基于多业务优先级的多旋翼无人机远程监测方法与流程

本发明属于无人机远程监测技术领域，涉及一种多旋翼无人机远程监测方法，具体涉及一种基于多业务优先级的多旋翼无人机远程监测方法，可用于各类多旋翼无人机远程监测应用场景。

背景技术：

近几年无人机行业发展迅猛，并逐步向高效、多功能化方向发展。无人机被广泛应用于航拍、电力巡检、环境监测、森林防火、军事侦察等领域。无人机分为固定翼无人机和多旋翼无人机两种机型。其中固定翼无人机起降需要专用跑道且无法再空中停留，而多旋翼无人机具有体积小、隐蔽性好、机动能力强、结构简单、成本低和几乎可在任意场地起飞等特点，使其广泛应用于军事、民用以及科学研究等多个领域。利用多旋翼无人机进行远程监测，可以大大减轻人员的工作负荷，减少人员发生危险的几率。

从目前的公开的资料来看，相关领域的现有的技术监控手段和对象单一，由于多旋翼无人机对数据处理的不足，未对多类数据信息区分服务，导致重要性较高的数据信息不能及时有效的传送至远程监测终端，导致监测实时性不高、信息丢失或者图像失真。例如，授权公告号为cn103823449b、名称为“用于无人机输电线路巡检的集中监控子系统及监控方法”的中国专利，公开了一种用于无人机输电线路巡检的监控方法，对无人机巡检任务进行规划和同步、对无人机巡检的移动子站和无人机飞行平台进行实时远程监控，对巡检数据进行缺陷诊断、统计、分析和展示，描述当前无人机巡检的实时状态场景和电力环境，对无人机巡检任务涉及到的人员、设备和巡检线路进行规划和管理，并对巡检的结果进行集中管理和缺陷诊断。但是该方法的不足之处在于无人机未对采集的多类数据信息指定优先级，造成重要性较高的数据不能及时有效的发送到远程监控终端，导致监测中心不能准确监测被监测现场场景。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上面现有技术所存缺陷，提出了一种基于多业务优先级的多旋翼无人机远程监测方法，基于多旋翼无人机远程监测系统可以完成对位置、距离、图像、温度、火焰或有害气体监测，并在远程监测终端上实时显示上述信息或智能告警，解决远程监测中数据传输的实时性和有效性的问题，提高监测中心对被监测现场场景远程监测的准确性。

本发明的技术思路是：监测中心根据被监测现场场景，向多旋翼无人机发送数据请求信号和请求数据信息类型的优先级；数据采集装置搭载在多旋翼无人机上，采集相应的数据信息；机载数据处理模块对数据信息进行标识和指定优先级；通过机载wifi通信模块和终端wifi模块传输至远程监测终端；远程监测终端进行数据处理，并通过用户交互界面显示用户所需的信息，具体实现步骤为：

(1)监测中心根据被监测现场场景，向多旋翼无人机发送数据请求信号和请求数据信息类型的优先级；

(2)多旋翼无人机采集被监测现场的相关数据信息：多旋翼无人机根据数据请求信号，利用全球定位系统gps接收器、超声波测距模块、摄像头、温度传感器、火焰传感器或有害气体传感器，采集被监测现场的位置信息、距离信息、图像信息、温度信息、火源信息或有害气体浓度信息；

(3)机载wifi通信模块获取多类带有优先级的数据帧：

(3a)机载数据处理模块在被监测现场的每一种相关数据信息前添加标识符α，得到被监测现场的标识数据信息，其中，α为大于等于0的整数，且一个α值仅对应一种数据信息；

(3b)机载数据处理模块根据请求数据信息类型的优先级，为每一根据请求数据信息类型设置ieee802.11协议介质访问控制mac头中的优先级，得到多类优先级mac头；

(3c)机载数据处理模块根据标识数据信息类型将相应类型的优先级mac头添加到标识数据信息前，得到多类带有优先级的数据帧；

(3d)机载数据处理模块按照优先级从高到低的顺序，将多类带有优先级的数据帧依次发送到机载wifi通信模块；

(4)机载wifi通信模块将多类带有优先级的数据帧添加到相应的接入类ac队列中；

(5)机载wifi通信模块向终端wifi通信模块发送一个或多个带有优先级的数据帧：每一个接入类ac队列通过预设的增强分布式信道接入edca参数，竞争发送机会txop，机载wifi通信模块将获得发送机会txop的接入类ac队列中的一个或多个带有优先级的数据帧，发送至远程监测终端的终端wifi通信模块；

