯度阈值的所有像素点构成的曲线进行锐化处理，以获得所述当前采集图像对应的定向锐化图像；
35.云层检测设备，与所述定向锐化设备连接，用于基于预设云层灰度分布范围识别所述定向锐化图像中的各个云层像素点，同时解析每一个云层像素点对应的景深值；
36.数据筛选设备，与所述云层检测设备连接，用于将各个云层像素点的各个景深值中的最小值作为参考景深值输出；
37.信号映射设备，分别与所述地面观测机构和所述数据筛选设备连接，用于基于所述地面观测机构获得当前采集图像的成像焦距以及所述参考景深值估算最低云层高度；
38.其中，所述信号映射设备还与所述数据收发机构连接，用于将估算的最低云层高度发送给所述数据收发机构；
39.其中，地面观测机构，封装在所述无人机群表演所在场所的地面上包括：所述地面观测机构的传感器的感应平面与所述无人机群表演所在场所的地面在同一水平面内；
40.其中，基于所述当前采集图像中各个像素点的各个像素值获取每一个像素点的像素值的梯度包括：针对所述当前采集图像中的每一个像素点，将其周围像素点的像素值以及其的像素值作为一个像素值集合，计算所述像素值集合中的各个像素值的均方差；
41.其中，基于所述当前采集图像中各个像素点的各个像素值获取每一个像素点的像
素值的梯度还包括：针对所述当前采集图像中的每一个像素点，将其对应的均方差作为其像素值的梯度。
42.接着，继续对本发明的应用云层识别的无人机群安全控制系统的具体结构进行进一步的说明。
43.在所述应用云层识别的无人机群安全控制系统中：
44.基于所述最低云层高度确定比所述最低云层高度低的最高升空高度，并通过无线通信链路将所述最高升空高度发送给无人机群的主无人机包括：将所述最低云层高度乘以小于1的设定比例系数以获得比所述最低云层高度低的最高升空高度，并通过无线通信链路将所述最高升空高度发送给无人机群的主无人机。
45.在所述应用云层识别的无人机群安全控制系统中：
46.所述无人机群由单个主无人机和剩余多个从无人机构成，每一个从无人机与所述单个主无人机建立无线通信链路以接受所述单个主无人机的命令控制。
47.在所述应用云层识别的无人机群安全控制系统中：
48.所述单个主无人机用于在接收到所述最高升空高度时，将所述无人机群的飞行高度限定在所述最高升空高度之下。
49.在所述应用云层识别的无人机群安全控制系统中：
50.基于预设云层灰度分布范围识别所述定向锐化图像中的各个云层像素点，同时解析每一个云层像素点对应的景深值包括：将所述定向锐化图像中灰度值在所述预设云层灰度分布范围内的像素点作为云层像素点。
51.在所述应用云层识别的无人机群安全控制系统中：
52.基于预设云层灰度分布范围识别所述定向锐化图像中的各个云层像素点，同时解析每一个云层像素点对应的景深值还包括：将所述定向锐化图像中灰度值在所述预设云层灰度分布范围之外的像素点作为非云层像素点。
53.在所述应用云层识别的无人机群安全控制系统中：
54.所述梯度分析设备、所述定向锐化设备、所述云层检测设备、所述数据筛选设备、所述信号映射设备都设置在所述防水防爆容器内。
55.在所述应用云层识别的无人机群安全控制系统中：
56.基于所述地面观测机构获得当前采集图像的成像焦距以及所述参考景深值估算最低云层高度包括：在所述地面观测机构获得当前采集图像的成像焦距不变时，估算的最低云层高度与所述参考景深值成正相关的映射关系。
57.在所述应用云层识别的无人机群安全控制系统中：
58.基于所述地面观测机构获得当前采集图像的成像焦距以及所述参考景深值估算最低云层高度包括：在所述参考景深值不变时，估算的最低云层高度与所述地面观测机构获得当前采集图像的成像焦距成正相关的映射关系。
59.另外，在所述应用云层识别的无人机群安全控制系统中，采用多个uart串行通信机构分别实现所述梯度分析设备、所述定向锐化设备、所述云层检测设备、所述数据筛选设备以及所述信号映射设备各自的参数配置工作。通用异步收发传输器，其英文名称为universal asynchronous receiver/transmitter，通常称作uart。它将要传输的资料在串行通信与并行通信之间加以转换。作为把并行输入信号转成串行输出信号的芯片，uart通
常被集成于其他通讯接口的连结上。具体实物表现为独立的模块化芯片，或作为集成于微处理器中的周边设备。一般是rs-232c规格的，与类似maxim的max232之类的标准信号幅度变换芯片进行搭配，作为连接外部设备的接口。在uart上追加同步方式的序列信号变换电路的产品，被称为usart。
60.采用本发明的应用云层识别的无人机群安全控制系统，针对现有技术中无人机群飞行高度难以摆脱动态云层干扰的技术问题，通过采用智能化检测机制对无人机群表演场所的最低云层高度执行实时采集，并基于最低云层高度确定比所述最低云层高度低的最高升空高度，从而实现了对无人机群的表演效果以及安全飞行的并行管理。
61.尽管已经参考其特定典型实施例说明了本发明，但是本领域技术人员应当理解，可以对本发明进行各种调整和变化，而不脱离在附加的权利要求及其等价物中限定的本发明的精神或者范围。