一种基于4g/wifi网络通讯技术的无人机综合运行管理系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于4G/WIFI网络通讯技术的无人机综合运行管理系统，其特征在于，包括综合运行管理系统区域服务器、4G/WIFI网络信号塔、无人机上通讯和安全保护模块、用户综合运行管理系统客户端以及无人机续航/维护驿站；面对未来无人机的快速普及，该综合运行管理系统可以根据无人机用户的任务需求提供自主飞行计划，并对在空中进行飞行任务的多无人机进行实时有效的监测、调度、导航及线路优化；整个系统的运行全部自主进行，极大提高了运行效率和可靠性。
【专利说明】
一种基于4G/WIFI网络通讯技术的无人机综合运行管理系统
技术领域
[0001]本发明涉及飞行空中管理系统技术领域，具体涉及一种基于4G/WIFI网络通讯技术的无人机综合运行管理系统。
【背景技术】
[0002]近年来，随着自动化和传感器技术的不断进步，无人机制造技术和性能发展迅速。无人机的灵活、低成本等特点是有人飞机无法比拟的优势。因此，无人机在军事和民用领域的应用日益增多，市场需求不断增大。
[0003]在可以预见的未来，空中在执行各种任务的无人机数量会越来越多，无人机与有人飞机的空域重叠也不可避免，如何在今后的空域环境中对无人机进行实时有效的空中交通管理成为首要考虑的问题。
【发明内容】
[0004]为应对未来无人机快速普及的趋势，对大量在空中进行飞行任务的无人机进行实时有效的监测、调度、导航及线路优化，本发明提供一种无人机综合运行管理系统。
[0005]为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是:
[0006]—种基于4G/WIFI网络通讯技术的无人机综合运行管理系统，由综合运行管理系统区域服务器、4G/WIFI网络信号塔、无人机上通讯和安全保护模块、用户综合运行管理系统客户端以及无人机续航/维护驿站几部分构成；
[0007]所述综合运行管理系统区域服务器是整个管理系统的核心部分，用来无人机实时飞行数据的接收和存储、三维地图、天气信息和用户信息的更新和存储、无人机的控制和任务规划、无人机的安全监测和应急处置；
[0008]所述4G/WIFI网络信号塔作为通讯中继站将所有数据信息和指令通过4G/WIFI网络进行传递；
[0009]所述无人机上通讯和安全模块用来发送自身飞行数据和接收系统指令，同时该模块还具有手动控制安全保护功能；
[0010]所述用户综合运行管理系统客户端是一种可以运行在任何PC、移动设备上的应用程序，用户可以通过该客户端提交任务需求和实时查看区域服务器为用户制定的飞行任务计划；
[0011]所述无人机续航/维护驿站用来对无人机进行维护和续航，紧急情况时，该驿站还可以作为迫降区域。
[0012]进一步，所述综合运行管理系统区域服务器包括无线通讯模块、数据存储模块、任务解算模块、安全监测模块；
[0013]所述无线通讯模块，可接收区域内各信号塔实时上传的无人机数据从而获得该区域上空所有无人机信息，包括无人机的ID信息(内含该款无人机型号、服役年限、飞行记录等信息)、本次任务信息、当前位置、姿态、速度、电池电量等，通过这些数据可以有效监测无人机的飞行状态；同时，区域服务器可通过该模块获取客户端上传的任务请求、下传数据到客户端以及向无人机发送控制指令；
[0014]所述数据存储模块，该模块可以存储一定数量规模的无人机实时飞行数据、历史飞行数据、区域三维地图数据、天气数据、用户信息数据等；
[0015]进一步，所述数据存储模块存有该区域精确的三维地图信息，该地图可通过卫星遥感定时在线更新纠错，保证地图信息的准确性和实时性；
[0016]同时，所述数据存储模块存有天气预报信息，并可根据国家气象局发布的信息实时更新；
