一种无人机跨域停机库降落方法及降落平台与流程

本发明属于无人机控制技术领域，尤其涉及一种无人机跨域停机库降落方法及降落平台。

背景技术：

无人驾驶飞机，简称无人机，无人机因其无需驾驶员，可自主飞行遥控操作、空气动力承载飞行、重复回收使用等优点被广泛发展。它广泛应用于军事，公安，农业，电力巡线，森林防火等方面，根据任务不同，搭载不同的任务载荷，可以根据规划完成各种各样的任务。

现有的无人机由于其续航距离和时间的限制，大大的降低了任务能力。为了提高续航能力，无人机充电是一个较为简便的解决方案，而为了实现充电、任务过程的全自动化，无人机的精准降落是不可或缺的一环。

无人机降落或采用昂贵的rtk(real-timekinematic)方案，或通过图像识别算法对起飞位置特征进行保存，重新降落到起飞点，不能实现异地降落。在异地降落中，变化的环境因素使得异地降落更加困难。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种无人机跨域停机库降落方法及降落平台，该种无人机降落方法能够满足无人机异地降落的需求。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种无人机跨域停机库降落方法，包括以下步骤：

所述无人机被引导至待降落停机库的上方空域，并下降至第一预设高度；

所述无人机在第一预设高度开始识别所述停机库降落平面上的图形图案，若所述无人机识别到所述图形图案，则执行步骤s1、步骤s2；

若所述无人机未识别到所述图形图案，并且判断出降落能见度低于阈值范围或者从云端或机库系统得到大雾提示，则执行步骤a1、步骤a2、步骤a3、步骤a4；

若所述无人机不能识别到所述图形图案，并且判断出降落能见度高于阈值范围，则所述无人机飞行高度上升，并且识别所述停机库，所述无人机飞行至所述停机库的中心点位置移动并启动降落，所述无人机降落至低于第一预设高度开始识别所述图形图案，若所述无人机识别到所述图形图案，则执行所述步骤s1、所述步骤s2；

所述步骤s1、所述步骤s2具体为：

s1：所述无人机识别所述停机库的停机坪上的机头定位标记，并根据所述机头定位标记调整所述无人机的机头方向；

s2：所述无人机识别所述停机坪上的降落点标记，并朝向所述降落点标记降落；

所述步骤a1、所述步骤a2、所述步骤a3、所述步骤a4具体为：

a1：所述无人机开启红外标记识别模块；

a2：所述红外识别模块识别所述停机坪上的红外定位特征图案，所述红外定位特征图案包括降落导引红外标记信息以及辅助红外定位信息；

a3：所述无人机根据所述红外定位特征图案调整所述无人机的机头方向；

a4：所述无人机参照所述辅助红外定位信息执行降落。

根据本发明一实施例，所述无人机飞行高度上升，并且识别所述停机库的过程中，若所述无人机上升到第二预设高度仍未识别到所述停机库，则所述无人机找寻安全位置进行降落，并发送降落预警信息给云端。

根据本发明一实施例，所述红外定位特征图案包括红外定位阵列，所述红外定位阵列包括降落导引红外标记点以及辅助红外定位点，所述降落导引红外标记信息包括所述降落导引红外标记点，所述辅助红外定位信息包括辅助红外定位点。

根据本发明一实施例，所述无人机根据所述红外定位特征图案调整所述无人机的机头方向具体包括：

b1：所述无人机拍摄所述红外定位阵列的图片，计算所述红外定位阵列的红外点的排布；

b2：将所述无人机的机头调整正确情况下的红外点排布与所述步骤b1中的红外点的排布比对；

b3：若所述步骤b2中的比对结果在误差范围内，则判定所述无人机的机头方向调整正确；否则重新调整所述无人机的机头方向。

基于相同构思，本发明还提供了一种无人机降落平台，所述无人机降落平台上设有机头定位标记、多个降落点标记，所述机头定位标记用于所述无人机调整机头的方向，多个所述降落点标记用于引导所述无人机降落，其中，多个所述降落点标记为权重不同的降落点标记。

