本申请涉及无人系统技术领域，特别涉及一种无人系统集群的编队控制方法、装置、系统及计算机可读存储介质。
背景技术
随着信息技术和电子技术的不断进步与发展，无人系统技术已经在农业、工业、军事等领域中得到广泛应用。
在某些无人系统技术的一些应用场景中，往往需要使用多个无人系统装备进行同时作业，每一个无人系统装备都作为一个节点，它们在总体上构成了一个无人系统集群。而在进行集群作业时，必不可少地需要对集群整体进行编队控制。
现有技术中的编队控制方法往往是采用传统的集中式控制，使得整体的控制效率低下、控制不及时，令整个无人系统集群的编队队形的控制效果并不理想。
由此可见，采用何种无人系统集群的编队控制方法，以便有效地提高控制效率、改善编队控制效果，是本领域技术人员所亟待解决的技术问题。
技术实现要素：
本申请的目的在于提供一种无人系统集群的编队控制方法、装置、系统及计算机可读存储介质，以便有效地提高控制效率、改善编队控制效果。
为解决上述技术问题，本申请提供一种无人系统集群的编队控制方法，应用于所述无人系统集群中的无人系统节点上的控制器，所述无人系统节点安装有定位传感器和速度传感器；所述编队控制方法包括：
接收所述无人系统节点上的所述定位传感器发送的当前位置和所述速度传感器发送的当前速度；
分别与所述无人系统集群中的其他所述无人系统节点上的所述控制器进行通信，以便共享各自的编队信息；所述编队信息包括所述当前位置和所述当前速度和目标位置和目标速度；所述目标位置和所述目标速度由主控制器在根据用户输入的编队队形指令调用对应的编队控制算法之后，根据所述无人系统节点的初始位置和初始速度计算生成，并发送至所述无人系统节点的所述控制器；
根据所述编队信息对所述无人系统节点进行路径规划；
根据所述路径规划的结果生成驱动信号并发送至所述无人系统节点的驱动系统，直至所述无人系统节点在运动至所述目标位置后以所述目标速度稳定运行。
可选地，所述编队信息还包括安装在所述无人系统节点上的图像传感器所拍摄的环境图像；
所述根据所述编队信息对所述无人系统节点进行路径规划包括：
从所述环境图像中提取所述无人系统节点所处环境的障碍物信息；根据所述障碍物信息和所述当前位置和所述当前速度和所述目标位置和所述目标速度对所述无人系统节点进行避障路径规划。
可选地，所述图像传感器为双目摄像头。
可选地，所述主控制器为计算机处理器。
可选地，所述定位传感器为gps定位传感器。
可选地，所述分别与所述无人系统集群中的其他所述无人系统节点上的所述控制器进行通信包括：
分别与所述无人系统集群中的其他所述无人系统节点上的所述控制器进行无线通信。
可选地，在所述接收所述无人系统节点上的所述定位传感器发送的当前位置和所述速度传感器发送的当前速度之后，还包括：
将所述当前位置和所述当前速度发送至所述主控制器，以便所述主控制器生成显示指令，将所述无人系统节点的所述当前位置和所述当前速度在显示终端中进行显示。
本申请还提供了一种无人系统集群的编队控制装置，应用于所述无人系统集群中的无人系统节点上的控制器，所述无人系统节点安装有定位传感器和速度传感器；所述编队控制装置包括：
获取模块：用于接收所述无人系统节点上的所述定位传感器发送的当前位置和所述速度传感器发送的当前速度；接收主控制器在根据用户输入的编队队形指令调用对应的编队控制算法之后，根据所述无人系统节点的初始位置和初始速度计算生成并发送的目标位置和目标速度；
通信模块：用于分别与所述无人系统集群中的其他所述无人系统节点上的所述控制器进行通信，以便共享各自的编队信息；所述编队信息包括所述当前位置和所述当前速度和所述目标位置和所述目标速度；
路径规划模块：用于根据所述编队信息对所述无人系统节点进行路径规划；
驱动模块：用于根据所述路径规划的结果生成驱动信号并发送至所述无人系统节点的驱动系统，直至所述无人系统节点在运动至所述目标位置后以所述目标速度稳定运行。
本申请还提供了一种无人系统集群的编队控制系统，所述无人系统集群包括多个无人系统节点；所述编队控制系统包括主控制器、安装在所述无人系统节点上的控制器和定位传感器和速度传感器；
所述定位传感器用于将所述无人系统节点的当前位置发送至所述控制器；
所述速度传感器用于将所述无人系统节点的当前速度发送至所述控制器；
所述主控制器用于根据用户输入的编队队形指令调用对应的编队控制算法，根据所述无人系统节点的初始位置和初始速度计算生成目标位置和目标速度，并发送至所述控制器；