(6)远程监测终端的终端数据处理模块提取并存储和发送终端wifi通信模块接收到的多类带有优先级的数据帧的数据信息：

(6a)终端wifi通信模块去除多类带有优先级的数据帧中的优先级mac头，得到多类标识数据信息并发送到终端数据处理模块；

(6b)终端数据处理模块拆分多类标识数据信息，得到每一种标识符α和相应的数据信息；

(6c)终端数据处理模块根据每一种标识符α，处理相应的数据信息，得到多类待显示数据信息；

(6d)终端数据处理模块存储多类待显示数据信息，并将多类待显示数据信息发送到用户交互界面的相应位置；

(7)用户交互界面读取并显示多类待显示数据信息。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1、本发明对多旋翼无人机采集的多种数据信息进行优先级划分，从而对不同的数据信息区分服务，使得重要性较高的数据可以及时有效的传送至远程监测终端，解决远程监测中数据传输的实时性和有效性的问题，提高监测中心对被监测现场场景远程监测的准确性。

2、本发明针对被监测现场场景，监测中心向多旋翼无人机发送数据请求信号和请求数据信息类型的优先级，使得多旋翼无人机可以仅采集被监测现场的相关数据信息，避免了不必要的数据采集，减小了数据处理的工作量。适用于各类多旋翼无人机远程监测应用场景。

附图说明

图1为本发明适用的监测系统的结构示意图；

图2为本发明的实现流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步的详细描述：

参照图1，本发明适用的监测系统的结构示意图，包括四旋翼无人机和远程监控终端。

四旋翼无人机包括数据采集装置、机载数据处理模块和机载wifi通信模块。数据采集装置用于采集被监测现场的相关数据信息；机载数据处理模块用于获取带有优先级的数据帧并将其发送到机载wifi通信模块；机载wifi通信模块用于发送带有优先级的数据帧。数据采集模块包括全球定位系统gps接收器、超声波测距模块、摄像头、温度传感器、火焰传感器或有害气体传感器；全球定位系统gps接收器用于获取被监测现场的位置信息；超声波测距模块用于获取被监测现场的距离信息；摄像头用于获取被监测现场的图像信息；温度传感器用于获取被监测现场的温度；火焰传感器用于获取被监测现场的火源信息；有害气体传感器用于获取被监测现场的有害气体浓度信息。

远程监控终端包括终端wifi通信模块、终端数据处理模块和用户交互界面；终端wifi通信模块用于接收机载wifi通信模块发送的多类带有优先级的数据帧；终端数据处理模块用于提取、存储并发送终端wifi通信模块接收到的数据信息；用户交互界面包括经纬度数据区、地图定位信息区、超声距离测量区、距离警报、有害气体浓度区、图像捕获区、温度监测区和火源警报。经纬度数据区用于显示全球定位系统gps接收器得到的位置信息；地图定位信息区用于显示实时地图数据；超声距离测量区用于显示超声波测距模块得到的距离信息；距离警报用于距离的智能报警；有害气体浓度区用于显示有害气体传感器得到的有害气体浓度信息；图像捕获区用于显示摄像头得到的图像信息；图像捕获区用于显示摄像头得到的图像信息；温度监测区用于显示温度传感器得到的图像信息；火源警报用于火源的智能报警。

参照图2，本发明的实现流程图，包括如下步骤：

步骤1)监测中心根据被监测现场场景，向四旋翼无人机发送数据请求信号和请求数据信息类型的优先级；监控中心根据想要获取的数据的重要性和ieee802.11d中的8种优先级定义，将想要获取的数据按照请求数据信息类型的优先级设置为0～7之间的整数，得到请求数据信息类型的优先级。

步骤2)四旋翼无人机采集被监测现场的相关数据信息：四旋翼无人机根据数据请求信号，利用全球定位系统gps接收器、超声波测距模块、摄像头、温度传感器、火焰传感器或有害气体传感器，采集被监测现场的位置信息、距离信息、图像信息、温度信息、火源信息或有害气体浓度信息；

步骤3)机载wifi通信模块获取多类带有优先级的数据帧：

步骤3a)机载数据处理模块在被监测现场的每一种相关数据信息前添加标识符α，得到被监测现场的标识数据信息，其中，α为大于等于0的整数，且一个α值仅对应一种数据信息；

步骤3b)机载数据处理模块根据请求数据信息类型的优先级，为每一根据请求数据信息类型设置ieee802.11协议介质访问控制mac头中的优先级，得到多类优先级mac头；

步骤3c)机载数据处理模块根据标识数据信息类型将相应类型的优先级mac头添加到标识数据信息前，得到多类带有优先级的数据帧；

步骤3d)机载数据处理模块按照优先级从高到低的顺序，将多类带有优先级的数据帧依次发送到机载wifi通信模块；

步骤4)机载wifi通信模块将多类带有优先级的数据帧添加到相应的接入类ac队列中；

机载wifi通信模块采用增强分布式信道接入edca机制将带有优先级的数据帧归入相应的ac中。每个ac都有自己的优先级数据队列。增强型分布式协调访问edca机制是对原802.11标准中分布式协调功能dcf的扩展，也是基于竞争的方式来访问信道。它定义了四种基于ieee802.1d的访问类型(accesscategory，ac)，包括ac_vo、ac_vi、ac_be、ac_bk。使用8种用户优先级(priority)来接入无线媒体，为不同的业务类型提供不同的业务等级。多种数据信息可以对应同一种数据优先级；一个ac队列可以对应多种数据信息。

