一種基于4g/wifi網絡通訊技術的無人機綜合運行管理系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種基于4G/WIFI網絡通訊技術的無人機綜合運行管理系統，其特征在于，包括綜合運行管理系統區域服務器、4G/WIFI網絡信號塔、無人機上通訊和安全保護模塊、用戶綜合運行管理系統客戶端以及無人機續航/維護驛站；面對未來無人機的快速普及，該綜合運行管理系統可以根據無人機用戶的任務需求提供自主飛行計劃，并對在空中進行飛行任務的多無人機進行實時有效的監測、調度、導航及線路優化；整個系統的運行全部自主進行，極大提高了運行效率和可靠性。
【專利說明】
一種基于4G/WIFI網絡通訊技術的無人機綜合運行管理系統
技術領域
[0001]本發明涉及飛行空中管理系統技術領域，具體涉及一種基于4G/WIFI網絡通訊技術的無人機綜合運行管理系統。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著自動化和傳感器技術的不斷進步，無人機制造技術和性能發展迅速。無人機的靈活、低成本等特點是有人飛機無法比擬的優勢。因此，無人機在軍事和民用領域的應用日益增多，市場需求不斷增大。
[0003]在可以預見的未來，空中在執行各種任務的無人機數量會越來越多，無人機與有人飛機的空域重疊也不可避免，如何在今后的空域環境中對無人機進行實時有效的空中交通管理成為首要考慮的問題。
【發明內容】
[0004]為應對未來無人機快速普及的趨勢，對大量在空中進行飛行任務的無人機進行實時有效的監測、調度、導航及線路優化，本發明提供一種無人機綜合運行管理系統。
[0005]為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是:
[0006]—種基于4G/WIFI網絡通訊技術的無人機綜合運行管理系統，由綜合運行管理系統區域服務器、4G/WIFI網絡信號塔、無人機上通訊和安全保護模塊、用戶綜合運行管理系統客戶端以及無人機續航/維護驛站幾部分構成；
[0007]所述綜合運行管理系統區域服務器是整個管理系統的核心部分，用來無人機實時飛行數據的接收和存儲、三維地圖、天氣信息和用戶信息的更新和存儲、無人機的控制和任務規劃、無人機的安全監測和應急處置；
[0008]所述4G/WIFI網絡信號塔作為通訊中繼站將所有數據信息和指令通過4G/WIFI網絡進行傳遞；
[0009]所述無人機上通訊和安全模塊用來發送自身飛行數據和接收系統指令，同時該模塊還具有手動控制安全保護功能；
[0010]所述用戶綜合運行管理系統客戶端是一種可以運行在任何PC、移動設備上的應用程序，用戶可以通過該客戶端提交任務需求和實時查看區域服務器為用戶制定的飛行任務計劃；
[0011]所述無人機續航/維護驛站用來對無人機進行維護和續航，緊急情況時，該驛站還可以作為迫降區域。
[0012]進一步，所述綜合運行管理系統區域服務器包括無線通訊模塊、數據存儲模塊、任務解算模塊、安全監測模塊；
[0013]所述無線通訊模塊，可接收區域內各信號塔實時上傳的無人機數據從而獲得該區域上空所有無人機信息，包括無人機的ID信息(內含該款無人機型號、服役年限、飛行記錄等信息)、本次任務信息、當前位置、姿態、速度、電池電量等，通過這些數據可以有效監測無人機的飛行狀態；同時，區域服務器可通過該模塊獲取客戶端上傳的任務請求、下傳數據到客戶端以及向無人機發送控制指令；
[0014]所述數據存儲模塊，該模塊可以存儲一定數量規模的無人機實時飛行數據、歷史飛行數據、區域三維地圖數據、天氣數據、用戶信息數據等；
[0015]進一步，所述數據存儲模塊存有該區域精確的三維地圖信息，該地圖可通過衛星遙感定時在線更新糾錯，保證地圖信息的準確性和實時性；