所述控制器用于分别与所述无人系统集群中的其他所述无人系统节点上的所述控制器进行通信，以便共享各自的编队信息；所述编队信息包括所述当前位置和所述当前速度和所述目标位置和所述目标速度；根据所述编队信息对所述无人系统节点进行路径规划；根据所述路径规划的结果生成驱动信号并发送至所述无人系统节点的驱动系统，直至所述无人系统节点在运动至所述目标位置后以所述目标速度稳定运行。
本申请还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的任一种无人系统集群的编队控制方法的步骤。
本申请所提供的无人系统集群的编队控制方法应用于无人系统集群中的无人系统节点上的控制器，包括：接收所述无人系统节点上的所述定位传感器发送的当前位置和所述速度传感器发送的当前速度；分别与所述无人系统集群中的其他所述无人系统节点上的所述控制器进行通信，以便共享各自的编队信息；所述编队信息包括所述当前位置和所述当前速度和目标位置和目标速度；所述目标位置和所述目标速度由主控制器在根据用户输入的编队队形指令调用对应的编队控制算法之后，根据所述无人系统节点的初始位置和初始速度计算生成，并发送至所述无人系统节点的所述控制器；根据所述编队信息对所述无人系统节点进行路径规划；根据所述路径规划的结果生成驱动信号并发送至所述无人系统节点的驱动系统，直至所述无人系统节点在运动至所述目标位置后以所述目标速度稳定运行。
可见，相比于现有技术，本申请所提供的无人系统集群的编队控制方法中，通过令各无人系统节点的控制器彼此之间进行编队信息的共享，以便各控制器分别对本无人系统节点进行路径规划和驱动控制，即采用分布式控制的形式对无人系统集群的编队队形进行调节，从而可有效提高控制效率，改善编队控制效果。
附图说明
为了更清楚地说明现有技术和本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和本申请实施例描述中需要使用的附图作简要的介绍。当然，下面有关本申请实施例的附图描述的仅仅是本申请中的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图，所获得的其他附图也属于本申请的保护范围。
图1为本申请所提供的一种无人系统集群的编队控制方法的流程图；
图2为本申请所提供的一种无人系统集群的编队控制装置的结构框图；
图3为本申请所提供的一种无人系统集群的编队控制系统的结构框图。
具体实施方式
本申请的核心在于提供一种无人系统集群的编队控制方法、装置、系统及计算机可读存储介质，以便有效地提高控制效率、改善编队控制效果。
为了对本申请实施例中的技术方案进行更加清楚、完整地描述，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行介绍。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参考图1，图1为本申请所提供的一种无人系统集群的编队控制方法的流程图，应用于无人系统集群中的无人系统节点上的控制器，其中，无人系统节点安装有定位传感器和速度传感器；所述编队控制方法主要包括以下步骤：
步骤1：接收无人系统节点上的定位传感器发送的当前位置和速度传感器发送的当前速度。
具体地，针对于无人系统集群的编队控制，其主要的控制对象其实主要就是各个无人系统集群中各个无人系统节点的位置和速度。因此，每个无人系统节点上都通过定位传感器和速度传感器来对自身的位置和速度进行实时测量。当然，所说的无人系统节点具体可以为无人车辆或者无人飞机等，本申请对此并不进行限定。
步骤2：分别与无人系统集群中的其他无人系统节点上的控制器进行通信，以便共享各自的编队信息；
其中，编队信息包括当前位置和当前速度和目标位置和目标速度；目标位置和目标速度由主控制器在根据用户输入的编队队形指令调用对应的编队控制算法之后，根据无人系统节点的初始位置和初始速度计算生成，并发送至无人系统节点的控制器。
当一个无人系统节点上的控制器接收到了自身的当前位置和当前速度之后，便可以与无人系统集群中的其他无人系统节点上的控制器进行通信，目的是互相共享彼此的编队信息，从而便于进行下一步的驱动控制。
所述的编队信息，具体包括有该无人系统节点的当前位置、当前速度、目标位置和目标速度。其中，目标位置和目标速度是由主控制器计算生成后发送至该无人系统节点的。主控制器是用于从整体上对集群进行调整控制的器件，用户可以根据应用需求输入期望的编队队形指令至主控制器，以便主控制器调用与编队队形指令对应的、预设的编队控制算法，并根据各个无人系统节点的初始位置和初始速度，生成各个无人系统节点的目标速度和目标位置，并分别发送至对应的无人系统节点，以便各个无人系统节点依据主控制器的命令进行移动。
