一种基于LoRa通讯技术的无人机智能配送方法与系统与流程

本发明属于物流配送领域，涉及无人机智能物流配送，特别涉及一种基于lora通讯技术的无人机智能配送方法与系统。

背景技术：

随着现代物流技术和快递市场的迅速发展，无论是企业，机构对工业物资的需求，还是普遍家庭或个人对生活物资的采购要求，物流技术的不断升级完善，不断提高了人们对物流及其服务的体验及进一步的要求。随之而来，无人机在物流中所起到的作用和角色也愈来愈获得重视和采用。无人机物流配送已经从设计方案走到了具体实施阶段，并已在多个应用场景投入了实际运营，取得了很好的效果及经济效益。

在当前的各种无人机物流配送方案中，物资对配送标的位置的点对点投送，全部采用通过无人机自身导航功能，预设目标位置信息，操作无人机平台运行至目标进行物资投送。然而，针对所有需要投送的物料标的进行方位的精确测定并在系统中进行预设，不仅是技术上的挑战，也是商务上的难点。尤其对于系统中各投放点的信息维护，更新，商业推送，尤其对于动态的，临时的，甚至是紧急情况下的物资投送，缺失的预设的配送标的信息，精确地理位置信息都将使得无人机配送面临操作不可实施性或实施风险性。

进一步地，在无人机配送系统面临缺失预设配送标的信息，同时还缺失常规通讯基础设施的情况下，若需要对野外环境，如山区，湖泊，沙漠等极端环境下对目标进行救生救援物资投送，现有无人机配送技术将无法完成预先设定的导航定位信息对目标进行物资投送或救生救援。

各种自然灾害或恶劣环境情况下的救援救生，具有愈来愈多的手段与解决方案。在各种救援救生的过程和环境中，救援目标的求救信号，包括位置信息等的及时获取，成为整个救援救生过程中至为关键的组成部分。救援目标可以通过手机等移动终端平台发出求救信号，第一时间将所能收集到的物理位置信息及其他环境信息发送出去，以获得及时的救援，导致生命财产的重大损失。

随着lora通讯技术的发展，它的特定技术特点为人们越来越广泛的有所认识，极低的能耗，远程的通讯距离，极强的障碍穿透性，是lora通讯的显著特点。因此，lora通讯被逐步广泛应用于智能传感领域，以高性价比连接传感装置，应用在采集环境信息等系统中。同时，lora通讯无需依靠通讯运营商的基站网络，在节点模块和网关模块之间可动态构成通讯网络，进行数据通讯。

本发明提供一种基于lora通讯节点（node）及搭载在无人机平台上动态部署的lora网关（gateway）系统，构建动态物资投送、配送渠道，完成在缺失通讯网络覆盖情况下救生救援，完善物流配送的过程与方法。

技术实现要素：

为了解决背景技术中所提出的技术问题，本发明提出了一种基于lora通讯技术的无人机智能配送方法与系统，采用lora通讯节点（node）模块，以及搭载在无人机配送平台上的，动态部署的lora网关（gateway）系统，构成动态lora私网或公网，采集物资投送目标信信息及相关精确地理定位导航信息，从而建立lora无人机配送平台与lora配送货柜平台间的动态联系，完成物资精确投送的过程；同时，在紧急情况下，配送无人机设备可作为快速动态部署的平台，可以快捷方便地将lora网关或其他lora通讯接收设备部署至救援目标区域收集求救信号及相关信息；lora节点设备集成的lorawan通讯协议内置位置计算定位功能可以帮助无人机平台无需精确导航信息也可以动态计算出lora节点导航位置信息，从而使系统可以简化lora节点通讯设备的功能及体积，减少能耗，进而在紧急情况下建立无人机配送平台与lora配送货柜间的实时联系，从而大大提高了系统的生存性，便捷性及安全性。

在本发明方案中，lora是创建长距离通讯连接的物理层或无线调制技术，基于css调制技术（chirpspreadspectrum）的lora技术相较于传统的fsk技术，能极大地增加通讯范围，具有传输距离远、抗干扰性强等特点，实现了低功耗和远距离传输的统一，在ism工作频段上，城镇传输距离可达2-5公里，郊区等开阔环境可达15公里，同时电池寿命长达10年以上。lora通讯具有前向纠错（fec）能力，有很强的穿透性，在建筑材料的屏蔽下能够保证良好的通讯质量。在lora动态组网方面，一个lora网关可以连接的lora节点可达到数千至数万的量级，同时lora通讯协议自身具备定位机制，可以由lora网关依据与lora节点之间的通讯解析获得节点的位置信息。

