用于在公共道路上操作无人机飞行的系统和方法与流程

1.本公开涉及用于确保在公共道路或其他受限/敏感位置上方的安全无人机飞行的系统和方法。


背景技术：

2.对于诸如包裹递送的任务而言，无人机的使用正变得越来越普遍。目前，联邦航空管理局(faa)和其他政府机构不允许在公共道路上或在有人的地方上方进行无人机操作。例如，鉴于大多数无人机较短的电池持续时间，无人机可能会耗尽电力并且掉落到在行人和车辆附近的地面上。如下情况尤其如此，天气对电池寿命的不利影响，树木或建筑物的存在以及与其他飞行对象(例如，鸟类、飞机或其他无人机)可能的碰撞增加了无人机可能掉落到在行人和车辆附近的地面上的潜在风险。


技术实现要素：

3.本公开涉及用于确保在公共道路或其他受限/敏感位置上方的安全无人机飞行的系统和方法。如本文所使用的，道路可以包括人行道等。配备有本公开的示例性系统的无人机可以使用车辆对外界(v2x)安全消息来广播其当前位置、移动动力学情况和计划飞行路径。附近的车辆或行人可以使用该信息来警告他们无人机的存在。同样地，如果检测到飞行路径的收敛或当检测到飞行路径的收敛时，其他无人机也可以使用该信息来调整或改变飞行路径以避免可能的碰撞轨迹。示例性无人机还可以使用由具有v2x能力的车辆进行的安全消息的传输，并且可以使用来自移动装置的蓝牙/wi-fi/蜂窝传输的接收信号强度(rssi)来检测与人员以及因此与道路的接近度。另一种接近度检测方法可以基于替代无线电定位技术，诸如用uwb进行的测距。基于这些信号，无人机然后可以改变其飞行路径以暂时避开公共道路，特别是当与人员相关联的车辆和/或移动装置存在于道路和/或人行道上时。
4.当无人机需要在公共道路上方飞行时，无人机可以获得在无人机正下方的区域的视频素材，以证明无人机没有在带有存在行人或车辆的区域的道路上方行进。该视频可以在发生事故的情况下可用，以解决责任。无人机可以仅在穿越道路或人行道时拍摄视频素材。在一些示例中，无人机可以在飞行期间连续地记录无人机操作证据，而不管背景如何。当执行诸如穿越道路或人行道的操纵，进行紧急着陆或其他无人机操作时，无人机可以收集和存储无人机操作证据，诸如视频或无人机操作参数。该无人机操作证据可以上传到分布式数字账本，以对与飞行路径/安全/相遇相关的视频和其他数据进行不可变保护，并且提供无人机从未进行过不允许的操纵的证明。使用数字分布式账本将确保在其飞行操纵中存在不可否认的安全证明。
5.无人机可以在飞行之前将其在公共道路和人行道上方的预期飞行路径发布到公共数据库，从而允许行人和车辆下载信息以了解潜在风险的时间和地点。无人机的源地址和目的地地址及其身份或有效载荷应保持匿名。下载无人机飞行路径公共道路空间数据库
的v2x基础设施路边单元(rsu)可以支持在无人机接近时将无人机飞行信息中继到周围车辆和行人。另外，无人机可以经由v2x广播消息广播其预期的飞行路径，所述v2x广播消息可以由启用v2x的部件接收。因此，虽然可以预先发布预期的飞行路径，但是其也可以使用v2x广播消息实时或近实时地进行传输。因此，启用v2x的部件，诸如无法访问所公布的飞行路径的车辆或移动装置可获知无人机的位置。而且，飞行路径数据的实时传输允许传送由于意外的各种因素而导致的飞行路径的偏差。
6.如果无人机耗尽电池或以其他方式失去控制，则无人机可以以任何可用的无线技术(v2x、蓝牙、wi-fi或蜂窝)向其广播消息添加紧急信息，以警告其他人有危险。下载在公共道路和人行道上方的无人机飞行路径的v2x基础设施路边单元(rsu)可以支持在无人机接近时将无人机飞行信息中继到周围车辆和行人。
附图说明
7.关于附图阐述具体实施方式。使用相同的附图标记可以指示类似或相同的项。各种实施例可以利用除了附图中示出的那些之外的元件和/或部件，并且一些元件和/或部件可能不存在于各种实施例中。附图中的元件和/或部件不一定按比例绘制。在整个本公开中，根据上下文，单数和复数术语可以可互换地使用。
8.图1示出了可以实践本公开的系统和方法的示例性架构。
9.图2是图1的架构的部件的示意图。
10.图3是用于在公共道路上方操作的无人机的示例性场景的透视图。
11.图4是本公开的示例性方法的流程图。
