具有氣象預警功能的無人機管控系統和管控方法與流程

2023-04-30 21:13:36 2

本發明涉及具有氣象預警功能的無人機管控系統和管控方法，更具體而言，本發明涉及無人機氣象保障領域。本發明利用伺服器為無人機規劃飛行路徑，實時監控航路氣象情況，並根據航路的氣象情況為無人機安排安全且節約電力的飛行路徑，從而在保障飛行安全的同時節能高效地完成運輸任務。

背景技術：

目前已經有將無人機用於商業物流領域的應用，在快遞、外賣送餐領域，都有利用無人機送貨的事例報導。

申請號為201620058684.5的中國專利公開了一種無人機飛行管制系統，以導航信標協助無人機精確定位，實現高密度高頻率無人機飛行編隊。

隨著無人機技術的進一步發展，商用無人機根據規劃好的航路較為密集地執行航行任務是未來無人機應用領域可以預期的前景。

而目前的無人機起飛重量較輕、抗風雨能力較為脆弱。在城市環境下，自然風受高低不同的建築物影響，將產生複雜的氣流變化效應，對於小型飛行器而言，突然的下沉氣流和上升氣流的變化，可能造成飛行器失去穩定。攜帶一定載荷飛行的無人機，在城市航路飛行時，容易受到複雜氣流和降雨的影響而危害飛行安全。

傳統的氣象雷達，無法做到小型化和低成本以適應無人機氣象保障領域。而用於氣象服務的毫米波雷達或雷射雷達，面對複雜的城市背景雜波，都難以保證探測效果。

無人機航路上的風力和風向，以及降雨強度，是影響無人機安全飛行的主要氣象因素。

基於此，迫切需要一種可靠的具有氣象預警功能的無人機管控系統，以方便有效且低成本的風速儀和雨強儀部署在無人機的航路沿途，以實現對航路氣象數據的實時監測，根據各段航路不同的氣象條件為無人機調整優化飛行路線

，在保障飛行安全的同時節能高效地完成運輸任務。

技術實現要素：

本發明的目的在於解決上述的技術問題，提供一種具有氣象預警功能的無人機管控系統。

本發明具體採用如下的技術方案:

具有氣象預警功能的無人機管控系統，其中，所述的系統包含:

執行任務的無人機，可在預先設定的航路上飛行，並將包含當前位置信息的飛行信息發送到伺服器；

多個氣象數據監測儀,設在預先設定的航路上，以監測氣象數據監測儀當前位置的氣象數據；以及

伺服器，與所述的無人機和多個氣象數據監測儀通信，並實時接收所述氣象數據監測儀傳送的氣象信息，以基於所述無人機當前的位置信息和所述的氣象信息判斷所述無人機是否適合繼續執行預定航路的飛行計劃，並根據判斷結果向所述的無人機發出繼續飛行或者改道或者終止飛行的命令。

根據本發明的具有氣象預警功能的無人機管控系統，所述的氣象數據監測儀包含定位單元，在發送氣象數據時能夠一併將其部署地點的位置信息發送到所述的伺服器。

根據本發明的具有氣象預警功能的無人機管控系統，所述的無人機帶有機載定位單元，以實時監測所述的無人機當前的位置信息，並發送到所述的伺服器。

在本發明的一個具體的實施例中，所述的伺服器能夠根據航路網絡，為無人機選擇規劃優選的航路，以使無人機根據機載定位單元確定自身位置並按照航路飛行；無人機在飛行時，將自身的位置和速度、高度等飛行信息實時發回給伺服器，便於伺服器監控其運行。

根據本發明的具有氣象預警功能的無人機管控系統，所述的氣象數據監測儀包括風速儀，以監測水平方向和/或垂直方向的風力和風向數據和氣流數據。

根據本發明的具有氣象預警功能的無人機管控系統，所述的伺服器內預先設定航線上的無人機的能承受的風力閾值，其中所述的伺服器將接收到的所述風速儀傳送的風力信息與所述的閾值進行比較，並根據比較結果向所述的無人機發出命令。

在本發明的一個更優的實施例中，本發明的風速儀可以探測水平方向的風力、風向，進一步，還能探測垂直方向的風力和風向數據，例如可以探測下沉氣流和上升氣流的數據。

在本發明的一個較優的實施例中，本發明的多個風速儀部署在航路上容易受氣流影響的敏感位置，並實時將所在位置的風力參數發回給伺服器。伺服器從各風速儀發來的數據，得知當前所有航路上氣象敏感位置的風力信息。