[0016]同時，所述數據存儲模塊存有天氣預報信息，并可根據國家氣象局發布的信息實時更新；
[0017]同時，所述數據存儲模塊存有用戶注冊信息，包括用戶身份、對應ID和航路權限、飛機型號及參數、服役年限等;每一個加入該綜合運行管理系統的無人機用戶都需要實名制注冊并通過核驗，用戶的無人機也需要相關人員進行檢查測試，確保其滿足該綜合運行管理系統的相關技術要求，如飛機性能、通訊協議、安全保護設定等；同時，工作人員還需要對無人機進行控制系統閉源處理、安全模塊安裝及硬件登記注冊，確保用戶不會對無人機軟件和硬件進行篡改；
[0018]所述任務解算模塊，可以綜合當前時刻區域內所有無人機的飛行狀態、任務信息、三維地圖信息以及天氣狀況，并結合新晉無人機任務需求進行線路規劃，可避開城市建筑物、禁飛區域或人群聚集區域;此外，該任務解算模塊可實時生成三維任務路徑，并通過無線通訊模塊把該飛行計劃下傳至用戶客戶端當中；
[0019]所述安全監測模塊，可以根據接收到的無人機電源信息、信號強弱和干擾信息、無人機飛行狀態信息來判斷無人機當前的電量、信號傳輸狀況和飛行狀態，進而實現對無人機安全狀態的監測，并時刻準備緊急應對；
[0020]進一步，所述安全監測模塊可以實時根據無人機的當前電量和耗電速度判斷無人機電量能否足夠完成任務，當判斷無人機無法完成既定飛行任務時，可中途引導無人機進入自主降落維護航線，降落到就近續航/維護驛站進行續航和維護操作，而后再自主起飛繼續飛行任務；
[0021]同時，安全監測模塊內含無人機故障專家庫，可以通過檢測到的無人機非正常狀態信息(如傳輸信號微弱或中斷、強烈信號干擾、飛機姿態異樣或碰撞等)進行響應，診斷無人機當前故障并發出處置指令。
[0022]進一步，所述4G/WIFI網絡信號塔作為通訊中繼站覆蓋指定區域，所有數據信息和指令遵循特定通訊協議在4G/WIFI網絡中進行傳遞；
[0023]所述一種基于4G/WIFI網絡通訊技術的無人機綜合運行管理系統所有信息通訊遵循一套自己開發的通訊協議，該通訊協議是一種基于4G/WIFI網絡的而且支持雙工同步信息傳輸的通訊協議;任何無人機飛行器安裝支持該通訊協議的通訊模塊后均可通過全覆蓋的4G/WIFI網絡信號塔接入該綜合運行管理系統，實現全自主飛行。
[0024]進一步，所述無人機上通訊和安全保護模塊除了實時與外界進行信息交換外，還具有手動控制安全保護功能，即用戶無法在無人機自動執行任務過程中切換手動控制模式，如果用戶需要切換手動控制必須先通過客戶端進行任務中斷請求，然后綜合運行管理系統會控制無人機返回起飛點并降落，此時用戶才可以獲得控制權限并手動飛行；
[0025]同時，在手動控制飛行時，該模塊內置的空域圍欄還可以確保無人機無法飛入自主飛行的禁飛空域，從而保證綜合運行管理系統控制下的其他無人機的飛行安全。
[0026]進一步，所述用戶綜合運行管理系統客戶端是一種可以運行在任何PC、移動設備上的應用程序，用戶可以通過該客戶端設定自己的無人機的任務需求，該任務需求實時上傳至綜合運行管理系統區域服務器，通過任務解算模塊實時解算快速有效地為無人機用戶生成指定任務的多組飛行計劃，并實時下傳至用戶客戶端，通過二維/三維地圖界面顯示出來;其中包含飛行軌跡、預備續航/維護驛站點位、完成任務預估時間等信息，用戶可根據這些信息做出選擇，決定任務計劃。
[0027]進一步，所述無人機續航/維護驛站包括引導系統、對無人機進行續航和維護的人員及設施以及緊急迫降區域；
[0028]所述引導系統可以接收區域服務器的指令引導無人機自主降落和起飛；
[0029]所述續航/維護人員和設施可以人工對無人機進行充電、電池更換和維護操作，對于支持無線充電的無人機還可以進行自動無線充電；
[0030]所述緊急迫降區域，可以確保當無人機發生某些非正常狀況時，綜合運行管理系統會指示無人機就近迫降到附近的續航/維護驛站進行檢查。
【附圖說明】