12.图5是本公开的另一种示例性方法的流程图。
13.图6是本公开的又一种示例性方法的流程图。
具体实施方式
14.现在转到附图，图1描绘了可实现本公开的技术和结构的说明性架构100。架构100包括无人机102、公共数据库104(例如，一个或多个计算机/服务器)、路边基础设施装置106、连接的车辆108、移动装置110和网络112。
15.架构100中的这些部件中的一些或全部都可以使用网络112彼此进行通信。架构100中的这些部件中的一些或全部都可以经由各种无线协议和/或经由网络112彼此直接进行通信。网络112可以包括使架构100中的部件能够彼此通信的网络组合。网络112可以包括诸如蜂窝网络、有线网络、互联网、无线网络和其他专用和/或公共网络等多种不同类型的网络中的任一者或其组合。在一些情况下，网络112可以包括wi-fi或wi-fi直连。网络112可以包括短程或射频链路，诸如蓝牙或超宽带(uwb)。
16.无人机102可以被配置为沿着计划飞行路径101操作。飞行路径可以包括在始发地与目的地之间的路点。例如，飞行路径可以包括路点103、105和107。在该示例中，已经经过路点103，路点105是无人机当前所在的地方，并且最终路点107是无人机102朝向的地方(例如，预期飞行路径)。该计划飞行路径101可以在发射无人机之前确定，并且可以在发射之前传输到公共数据库104。而且，无人机102可以跟踪其实际飞行路径并且将其报告给公共数据库104，作为无人机操作证据报告过程的一部分，如将在本文中更详细讨论的。应理解，计
划飞行路径可以包括在公共道路上方延伸的路点。然而，一些路点可能会将无人机带到非公共或非行人区域上方。无人机102可以被配置为不显示这些非公共或非行人区域以保持匿名。在一些情况下，这些非公共或非行人区域也可以显示在计划飞行路径上。例如，当发布计划飞行路径101时，可以省略路点103，因为其指示与非公共或非行人区域相关联的位置。
17.如上所述，可以创建一些飞行路径以避开公共道路，诸如道路111。然而，可能无法避开所有公共道路。因此，在该示例中，计划飞行路径包括在连接的交通工具108可以操作的公共道路111上方或附近的路点105。而且，行人可以利用公共道路111的人行横道。行人中的一个或多个可以具有移动装置，诸如移动装置110。路边基础设施装置106可以包括交通信号灯、路灯或其他基础设施元件。启用v2x的基础设施路边单元(rsu)可以从公共道路空间数据库下载无人机飞行路径。当无人机接近其时，这些rsu可以支持将无人机飞行信息中继到周围车辆和行人。
18.现在参考图1和图2，无人机102可以包括控制器116、传感器平台118和通信接口120。控制器116可以包括处理器122和用于存储指令的存储器124。处理器122执行存储在存储器124中的指令以执行本文公开的方法中的任一种。当提及由单元控制器116或无人机102执行的动作时，这隐式地涉及由处理器122执行指令。在一个示例中，存储器124可以存储和执行飞行控制逻辑和/或图像处理逻辑。
19.还应理解，虽然不一定示出，但是架构的每个部件，诸如路边基础设施装置106、连接的车辆108和移动装置110可以配备有一个或多个处理器和用于存储指令的一个或多个存储器，所述指令用于允许相应部件执行本文公开的动作。此外，部件中的每一个可以包括用于访问网络112的硬件。
20.控制器116可以被配置为在离开其始发地之前预先确定飞行计划。控制器116可以利用卫星地图或其他类似信息来计划和评估在始发地和目的地之间的路线。控制器116可以确定沿着路线的路点。这些路点可以包括沿着飞行路径的任意位置，但是也可以包括特定的兴趣点，诸如城市、建筑物、道路以及可能存在连接的车辆或行人的其他位置。如上所述，可以传输飞行路径以存储在公共数据库中。飞行路径也可以直接传播到连接的车辆108和/或移动装置110。在一些情况下，可以将飞行路径传输到路边基础设施装置106。当连接的车辆108和/或移动装置110与路边基础设施装置106通信时，路边基础设施装置106可以将飞行路径信息推送到连接的车辆108和/或移动装置110。
