基于智能飞行器的野外求救系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于智能飞行器的野外求救系统及方法，包括智能飞行器、无线基站和救助中心，所述无线基站用于给智能飞行器提供网络环境支撑，实现智能飞行器与救助中心之间的通信连接，操作简单、耗费成本低、实用性抗干扰性强，能够在最短时间内向救助中心发送求救信息，让遇险人员在最短的时间内进行有效求救，大大提高求救成功率，降低事故死亡率，具有良好的应用前景。
【专利说明】基于智能飞行器的野外求救系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及野外求救【技术领域】，具体涉及一种基于智能飞行器的野外求救系统及方法。
【背景技术】
[0002]在日常生活中，野外勘探、探险或考察是极具风险性的活动，由于野外勘探、探险或考察的地区多地形崎岖、位置偏远，手机等通讯工具基本无法使用，因此一旦发生险情或事故求救的难度相当大，很容易因为求救不成功、或求救信息过少从而导致不能及时有效的进行搜救与救援从而造成人员伤亡。目前，比较有效的求救方法就是拨打卫星电话，但是卫星电话价格昂贵，此外，卫星电话拨打条件受周围建筑、山体等环境因素影响较大，这将直接影响求救成功与否。
[0003]目前，四轴飞行器是一种常见的多旋翼飞行器，其通过支架支撑前后、左右两组共四个旋翼，每组旋翼旋向相同，两组旋翼分别互为正反旋翼，两组旋翼旋向相反，从而抵消飞行器机体扭力矩，防止自旋，保持机体平衡，四轴飞行器通过改变各旋翼旋转速来改变升力，进而改变四轴飞行器的飞行姿态和位置。由于其结构紧凑、质量轻、动作灵活、抗风能力强，一般适宜在比较狭小的空间或者复杂地形环境中使用。
[0004]如何将上述的四轴飞行器，应用到野外求救技术中来，让遇险人员在最短的时间内进行有效求救，以此提高求救成功率从而降低事故死亡率，当前急需解决的问题。
【发明内容】
[0005]为了解决现有技术中存在的问题，本发明的基于智能飞行器的野外求救系统及方法，操作简单、耗费成本低、实用性抗干扰性强，能够在最短时间内向救助中心发送求救信息，让遇险人员在最短的时间内进行有效求救，大大提高求救成功率，降低事故死亡率，具有良好的应用前景。
[0006]为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为:
[0007]—种基于智能飞行器的野外求救系统，其特征在于:包括智能飞行器、无线基站和救助中心，所述无线基站用于给智能飞行器提供网络环境支撑，实现智能飞行器与救助中心之间的通信连接，所述智能飞行器包括
[0008]主控模块，用于控制智能飞行器的正常运行，处理智能飞行器所获得的信息，实现野外求救的成功进行；
[0009]电源模块，由电池组成，用于为智能飞行器提供电力支撑，并向主控模块提供当前电池所剩余能量，进而计算智能飞行器所能飞行的最远距离；
[0010]GPS模块，用于实时更新探险者的地理位置信息，具有安全距离提醒功能；
[0011]语音处理模块，用于探险者所处的地理位置超出了智能飞行器的最大求救范围时进行语音提醒，或在探险者遇险时采集探险者的音频信息，供智能飞行器向救助中心上传求救信息；[0012]气压监测模块，实时检测气压值，通过主控模块控制智能飞行器的飞行海拔高度，确保智能飞行器维持安全的飞行高度；
[0013]数据存储模块，用于存放从救助中心下载或导入的数据信息；
[0014]无线通信模块，用于无线信号检测及信息传送，在智能飞行器属于无线基站的无线信号覆盖区域时，无线通信模块用于检测是否有无线信号覆盖，并在检测到无线信号时，向救助中心发送求救信息；
[0015]操作面板，用于启动智能飞行器、录入求救信息、控制智能飞行器的工作模式；
[0016]所述GPS模块、语音处理模块、气压检测传感模块、数据存储模块、无线通信模块、操作面板分别与主控模块相连接。
