用于确定飞行路径的方法
【专利摘要】用于确定具有传感器（30）的数据收集飞行器（10）的飞行路径的方法可包括限定数据收集区域（52）、将数据收集区域（52）细分成区（60）、对这些区（60）中的每个限定航向点（64）来限定航向点（64）集以及确定数据收集飞行器（10）的飞行路径（68），其包含航向点（64）。
【专利说明】用于确定飞行路径的方法
【背景技术】
[0001]当代数据收集飞行器可随时间收集信息并且可用于许多任务，其包括交通监控、绘制地图、地质调查等。这样的数据收集飞行器可以是无人或载人的。一般，不管数据收集飞行器是无人还是载人的，将在要调查的区域内引导飞行器来回运动。
【发明内容】
[0002]在一个实施例中，本发明涉及确定具有数据传感器的数据收集飞行器的飞行路径的方法，其包括限定数据收集区域、基于数据传感器的视场将该数据收集区域细分成区、对这些区中的每个限定航向点来限定航向点集以及确定数据收集飞行器的飞行路径，其包含航向点。
【专利附图】
【附图说明】
[0003]在图中:
图1是其中可实现本发明的实施例的示范性数据收集飞行器和地面站的透视图；
图2是可根据本发明的实施例限定的地形视觉图示和数据收集区域的示意图；
图3是根据本发明的实施例细分成区的数据收集区域的示意图；
图4是限定的航向点和包含根据本发明的实施例确定的航向点的飞行路径的示意图；
以及
图5是图示根据本发明的实施例飞行路径的高度可如何改变的示意图。
【具体实施方式】
[0004]图1描绘数据收集飞行器10，其可执行本发明的实施例并且可包括推进系统，例如耦合于机身16的引擎12和推进器14，和从该机身16向外延伸的机翼组装件18。尽管数据收集飞行器10已经图示为飞机，预想本发明的实施例可在例如任何类型的载人或无人飞行器中使用，无限制地例如，固定机翼、旋转机翼、火箭，等。
[0005]可包括实现数据收集飞行器10的正确操作的多个系统20以及控制器22，和通信系统，其可包括无线通信链路24。该控制器22可能操作地耦合于引擎12、多个飞行器系统20和无线通信链路24。控制器22还可与数据收集飞行器10的任何其他控制器连接。控制器22可包括存储器26，该存储器26可包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪速存储器或一个或多个不同类型的便携式电子存储器，例如盘、DVD、CD-R0M等，或这些类型的存储器的任何适合的组合。控制器22可包括一个或多个处理器28，其可运行任何适合的程序。
[0006]信息的计算机可搜索数据库可存储在存储器26中并且可能被处理器28访问。处理器28可运行可执行指令集来访问数据库。备选地，控制器22可能操作地耦合于信息的数据库。例如，这样的数据库可存储在备选计算机或控制器上。将理解数据库可以是任何适合的数据库，其包括具有多个数据集的单个数据库、链接在一起的多个离散数据库或甚至简单的数据表。预想数据库可包含多个数据库或数据库实际上可以是多个分离的数据库。数据库可存储数据，其可包括地形信息(其包括地理特定的地形、人造物体)，和另外的数据，其包括地缘政治信息和禁飞区。数据库还可包括当前天气条件。上文提到的数据中的全部可作为环境因素而被存储。数据库还可包括飞行器性能数据。
[0007]数据库可在它的内容方面是静态的(具有标准更新)，和/或可在分析器飞行期间动态更新，其包括基于由飞行器收集的调查数据的更新。
[0008]备选地，预想数据库可与控制器22分离但可与控制器22通信使得它可被控制器22访问。例如，预想数据库可通过无线通信链路24而更新并且例如天气条件等实时信息采用该方式而包括在数据库中并且可被控制器22访问。
[0009]此外，预想这样的数据库可在例如控制中心等位置或另一个位置处定位在数据收集飞行器10外。控制器22可能操作地耦合于无线网络，数据库信息可通过该无线网络而提供给控制器22。例如，天气数据可从天气数据库获得，其可包含实时天气数据或预报天气数据。这样的天气数据库可包含关于某些天气有关的现象(例如，除其他外，风速、风向、温度)的信息和关于能见度(例如，有雾、多云等)、降雨(雨、冰雹、雪、冻雨，等)的数据和其他气象信息。