根据本发明一实施例，所述无人机降落平台上还设有红外定位特征图案，所述红外定位特征图案包括降落导引红外标记信息以及辅助红外定位信息；

所述红外定位特征图案用于所述无人机调整机头的方向；

所述降落导引红外标记信息用于引导所述无人机降落。

根据本发明一实施例，所述机头定位标记为第一图案识别单元，所述降落点标记为第二图案识别单元，所述第一图案识别单元的尺寸大于所述第二图案识别单元的尺寸。

根据本发明一实施例，所述红外定位特征图案包括红外定位阵列，所述红外定位阵列包括降落导引红外标记点以及辅助红外定位点，所述降落导引红外标记信息包括所述降落导引红外标记点，所述辅助红外定位信息包括辅助红外定位点。

根据本发明一实施例，所述降落导引红外标记点设于所述无人机的降落点，所述辅助红外定位点至少包括第一辅助点、第二辅助点，所述辅助红外定位信息与所述降落引导红外标记点之间构成的几何图形用于无人机降落机头方向调整。

根据本发明一实施例，所述降落导引红外标记点、所述辅助红外定位点均为红外发光装置。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

现有的无人机降落方案或采用昂贵的rtk(real-timekinematic)方案，或通过图像识别算法对起飞位置特征进行保存，重新降落到起飞点，不能实现异地降落。在异地降落中，变化的环境因素使得异地降落更加困难，本发明一实施例中提供的无人机降落方法通过识别停机库、停机库上的图形图案、判断能见度情况，根据能见度情况选择不同的降落方案，具体而言，本发明一实施例中提供的无人机降落方法先将无人机引导至停机库上方空域，优先识别图形图案，若未识别到图形图案，则飞行高度上升，开始识别尺寸较大的停机库，然后飞行至停机库的正上方并启动降落，在降落过程中重新开启识别图形图案以实现更精准的降落，若识别到图形图案，则采用机头定位标记及降落点标记进行降落，若仍未识别到图形图案，则在能见度低的情况下优先采用红外信号导引的方式执行机头的调整以及无人机的降落，这样能够适应无人机全天候异地降落的情况。

附图说明

图1为本发明的一种无人机跨域停机库降落方法的流程图；

图2为步骤s1、步骤s2的流程图；

图3为步骤a1至步骤a4的流程图；

图4为无人机根据红外定位特征图案调整无人机的机头方向的流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种无人机跨域停机库降落方法及降落平台作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

实施例1

参看图1、图2以及图3，一种无人机跨域停机库降落方法，包括以下步骤：

无人机被引导至停机库的上方空域，并下降至第一预设高度；

无人机可由gps定位系统、北斗定位系统、glonass定位系统等定位系统引导至待降落的空域，或者通过gns(gps+glonass)将无人机引导至停机库的上方空域，第一预设高度为返航高度具体可以为8.5米、10米、15米等；无人机上可搭载有可见光相机，同时无人机还支持搭载红外相机。

无人机在第一预设高度开始识别停机库上的图形图案，若无人机识别到图形图案，则执行步骤s1、步骤s2；否则无人机飞行高度上升，并且基于机器学习算法识别停机库，机库的准确识别高度可达30米或更高，可以保证在gps信号极度不好的情况下仍能引导无人机飞行至停机库的正上方并启动降落；其中的图形图案的具体形式可以是照片、图片、字母、数字、不同尺寸圆环、一维条码、不同颜色区域等形式。

无人机降落至低于第一预设高度开始识别停机库上的图形图案，若无人机识别到图形图案，则执行步骤s1、步骤s2；

若无人机未识别到图形图案，并且判断出降落能见度低于阈值范围或大雾提示，则执行步骤a1、步骤a2、步骤a3、步骤a4；

根据能见度情况可判断出降落环境的视觉条件(光线是否充足)，一般情况下，白天视觉条件会比较好，认为此时的降落能见度高于阈值范围，夜晚或阴天视觉条件会比较差认为此时的降落能见度低于阈值范围，具体可通过无人机的机载摄像头拍摄若干张图像，根据图像的平均灰度判断降落能见度。

若无人机识别到图形图案，并且判断出降落能见度高于阈值范围，则无人机朝向停机库的中心点位置移动并启动降落；

参看图2，步骤s1、步骤s2具体为：

s1：无人机识别停机库的停机坪上的机头定位标记，并根据机头定位标记调整无人机的机头方向；

本发明中的无人机对应的机库充电系统，无人机机充电端子与机库接触充电，要求正负极方向需要绝对正确，只有无人机以正确方向停泊后，才可以顺利接上电源充电，因此在无人机降落过程中机头的方向非常重要。

s2：无人机识别停机坪上的降落点标记，并朝向降落点标记降落；

具体地，降落点标记可以由多个图案识别单元组成，多个图案识别单元可具有不同的导向权重，如果无人机只识别出一个作为降落点标记的图案识别单元，则根据该图案识别单元的导引降落，如果无人机识别出多个作为降落点标记的图案识别单元，则判断权重最大的图案识别单元，之后根据该图案识别单元的导引降落。需要说明的是图案识别单元本身会包含相应的图案信息，无人机识别到图案识别单元是指无人机获取了图案识别单元中的图案信息，图案信息可以包括：图案识别单元的种类、图案识别单元的位置、图案识别单元的权重等。