[0017]同时，所述数据存储模块存有用户注册信息，包括用户身份、对应ID和航路权限、飞机型号及参数、服役年限等;每一个加入该综合运行管理系统的无人机用户都需要实名制注册并通过核验，用户的无人机也需要相关人员进行检查测试，确保其满足该综合运行管理系统的相关技术要求，如飞机性能、通讯协议、安全保护设定等；同时，工作人员还需要对无人机进行控制系统闭源处理、安全模块安装及硬件登记注册，确保用户不会对无人机软件和硬件进行篡改；
[0018]所述任务解算模块，可以综合当前时刻区域内所有无人机的飞行状态、任务信息、三维地图信息以及天气状况，并结合新晋无人机任务需求进行线路规划，可避开城市建筑物、禁飞区域或人群聚集区域;此外，该任务解算模块可实时生成三维任务路径，并通过无线通讯模块把该飞行计划下传至用户客户端当中；
[0019]所述安全监测模块，可以根据接收到的无人机电源信息、信号强弱和干扰信息、无人机飞行状态信息来判断无人机当前的电量、信号传输状况和飞行状态，进而实现对无人机安全状态的监测，并时刻准备紧急应对；
[0020]进一步，所述安全监测模块可以实时根据无人机的当前电量和耗电速度判断无人机电量能否足够完成任务，当判断无人机无法完成既定飞行任务时，可中途引导无人机进入自主降落维护航线，降落到就近续航/维护驿站进行续航和维护操作，而后再自主起飞继续飞行任务；
[0021]同时，安全监测模块内含无人机故障专家库，可以通过检测到的无人机非正常状态信息(如传输信号微弱或中断、强烈信号干扰、飞机姿态异样或碰撞等)进行响应，诊断无人机当前故障并发出处置指令。
[0022]进一步，所述4G/WIFI网络信号塔作为通讯中继站覆盖指定区域，所有数据信息和指令遵循特定通讯协议在4G/WIFI网络中进行传递；
[0023]所述一种基于4G/WIFI网络通讯技术的无人机综合运行管理系统所有信息通讯遵循一套自己开发的通讯协议，该通讯协议是一种基于4G/WIFI网络的而且支持双工同步信息传输的通讯协议;任何无人机飞行器安装支持该通讯协议的通讯模块后均可通过全覆盖的4G/WIFI网络信号塔接入该综合运行管理系统，实现全自主飞行。
[0024]进一步，所述无人机上通讯和安全保护模块除了实时与外界进行信息交换外，还具有手动控制安全保护功能，即用户无法在无人机自动执行任务过程中切换手动控制模式，如果用户需要切换手动控制必须先通过客户端进行任务中断请求，然后综合运行管理系统会控制无人机返回起飞点并降落，此时用户才可以获得控制权限并手动飞行；
[0025]同时，在手动控制飞行时，该模块内置的空域围栏还可以确保无人机无法飞入自主飞行的禁飞空域，从而保证综合运行管理系统控制下的其他无人机的飞行安全。
[0026]进一步，所述用户综合运行管理系统客户端是一种可以运行在任何PC、移动设备上的应用程序，用户可以通过该客户端设定自己的无人机的任务需求，该任务需求实时上传至综合运行管理系统区域服务器，通过任务解算模块实时解算快速有效地为无人机用户生成指定任务的多组飞行计划，并实时下传至用户客户端，通过二维/三维地图界面显示出来;其中包含飞行轨迹、预备续航/维护驿站点位、完成任务预估时间等信息，用户可根据这些信息做出选择，决定任务计划。
[0027]进一步，所述无人机续航/维护驿站包括引导系统、对无人机进行续航和维护的人员及设施以及紧急迫降区域；
[0028]所述引导系统可以接收区域服务器的指令引导无人机自主降落和起飞；
[0029]所述续航/维护人员和设施可以人工对无人机进行充电、电池更换和维护操作，对于支持无线充电的无人机还可以进行自动无线充电；
[0030]所述紧急迫降区域，可以确保当无人机发生某些非正常状况时，综合运行管理系统会指示无人机就近迫降到附近的续航/维护驿站进行检查。
【附图说明】
[0031]图1是本发明的整体系统构成及数据传输示意图。
