无人飞行器处理系统及其飞行状态数据处理方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无人飞行器领域，特别是涉及一种无人飞行器、无人飞行器处理系统及其处理方法。
【背景技术】
[0002]随着技术发展，小微型无人飞行器开始进入千家万户，尤其是随着MEMS元件的技术发展和成本降低，多轴飞行器的重量、体积、稳定性均得到了长足的发展。以航拍应用为突破口，携带有拍摄装置的多轴飞行器广受关注。但是无人飞行器作为一种在空中飞行的设备，其安全性方面的考虑要远高于其他设备，典型的，对于无人飞行器的飞行过程的管理是一个重要的问题。现有技术对于无人飞行器的飞行管理主要是通过无线通信的方式来实现，具体的可以采用卫星定位系统或者2.4Ghz频段的无线通信技术。如果在室内也可能是采用基于通信基站的定位技术等。但是无论上述哪一种技术，都依赖于一个搭建好的无线环境，才能实现对于无人飞行器的飞行过程进行识别和记录，并后续进行一系列的处理。但是在通信环境不稳定的情况下，上述飞行过程管理的方法存在风险。
[0003]以飞行过程管理的一种典型应用一一自动返航功能为例进行说明，现有自动返航功能往往是在无线通信控制不稳定的情况下，由用户通过控制台启动或者由无人飞行器上的飞行控制器启动，该自动返航的实现是基于卫星定位系统的信号，获得无人飞行器的当前位置，以及读取实现存储的无人飞行器的出发位置，然后自动控制无人飞行器飞到一定高度之后，按照卫星定位系统所给出的指引，从当前位置飞回到出发位置。由于卫星定位系统的不稳定性，所以，在自动返航过程中，经常会出现各种问题，虽然有自动返航成功的，但是自动返航飞不见了，或者自动返航过程中坠落的事件也时有发生。所以，基于无线通信的飞行过程管理，受无线通信环境干扰大，存在较高风险。
[0004]另外，目前对于非GPSAMU的无人机定位有些初步的探索，但均不成熟，现状如下。
[0005]2014年I月I日公开的中国专利申请CN201310444134.8“一种四旋翼无人机的超声波定位装置及方法”公开了一种四旋翼无人机的超声波定位装置及方法，通过为无人机安装一组多个超声波模块，利用超声波测距获得与障碍物间的距离，并利用多个模块同时测距，从而得到无人机的相对位置信息。该方法采用超声波传感器测距，超声波传感器测距范围有限、而且容易受到干扰，该定位装置及方法应用场景有限，存在一定不足。
[0006]2013年9月11日公开的中国专利申请CN201210437143.X“无人机点对点定位的方法与系统”公开了一种无人机点对点定位的方法与系统，使用位于无人机上的搜索定位仪接收发射仪发出的点对点定位信号，通过确定搜索定位仪与发射仪的角度与距离，从而实现无人机的精确定位。该方法需要为无人机加装接收仪，同时需要在确定地点安装发射仪发射无线电波。如果需要精确定位，发射仪将需要多台，实际使用不很方便。
[0007]2013年3月13日公开的中国申请CN201210418160.9“基于大小回字标志物的多旋翼无人机位姿获取方法”公开了一种基于大小回字标志物的多旋翼无人机位姿获取方法，通过识别一个指定的印有回字的标识牌，用一系列的运算获得无人机当前的位姿信息。该方法中，回字标志不具有方向特征，难以实现无人机的航向获取与定向控制。
[0008]论文《基于单目视觉的摄像头定位方法的研究》(沈慧杰，吉林大学硕士学位论文)研究了两种摄像头定位方法。其中一种是基于几何关系的单目视觉定位。该方法利用单目视觉的测距模型，同时建立摄像头与场景内已知特征点之间的几何关系，通过一系列三角计算，即可得出摄像头在二维坐标平面内的位置。该方法主要用于二维坐标平面的摄像头位置获取，没有相对距离的维度计算，且并不能直接用于无人机的位置锁定。