[0017]前述的基于智能飞行器的野外求救系统，其特征在于:还包括探灯和摄像头，所述探灯和摄像头分别与主控模块相连接。
[0018]前述的基于智能飞行器的野外求救系统，其特征在于:所述智能飞行器上对称设有四组旋转飞行叶片。
[0019]前述的基于智能飞行器的野外求救系统，其特征在于:所述GPS模块，若探险者的活动范围sd超出了智能飞行器飞行的最远距离dmax与无线基站覆盖区域半径之和时，或者智能飞行器在飞抵目的地并成功上传求救信息之前出现电量不足时，则控制语音处理模块发出警报，所述探险者的活动范围sd，根据公式(1)得到，
[0020]sd= (r+dmax) * β(1)
[0021]其中，r为无线基站信号覆盖区域的半径，β为安全距离系数，0〈β〈I ;在求救过程中，智能飞行器打开无线通信模块，检测是否有信号覆盖，其中智能飞行器打开无线通信模块开始检测是否存在无线信号时与基站间的距离为dtest，dtest小于无线基站信号覆盖区域的半径r。
[0022]前述的基于智能飞行器的野外求救系统，其特征在于:所述数据存储模块，存放从救助中心下载或导入的数据信息，数据信息包括探险或勘探活动的野外区域内各无线基站地理位置坐标、各无线基站信号覆盖区域的半径、探险或勘探活动的野外区域最高海拔高度、高度安全系数和安全距离系数。
[0023]前述的基于智能飞行器的野外求救系统，其特征在于:所述气压监测模块，通过读取探险或勘探活动的野外区域的最高海拔高度h，计算得智能飞行器适应维持的飞行高度H，根据公式(2)得到，
[0024]H=a*h(2)
[0025]其中，a为高度安全系数，a >1，确保智能飞行器在水平飞行过程中安全飞行。
[0026]基于上述的基于智能飞行器的野外求救系统的野外求救方法，其特征在于:包括安全距离提醒模式和求救模式，所述安全距离提醒模式，包括以下步骤，
[0027]步骤(Al)，智能飞行器判断是否开启安全距离提醒，若是则执行步骤(BI)，否则结束该模式；
[0028]步骤(BI )，周期性检测当前地理位置坐标；
[0029]步骤(Cl)，计算当前地位位置坐标与已知的各无线基站地理坐标之间的距离；
[0030]步骤(Dl )，查找当前地理位置坐标与各无线基站地理坐标最近的距离d ；
[0031]步骤(E1)，判断距离d是否超出安全距离sd，若超出，则执行步骤(F1)，否则，返回步骤(BI)继续周期性检测；
[0032]步骤(Fl )，控制语音处理模块鸣叫报警；
[0033]所述求救模式，包括以下步骤，
[0034]步骤(A2)，智能飞行器判断是否需要录音描述事故，若是则执行步骤(B2)，否则，执行步骤(C2)；
[0035]步骤(B2)，录取音频信息；
[0036]步骤(C2)，智能飞行器垂直飞行上升至适应维持的飞行高度H ；
[0037]步骤(D2)，采集事故发生地点的图像视频信息，若环境过暗，开启探灯来照明；
[0038]步骤(E2)，获取事故发生地点的地理位置坐标；
[0039]步骤(F2)，根据已知的无线基站地理位置坐标，计算并查找事故发生地点最近的无线基站；
[0040]步骤(G2)，智能飞行器以飞行高度H向最近的无线基站飞行；
[0041]步骤(H2)，智能飞行器判断是否检测到无线信号，若是则执行步骤(12)，否则返回执行步骤(G2)；
[0042]步骤(12)，智能飞行器向救助中心发送求助信息；
[0043]步骤(J2 )，智能飞行器垂直降落至地面。
[0044]本发明的有益效果是:本发明的基于智能飞行器的野外求救系统及方法，操作简单、耗费成本低、实用性抗干扰性强，能够在最短时间内向救助中心发送求救信息，让遇险人员在最短的时间内进行有效求救，大大提高求救成功率，降低事故死亡率，具有良好的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0045]图1是本发明的基于智能飞行器的野外求救系统的系统示意图。
[0046]图2是本发明的智能飞行器的系统框图。
[0047]图3是本发明的智能飞行器的结构示意图。