[0031]圖1是本發明的整體系統構成及數據傳輸示意圖。
[0032]圖2是本發明區域服務器的模塊結構及數據傳輸示意圖。
[0033]圖3是本發明的任務執行邏輯示意圖。
【具體實施方式】
[0034]以下結合附圖對本發明的【具體實施方式】做進一步的說明。
[0035]如圖1，一種基于4G/WIFI網絡通訊技術的無人機綜合運行管理系統，由綜合運行管理系統區域服務器、4G/WIFI網絡信號塔、無人機上通訊和安全保護模塊、用戶綜合運行管理系統客戶端以及無人機續航/維護驛站幾部分構成；
[0036]所述綜合運行管理系統區域服務器是整個管理系統的核心部分，用來無人機實時飛行數據的接收和存儲、三維地圖、天氣信息和用戶信息的更新和存儲、無人機的控制和任務規劃、無人機的安全監測和應急處置；
[0037]所述4G/WIFI網絡信號塔作為通訊中繼站將所有數據信息和指令通過4G/WIFI網絡進行傳遞；
[0038]所述無人機上通訊和安全模塊用來發送自身飛行數據和接收系統指令，同時該模塊還具有手動控制安全保護功能；
[0039]所述用戶綜合運行管理系統客戶端是一種可以運行在任何PC、移動設備上的應用程序，用戶可以通過該客戶端提交任務需求和實時查看區域服務器為用戶制定的飛行任務計劃；
[0040]所述無人機續航/維護驛站用來對無人機進行維護和續航，緊急情況時，該驛站還可以作為迫降區域。
[0041]如圖2，所述綜合運行管理系統區域服務器包括無線通訊模塊、數據存儲模塊、任務解算模塊、安全監測模塊；
[0042]所述無線通訊模塊，可接收區域內各信號塔實時上傳的無人機數據從而獲得該區域上空所有無人機信息，包括無人機的ID信息(內含該款無人機型號、服役年限、飛行記錄等信息)、本次任務信息、當前位置、姿態、速度、電池電量等，通過這些數據可以有效監測無人機的飛行狀態；同時，區域服務器可通過該模塊獲取客戶端上傳的任務請求、下傳數據到客戶端以及向無人機發送控制指令；
[0043]所述數據存儲模塊，該模塊可以存儲一定數量規模的無人機實時飛行數據、歷史飛行數據、區域三維地圖數據、天氣數據、用戶信息數據等；
[0044]進一步，所述數據存儲模塊存有該區域精確的三維地圖信息，該地圖可通過衛星遙感定時在線更新糾錯，保證地圖信息的準確性和實時性；
[0045]同時，所述數據存儲模塊存有天氣預報信息，并可根據國家氣象局發布的信息實時更新；
[0046]同時，所述數據存儲模塊存有用戶注冊信息，包括用戶身份、對應ID和航路權限、飛機型號及參數、服役年限等;每一個加入該綜合運行管理系統的無人機用戶都需要實名制注冊并通過核驗，用戶的無人機也需要相關人員進行檢查測試，確保其滿足該綜合運行管理系統的相關技術要求，如飛機性能、通訊協議、安全保護設定等；同時，工作人員還需要對無人機進行控制系統閉源處理、安全模塊安裝及硬件登記注冊，確保用戶不會對無人機軟件和硬件進行篡改；
[0047]所述任務解算模塊，可以綜合當前時刻區域內所有無人機的飛行狀態、任務信息、三維地圖信息以及天氣狀況，并結合新晉無人機任務需求進行線路規劃，可避開城市建筑物、禁飛區域或人群聚集區域;此外，該任務解算模塊可實時生成三維任務路徑，并通過無線通訊模塊把該飛行計劃下傳至用戶客戶端當中，如圖3所示；
[0048]所述安全監測模塊，如圖3所示，可以根據接收到的無人機電源信息、信號強弱和干擾信息、無人機飛行狀態信息來判斷無人機當前的電量、信號傳輸狀況和飛行狀態，進而實現對無人機安全狀態的監測，并時刻準備緊急應對；
[0049]進一步，所述安全監測模塊可以實時根據無人機的當前電量和耗電速度判斷無人機電量能否足夠完成任務，當判斷無人機無法完成既定飛行任務時，可中途引導無人機進入自主降落維護航線，降落到就近續航/維護驛站進行續航和維護操作，而后再自主起飛繼續飛行任務；