進一步，伺服器根據獲得的風力信息，判斷每架無人機當前飛行的位置和路線的風力是否接近其預先存儲的抗風閾值，當判斷為某一無人機所在位置或將要前往的位置的風力超過其抗風閾值時，伺服器將擇優向該無人機發出改道、返航或緊急降落的指令。

在本發明的一個更優的實施例中，考慮到風切變和猛烈的下沉氣流，對於體型較小的無人機有很大的影響，當本發明的部署位置相鄰的兩個風速儀同時探測到下沉氣流，而伺服器根據收到的無人機發回的信息得知，在所述的同時探測到下沉氣流的相鄰風速儀間存在飛行的無人機時，伺服器將向該無人機發出緊急爬升高度的指令，以避免該航路區間可能的下沉氣流造成無人機墜落。

在本實施例的另一個方面，本發明的部署位置相鄰的兩個風速儀同時探測到強側風，而伺服器根據收到的無人機發回的信息得知，在所述的同時探測到強側風的相鄰風速儀間存在飛行的無人機時，在此情況下伺服器將向該無人機發出修正航向的指令，使其遠離周圍的建築物，以避免強側風影響導致碰撞建築物。

根據本發明的具有氣象預警功能的無人機管控系統，所述的氣象數據監測儀包括雨強儀，以監測降雨強度的大小，並將所述的結果發送至所述的伺服器。

根據本發明的具有氣象預警功能的無人機管控系統，所述的伺服器內預先設定航線上的無人機的能承受的降雨強度的閾值，其中所述的伺服器將接收到的所述雨強儀傳送的降雨強度信息與所述的閾值進行比較，並根據比較結果向所述的無人機發出命令。

根據本發明的具有氣象預警功能的無人機管控系統，所述的改道的方式包括所述的伺服器根據航路網絡為無人機選擇並規劃優選的航路，以使無人機根據其機載定位單元確定自身位置並按照優選航路飛行。

根據本發明的具有氣象預警功能的無人機管控系統，所述執行任務的無人機將當前飛行狀態下的自身的剩餘電量信息發送到伺服器，其中所述的伺服器存儲有各級風速條件和不同載荷下，所述的系統管控下的各型號無人機在當前的氣象數據下飛行時的耗電情況，並根據無人機的剩餘電量規劃無人機的最佳航程。

本發明還包括具有氣象預警功能的無人機管控系統的管控方法，其包括以下的步驟：

將多個氣象數據監測儀設置於無人機航路的適宜位置上；

將所述氣象數據監測儀監測到的數據持續發送給伺服器；

所述伺服器根據這些數據判斷各條航路的氣象參數是否適合無人機飛行；以及

所述伺服器根據s3步驟的判斷結果，向所述的無人機發出繼續飛行或者改道或者終止飛行的命令。

進一步，在本發明的管控方法的另一個實施例中，所述的伺服器根據各航路的氣象數據和剩餘電量，為無人機選擇規劃較為節約電力的航路。

在本發明的無人機管控系統的一個更優的實施例中，本系統的伺服器還存

儲有各級風速條件和不同載荷下，本系統管控的各型號無人機在該情況下順風、逆風或以不同角度受風飛行時的耗電情況。

進一步，本系統的伺服器能夠根據各航路的風力情況，為無人機選擇規劃較為節約電能的航路。這一規劃方法的步驟為：

s1、風速儀將所在點的風力數據實時發送給伺服器；

s2、伺服器將各風速儀所在航路的風力數據進行匯總，並分析各無人機當前飛行路線的方向，以及在該飛行方向上的風力數據；

s3、進一步，當伺服器在判斷某一特定無人機處於逆風飛行時，伺服器為其檢索是否存在其他逆風情況較緩的航路，並分析該航路的距離將要消耗的電能是否少於當前逆風航路；

s4、如s3步驟判斷為是，伺服器將發出新的路線指令給該無人機，使其按照更為節約電能的新航路飛行。

在本發明的另一方面，由於城市中建築物的熱島效應等原因，在特定時間段，航路區域會產生持續穩定的上升氣流，當伺服器從風速儀獲得的數據顯示到航路存在上升氣流時，伺服器將判斷某一無人機繞道借用上升氣流是否有利，並在有利的情況下調整無人機的飛行路線，以利用上升氣流從而在飛行時節約電能。