本实施例中数据优先级划分如表1所示：

表1本实施例数据优先级划分

步骤5)机载wifi通信模块向终端wifi通信模块发送一个或多个带有优先级的数据帧：每一个ac队列通过预设的增强分布式信道接入edca参数，竞争发送机会txop，机载wifi通信模块将获得发送机会txop的ac队列中的一个或多个带有优先级的数据帧，发送至远程监测终端的终端wifi通信模块；

ieee802.11e标准中增加了一种帧间隔，即仲裁帧间间隔(arbitrationifs，aifs)。aifs是工作于edca模式的机载wifi通信模块要获得传输机会时，必须等待的信道空闲时间。低优先级业务的aifs值要大于高优先级业务的aifs值，即他们等待信道空闲的时间要长，延迟接入信道。给不同ac队列定义值不相同的仲裁帧间间隔aifs，即给不同优先级的数据提供有差别的等待时间来实现报文区分转发的可能性；低优先级业务的aifs值要大于高优先级业务的aifs值，即他们等待信道空闲的时间要长，延迟接入信道。aifs[ac]的计算：

aifs[ac]＝sifs+aifsn[ac]*slottime

其中，sifs为短帧间间隔，slottime为一个时隙的持续时间，单位为μs，aifsn[ac]是一个与优先级相关的整数值，采用默认值：

aifsn[ac_vo]＝2,aifsn[ac_vi]＝2,aifsn[ac_bk]＝3.

除了仲裁帧间间隔aifs外，还有以下几个重要参数：

cwmin：最小竞争窗口，越小的cwmin其优先级越高；

cwmax：最大竞争窗口，越小的cwmax其优先级越高；

txoplimit：txop的最大持续时间值。它是ac队列有权在无线媒体上发送帧交互序列的时隙时间。机载wifi通信模块应确保它的txop不超出指定的txop最大持续时间。

每个机载wifi通信模块中的访问类型ac都是基于上面四种参数独立的竞争，获得访问信道的机会。一旦某个ac侦测到无线媒介处于一个长为aifs的空闲时间状态，它便启动退避规程，只有退避时间减为0的那个ac队列才有权发送数据帧；如果有多个ac队列的退避时间减至0，则来自高优先级ac队列将获得发送机会txop，开始发送相应的帧，而不发送来自较低优先级ac队列的帧。为高优先级数据设置的aifs值与cwmax值相加的和应该大于为低优先级数据设置的aifs值与cwmin值相加的和，这样，低优先级的业务类型就不会完全被封锁而失去发送数据的机会。

步骤6)远程监测终端的终端数据处理模块提取并存储和发送终端wifi通信模块接收到的多类带有优先级的数据帧的数据信息：

步骤6a)终端wifi通信模块去除多类带有优先级的数据帧中的优先级mac头，得到多类标识数据信息并发送到终端数据处理模块；

步骤6b)终端数据处理模块拆分多类标识数据信息，得到每一种标识符α和相应的数据信息；

步骤6c)终端数据处理模块根据每一种标识符α，处理相应的数据信息，得到多类待显示数据信息；

若α＝0，则终端数据处理模块读取数据，得到位置信息，并利用位置信息构造统一资源定位器url地址并将该地址输出到地图应用程序编程接口api，接收从api接口返回的实时地图数据；

若数据信息类型为位置信息，则终端数据处理模块得到待显示位置信息，并利用得到的位置信息构造统一资源定位器url地址并将该地址输出到地图应用程序编程接口api，接收从api接口返回的实时地图数据；

若数据信息类型为距离信息，则终端数据处理模块得到待显示距离信息，并比较此距离信息值与多旋翼无人机运行安全距离的大小，若连续两次小于安全距离，则得到距离报警信息；

若数据信息类型为图像信息，则终端数据处理模块得到待显示图像信息；

若数据信息类型为温度信息，则终端数据处理模块得到待显示温度信息；

若数据信息类型为火源信息，则终端数据处理模块得到待显示火源信息，并判断是否存在火源，若连续两次检测到存在火源，得到火源报警信息；

若数据信息类型为有害气体浓度信息，则终端数据处理模块得到待显示有害气体浓度信息。

步骤6d)终端数据处理模块存储多类待显示数据信息，并将多类待显示数据信息发送到用户交互界面的相应位置；

步骤7)用户交互界面读取并显示多类待显示数据信息。