[0050]同時，安全監測模塊內含無人機故障專家庫，可以通過檢測到的無人機非正常狀態信息(如傳輸信號微弱或中斷、強烈信號干擾、飛機姿態異樣或碰撞等)進行響應，診斷無人機當前故障并發出處置指令。
[0051]進一步，如圖1所示，所述4G/WIFI網絡信號塔作為通訊中繼站覆蓋指定區域，所有數據信息和指令遵循特定通訊協議在4G/WIFI網絡中進行傳遞；
[0052]所述一種基于4G/WIFI網絡通訊技術的無人機綜合運行管理系統所有信息通訊遵循一套自己開發的通訊協議，該通訊協議是一種基于4G/WIFI網絡的而且支持雙工同步信息傳輸的通訊協議;任何無人機飛行器安裝支持該通訊協議的通訊模塊后均可通過全覆蓋的4G/WIFI網絡信號塔接入該綜合運行管理系統，實現全自主飛行。
[0053]進一步，如圖1和圖3所示，所述無人機上通訊和安全保護模塊除了實時與外界進行信息交換外，還具有手動控制安全保護功能，即用戶無法在無人機自動執行任務過程中切換手動控制模式，如果用戶需要切換手動控制必須先通過客戶端進行任務中斷請求，然后綜合運行管理系統會控制無人機返回起飛點并降落，此時用戶才可以獲得控制權限并手動飛行；
[0054]同時，在手動控制飛行時，該模塊內置的空域圍欄還可以確保無人機無法飛入自主飛行的禁飛空域，從而保證綜合運行管理系統控制下的其他無人機的飛行安全。
[0055]進一步，如圖1所示，所述用戶綜合運行管理系統客戶端是一種可以運行在任何PC、移動設備上的應用程序，用戶可以通過該客戶端設定自己的無人機的任務需求，該任務需求實時上傳至綜合運行管理系統區域服務器，通過任務解算模塊實時解算快速有效地為無人機用戶生成指定任務的多組飛行計劃，并實時下傳至用戶客戶端，通過二維/三維地圖界面顯示出來;其中包含飛行軌跡、預備續航/維護驛站點位、完成任務預估時間等信息，用戶可根據這些信息做出選擇，決定任務計劃。
[0056]進一步，如圖1所示，所述無人機續航/維護驛站包括引導系統、對無人機進行續航和維護的人員及設施以及緊急迫降區域；
[0057]所述引導系統可以接收區域服務器的指令引導無人機自主降落和起飛；
[0058]所述續航/維護人員和設施可以人工對無人機進行充電、電池更換和維護操作，對于支持無線充電的無人機還可以進行自動無線充電；
[0059]所述緊急迫降區域，可以確保當無人機發生某些非正常狀況時，綜合運行管理系統會指示無人機就近迫降到附近的續航/維護驛站進行檢查。
[0060]所述一種基于4G/WIFI網絡通訊技術的無人機綜合運行管理系統典型工作流程為三個階段，分別為準備工作、任務請求、任務執行，如圖3所示。
[0061]所述準備工作包括，用戶通過客戶端或柜臺進行實名制注冊登記，并由工作人員對準備入網的無人機設備進行檢測、飛控閉源處理、安全模塊安裝等；
[0062]所述任務請求包括，用戶通過客戶端提出任務需求，區域服務器結合當時涉及區域的天氣情況、空中交通情況和地形信息，設計規劃任務路線并下傳到用戶客戶端以供選擇，用戶同意則開始執行任務;否則退出任務申請或等待服務器重新規劃線路；
[0063]所述任務執行包括，無人機按照服務器規劃路徑自主飛行，服務器全程監測，如果發現無人機電池電量無法完成既定飛行任務或是無人機狀態非正常，那么服務向無人機發送續航/維護指令進入驛站進行續航/維護，經過續航/維護操作后，無人機如果滿足繼續執行任務要求則起飛返回任務航線，否則脫離系統并通知用戶進一步檢查；
[0064]進一步，所述任務執行包括，服務器如果接收到用戶終止原飛行任務請求，那么無人機任務更新為返回起飛點；在無人機返回起飛點過程當中，如果電量不足或出現非正常狀態，隨時進入上一步續航/維護線路，直至返回起飛點或無人機出現故障無法修復，脫離系統并通知用戶；
[0065]進一步，所述任務執行包括，如果用戶未提出終止原任務請求，無人機按原計劃持續飛行、續航和維護，直至飛抵目的地完成任務，脫離系統并通知用戶。