参看图3，步骤a1、步骤a2、步骤a3、步骤a4具体为：

a1：无人机开启红外标记识别模块；具体可以为红外相机或者红外信号接收器；

a2：红外识别模块识别停机坪上的红外定位特征图案，红外定位特征图案包括降落导引红外标记信息以及辅助红外定位信息；红外定位特征图案包括红外定位阵列，红外定位阵列包括降落导引红外标记点以及辅助红外定位点，降落导引红外标记信息包括降落导引红外标记点，辅助红外定位信息包括辅助红外定位点。在调整机头方向之前，无人机向停机库发送打开红外定位阵列中的辅助红外定位点的信号。降落导引红外标记点、辅助红外定位点均为红外发光装置，例如发红外光的led灯，也可以为现有的红外发射器。红外定位特征图案可以涵盖包括各种大小、形状、内容、码制/协议、排列/分布等具体特征的图案。

a3：无人机根据红外定位特征图案调整无人机的机头方向；

参看图4，进一步地，无人机根据红外定位特征图案调整无人机的机头方向具体包括：

b1：无人机拍摄红外定位特征图案的图片，计算红外定位特征图案的红外点的排布；

b2：将无人机的机头调整正确情况下的红外点排布与步骤b1中的红外点的排布比对；

b3：若步骤b2中的比对结果在误差范围内，则判定无人机的机头方向调整正确；否则重新调整无人机的机头方向。

需要说明的是，红外定位阵列具有一定的形状，在无人机机头方向准确的情况下，拍摄的红外定位阵列的排布是固定的，因此，为了避免机头偏差状态下拍摄的红外定位阵列与正确情况下的红外定位阵列排布相同，红外定位阵列应该是非对称的阵列，例如，“l”形阵列，具有可识别特征点的多边形阵列等一系列不规则的图形阵列等。

a4：无人机朝向降落导引红外标记信息降落，降落导引红外标记信息应该位于无人机停机坪的中间位置，该中间位置不具体指停机坪中心，应该是靠近或位于无人机充电的区域。在机头方向调整正确之后，无人机还可以向停机库发送关闭红外定位阵列中的辅助红外定位点的信号；在机头方向调整正确之后，无人机会开始降落，如果红外标记点开启过多，则可能会干扰无人机的降落，因此需要关闭红外定位阵列中的辅助红外定位点。

现有的无人机降落方案或采用昂贵的rtk(real-timekinematic)方案，或通过图像算法对起飞位置特征进行保存，重新降落到起飞点，不能实现异地降落。在异地降落中，变化的环境因素使得异地降落更加困难，本发明一实施例中提供的无人机降落方法通过识别停机库、停机库上的图形图案、判断能见度情况，根据能见度情况选择不同的降落方案，具体而言，本发明一实施例中提供的无人机降落方法先将无人机引导至停机库上方空域，优先识别图形图案，若未识别到图形图案，则飞行高度上升，开始识别尺寸较大的停机库，然后飞行至停机库的正上方并启动降落，在降落过程中重新开启识别图形图案以实现更精准的降落，若识别到图形图案，则采用机头定位标记及降落点标记进行降落，若仍未识别到图形图案，则在能见度低的情况下优先采用红外信号导引的方式执行机头的调整以及无人机的降落，在能见度高的情况下，无人机朝向停机库的中心点位置移动并启动降落，这样能够适应无人机异地降落的情况。

进一步地，无人机飞行高度上升，并且识别停机库的过程中，若无人机上升到第二预设高度仍未识别到停机库，则无人机找寻安全位置进行降落，并发送降落预警信息给云端；第二预设高度可以是13至30米或更高。

实施例2

基于相同的构思，本发明还提供了一种无人机降落平台，无人机降落平台上设有机头定位标记、多个降落点标记，机头定位标记用于无人机调整机头的方向，多个降落点标记用于引导无人机降落，其中，多个降落点标记为权重不同的降落点标记。