[0048]图4是本发明的安全距离提醒模式的工作流程图。
[0049]图5是本发明的求救模式的工作流程图。
【具体实施方式】
[0050]下面结合附图对本发明做进一步的描述。
[0051]如图1所示，本发明的基于智能飞行器的野外求救系统，包括智能飞行器、无线基站和救助中心，
[0052]所述无线基站用于给智能飞行器提供网络环境支撑，实现智能飞行器与救助中心之间的通信连接；
[0053]救助中心用于提供探险/勘探活动的野外区域内或周边的各无线基站地理位置坐标、各无线基站信号覆盖区域的半径、探险或勘探活动的野外区域最高海拔高度、高度安全系数以及安全距离系数等信息供智能飞行器下载/导入，以及接收智能飞行器的发来的求救信息，特别地，当救助中心接收到求救信息时会向智能飞行器发出应答信号确认收到求救信息，从而使得智能飞行器停止继续尝试上传求救信息；[0054]如图2所示，所述智能飞行器包括
[0055]主控模块，用于控制智能飞行器的正常运行，处理智能飞行器所获得的信息，实现野外求救的成功进行；
[0056]电源模块，由电池组成，用于为智能飞行器提供电力支撑，并向主控模块提供当前电池所剩余能量，进而计算智能飞行器所能飞行的最远距离；
[0057]GPS模块，用于实时更新探险者的地理位置信息，具有安全距离提醒功能，若探险者的活动范围sd超出了智能飞行器飞行的最远距离dmax与无线基站覆盖区域半径之和时，或者智能飞行器在飞抵目的地并成功上传求救信息之前出现电量不足时，则控制语音处理模块发出警报，所述探险者的活动范围sd，根据公式(I)得到，
[0058]sd= (r+dmax) * β(I)
[0059]其中，r为无线基站信号覆盖区域的半径，β为安全距离系数，安全距离系数β是指由于无线基站信号覆盖质量、智能飞行器飞行时风速等因素的影响，可能会出现飞行器在飞往地理位置最近的无线基站过程中，电池能量消耗超出预期，从而在未飞抵目的地时电池便已供电不足的现象，因此为了保证出现事故时智能飞行器能够成功求救，在计算探险者的最大活动范围时，引入安全距离系数β，范围为0〈β〈1 ;在求救过程中，智能飞行器打开无线通信模块，检测是否有信号覆盖，其中智能飞行器打开无线通信模块开始检测是否存在无线信号时与基站间的距离为dtest，dtest小于无线基站信号覆盖区域的半径r ;
[0060]语音处理模块，用于探险者所处的地理位置超出了智能飞行器的最大求救范围时进行语音提醒，或在探险者遇险时采集探险者的音频信息，供智能飞行器向救助中心上传求救信息；
[0061]气压监测模块，实时检测气压值，通过主控模块控制智能飞行器的飞行海拔高度，确保智能飞行器维持安全的飞行高度，通过读取探险或勘探活动的野外区域的最高海拔高度h，计算得智能飞行器适应维持的飞行高度H，根据公式(2)得到，
[0062]H=a*h(2)
[0063]其中，a为高度安全系数，a >1，确保智能飞行器在水平飞行过程中安全飞行，高度安全系统a是指由于山峰、树木及测量误差等因素的影响，智能飞行器在实际飞行中，将以最高海拔高度乘以某个大于1.0的值所得到的高度值来飞行，也即维持略高于最高海拔高度的高度来飞行，从而保证飞行过程中的智能飞行器的安全，该值被称为高度安全系数；
[0064]数据存储模块，用于存放从救助中心下载或导入的数据信息，数据信息包括探险或勘探活动的野外区域内各无线基站地理位置坐标、各无线基站信号覆盖区域的半径、探险或勘探活动的野外区域最高海拔高度、高度安全系数和安全距离系数；
[0065]无线通信模块，用于无线信号检测及信息传送，在智能飞行器属于无线基站的无线信号覆盖区域时，无线通信模块用于检测是否有无线信号覆盖，并在检测到无线信号时，向救助中心发送求救信息；
[0066]操作面板，用于启动智能飞行器、录入求救信息、控制智能飞行器的工作模式；
[0067]所述GPS模块、语音处理模块、气压检测传感模块、数据存储模块、无线通信模块、操作面板分别与主控模块相连接。