[0032]图2是本发明区域服务器的模块结构及数据传输示意图。
[0033]图3是本发明的任务执行逻辑示意图。
【具体实施方式】
[0034]以下结合附图对本发明的【具体实施方式】做进一步的说明。
[0035]如图1，一种基于4G/WIFI网络通讯技术的无人机综合运行管理系统，由综合运行管理系统区域服务器、4G/WIFI网络信号塔、无人机上通讯和安全保护模块、用户综合运行管理系统客户端以及无人机续航/维护驿站几部分构成；
[0036]所述综合运行管理系统区域服务器是整个管理系统的核心部分，用来无人机实时飞行数据的接收和存储、三维地图、天气信息和用户信息的更新和存储、无人机的控制和任务规划、无人机的安全监测和应急处置；
[0037]所述4G/WIFI网络信号塔作为通讯中继站将所有数据信息和指令通过4G/WIFI网络进行传递；
[0038]所述无人机上通讯和安全模块用来发送自身飞行数据和接收系统指令，同时该模块还具有手动控制安全保护功能；
[0039]所述用户综合运行管理系统客户端是一种可以运行在任何PC、移动设备上的应用程序，用户可以通过该客户端提交任务需求和实时查看区域服务器为用户制定的飞行任务计划；
[0040]所述无人机续航/维护驿站用来对无人机进行维护和续航，紧急情况时，该驿站还可以作为迫降区域。
[0041]如图2，所述综合运行管理系统区域服务器包括无线通讯模块、数据存储模块、任务解算模块、安全监测模块；
[0042]所述无线通讯模块，可接收区域内各信号塔实时上传的无人机数据从而获得该区域上空所有无人机信息，包括无人机的ID信息(内含该款无人机型号、服役年限、飞行记录等信息)、本次任务信息、当前位置、姿态、速度、电池电量等，通过这些数据可以有效监测无人机的飞行状态；同时，区域服务器可通过该模块获取客户端上传的任务请求、下传数据到客户端以及向无人机发送控制指令；
[0043]所述数据存储模块，该模块可以存储一定数量规模的无人机实时飞行数据、历史飞行数据、区域三维地图数据、天气数据、用户信息数据等；
[0044]进一步，所述数据存储模块存有该区域精确的三维地图信息，该地图可通过卫星遥感定时在线更新纠错，保证地图信息的准确性和实时性；
[0045]同时，所述数据存储模块存有天气预报信息，并可根据国家气象局发布的信息实时更新；
[0046]同时，所述数据存储模块存有用户注册信息，包括用户身份、对应ID和航路权限、飞机型号及参数、服役年限等;每一个加入该综合运行管理系统的无人机用户都需要实名制注册并通过核验，用户的无人机也需要相关人员进行检查测试，确保其满足该综合运行管理系统的相关技术要求，如飞机性能、通讯协议、安全保护设定等；同时，工作人员还需要对无人机进行控制系统闭源处理、安全模块安装及硬件登记注册，确保用户不会对无人机软件和硬件进行篡改；
[0047]所述任务解算模块，可以综合当前时刻区域内所有无人机的飞行状态、任务信息、三维地图信息以及天气状况，并结合新晋无人机任务需求进行线路规划，可避开城市建筑物、禁飞区域或人群聚集区域;此外，该任务解算模块可实时生成三维任务路径，并通过无线通讯模块把该飞行计划下传至用户客户端当中，如图3所示；
[0048]所述安全监测模块，如图3所示，可以根据接收到的无人机电源信息、信号强弱和干扰信息、无人机飞行状态信息来判断无人机当前的电量、信号传输状况和飞行状态，进而实现对无人机安全状态的监测，并时刻准备紧急应对；
[0049]进一步，所述安全监测模块可以实时根据无人机的当前电量和耗电速度判断无人机电量能否足够完成任务，当判断无人机无法完成既定飞行任务时，可中途引导无人机进入自主降落维护航线，降落到就近续航/维护驿站进行续航和维护操作，而后再自主起飞继续飞行任务；