[0010]数据传感器30可安装到数据收集飞行器10并且已经示意地图示为定位在数据收集飞行器10的前部。将理解数据传感器30可在任何地方安装在数据收集飞行器10上(内部或外部)，并且优选地面向前使得它可在飞行器飞行期间生成关于位于数据收集飞行器10前面的环境的数据。数据传感器30可以是任何适合的传感器，其包括具有视场的光学传感器。通过非限制性示例，数据传感器30可以是例如摄像机等光学传感器，其可在固定位置中安装在数据收集飞行器10的前部并且可生成对应于数据传感器30的视场32的图像。不沮性摄像机包括CCD摄像机、CMOS摄像机、数子摄像机、视频摄像机、红外摄像机，或用于观察数据收集飞行器10的外部环境的任何其他类型的适合的摄像机。采用该方式，数据传感器30可能够生成图像，其包括静止图像或视频图像中的至少一个，并且输出对其的图像信号。应该意识到摄像机的使用只是示范性的并且可采用其他类型的数据传感器30。预想数据传感器30 (不管它的类型如何)可提供在数据收集飞行器10前面和数据传感器30的视场32内的环境的任何适合类型的数据信号。
[0011]尽管数据传感器30以单数被提及，数据传感器30可包括用于感测相同或不同数据的多个传感器。在一些情况下，相同的传感器可分布在飞行器周围来增强感测能力。例如数据传感器30可包括定位在飞行器上的多个成像装置，其中每个成像装置从不同的角度对相同的一般场景成像，使得图像可组合来形成3-D图像。
[0012]尽管已经图示数据收集飞行器10，预想本发明的实施例或其部分可在任何地方实现，其包括在地面系统42处在计算机40中。此外，如上文描述的一个或多个数据库还可定位在目标服务器或计算机40中，其可定位在指定的地面系统42处并且可包括指定的地面系统42。备选地，数据库或计算机40可定位在备选的地面位置处。地面系统42可经由无线通信链路44而与其他装置通信，包括控制器22和远离计算机40而定位的数据库。地面系统42可以是任何类型的通信地面系统42，例如控制中心。
[0013]控制器22和计算机40中的一个可包括计算机程序中的全部或一部分，其具有用于确定数据收集飞行器10的飞行路径的可执行指令集。不管控制器22或计算机40是否运行用于确定飞行路径的程序，程序可包括计算机程序产品，其可包括用于携带或具有存储在其上的机器可执行指令或数据结构的机器可读介质。这样的机器可读介质可以是任何可用介质，其可以被通用或专用计算机或具有处理器的其他机器访问。一般，这样的计算机程序可包括例程、程序、对象、组件、数据结构、算法等，其具有执行特定任务或实现特定抽象数据类型的技术效果。机器可执行指令、关联的数据结构和程序代表用于执行如本文公开的信息交换的程序代码的示例。机器可执行指令可包括，例如指令和数据，其促使通用计算机、专用计算机或专用处理机执行某一功能或功能组。
[0014]将理解数据收集飞行器10和计算机40仅代表可配置成实现本发明的实施例的两个示范性实施例。在操作期间，数据收集飞行器10和/或计算机40可确定在感兴趣区域或要调查用于数据收集的数据收集区域内数据收集飞行器10的飞行路径。通过非限制性示例，控制器22和/或计算机40可利用来自飞行员的输入、来自另一个源(例如控制中心)的一个或多个数据库和/或信息来确定感兴趣区域内数据收集飞行器10的飞行路径。一旦确定了飞行路径，它可由飞行收集飞行器10飞行。例如，如果控制器22运行程序，则确定的飞行路径可被数据收集飞行器10的自动驾驶仪或数据收集飞行器的飞行员使用。在无人数据收集飞行器10的情况下，确定的飞行路径可在远程控制数据收集飞行器10中使用。备选地，如果计算机40运行程序，则确定的飞行路径可被上载或用别的方式中继到数据收集飞行器10。
[0015]图2图示地形50的视觉表示，在该地形50上可飞行数据收集飞行器10。将理解视觉表示可采用多种方式在图形上图示并且视觉表示可采取多种形式，其包括2D地图、3D地图、地形图等，并且不与本发明的实施例密切相关并且仅用于说明目的。
[0016]在确定数据收集飞行器10的飞行路径中，方法的实施例可包括限定数据收集区域或感兴趣区域52。该感兴趣区域52可由用户、一个或多个数据库等限定。例如，限定数据收集区域可包括从用户接收预定数据收集区域或用别的方式。通过非限制性示例，预想用户可选择感兴趣区域52的边界并且这样的选择可在控制中心处或其他位置处发生。在这样的选择未在数据收集飞行器10上进行的情形中，这样的信息可被中继到数据收集飞行器10或计算机40。由用户选择感兴趣区域52可使用任何适合的技术(其包括用户可在用户接口上跟踪适当的感兴趣区域)来进行。这样的选择技术不与本发明的实施例密切相关并且将不在本文进一步描述。在图示的示例中，感兴趣区域52已经图示为包括人造物体54、恶劣天气56以及山岭地形58，这样的信息还可从用户、控制中心或一个或多个数据库获得。
[0017]如在图3中图示的，感兴趣区域52可基于数据传感器30的视场32而细分成区60。预想这些区60可由至少一个几何形状限定。通过非限制性示例，区已经由多种凸多边形62限定。预想感兴趣区域52可分成随机凸多边形62，每个包围地域或区60。
