一种基于数据分析的智能化组合式无人机管控系统的制作方法

本发明涉及无人机飞行过程管控，具体涉及一种基于数据分析的智能化组合式无人机管控系统。

背景技术：

1、无人驾驶飞机简称“无人机”，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，或者由车载计算机完全地或间歇地自主地操作。无人机实际上是无人驾驶飞行器的统称，从技术角度定义可以分为：无人固定翼飞机、无人垂直起降飞机、无人飞艇、无人直升机、无人多旋翼飞行器、无人伞翼机等。与载人飞机相比，它具有体积小、造价低、使用方便、对作战环境要求低、战场生存能力较强等优点。由于无人驾驶飞机对未来空战有着重要的意义，世界各主要军事国家都在加紧进行无人驾驶飞机的研制工作。

2、对于无人机而言，经常需要到指定空域去执行飞行任务，比如说巡逻、巡视等飞行任务等。目前对无人机飞行过程中的管控方式，主要是通过无人机的gps定位模块结合人工操控实现对无人机在飞行过程中的管控工作，上述管控方式不够方便，需要人工不断干预，给使用过程带来了一定的不便，降低了产品的使用体验。为此，提出一种基于数据分析的智能化组合式无人机管控系统。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于：如何解决现有管控方式不够方便，需要人工不断干预，给使用过程带来了一定的不便的问题，提供了一种基于数据分析的智能化组合式无人机管控系统。

2、本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括任务信息获取模块、图像采集模块、飞行状态检测模块、飞行状态分析模块、驱动控制模块；

3、所述任务信息获取模块，用于获取当前无人机本次飞行任务信息，并对飞行任务信息进行分析；

4、所述图像采集模块，用于按设定周期采集含有当前无人机的仰拍图像，即无人机图像，并对无人机图像进行预处理；

5、所述飞行状态检测模块，用于根据降噪及增强处理后的无人机图像，获取当前无人机在当前时刻点的飞行高度、飞行方向、飞行速度值；

6、所述飞行状态分析模块，用于根据当前无人机在当前时刻点的飞行高度、飞行方向、飞行速度值与当前无人机在本次飞行任务中预设的当前时刻点的飞行高度范围、当前时刻点的飞行速度值、当前时刻点的飞行方向进行比较分析，获取飞行高度分析结果、飞行方向分析结果、飞行速度值分析结果；

7、所述驱动控制模块，用于根据飞行高度分析结果、飞行方向分析结果、飞行速度值分析结果，生成对应的飞行高度指令、飞行方向指令、飞行速度值指令，并将飞行高度指令、飞行方向指令、飞行速度值指令发送至当前无人机控制器中。

8、更进一步地，所述任务信息获取模块包括飞行任务信息获取单元、飞行任务信息分析单元；所述飞行任务信息获取单元用于通过通讯接口读取当前无人机本次飞行任务信息数据包，并对飞行任务信息数据包进行解压，获取飞行任务信息数据，并将飞行任务信息数据发送至飞行任务信息分析单元中，其中，飞行任务信息数据包括飞行高度范围-时刻表、飞行轨迹-时刻图、飞行速度值-时刻表；所述飞行任务信息分析单元用于根据飞行任务信息数据中的飞行高度范围-时刻表、飞行轨迹-时刻图、飞行速度值-时刻表，获取当前无人机在本次飞行任务中预设的各时刻点的飞行高度范围、各时刻点的飞行方向、各时刻点的飞行速度值，并将其发送至飞行状态分析模块中。

9、更进一步地，所述各时刻点的飞行方向数据获取过程如下：

10、s11：获取飞行轨迹-时刻图，飞行轨迹-时刻图中各点的x轴、y轴坐标值表示各点在x轴、y轴所在平面上的位置，x轴、y轴在同一水平面上；

11、s12：飞行轨迹的起点为0时刻点，获取之后在飞行轨迹上各时刻点点的切线与x轴正方向的夹角，作为当前无人机在本次飞行任务中预设的各时刻点的飞行方向；

12、所述飞行高度范围-时刻表中包括当前无人机在本次飞行任务中预设的飞行高度范围与各时刻点之间的对应关系；

13、所述飞行速度值-时刻表中包括当前无人机在本次飞行任务中预设的飞行速度值与各时刻点之间的对应关系。

14、更进一步地，所述图像采集模块包括图像采集单元、图像预处理单元；所述图像采集单元用于通过工业相机按设定周期获取当前无人机的仰拍图像，即无人机图像，并将无人机图像发送至图像预处理单元中；所述图像预处理单元用于对无人机图像进行降噪及增强处理，得到降噪及增强处理后的无人机图像，所述工业相机设置在当前无人机执飞空域下方的地面上。