容易理解的是，所说的初始位置和初始速度是相对于每一次编队控制而言的，实际上就是在编队控制初始时刻分别由定位传感器和速度传感器检测到的“当前位置”和“当前速度”，通过无人系统节点上的控制器发送至主控制器，以便主控制器调用编队控制算法根据这些初始信息为每个无人系统节点计算出各自的目标位置和位置速度。
步骤3：根据编队信息对无人系统节点进行路径规划。
无人系统节点相互之间进行信息共享，以便依据彼此的编队信息进行路径规划。容易理解的是，在由多个无人系统节点构成的无人系统集群中，每个无人系统节点的行进移动不仅要考虑到自身因素，还要考虑到其他无人系统节点的位置和速度，特别是相邻的几个无人系统节点，以便防止碰撞等情况发生，导致设备损坏等问题。因此，对于每个无人系统节点来说，还需要具体一定的跟踪能力，以便根据其他无人系统节点的位置、速度等及时重新规划路径进行躲避。
优选地，不同无人系统节点的路径可以是无重叠无交叉的，但更多的情况是，当不得不出现重叠或交叉时，可以通过控制不同无人系统节点的先后移动顺序来避免碰撞，即，路径规划的具体内容不仅可以包括该路径的路线，还可以包括该路径的移动时机。
也就是说，各控制器需要根据共享到的各无人系统节点的编队信息进行本无人系统节点的路径规划，并确保是和其他无人系统节点无冲突的路径。当然，在路径规划过程中一般还有其他衡量标准，例如移动消耗较小等。至于具体采用何种路径规划算法，本申请并不限定，本领域技术人员可自行选择并设置。
步骤4：根据路径规划的结果生成驱动信号并发送至无人系统节点的驱动系统，直至无人系统节点在运动至目标位置后以目标速度稳定运行。
根据规划好的路径，控制器便可以具体执行对本无人系统节点的行进控制了，以便整个无人系统集群实现用户期望的编队队形。所说的驱动信号正是无人系统节点的驱动系统的控制信号。一般地，无人车或者无人机的驱动系统主要是各类电机、舵机等，并且常常使用pwm控制方法来调节控制信号的大小，对此，本领域技术人员可以自行选择并设计实现，本申请并不进行限定。
容易理解的是，在无人系统集群实现预期的编队队形的过程中，上述的控制过程都是持续进行的。即控制器不断地获取当前速度和当前位置，以便在编队信息共享后不断调整驱动信号大小，直至实现编队控制目标。此外，在生成驱动信号以调节无人系统节点的当前位置和当前速度时，优选地可具体采用闭环控制，即作差控制，以便保证控制精度，实现无差控制。
从上述内容可知，本申请中，每个无人系统节点的控制器都是对本无人系统节点的具体行进过程进行直接控制的设备，是本无人系统节点的直接控制中心，具有较高的自我决策能力。因此，本申请所采用的是一种分布式控制，它区别于现有技术中的集中式控制，能够充分利用各个控制器的硬件资源优势，有效提高控制决策效率。
可见，本申请所提供的无人系统集群的编队控制方法中，通过令各无人系统节点的控制器彼此之间进行编队信息的共享，以便各控制器分别对本无人系统节点进行路径规划和驱动控制，即采用分布式控制的形式对无人系统集群的编队队形进行调节，从而可有效提高控制效率，改善编队控制效果。
本申请所提供的无人系统集群的编队控制方法，在上述实施例的基础上：
作为一种优选实施例，编队信息还包括安装在无人系统节点上的图像传感器所拍摄的环境图像；
根据编队信息对无人系统节点进行路径规划包括：
从环境图像中提取无人系统节点所处环境的障碍物信息；根据障碍物信息和当前位置和当前速度和目标位置和目标速度对无人系统节点进行避障路径规划。
具体地，避障是无人系统节点在行进过程中的一个重要问题。为了避免障碍物对无人系统节点行进时的影响，本申请具体还可以为无人系统节点设置图像传感器，以便拍摄环境图像，由主控制器在路径规划的同时根据环境图像中的障碍物信息进行合理避障。
作为一种优选实施例，图像传感器为双目摄像头。
具体地，采用双目摄像头作为图像传感器，可利用双目视觉原理，根据图像的景深、特征匹配等结果得到更加准确的障碍物信息，确保路径规划的更加科学合理。
作为一种优选实施例，主控制器为计算机处理器。
具体地，本申请中的主控制器推荐但不限于采用独立于各个无人系统节点的计算机处理器，利用计算机处理器的高性能来完成针对于无人系统集群的整体计算。
当然，本领域技术人员也可以根据实际应用情况自行采用其他设置，例如将集群中的某一个无人系统节点的控制器作为主控制器。
作为一种优选实施例，定位传感器为gps定位传感器。
具体地，gps定位技术是目前全球范围内所普遍使用的定位技术，优选但不限于采用gps定位传感器。当然，本领域技术人员也可以采用如北斗等其他定位系统，本申请并不进行限定。