[0068]还包括探灯和摄像头，所述探灯和摄像头分别与主控模块相连接，如图3所示，所述智能飞行器上对称设有四组旋转飞行叶片I。
[0069]基于上述的基于智能飞行器的野外求救系统的野外求救方法，包括安全距离提醒模式和求救模式，如图4所示，所述安全距离提醒模式，包括以下步骤，
[0070]步骤(Al)，智能飞行器判断是否开启安全距离提醒，若是则执行步骤(BI)，否则结束该模式；
[0071]步骤(BI)，周期性检测当前地理位置坐标；
[0072]步骤(Cl)，计算当前地位位置坐标与已知的各无线基站地理坐标之间的距离；
[0073]步骤(D1)，查找当前地理位置坐标与各无线基站地理坐标最近的距离d ；
[0074]步骤(E1)，判断距离d是否超出安全距离sd，若超出，则执行步骤(F1)，否则，返回步骤(BI)继续周期性检测；
[0075]步骤(F1)，控制语音处理模块鸣叫报警，鸣叫报警需要用户按复位按钮方能结束，否则每隔一定时间(如5分钟)提醒一次，每次提醒持续一定时间(如I分钟)；
[0076]如图5所示，所述求救模式，包括以下步骤，
[0077]步骤(A2)，智能飞行器判断是否需要录音描述事故，若是则执行步骤(B2)，否则，执行步骤(C2)；
[0078]步骤(B2)，录取音频信息；
[0079]步骤(C2)，智能飞行器垂直飞行上升至适应维持的飞行高度H ；
[0080]步骤(D2)，采集事故发生地点的图像视频信息，若环境过暗，开启探灯来照明；
[0081]步骤(E2)，获取事故发生地点的地理位置坐标；
[0082]步骤(F2)，根据已知的无线基站地理位置坐标，计算并查找事故发生地点最近的无线基站；
[0083]步骤(G2)，智能飞行器以飞行高度H向最近的无线基站飞行；
[0084]步骤(H2)，智能飞行器判断是否检测到无线信号，若是则执行步骤(12)，否则返回执行步骤(G2)；
[0085]步骤(12)，智能飞行器向救助中心发送求助信息；
[0086]步骤(J2 )，智能飞行器垂直降落至地面。
[0087]综上所述，本发明的有以下优点:
[0088]I)本发明中所述的智能飞行器有采集的音频、视频以及位置信息的功能，使求救的信息更加真实、详细、可靠，进而使得救助中心能够根据这些求救信息实施高效的救助方案；
[0089]2)本发明中所述的智能飞行器能计算出可成功求救的安全距离，并在探险者超出安全距离时发出鸣叫警报，提高了探险者的安全保障；
[0090]3)本发明中所述的智能飞行器能自动查找距离当前地理位置最近的无线基站并通过无线基站向救助中心发出求救信息，更为快捷并提高了求救效率；
[0091]4)本发明提供的基于智能飞行器的野外求救系统与方法，与呼喊求救、原地做醒目标识求救、派受伤较轻或团队中未受伤的人员返回出发地求救等传统方法相比，更加高效和安全；
[0092]5)本发明与卫星电话求救相比，也更为智能灵活且经济。
[0093]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【权利要求】
1.基于智能飞行器的野外求救系统，其特征在于:包括智能飞行器、无线基站和救助中心，所述无线基站用于给智能飞行器提供网络环境支撑，实现智能飞行器与救助中心之间的通信连接，所述智能飞行器包括 主控模块，用于控制智能飞行器的正常运行，处理智能飞行器所获得的信息，实现野外求救的成功进行； 电源模块，由电池组成，用于为智能飞行器提供电力支撑，并向主控模块提供当前电池所剩余能量，进而计算智能飞行器所能飞行的最远距离； GPS模块，用于实时更新探险者的地理位置信息，具有安全距离提醒功能； 语音处理模块，用于探险者所处的地理位置超出了智能飞行器的最大求救范围时进行语音提醒，或在探险者遇险时采集探险者的音频信息，供智能飞行器向救助中心上传求救信息； 气压监测模块，实时检测气压值，通过主控模块控制智能飞行器的飞行海拔高度，确保智能飞行器维持安全的飞行高度； 数据存储模块，用于存放从救助中心下载或导入的数据信息； 无线通信模块，用于无线信号检测及信息传送，在智能飞行器属于无线基站的无线信号覆盖区域时，无线通信模块用于检测是否有无线信号覆盖，并在检测到无线信号时，向救助中心发送求救信息； 操作面板，用于启动智 能飞行器、录入求救信息、控制智能飞行器的工作模式； 所述GPS模块、语音处理模块、气压检测传感模块、数据存储模块、无线通信模块、操作面板分别与主控模块相连接。