进一步地，无人机降落平台上还设有红外定位特征图案，红外定位特征图案包括降落导引红外标记信息以及辅助红外定位信息；红外定位特征图案用于无人机调整机头的方向；降落导引红外标记信息用于引导无人机降落。

具体地，红外定位特征图案包括红外定位阵列，红外定位阵列包括降落导引红外标记点以及辅助红外定位点，降落导引红外标记信息包括降落导引红外标记点，辅助红外定位信息包括辅助红外定位点。在调整机头方向之前，无人机向停机库发送打开红外定位阵列中的辅助红外定位点的信号。降落导引红外标记点、辅助红外定位点均为红外发光装置，例如发红外光的led灯，也可以为现有的红外发射器。红外定位特征图案可以涵盖包括各种大小、形状、内容、码制/协议、排列/分布等具体特征的图案。

降落导引红外标记点设于无人机的降落点，辅助红外定位点至少包括第一辅助点、第二辅助点，辅助红外定位信息与降落引导红外标记点之间构成的几何图形用于无人机降落机头方向调整。需要说明的是，红外定位阵列具有一定的形状，在无人机机头方向准确的情况下，拍摄的红外定位阵列的排布是固定的，因此，为了避免机头偏差状态下拍摄的红外定位阵列与正确情况下的红外定位阵列排布相同，红外定位阵列应该是非对称的阵列，例如，“l”形阵列，具有可识别特征点的多边形阵列等一系列不规则的图形阵列等。

进一步地，机头定位标记为第一图案识别单元，降落点标记为第二图像识别码单元，第一图像识别单元的尺寸大于第二图像识别单元的尺寸。第二图像识别单元是多种图案的组合，随着无人机的降落，可不断识别出的新的小尺寸的图案设计，之后再根据小尺寸的第二图案识别单元进行更精确的降落定位。

本实施例中的无人机降落平台可作为实施例1中的无人机降落方法的辅助设备。结合实施例1，具体应用如下：

在无人机实际降落过程中，当无人机达到一定高度时，通过计算机视觉算法识别特定第一图案识别单元，并确定机头的朝向，通过相应的算法处理，调整机头朝向并引导无人机平稳降落。

当无人机达到一定高度时，通过计算机视觉算法识别第二图案识别单元。在识别并降落的过程中，对第二图案识别单元中的图案集合进行识别，伴随着降落高度不断降低，不断接近降落平台，识别过程也逐渐精细化、细节化。通过对细节的识别达到降落的厘米级定位精度。

在无人机实际降落过程中，红外定位特征图案可在雾天、雨天等恶劣天气及夜间引导无人机准确降落，使无人机在各种复杂环境下都能全天候安全、稳定地降落。

红外模块阵列位于降落平板下层，其红外发光设备发出的红外光线可穿透降落平板，并被无人机上的红外接收设备接收。红外模块阵列，以特定的位置排列分布。无人机摄像头通过拍摄红外阵列的图片，计算出红外元件点之间距离长短和排布，与正确的机头降落红外扫描分布情况对比，如果在误差范围内，则判定降落方位正确，否则调整姿势重新降落。

机头调整后，辅助红外led灯将关掉，只保留一个红外led引导降落，无人机会发送信号给机库告诉机库机头调整已经到位，机库收到后作出相应的控制，并返回信号给无人机，获取辅助红外阵列已关闭信号，完成接下来的降落过程。

下面对本发明提供的无人机跨域停机库降落方法的效果作一些补充说明。

本发明公开的无人机跨域停机库降落方法，该方法首先可通过gns(gps+glonass)将无人机引导至待降落停机库上方空域，在能见度高的情况下，优先利用无人机上搭载的可见光相机识别停机库降落平台上方的图形图案，若未识别到上述图形图案，则飞行高度上升，仍利用无人机上搭载的可见光相机识别尺寸较大的停机库，引导无人机飞行至停机库的正上方并启动降落，在降落过程中重新开启识别降落平台上方的图形图案以实现更精准的降落，若识别到图形图案，则采用机头定位标记及降落点标记进行降落，在能见度低或雾天的情况下，优先采用无人机上搭载的红外相机识别降落平台下方放置的红外信标，引导无人机执行机头的调整以及无人机的降落，可见光与红外图像融合分析的方式，实现了无人机的全天候精准可靠。这种无人机降落方法不依赖无人机起飞点gns坐标，能够满足无人机全天候异地降落的需求。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。