15、更进一步地，所述飞行状态检测模块包括无人机识别单元、飞行高度获取单元、飞行速度获取单元；所述无人机识别单元用于通过目标检测模型对降噪及增强处理后的无人机图像中的无人机进行目标识别，获取无人机目标检测框及其在图像坐标系中坐标位置，并将无人机目标检测框及其在图像坐标系中坐标位置发送至所述飞行高度获取单元、飞行速度获取单元中；所述飞行高度获取单元用于根据无人机目标检测框及其在图像坐标系中坐标位置，计算无人机目标检测框在图像坐标系中的面积sw，然后根据无人机目标检测框在图像坐标系中的面积sw在预设的面积范围-飞行高度数据库中进行查找，获取当前无人机当前时刻点的飞行高度；所述飞行速度获取单元用于根据上一个时刻点和当前时刻点的无人机图像中无人机目标检测框及其在图像坐标系中坐标位置，进而获取无人机目标检测框的中心点在图像坐标系中的坐标，上一个时刻点无人机目标检测框中心点记为w1，当前时刻点无人机目标检测框中心点记为w2，然后根据w1、w2点的坐标计算当前时刻点与上一个时刻点无人机目标检测框中心点的x轴坐标差值cx、y轴坐标差值cy，根据cx、cy分别计算当前无人机当前时刻点的x轴分速度vx、y轴分速度vy，最后对x轴分速度vx、y轴分速度vy矢量计算，得到飞行速度，即矢量合速度，获取矢量合速度的绝对值以及与x轴正方向的夹角值，即获取到当前无人机在当前时刻点飞行速度值、飞行方向。

16、更进一步地，所述面积范围-飞行高度范围数据库中包含飞行高度与当前无人机目标检测框在图像坐标系中面积范围的对应关系。

17、更进一步地，所述飞行速度获取单元的具体处理过程如下：

18、s21：根据上一个时刻点和当前时刻点的无人机图像中无人机目标检测框及其在图像坐标系中坐标位置，进而获取无人机目标检测框的中心点在图像坐标系中的坐标，上一个时刻点无人机目标检测框中心点记为w1，当前时刻点无人机目标检测框中心点记为w2；

19、s22：根据w1、w2点的坐标计算当前时刻点与上一个时刻点无人机目标检测框中心点的x轴坐标差值cx、y轴坐标差值cy，计算公式分别如下：

20、cx=x2-x1

21、cy=y2-y1

22、其中，x2为w2点在图像坐标系中的x轴坐标值，x1为w1点在图像坐标系中的x轴坐标值，y2为w2点在图像坐标系中的y轴坐标值，y1为w1点在图像坐标系中的y轴坐标值；

23、s23：根据cx、cy分别计算当前无人机当前时刻点的x轴分速度vx、y轴分速度vy，计算公式分别如下：

24、vx=cx/t

25、vy=cy/t

26、其中，t为当前时刻点与上一时刻点之间时间差，单位为s，在本实施例中，t取1s；

27、s24：对x轴分速度vx、y轴分速度vy矢量计算，得到飞行速度，即矢量合速度，获取矢量合速度的绝对值以及与x轴正方向的夹角值，即获取到当前无人机在当前时刻点飞行速度值、飞行方向。

28、更进一步地，飞行轨迹-时刻图的x轴、y轴对应与图像坐标系的x轴、y轴相互平行。

29、更进一步地，在所述飞行状态分析模块中，通过当前无人机在当前时刻点的飞行高度与当前无人机在本次飞行任务中预设的当前时刻点的飞行高度范围的最大值、最小值的比较结果，获取当前无人机在当前时刻点后需要下降、上升或保持当前飞行高度的分析结果，即飞行高度分析结果；通过当前无人机在当前时刻点的飞行方向与当前无人机在本次飞行任务中预设的当前时刻点的飞行方向之间的夹角差值，获取当前无人机在当前时刻点后是否需要调整飞行方向的分析结果，即飞行方向分析结果；通过当前无人机在当前时刻点飞行速度值与当前无人机在本次飞行任务中预设的当前时刻点的飞行速度值之间的速度值差值，获取当前无人机在当前时刻点后是否需要调整飞行速度值的分析结果，即飞行速度值分析结果。

30、更进一步地，在所述驱动控制模块中，在当前无人机在当前时刻点的飞行高度落入当前无人机在本次飞行任务中预设的当前时刻点的飞行高度范围的最大值、最小值之间时，生成保持当前飞行高度的飞行高度指令；在当前无人机在当前时刻点的飞行高度大于等于当前无人机在本次飞行任务中预设的当前时刻点的飞行高度范围的最大值时，生成需要下降的飞行高度指令；在当前无人机在当前时刻点的飞行高度小于等于当前无人机在本次飞行任务中预设的当前时刻点的飞行高度范围的最小值时，生成需要上升的飞行高度指令；

31、在所述驱动控制模块中，在当前无人机在当前时刻点的飞行方向与当前无人机在本次飞行任务中预设的当前时刻点的飞行方向之间的夹角差值不为零时，根据夹角差值的数值大小和正负号生成需要调整飞行方向的飞行方向指令；在当前无人机在当前时刻点的飞行方向与当前无人机在本次飞行任务中预设的当前时刻点的飞行方向之间的夹角差值为零时，生成不需要调整飞行方向的飞行方向指令；

32、在所述驱动控制模块中，在当前无人机在当前时刻点飞行速度值与当前无人机在本次飞行任务中预设的当前时刻点的飞行速度值之间的速度值差值不为零时，根据速度值差值的数值大小和正负号生成需要调整飞行速度值的飞行速度值指令；在当前无人机在当前时刻点飞行速度值与当前无人机在本次飞行任务中预设的当前时刻点的飞行速度值之间的速度值差值为零时，生成不需要调整飞行速度值的飞行速度值指令。

33、本发明相比现有技术具有以下优点：该基于数据分析的智能化组合式无人机管控系统，通过设置的飞行状态检测模块、飞行状态分析模块等，能够方便地对无人机的飞行状态进行检测及分析，便于后续根据分析结果对无人机飞行过程进行管控；基于飞行高度和飞行速度两个参数对无人机飞行状态进行检测及分析，可方便地实现对无人机飞行过程的组合化管控，不需要人工进行不断的干预。