[0050]同时，安全监测模块内含无人机故障专家库，可以通过检测到的无人机非正常状态信息(如传输信号微弱或中断、强烈信号干扰、飞机姿态异样或碰撞等)进行响应，诊断无人机当前故障并发出处置指令。
[0051]进一步，如图1所示，所述4G/WIFI网络信号塔作为通讯中继站覆盖指定区域，所有数据信息和指令遵循特定通讯协议在4G/WIFI网络中进行传递；
[0052]所述一种基于4G/WIFI网络通讯技术的无人机综合运行管理系统所有信息通讯遵循一套自己开发的通讯协议，该通讯协议是一种基于4G/WIFI网络的而且支持双工同步信息传输的通讯协议;任何无人机飞行器安装支持该通讯协议的通讯模块后均可通过全覆盖的4G/WIFI网络信号塔接入该综合运行管理系统，实现全自主飞行。
[0053]进一步，如图1和图3所示，所述无人机上通讯和安全保护模块除了实时与外界进行信息交换外，还具有手动控制安全保护功能，即用户无法在无人机自动执行任务过程中切换手动控制模式，如果用户需要切换手动控制必须先通过客户端进行任务中断请求，然后综合运行管理系统会控制无人机返回起飞点并降落，此时用户才可以获得控制权限并手动飞行；
[0054]同时，在手动控制飞行时，该模块内置的空域围栏还可以确保无人机无法飞入自主飞行的禁飞空域，从而保证综合运行管理系统控制下的其他无人机的飞行安全。
[0055]进一步，如图1所示，所述用户综合运行管理系统客户端是一种可以运行在任何PC、移动设备上的应用程序，用户可以通过该客户端设定自己的无人机的任务需求，该任务需求实时上传至综合运行管理系统区域服务器，通过任务解算模块实时解算快速有效地为无人机用户生成指定任务的多组飞行计划，并实时下传至用户客户端，通过二维/三维地图界面显示出来;其中包含飞行轨迹、预备续航/维护驿站点位、完成任务预估时间等信息，用户可根据这些信息做出选择，决定任务计划。
[0056]进一步，如图1所示，所述无人机续航/维护驿站包括引导系统、对无人机进行续航和维护的人员及设施以及紧急迫降区域；
[0057]所述引导系统可以接收区域服务器的指令引导无人机自主降落和起飞；
[0058]所述续航/维护人员和设施可以人工对无人机进行充电、电池更换和维护操作，对于支持无线充电的无人机还可以进行自动无线充电；
[0059]所述紧急迫降区域，可以确保当无人机发生某些非正常状况时，综合运行管理系统会指示无人机就近迫降到附近的续航/维护驿站进行检查。
[0060]所述一种基于4G/WIFI网络通讯技术的无人机综合运行管理系统典型工作流程为三个阶段，分别为准备工作、任务请求、任务执行，如图3所示。
[0061]所述准备工作包括，用户通过客户端或柜台进行实名制注册登记，并由工作人员对准备入网的无人机设备进行检测、飞控闭源处理、安全模块安装等；
[0062]所述任务请求包括，用户通过客户端提出任务需求，区域服务器结合当时涉及区域的天气情况、空中交通情况和地形信息，设计规划任务路线并下传到用户客户端以供选择，用户同意则开始执行任务;否则退出任务申请或等待服务器重新规划线路；
[0063]所述任务执行包括，无人机按照服务器规划路径自主飞行，服务器全程监测，如果发现无人机电池电量无法完成既定飞行任务或是无人机状态非正常，那么服务向无人机发送续航/维护指令进入驿站进行续航/维护，经过续航/维护操作后，无人机如果满足继续执行任务要求则起飞返回任务航线，否则脱离系统并通知用户进一步检查；
[0064]进一步，所述任务执行包括，服务器如果接收到用户终止原飞行任务请求，那么无人机任务更新为返回起飞点；在无人机返回起飞点过程当中，如果电量不足或出现非正常状态，随时进入上一步续航/维护线路，直至返回起飞点或无人机出现故障无法修复，脱离系统并通知用户；
[0065]进一步，所述任务执行包括，如果用户未提出终止原任务请求，无人机按原计划持续飞行、续航和维护，直至飞抵目的地完成任务，脱离系统并通知用户。
【主权项】