作为一种优选实施例，分别与无人系统集群中的其他无人系统节点上的控制器进行通信包括：
分别与无人系统集群中的其他无人系统节点上的控制器进行无线通信。
具体地，对于集体作业的无人系统节点，一般均是采用便捷的无线通信模式。因此，优选以无线方式实现无人系统节点间的通信过程。当然，与主控制器之间的通信方式类似。
作为一种优选实施例，在接收无人系统节点上的定位传感器发送的当前位置和速度传感器发送的当前速度之后，还包括：
将当前位置和当前速度发送至主控制器，以便主控制器生成显示指令，将无人系统节点的当前位置和当前速度在显示终端中进行显示。
具体地，当控制器获取到本无人系统节点的当前速度和当前位置后，还可以将其进行显示，以便于用户在显示终端中进行观察。为了展示整个无人系统集群的行进情况，各个控制器可将各自的数据发送至主控制器，由主控制器生成显示指令，在显示终端展示给用户。至于采用何种具体地显示方式，本领域技术人员可自行选择并设置，本申请并不进行限定。
下面对本申请所提供的无人系统集群的编队控制装置进行介绍。
请参阅图2，图2为本申请所提供的一种无人系统集群的编队控制装置的结构框图，应用于无人系统集群中的无人系统节点上的控制器，无人系统节点安装有定位传感器和速度传感器；编队控制装置包括获取模块21、通信模块22、路径规划模块23和驱动模块24；
获取模块21用于接收无人系统节点上的定位传感器发送的当前位置和速度传感器发送的当前速度；接收主控制器在根据用户输入的编队队形指令调用对应的编队控制算法之后，根据无人系统节点的初始位置和初始速度计算生成并发送的目标位置和目标速度；
通信模块22用于分别与无人系统集群中的其他无人系统节点上的控制器进行通信，以便共享各自的编队信息；编队信息包括当前位置和当前速度和目标位置和目标速度；
路径规划模块23用于根据编队信息对无人系统节点进行路径规划；
驱动模块24用于根据路径规划的结果生成驱动信号并发送至无人系统节点的驱动系统，直至无人系统节点在运动至目标位置后以目标速度稳定运行。
可见，本申请所提供的无人系统集群的编队控制装置，通过令各无人系统节点的控制器彼此之间进行编队信息的共享，以便各控制器分别对本无人系统节点进行路径规划和驱动控制，即采用分布式控制的形式对无人系统集群的编队队形进行调节，从而可有效提高控制效率，改善编队控制效果。
下面对本申请所提供的无人系统集群的编队控制系统进行介绍。
请参阅图3，图3为本申请所提供的一种无人系统集群的编队控制系统的结构框图，无人系统集群包括多个无人系统节点；所述编队控制系统包括主控制器31、安装在无人系统节点上的控制器32和定位传感器33和速度传感器34；
定位传感器33用于将无人系统节点的当前位置发送至控制器32；
速度传感器34用于将无人系统节点的当前速度发送至控制器32；
主控制器31用于根据用户输入的编队队形指令调用对应的编队控制算法，根据无人系统节点的初始位置和初始速度计算生成目标位置和目标速度，并发送至控制器32；
控制器32用于分别与无人系统集群中的其他无人系统节点上的控制器32进行通信，以便共享各自的编队信息；编队信息包括当前位置和当前速度和目标位置和目标速度；根据编队信息对无人系统节点进行路径规划；根据路径规划的结果生成驱动信号并发送至无人系统节点的驱动系统，直至无人系统节点在运动至目标位置后以目标速度稳定运行。
可见，本申请所提供的无人系统集群的编队控制系统，通过令各无人系统节点的控制器32彼此之间进行编队信息的共享，以便各控制器分别对本无人系统节点进行路径规划和驱动控制，即采用分布式控制的形式对无人系统集群的编队队形进行调节，从而可有效提高控制效率，改善编队控制效果。
本申请还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所介绍的任一种无人系统集群的编队控制方法的步骤。
本申请所提供的无人系统集群的编队控制装置、系统及计算机可读存储介质的具体实施方式与上文所描述的无人系统集群的编队控制方法可相互对应参照，这里就不再赘述。
本申请中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
还需说明的是，在本申请文件中，诸如“第一”和“第二”之类的关系术语，仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。此外，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。