顯而易見的是，隨著技術的進步，當載人的飛行器能夠在規劃好的航路上自動或者半自動的運行時，本發明的系統同樣能夠為其提供氣象預警和管控功能。

【附圖說明】

以下結合附圖對本發明作詳細的說明，以更清楚地理解本發明的技術方案，其中：

圖1所示為本發明的具有氣象預警功能的無人機管控系統的結構框圖；

圖2所示為本發明的氣象數據監測儀在航路上部署的示意圖；

圖3所示為氣象數據檢測儀的結構框圖；

圖4所示為無人機的結構框圖。

【具體實施方式】

下面結合附圖和實施例對本發明的具有氣象預警功能的無人機管控系統做詳細的說明:

結合圖2、圖1和圖4所示，執行任務的無人機30，可在預先設定的航路81、82……上飛行，並將當前的位置信息和自身的剩餘電量信息發送到伺服器20。

如圖2所示，多個氣象數據監測儀10,設在預先設定的航路81、82……上，以監測其部署位置的氣象數據。

如圖1所示，伺服器20，與所述的無人機30和多個氣象數據監測儀10通信，並實時接收所述氣象數據監測儀10傳送的氣象信息，以基於所述無人機30當前的位置信息和所述的氣象信息判斷所述無人機30是否適合繼續執行預定航路，並根據判斷結果向所述的無人機30發出繼續飛行或者改道或者終止飛行的命令。

如圖3所示，本發明的氣象數據監測儀10包含定位單元11以及通信單元12，其在藉助通信單元12發送氣象數據時，能夠一併將其部署地點的位置信息發送到所述的伺服器20。

如圖4所示，本發明的無人機30帶有機載定位單元31，以實時監測所述的無人機30當前的位置信息，並由其機載通信單元32發送到所述的伺服器20。

進一步，本發明所述的伺服器20能夠根據航路網絡，為無人機30選擇規劃優選的航路，以使無人機30根據機載定位單元31確定自身位置並按照航路飛行；無人機30在飛行時，將自身的位置和速度、高度等飛行信息實時發回給伺服器20，便於伺服器20監控其運行。

如圖3所示，本發明的氣象數據監測儀10包括風速儀（圖未示），以監測水平方向和/或垂直方向的風力和風向數據和氣流數據。

進一步，本發明所述的伺服器20內預先設定航線上的無人機30能承受的風力閾值，其中所述的伺服器30將接收到的所述風速儀傳送的風力信息與所述的閾值進行比較，並根據比較結果向所述的無人機30發出命令。

在本發明的一個更優的實施例中，本發明的風速儀可以探測水平方向的風力、風向。進一步，還能探測垂直方向的風力和風向數據，例如可以探測下沉氣流和上升氣流的數據。

在本發明的一個較優的實施例中，本發明的多個風速儀部署在航路上容易受氣流影響的敏感位置，並實時將所在位置的風力參數發回給伺服器20。伺服器20從各風速儀發來的數據，得知當前所有航路上氣象敏感位置的風力信息。

進一步，伺服器20根據獲得的風力信息，判斷每架無人機當前飛行的位置和路線的風力是否接近其預先存儲的抗風閾值，當判斷為某一無人機30所在位置或將要前往的位置的風力超過其抗風閾值時，伺服器將擇優向該無人機30發出改道、返航或緊急降落的指令。

在本發明的一個更優的實施例中，考慮到風切變和猛烈的下沉氣流，對於體型較小的無人機有很大的影響，當本發明的部署位置相鄰的兩個風速儀同時探測到下沉氣流，而伺服器20根據收到的無人機發回的信息得知，在所述的同時探測到下沉氣流的相鄰風速儀間存在飛行的無人機30時，伺服器將向該無人機30發出緊急爬升高度的指令，以避免該航路區間可能的下沉氣流造成無人機30墜落。

在本實施例的另一個方面，本發明的部署位置相鄰的兩個風速儀同時探測到強側風，而伺服器20根據收到的無人機發回的信息得知，在所述的同時探測到強側風的相鄰風速儀間存在飛行的無人機30時，在此情況下伺服器將向該無人機30發出修正航向的指令，使其遠離周圍的建築物，以避免強側風影響導致碰撞建築物。