1.一种基于4G/WIFI网络通讯技术的无人机综合运行管理系统，其特征在于，包括综合运行管理系统区域服务器、4G/WIFI网络信号塔、无人机上通讯和安全保护模块、用户综合运行管理系统客户端以及无人机续航/维护驿站； 所述综合运行管理系统区域服务器是整个管理系统的核心部分，用来无人机实时飞行数据的接收和存储、三维地图、天气信息和用户信息的更新和存储、无人机的控制和任务规划、无人机的安全监测和应急处置； 所述4G/WIFI网络信号塔作为通讯中继站将所有数据信息和指令通过4G/WIFI网络进行传递； 所述无人机上通讯和安全模块用来发送自身飞行数据和接收系统指令，同时该模块还具有手动控制安全保护功能； 所述用户综合运行管理系统客户端是一种可以运行在任何PC、移动设备上的应用程序，用户可以通过该客户端提交任务需求和实时查看区域服务器为用户制定的飞行任务计划； 所述无人机续航/维护驿站用来对无人机进行维护和续航，紧急情况时，该驿站还可以作为迫降区域。2.根据权利要求1所述的一种基于4G/WIFI网络通讯技术的无人机综合运行管理系统，其特征在于，所述综合运行管理系统区域服务器包括无线通讯模块、数据存储模块、任务解算模块、安全监测模块； 所述无线通讯模块可获取区域上空所有无人机信息，通过这些数据可以有效监测无人机的飞行状态；同时，区域服务器可通过该模块获取客户端上传的任务请求，下传数据到客户端以及向无人机发送控制指令； 所述数据存储模块所述综合运行管理系统区域服务器具有数据存储模块，该模块可以存储一定数量规模的无人机实时飞行数据、历史飞行数据、区域三维地图数据、天气数据、用户信息数据等； 所述任务解算模块可以综合当前时刻区域内所有无人机的飞行状态、任务信息、三维地图信息以及天气状况，并结合新晋无人机任务需求进行线路规划，实时生成飞行计划； 所述安全监测模块可以根据无人机电量情况和故障信息引导无人机进入驿站续航和维护;突发情况时，也可对无人机进行紧急处置。3.根据权利要求1所述的一种基于4G/WIFI网络通讯技术的无人机综合运行管理系统，其特征在于，所述4G/WIFI网络信号塔作为通讯中继站覆盖指定区域，所有数据信息和指令遵循特定通讯协议在4G/WIFI网络中进行传递。4.根据权利要求1所述的一种基于4G/WIFI网络通讯技术的无人机综合运行管理系统，其特征在于，所述无人机上通讯和安全模块除了实时与外界进行信息交换外，还具有手动控制安全保护功能，即用户无法在无人机自动执行任务过程中切换手动控制模式;而在手动控制飞行时，该模块内置的空域围栏还可以确保无人机无法飞入自主飞行的禁飞空域。5.根据权利要求1所述的一种基于4G/WIFI网络通讯技术的无人机综合运行管理系统，其特征在于，所述用户综合运行管理系统客户端是一种可以运行在任何PC、移动设备上的应用程序，用户可以通过该客户端提交任务需求和实时查看区域服务器为用户制定的飞行任务计划，这些任务计划在客户端上通过二维/三维地图界面显示出来，其中包含飞行轨迹、预备续航/维护驿站点位、完成任务预估时间等信息。6.根据权利要求1所述的一种基于4G/WIFI网络通讯技术的无人机综合运行管理系统，其特征在于，所述无人机续航/维护驿站包括引导系统、续航/维护人员和实施、紧急迫降区域； 所述引导系统可以接收服务器指令导航无人机自主降落和起飞； 所述续航/维护人员和设施可以人工对无人机进行充电、电池更换和维护操作，对于支持无线充电的无人机还可以进行自动无线充电； 所述紧急迫降区域可以在紧急情况时作为无人机迫降区域。
【文档编号】G05B19/418GK105843183SQ201610135602
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月10日
【发明人】徐利杰, 张文强, 董朝阳
【申请人】赛度科技（北京）有限责任公司