[0018]凸多边形62中的每个的区域可取决于数据收集飞行器10的侦查能力和可能影响数据收集飞行器10的飞行的其他环境因素。更具体地，将感兴趣区域52细分成凸多边形62可考虑数据传感器30的视场32以及由数据传感器30提供的分辨率和数据收集飞行器10的最低飞行极限。已经示意地图示数据收集飞行器10以及数据传感器30的视场32。预想几何形状中的至少一个维度基于数据传感器30的视场。例如，在凸多边形62中的每个的情况下，凸多边形62的宽度可不比数据传感器30的视场32所能够捕获的宽。[0019]此外，感兴趣区域52细分成区60可基于环境因素。这样的环境因素可包括例如地理特定地形等地形、人造物体、地缘政治信息和禁飞区以及天气。例如，区60可被细分使得雷暴和障碍物可被避免。
[0020]此外，控制器22和/或计算机40可考虑数据收集飞行器10飞行所处的高度，因为典型地，数据收集飞行器10越高，数据传感器30可在它的视场中所看到的越多。通过另外的示例，雷暴可使能见度下降，从而需要数据收集飞行器10低至地面飞行。在这样的情形中，视场将看到更少，因此将需要区60更小。将理解控制器22和/或计算机40可影响感兴趣区域52到区60的细分。在实现中，一个或多个环境因素和/或数据传感器30的特性可转换成算法，其可转换成包括可执行指令集的计算机程序，该可执行指令集可由控制器22和/或计算机40执行。
[0021]现在参考图4，可对区60中的每个限定航向点64来限定航向点64集。通过非限制性示例，每个航向点64已经在几何形状的几何中心处限定，其在示范性图示中是凸多边形62。将理解区60和其中的航向点64可采用任何适合的方式来限定或生成。在图示的示例中，在每一个凸多边形62中限定这样的中心航向点64允许数据收集飞行器10在经过每个航向点64时有效地覆盖在数据收集运行中区60的整个区域。采用该方式，二次网格66由航向点64创建，从而允许数据收集飞行器10有效地覆盖整个感兴趣区域52。
[0022]然后可确定数据收集飞行器10的飞行路径68，其包含航向点64。预想数据收集飞行器10到感兴趣区域52内的进入点70和退出点72中的至少一个可在确定飞行路径68之前限定。采用该方式，确定飞行路径68可基于限定的进入点70和退出点72中的至少一个。例如，用户可具有输入对于感兴趣区域52的进入和退出点的能力。在其中用户未关于感兴趣区域52输入进入点70和退出点72的情况下，控制器22和/或计算机40可基于它所来自的数据收集飞行器10的当前位置(如由路径74示意性图示的)和与感兴趣区域52有关的环境因素(其包括周围区域中的环境因素)来限定它们。
[0023]确定数据收集飞行器10的飞行路径68可包括将最短路径算法应用于航向点64集。随着已经限定进入点70和退出点72，可得到最短路径，其经过所有限定的航向点64。除其他外，用于确定最短路径的适当的算法可包括Dijkstra算法、Bellman-Ford算法、A*搜索算法、Floyd-Warshall算法、Johnson算法等。还预想可对于数据收集飞行器10确定较长飞行路径。
[0024]备选地，确定飞行路径68可包括接收用户限定的飞行路径。在这样的情形中，用户可在限定的航向点64上手动绘制飞行路径68来确定数据收集飞行器的飞行路径68。在这样的情形中，飞行路径68然后可中继到数据收集飞行器10，其然后可飞行该飞行路径68。
[0025]确定飞行路径68还可包括确定数据收集飞行器10可在它的数据收集运行期间飞行所处的高度。飞行高度可取决于感兴趣区域52的特性，其包括任何环境因素以及数据传感器30的特性。在实现中，一个或多个环境因素和数据传感器30的特性可转换成算法，其可转换成包括可执行指令集的计算机程序，该可执行指令集可由控制器22和/或计算机40执行。采用该方式，确定的飞行路径68可考虑例如人造物体54、恶劣天气56和山岭地形58等环境因素。通过非限制性示例，恶劣天气56可需要数据收集飞行器10较低地飞行来获得可用数据。此外，用户还可具有限定最小高度(其将充当用于得到飞行路径的阈值)的选项。
[0026]通过非限制性示例，图5图示数据收集飞行器10可飞行所处的固定高度80。在这样的固定高度处，传感器的视场相对于视场内的高点是恒定的。整个飞行路径68可在该固定高度80飞行。还图示多种环境因素，其包括蜂窝电话塔82、建筑物84、树86和大山88。可在确定飞行路径68中考虑这样的环境因素。如在图5中图示的，可调整飞行路径的高度，如在90处指示的。例如，数据收集飞行器10可在它相对窄时在蜂窝电话塔82周围飞行。数据收集飞行器10可更高地飞行来避开建筑物84。尽管数据收集飞行器可以在建筑物84周围飞行，调整飞行路径以更高且在建筑物上飞行来允许数据收集飞行器10获得关于建筑物84的信息。高度可下降到树86以上来允许数据收集飞行器得到关于它们的更大的细节。最后，飞行路径的高度可变得大得多以允许它在数据收集飞行器将不希望在大山88周围飞行(因为它将错过收集多种数据)时飞过大山88。