[0009]专利文献CN101126639公开的一种快速进行低空遥感影像自动匹配与空中三角测量的方法包括以下步骤:一、利用低空遥感平台获取序列影像;按照下述图像拍摄方法获取测区目标的单航带或多航带影像，并将影像导入计算机:根据测区范围、相机参数和预设的地面分辨率，按照航带内重叠度I 60%和航带间重叠度I 20%的摄影测量基本要求设计航线和低空遥感平台的飞行高度，低空遥感平台飞行过程中在航线上预设的摄影位置自动曝光，获取单航线或多航线的序列影像，并将影像自动存储，飞行结束后将影像导入地面数据处理计算机;二、使用Wal I i s变换技术对影像进行自动增强处理，而后利用特征提取技术从影像中提取特征点，并将所有提取出的影像特征点自动保存;三、自动确定相邻影像间的重叠度和旋偏角，以此为基础进行相邻影像的同名特征点匹配，并将匹配后的同名特征点向所有重叠影像自动传递，获得大量三度以上同名特征点；四、半自动量测控制点和检查点影像坐标，结合其他非摄影测量观测值进行高精度空中三角测量，并进行平差结果的精度评定。该专利可进行低空遥感影像的自动匹配与高精度区域网空中三角测量。但该系统结构复杂、成本高且不能获得无人飞行器在飞行过程中的高度，无法得到无人飞行器的飞行过程的轨迹，从而无从对无人飞行器的飞行过程进行监控。
[0010]专利文献CN104298248公开的一种旋翼无人机精确视觉定位定向方法包括以下步骤:I)安装标志物;无人机机载摄像头标定;初始给定无人机与标志物的相对距离;2)引导无人机到达期望悬停点；3)无人机悬停状态下精确定位定向的实时修正。该旋翼无人机精确视觉定位定向方法能够为无人机提供与人工设施及天然物体等相关的良好的相对位置数据，辅助无人机实现精确的定点定航向的悬停，从而有效防止无人机发生碰撞，但其需要安装标志物、需要提供人工进行提前准备，需要悬停，无法不干扰地对无人飞行器的飞行过程进行监控，其无法快速获得无人飞行器在飞行过程中的高度，也无法得到无人飞行器的飞行过程的轨迹。
[0011]问题在于，当无人飞行器飞离了视距范围时，在地面上对该无人飞行器进行控制的飞手就很难把握该飞行器的具体位置。由于实际飞行环境的不可预测性，有时候即使是在直线距离不远的情况下，由于中间存在其他障碍物，也可能导致无人飞行器的飞行位置是无法由飞手通过肉眼去辨别的，此时无人飞行器的飞行过程就难以被监控。但是无人飞行器的飞行过程监控是个非常重要的需求，通过对无人飞行器的飞行过程实施监控，能够清楚的反映无人飞行器的飞行过程，一旦发生飞行器丢失、飞行器坠机、飞行器发生其他失常情形时，都是需要通过追溯飞行过程的方式来查明原因的。卫星导航和上述的定位均无法满足无人飞行器的飞行过程监控，这是个非常重要的需求，通过对无人飞行器的飞行过程实施监控，能够清楚的反映无人飞行器的飞行过程，一旦发生飞行器丢失、飞行器坠机、飞行器发生其他失常情形时，都是需要通过追溯飞行过程的方式来查明原因的。
[0012]因此，本领域急需要解决的技术问题在于:利用稳定的方式，而不是如卫星导航或无线网络等信号导航方式，确定无人飞行器的飞行过程中的位置和高度并记录相关信息，生成无人飞行器的飞行过程轨迹以便用户监控和后期管理。
[0013]在【背景技术】部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
【发明内容】
[0014]本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。
[0015]根据本发明的第一方面，本发明公开的一种无人飞行器包括拍摄设备和处理模块，所述处理模块包括存储单元、比较单元和计算单元，处理模块保持设在无人飞行器上的拍摄设备始终垂直于参照平面，所述拍摄设备按照预定拍摄参数以预定的时间间隔拍摄多个照片并将多个所述照片及其相应的拍摄参数和拍摄时刻存储在所述存储单元;所述存储单元存储包含所述参照平面的图像数据，所述比较单元将所述照片和所述图像数据比较以确定所述无人飞行器相对于所述图像数据的位置，所述计算单元根据所述拍摄参数和所述照片确定所述无人飞行器的相对于所述参照平面的距离。
[0016]优选地，所述处理模块按照拍摄时刻将多个所述照片分别确定的所述位置和所述距离连接形成飞行过程。
[0017]优选地，所述拍摄参数至少包括焦距和取景参数。
[0018]优选地，所述参照平面是地面且所述图像数据是电子地图。
[0019]优选地，所述预定的时间间隔可调整。
[0020]优选地，所述无人飞行器可通过无线连接定期将所述照片上传第三方存储空间。
[0021]优选地，处理模块控制设在所述无人飞行器上的云台以调整安装在所述云台上的拍摄设备，使得所述拍摄设备始终垂直于参照平面。
[0022]优选地，无人飞行器将所述照片存储在无人飞行器的黑匣子中。
[0023]根据本发明的第二方面，本发明公开的一种无人飞行器处理系统包