【主權項】
1.一種基于4G/WIFI網絡通訊技術的無人機綜合運行管理系統，其特征在于，包括綜合運行管理系統區域服務器、4G/WIFI網絡信號塔、無人機上通訊和安全保護模塊、用戶綜合運行管理系統客戶端以及無人機續航/維護驛站； 所述綜合運行管理系統區域服務器是整個管理系統的核心部分，用來無人機實時飛行數據的接收和存儲、三維地圖、天氣信息和用戶信息的更新和存儲、無人機的控制和任務規劃、無人機的安全監測和應急處置； 所述4G/WIFI網絡信號塔作為通訊中繼站將所有數據信息和指令通過4G/WIFI網絡進行傳遞； 所述無人機上通訊和安全模塊用來發送自身飛行數據和接收系統指令，同時該模塊還具有手動控制安全保護功能； 所述用戶綜合運行管理系統客戶端是一種可以運行在任何PC、移動設備上的應用程序，用戶可以通過該客戶端提交任務需求和實時查看區域服務器為用戶制定的飛行任務計劃； 所述無人機續航/維護驛站用來對無人機進行維護和續航，緊急情況時，該驛站還可以作為迫降區域。2.根據權利要求1所述的一種基于4G/WIFI網絡通訊技術的無人機綜合運行管理系統，其特征在于，所述綜合運行管理系統區域服務器包括無線通訊模塊、數據存儲模塊、任務解算模塊、安全監測模塊； 所述無線通訊模塊可獲取區域上空所有無人機信息，通過這些數據可以有效監測無人機的飛行狀態；同時，區域服務器可通過該模塊獲取客戶端上傳的任務請求，下傳數據到客戶端以及向無人機發送控制指令； 所述數據存儲模塊所述綜合運行管理系統區域服務器具有數據存儲模塊，該模塊可以存儲一定數量規模的無人機實時飛行數據、歷史飛行數據、區域三維地圖數據、天氣數據、用戶信息數據等； 所述任務解算模塊可以綜合當前時刻區域內所有無人機的飛行狀態、任務信息、三維地圖信息以及天氣狀況，并結合新晉無人機任務需求進行線路規劃，實時生成飛行計劃； 所述安全監測模塊可以根據無人機電量情況和故障信息引導無人機進入驛站續航和維護;突發情況時，也可對無人機進行緊急處置。3.根據權利要求1所述的一種基于4G/WIFI網絡通訊技術的無人機綜合運行管理系統，其特征在于，所述4G/WIFI網絡信號塔作為通訊中繼站覆蓋指定區域，所有數據信息和指令遵循特定通訊協議在4G/WIFI網絡中進行傳遞。4.根據權利要求1所述的一種基于4G/WIFI網絡通訊技術的無人機綜合運行管理系統，其特征在于，所述無人機上通訊和安全模塊除了實時與外界進行信息交換外，還具有手動控制安全保護功能，即用戶無法在無人機自動執行任務過程中切換手動控制模式;而在手動控制飛行時，該模塊內置的空域圍欄還可以確保無人機無法飛入自主飛行的禁飛空域。5.根據權利要求1所述的一種基于4G/WIFI網絡通訊技術的無人機綜合運行管理系統，其特征在于，所述用戶綜合運行管理系統客戶端是一種可以運行在任何PC、移動設備上的應用程序，用戶可以通過該客戶端提交任務需求和實時查看區域服務器為用戶制定的飛行任務計劃，這些任務計劃在客戶端上通過二維/三維地圖界面顯示出來，其中包含飛行軌跡、預備續航/維護驛站點位、完成任務預估時間等信息。6.根據權利要求1所述的一種基于4G/WIFI網絡通訊技術的無人機綜合運行管理系統，其特征在于，所述無人機續航/維護驛站包括引導系統、續航/維護人員和實施、緊急迫降區域； 所述引導系統可以接收服務器指令導航無人機自主降落和起飛； 所述續航/維護人員和設施可以人工對無人機進行充電、電池更換和維護操作，對于支持無線充電的無人機還可以進行自動無線充電； 所述緊急迫降區域可以在緊急情況時作為無人機迫降區域。
【文檔編號】G05B19/418GK105843183SQ201610135602
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月10日
【發明人】徐利杰, 張文強, 董朝陽
【申請人】賽度科技（北京）有限責任公司