21.在一些情况下，预定的飞行计划可以作为v2x安全消息传输。当然，可以使用其他协议。v2x安全消息可以通过远程和/或短程无线链路两者传输。如将关于图3更详细地讨论的，在某些场景中，无人机102可以通过短程无线连接与连接的车辆108和/或移动装置110交互。当无人机102飞行时，其广播无人机安全消息，所述无人机安全消息包括无人机的当前位置、其移动动力学情况及其预期飞行路径。再者，无人机102可能偏离其预定的飞行计划，并且报告当前位置和预期的飞行路径的这种情况可以允许在预期飞行路径中的车辆/个人确定其可能遇到无人机102。因此，无人机102可以具有预定或计划飞行路径。该预定或计划飞行路径的任何变化或偏差可能涉及无人机102传输或以其他方式共享新的预期飞行路径。
22.无人机102还可以包括电源128，诸如电池。如上所述，意外的气象事件，诸如风、
雨、冰雹等可能会影响无人机的性能。例如，如果无人机102遇到强逆风，则无人机102可以利用比预期更多的来自其电池的能量。因此，无人机102可能在飞行期间失去动力。其他场景也可能导致动力损失。无人机102可能经历任何数量的故障事件。当控制器116确定正在发生故障场景事件时，控制器116可以向网络112广播警告消息以指示正在发生故障事件。当确定无人机102在公共道路上方或以其他方式在连接的车辆和/或人员上方时，无人机102还可以通过短程连接，诸如蓝牙或uwb传输该警告消息。在一些情况下，无论对象是否位于无人机下方，都通过短程连接传输警告消息。
23.连接的车辆108至少包括人机界面(hmi 130)，诸如信息娱乐系统。连接的车辆还可以包括用于控制车辆和车辆的子部件的各个方面的一个或多个处理器和存储器。hmi 130可以显示无人机飞行路径信息以及如本文公开的无人机警告消息。连接的车辆108可以包括允许连接的车辆108通过网络112传输和/或接收数据的通信接口132。通信接口132还可以启用与无人机102和/或路边基础设施装置106的v2x通信。
24.移动装置110还可以包括用于控制移动装置的各个方面的一个或多个处理器和存储器。例如，移动装置110可以存储并执行无人机警告应用程序134以允许移动装置110通过短程无线链路接收无人机飞行路径信息以及无人机警告消息。移动装置110还可以间接地从路边基础设施装置106接收无人机飞行路径和/或警告消息。无人机警告应用程序134可以下载并显示存储在公共数据库104中的无人机飞行路径信息。在一些情况下，无人机警告应用程序134基于移动装置110的当前位置自动下载和显示来自公共数据库104的无人机飞行路径。移动装置110包括本机位置确定硬件，诸如全球定位系统硬件。
25.除了无人机102之外，可能还有其他无人机在与无人机102的飞行路径一致的区域中操作。因此，其他无人机也可以从公共数据库104、从路边基础设施装置106或架构100的其他部件接收无人机的飞行路径信息。无人机102还可以将数据直接传输到第二无人机136。例如，第二无人机136可以在路点107附近的区域中操作。在该示例中，第二无人机136可以获得无人机102的飞行路径。第二无人机136可以评估飞行路径并且基于其当前飞行路径确定其可能与无人机102发生碰撞。第二无人机136可以调整其飞行路径以避开路点107周围的区域。在另一个示例中，如果第二无人机136不能避开路点107，则第二无人机136可以向无人机102传输信号以调整其飞行路径以防止碰撞。例如，可以指示无人机102在空中暂停一段时间，以确保第二无人机136在无人机102遇到路点107之前已经经过路点107。
26.在图3中，无人机102可以确定其位于人类、车辆或公共道路上方。如上所述，尽管创建了避免无人机在公共道路上方通过的飞行计划，但是无人机102可以基于任何数量的因素而偏离其飞行计划。
27.在一些情况下，可能需要无人机102在公共道路上方飞行，无人机可以获得其正下方区域的视频素材，以证明当该区域中存在行人或车辆时，无人机没有这样做。该视频可以在发生事故的情况下可用以通过存储在公共数据库104和/或不可变账本142中来解决责任。不可变账本142可以存储在公共数据库中或由服务提供者存储。此外，可以通知环境中的其他元素，诸如在无人机附近的车辆或移动装置上传到账本。也就是说，账本的更新可以是引起对广播区域中的元素的通知的触发因素。