2.根据权利要求1所述的基于智能飞行器的野外求救系统，其特征在于:还包括探灯和摄像头，所述探灯和摄像头分别与主控模块相连接。
3.根据权利要求1所述的基于智能飞行器的野外求救系统，其特征在于:所述智能飞行器上对称设有四组旋转飞行叶片。
4.根据权利要求1所述的基于智能飞行器的野外求救系统，其特征在于:所述GPS模块，若探险者的活动范围sd超出了智能飞行器飞行的最远距离dmax与无线基站覆盖区域半径之和时，或者智能飞行器在飞抵目的地并成功上传求救信息之前出现电量不足时，则控制语音处理模块发出警报，所述探险者的活动范围sd，根据公式(I)得到， sd=(r+dmax)* β(I) 其中，r为无线基站信号覆盖区域的半径，β为安全距离系数，0〈β〈I ;在求救过程中，智能飞行器打开无线通信模块，检测是否有信号覆盖，其中智能飞行器打开无线通信模块开始检测是否存在无线信号时与基站间的距离为dtest，dtest小于无线基站信号覆盖区域的半径r。
5.根据权利要求1所述的基于智能飞行器的野外求救系统，其特征在于:所述数据存储模块，存放从救助中心下载或导入的数据信息，数据信息包括探险或勘探活动的野外区域内各无线基站地理位置坐标、各无线基站信号覆盖区域的半径、探险或勘探活动的野外区域最高海拔高度、高度安全系数和安全距离系数。
6.根据权利要求1所述的基于智能飞行器的野外求救系统，其特征在于:所述气压监测模块，通过读取探险或勘探活动的野外区域的最高海拔高度h，计算得智能飞行器适应维持的飞行高度H，根据公式(2)得到， H=a*h(2) 其中，a为高度安全系数，a >1，确保智能飞行器在水平飞行过程中安全飞行。
7.基于权利要求1所述的基于智能飞行器的野外求救系统的野外求救方法，其特征在于:包括安全距离提醒模式和求救模式，所述安全距离提醒模式，包括以下步骤， 步骤(Al)，智能飞行器判断是否开启安全距离提醒，若是则执行步骤(BI)，否则结束该模式； 步骤(BI)，周期性检测当前地理位置坐标； 步骤(Cl)，计算当前地位位置坐标与已知的各无线基站地理坐标之间的距离； 步骤(Dl )，查找当前地理位置坐标与各无线基站地理坐标最近的距离d ； 步骤(E1)，判断距离d是否超出安全距离sd，若超出，则执行步骤(F1)，否则，返回步骤(BI)继续周期性检测； 步骤(Fl)，控制语音处理模块鸣叫报警； 所述求救模式，包括以下步骤， 步骤(A2)，智能飞行器判断是否需要录音描述事故，若是则执行步骤(B2)，否则，执行步骤(C2)； 步骤(B2)，录取音频信息； 步骤(C2)，智能飞行器垂直飞行上升至适应维持的飞行高度H ; 步骤(D2)，采集事故发生地点的图像视频信息，若环境过暗，开启探灯来照明； 步骤(E2)，获取事故发生地点的地理位置坐标； 步骤(F2)，根据已知的无线基站地理位置坐标，计算并查找事故发生地点最近的无线基站; 步骤(G2)，智能飞行器以飞行高度H向最近的无线基站飞行； 步骤(H2)，智能飞行器判断是否检测到无线信号，若是则执行步骤(12)，否则返回执行步骤(G2)； 步骤(12)，智能 飞行器向救助中心发送求助信息； 步骤(J2 )，智能飞行器垂直降落至地面。
【文档编号】G08B25/10GK103809575SQ201410072172
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年2月28日 优先权日:2014年2月28日
【发明者】朱川, 张秀玉, 韩光洁, 武帅, 张赛 申请人:河海大学常州校区