根據本發明的具有氣象預警功能的無人機管控系統，所述的氣象數據監測儀10包括雨強儀，以監測降雨強度的大小，並將所述的結果發送至所述的伺服器。所述的雨強儀用於測量具體地點的降雨強度。例如，可以採用應用於汽車上的感應雨刷，其監測雨強的一種方案是根據光的折射原理工作的：在光學式傳感器中有一個發光二極體，它發出一束錐形光線，這束光穿過前擋風玻璃。當擋風玻璃上沒有雨水、處於乾燥狀態的時候，幾乎所有的光都會反射到一個光學傳感器上；當下雨的時候，擋風玻璃上會存有雨水，一部分光線就會偏離，這就造成了傳感器接收到光的總量的變化，從而檢測到了雨水的存在。光學式傳感器能夠接收反射光的面積越大，得到的信息就越詳盡。光學式傳感器十分精確，甚至有可能準確地判斷出落在被感應區域上的雨點數目。

進一步，所述的伺服器20內預先設定航線上的無人機30能承受的降雨強度的閾值，其中所述的伺服器20將接收到的所述雨強儀傳送的降雨強度信息與所述的閾值進行比較，並根據比較結果向所述的無人機30發出命令。

根據本發明的具有氣象預警功能的無人機管控系統，所述的改道的方式包括所述的伺服器20根據航路網絡為無人機30選擇並規劃優選的航路，以使無人機30根據其機載定位單元31確定自身位置並按照優選航路飛行。

根據本發明的具有氣象預警功能的無人機管控系統，所述的伺服器20存儲有各級風速條件和不同載荷下，所述的系統管控下的各型號無人機30在當前的氣象數據下飛行時的耗電情況，並根據無人機30的剩餘電量規劃無人機30的最佳航程。

結合圖2所示，本發明還包括具有氣象預警功能的無人機管控系統的管控方法，其包括以下的步驟：

將多個氣象數據監測儀10設置於無人機航路81、81……的適宜位置上；

將所述氣象數據監測儀10監測到的數據持續發送給伺服器20；

所述伺服器20根據這些數據判斷各條航路的氣象參數是否適合無人機30飛行；以及

所述伺服器20根據s3步驟的判斷結果，向所述的無人機30發出繼續飛行或者改道或者終止飛行的命令。

進一步，在本發明的管控方法的另一個實施例中，所述的伺服器20根據各航路的氣象數據和剩餘電量，為無人機30選擇規劃較為節約電力的航路。

在本發明的無人機管控系統的一個更優的實施例中，本系統的伺服器20還存儲有各級風速條件和不同載荷下，本系統管控的各型號無人機30在該情況下順風、逆風或以不同角度受風飛行時的耗電情況。

進一步，本系統的伺服器20能夠根據各航路的風力情況，為無人機30選擇規劃較為節約電能的航路。這一規劃方法的步驟為：

s1、風速儀將所在點的風力數據實時發送給伺服器20；

s2、伺服器20將各風速儀所在航路的風力數據進行匯總，並分析各無人機30當前飛行路線的方向，以及在該飛行方向上的風力數據；

s3、進一步，當伺服器20在判斷某一特定無人機30處於逆風飛行時，伺服器20為其檢索是否存在其他逆風情況較緩的航路，並分析該航路的距離將要消耗的電能是否少於當前逆風航路；

s4、如s3步驟判斷為是，伺服器將發出新的路線指令給該無人機30，使其按照更為節約電能的新航路飛行。

在本發明的另一方面，由於城市中建築物的熱島效應等原因，在特定時間段，航路區域會產生持續穩定的上升氣流，當伺服器20從風速儀獲得的數據顯示到航路存在上升氣流時，伺服器20將調整無人機30的航程，以利用上升氣流從而在飛行時節約電能。

顯而易見的是，隨著技術的進步，當載人的飛行器能夠在規劃好的航路上自動或者半自動的運行時，本發明的系統同樣能夠為其提供氣象預警和管控功能。

以上所揭露的僅為本發明的一種較佳實施例而已，當然不能以此來限定本

發明之權利要求的範圍。任何人在本發明的權利要求的精神和原則之內所作的任何的等同變化和改變，仍屬本發明所涵蓋的範圍。