28.在这些情况下，无人机102可以周期性地识别其何时可能在人员、车辆或人员可能所处的位置上方。在一些情况下，当无人机102意外地发现自己在人员、车辆或人员可能所
处的位置上方时，其可以采取规避操纵。
29.在该示例中，公共道路111包括人行横道113。个人115正在使用人行横道113穿越公共道路111。使诸如连接的车辆108的汽车停止以允许个人穿越。在该示例中，无人机102可能已经或可能尚未确定其正在接近道路111。因此，无人机102可以利用短程无线通信来检测与个人115相关联的移动装置。例如，无人机102的控制器116可以使用无人机102的通信接口120通过短程链路138从移动装置接收信号。当来自移动装置的信号的rssi等于或高于阈值rssi值时，控制器116确定其在人员上方。然后，控制器116可以打开相机(如果相机未激活)以获得下面的图像。控制器116可以被配置为调整无人机102的行进路径以避开行人/车辆。还可以在短程链路140上从连接的车辆108接收信号。在继续进行之前，控制器116同样可以等待直到公共道路111清除了车辆和/或个人。总之，控制器116可以从具有v2x能力的车辆接收车辆安全消息，以及行人移动装置的蓝牙/wi-fi/蜂窝传输的rssi，以检测与这些对象的接近度并且随后改变无人机的飞行路径以避开公共道路。
30.图4是示例性方法的流程图。所述方法可以包括由第一无人机传输无人机安全消息的步骤402。无人机安全消息可以包括其当前位置、移动动力学情况(高度、速度、荷电状态等)以及预期飞行路径。再者，预期飞行路径可能与最初计划的预定飞行路径一致或者不一致。
31.如上所述，无人机安全消息可以由沿着第一计划飞行路径定位的车辆或路边基础设施装置接收。可以使用v2x协议来传输安全消息。无人机安全消息可以沿着飞行路径传输到路边基础设施装置。还可以通过将飞行路径发布到公共数据库来使飞行路径可用于车辆和个人。
32.当无人机飞行时，无人机可能会遇到紧急状况，诸如无人机的主电池失去动力。因此，所述方法可以包括确定第一无人机的紧急状况的步骤404。虽然电池电荷损失是一个示例，但是可能导致无人机必须进行意外着陆的任何紧急状况也可以被认为是紧急状况。
33.所述方法可以包括通过车辆对外界的通信传输警告消息的步骤406，所述警告消息指示第一无人机正在经历紧急状况。在一些情况下，v2x连接可以是远程无线连接和/或短程无线连接。
34.所述方法还可以包括在第一无人机沿着第一计划飞行路径穿越时确定无人机操作证据的步骤408。例如，无人机可以打开相机以获得无人机飞行的整个持续时间的图像/视频。在一些情况下，可以在发生紧急状况时打开相机。在其他情况下，无人机可以在接近和/或穿过公共道路时激活其相机。无人机可以保留该图像/视频证据，以证明其在道路上方穿越时没有在车辆或人员上方飞过。接下来，所述方法可以包括将无人机操作证据存储在分布式不可变账本中的步骤410。这可以包括存储在服务提供商处的区块链账本。
35.所述方法还可以包括由路边基础设施装置将无人机安全消息转发至在路边基础设施装置的范围内的连接车辆或用户装置的步骤。在一些情况下，当第一无人机不能传输无人机安全消息时，路边基础设施装置传输当前位置和移动动力学情况。
36.图5是用于防止无人机与无人机碰撞的示例性方法的流程图。所述方法可以包括从第二无人机接收第二计划飞行路径的步骤502。例如，本公开的多于一个的无人机可以将其预定和/或实际飞行路径传输到其他无人机。这可以包括在飞行之前预先发布飞行路径和/或在飞行期间广播实际飞行路径。
37.接下来，所述方法可以包括基于比较第二计划飞行路径和第一计划飞行路径来确定在第一无人机和第二无人机之间可能的碰撞的步骤504。在一些情况下，这可以包括确定两架无人机何时可以在彼此的预定距离内通过。当检测到可能的碰撞时，所述方法可以包括改变第一计划飞行路径或第二计划飞行路径以避免可能的碰撞的步骤506。