[0027]此外，可考虑另外的约束，例如用户约束。用户约束也可被控制器22和/或计算机40在确定用于布置飞行路径航向点的适合位置中考虑。例如，用户的飞行偏好可以是一个类型的约束。如果用户更喜欢不在某一山脉范围内飞行，则这样的信息可在确定用于布置飞行路径航向点的适合位置中使用。在实现中，信息或一个或多个约束可转换成算法，其可转换成包括可执行指令集的计算机程序，该可执行指令集可被控制器22和/或计算机40执行。采用该方式，预想确定飞行路径可考虑各种另外信息，例如不希望在感兴趣区域52内的部分飞行。
[0028]一旦已经确定飞行路径68的至少一部分，数据收集飞行器10可沿确定的飞行路径68的至少一部分飞行并且收集飞行期间的数据。之后，可基于收集的数据确定飞行路径68的另外部分。例如，飞行路径的海拔可基于收集的数据而确定或改变。采用该方式，返回路径可基于在初始运行部分期间收集的数据而变得不同。备选地，数据收集飞行器在数据收集区域内的第二飞行路径可基于数据收集数据而确定。从而，利用从数据收集获得的实时信息，控制器22和/或计算机40可实时更新当前飞行路径68的剩余部分和任何未来飞行路径68或运行。备选地，用户可关于由数据收集飞行器10收集的信息来更新约束。
[0029]将理解确定数据收集飞行器的飞行路径的方法是灵活的并且上文描述的方法的实施例仅用于说明目的。此外，将理解尽管仅上文的图中的几个参考二维地形图，本发明的实施例能够确定是三维或四维的适合的飞行路径。
[0030]上文描述的实施例提供多种益处，其包括可有效且快速确定数据收集飞行器的飞行路径。此外，可确定高效飞行路径而不需要飞行器来回飞行来调查区域。技术效果是上文描述的实施例能够确定高效飞行路径，其满足对于要由数据收集飞行器实施的调查的要求。飞行路径可关于环境因素来限定同时实现感兴趣区域的完整且准确的调查。
[0031]该书面描述使用示例以公开本发明，其包括最佳模式，并且还使本领域内任何技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统并且执行任何包含的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域内技术人员想起的其他示例。这样的其他示例如果它们具有不与权利要求的文字语言不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的文字语言无实质区别的等同结构元件则规定在权利要求的范围内。
[0032]部件列表
【权利要求】
1.一种确定具有数据传感器(30)的数据收集飞行器(10)的飞行路径的方法，所述方法包括: 限定数据收集区域(52); 基于所述数据传感器(30)的视场(32)将所述数据收集区域(52)细分成区(60)； 对所述区(60)中的每个限定航向点(64)来限定航向点(64)集；以及 确定所述数据收集飞行器(10 )的飞行路径(68 )，其包含所述航向点(64 )。
2.如权利要求1所述的方法，其中，限定所述数据收集区域(52)包括接收预定数据收集区域。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述区(60)由至少一个几何形状限定。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述航向点(64)在所述几何形状的几何中心处限定。
5.如权利要求3所述的方法，其中，所述几何形状中的至少一个维度基于所述数据传感器(30)的视场(32)。
6.如权利要求1所述的方法，进一步包括限定所述数据收集飞行器(10)到所述数据收集区域(52)内的进入点(70)和退出点(72)中的至少一个。
7.如权利要求1所述的方法，其中，确定所述飞行路径(68)包括将最短路径算法应用于所述航向点集。
8.如权利要求1所述的方法，进一步包括使所述数据收集飞行器(10)沿确定的飞行路径(68)中的至少一部分飞行并且收集飞行期间的数据。
9.权利要求8所述的方法，进一步包括基于收集的数据确定所述飞行路径(68)的另外部分。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述飞行路径(68)的海拔基于收集的数据而确定。
【文档编号】G05D1/10GK103941744SQ201410021781
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年1月17日 优先权日:2013年1月18日
【发明者】F.L.佩雷拉 申请人:通用电气航空系统有限责任公司