38.所述方法还可以包括在飞行中确定无人机何时可能无意地在道路和/或人员上方飞过。所述方法可以包括接收来自连接的车辆的车辆安全消息和/或来自用户装置的所接收信号的强度信号中的任一个或多个的步骤508。接下来，所述方法包括改变第一计划飞行路径以避免在存在车辆或用户装置的区域上方飞行的步骤510。这可以包括远离道路的路线偏差。在其他示例中，无人机可以在无人机穿越之前悬停并且等待汽车和人员清除道路。
39.图6是确定无人机操作证据的示例性方法的流程图，所述方法可以包括基于当前位置和第一计划飞行路径确定无人机在公共道路上方的步骤602。所述方法可以包括确定车辆和/或人员是否或何时存在于道路上的步骤604。当不存在车辆或人员时，所述方法还可以包括捕获公共道路的图像或视频的步骤604。该证据证实，当车辆或人员存在时，无人机没有穿越道路。所述方法可以包括将公共道路的图像或视频存储在分布式不可变账本中的步骤606。
40.本文公开的系统、设备、装置和方法的实现方式可以包括或利用专用或通用计算机，所述专用或通用计算机包括计算机硬件，例如诸如一个或多个处理器和系统存储器，如本文所讨论。计算机可执行指令包括例如指令和数据，所述指令和数据当在处理器处执行时致使通用计算机、专用计算机或专用处理装置执行特定功能或功能组。本文公开的装置、系统和方法的实现方式可以通过计算机网络进行通信。“网络”被定义为使得能够在计算机系统和/或模块和/或其他电子装置之间传输电子数据的一个或多个数据链路。
41.尽管已经以特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了本主题，但是应理解，所附权利要求中限定的主题可能不一定限于所述特征或上述动作。而是，所描述的特征和动作被公开作为实现权利要求的示例性形式。
42.虽然上文已经描述了本公开的各种实施例，但是应理解，这些实施例仅通过示例而非限制的方式呈现。相关领域的技术人员将明白，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可进行形式和细节上的各种改变。因此，本公开的广度和范围不应受上述示例性实施例中的任一者的限制，而是应仅根据所附权利要求及其等效物来限定。已经出于说明和描述目的而呈现了前述描述。前述描述并不意图是详尽的或将本公开限制于所公开的精确形式。鉴于以上教导，许多修改和变化形式是可能的。此外，应注意，前述替代实现方式中的任一者或全部可按任何所期望的组合使用，以形成本公开的附加混合实现方式。例如，相对于特定装置或部件描述的任何功能可以通过另一个装置或部件来执行。除非另有特别说明或在使用时在上下文内以其他方式理解，否则诸如尤其是“能够”、“可能”、“可以”或“可”的条件语言通常意图表达某些实施例可能包括某些特征、要素和/或步骤，而其他实施例可不包括某些特征、要素和/或步骤。因此，此类条件语言一般并不意图暗示一个或多个实施例无论如何都需要各特征、要素和/或步骤。
43.根据本发明，一种方法包括：确定无人机的计划飞行路径；以无人机安全消息传输所述计划飞行路径以供在所述计划飞行路径上的连接车辆和用户装置使用；基于所述无人机的当前位置和所述计划飞行路径确定所述无人机在公共道路上方；当所述无人机在所述
公共道路上方通过时捕获所述公共道路的图像或视频；并且将所述公共道路的所述图像或视频存储在分布式账本中作为无人机操作证据，以证明当所述无人机在所述公共道路上方通过时没有车辆或人员在所述无人机下方。
44.在本发明的一个方面，所述方法包括：接收来自所述连接的车辆的车辆安全消息和/或来自所述用户装置的所接收信号的强度信号中的任一个或多个；以及改变所述计划飞行路径以避免在存在所述连接车辆或所述用户装置的区域上方飞行。
45.在本发明的一个方面，所述方法包括由路边基础设施装置将所述无人机安全消息转发至在所述路边基础设施装置的范围内的所述连接的车辆或用户装置。
46.在本发明的一个方面，所述方法包括：从第二无人机接收第二计划飞行路径；基于比较所述第二计划飞行路径和所述第一计划飞行路径来确定在所述无人机和所述第二无人机之间可能的碰撞；以及改变所述计划飞行路径或所述第二计划飞行路径以避免所述可能的碰撞。
47.在本发明的一个方面，所述无人机安全消息包括所述无人机的所述当前位置、移动动力学情况和/或所述计划飞行路径中的任一个或多个。