本发明方案为一种基于lora通讯技术的无人机智能配送方法与系统，其特有的技术特点在于：

1.系统集成配送货柜lora节点信息发送装置及配送无人机平台lora网关信息接收装置，可将物流配送的发送及接收方的设置更加动态化，极大提高物资配送的时效性，便捷性，维护简易性，系统可靠性，以及商业的可推广性；

2.经由lora通讯网络技术，系统提供了长持续，低功耗，远距离，强抗干扰，强穿透性的配送货柜信号发送方案，大大增强了导航定位信号被接收，大大加强配送无人机平台快速、精确到达配送地点的可能性；

3.lora网关或lora组网设备集成在无人机等快速部署平台上，加强了在各种场合及环境，尤其是应急情况下部署的便捷性，及时性及大范围搜索性。

同时，本发明的技术解决方案特殊之处还在于：lora通讯网络及联系无需依靠运营商的通讯基础设施或网络基站，大大提高了系统的可适应性，对于野外环境，尤其是极端环境中的应用有重要意义。

本系统包括lora智能配送货柜平台及lora智能配送无人机平台，完成以lora节点通讯方式发出配送标的信息、地理位置定位导航信息，以无人机配置lora网关通讯设备方式接收相关信息的物流配送系统与方法；包括依次相连的导航定位单元，中央处理控制单元，lora节点（node）通讯单元，lora网关（gateway）通讯单元及系统应用服务器单元。

本系统中的导航定位单元为具有依靠全球定位系统，采集地理定位数据、产生导航信息的电子模块及天线模块，包括gps、北斗、伽利略导航系统相应的电子模块及天线模块。

中央处理控制单元为导航定位单元及lora通讯节点单元的微处理器及相关电子线路；完成对导航定位单元及lora通讯节点单元的控制操作，数据预处理、存储、传输及信息格式的转换；依据预存的运算逻辑，完成系统整体功能。

lora节点（node）通讯单元为基于lora通讯协议与lora网关进行连接并作为lora节点（node）进行数据传输的电子线路模块；可以是任何在微处理器控制下或集成嵌入式微处理器以完成此项功能的电子线路模块及相应的通讯天线模块。

本系统中的lora网关（gateway）通讯单元为部署于配送无人机平台，基于lora通讯协议与目标配送货柜的lora通讯节点组成联网，具有数据处理功能，完成数据传输、存储及控制的电子线路模块；同时lora网关完成通讯协议的转换，将lora通讯信息以预先设定的无线通讯方式与后台网络服务器或应用服务器进行数据的传输；此单元可以是任何在微处理器控制下或集成嵌入式微处理器以完成此项功能的电子线路模块或设备。

系统应用服务器单元为部署于系统后台服务端，与部署于配送无人机平台的lora网关设备进行数据通讯并进行数据后台操作的单元模块，包括计算，存储，显示输出等处理操作；此单元在架构上可细分为网络服务器，用户应用服务器等多种形式数据后台设备；取决于搭载lora网关的平台，后台服务器与lora网关设备的通讯可以是任何无线或有线通讯方式。

lora智能配送货柜平台可以是社区、机构或个人的物流快递存取货柜，也包括任何在系统中具有物流标的记录，作为物流投送目标的实体货柜或非实体货物接收位置。

lora智能配送无人机平台包括以物流配送为主要功能的无人飞行器，无人驾驶汽车及其他物资投送平台。

本系统中的无人机智能配送的主要系统功能与方法，由以下常规情况下的操作过程予以说明：

s1:所述系统应用服务器单元将目标物流标的信息，包括物资信息，目标身份信息，投送区域大致位置等信息通过系统后台与lora智能配送无人机平台的专用通讯线路，上传导入至无人机平台的lora网关（gateway）通讯单元；

s2：所述lora智能配送货柜平台的中央处理控制单元，通过系统导航定位单元获得全球定位及导航数据参数，产生物流配送标的精确定位导航信息，结合相应货柜平台身份信息，配送物资信息等，产生符合lorawan通讯协议的数据格式，通过lora通讯单元进行信息发送操作；

s3：所述lora智能配送无人机平台运行、部署至目标区域，无人机平台的lora网关（gateway）通讯单元通过lorawan通讯协议以lora通讯方式扫描、搜索、接收并确认配送目标的物流配送标的信息及精确地理位置定位和导航信息；

s4:所述lora智能配送无人机平台根据所接收的精确配送目标地理定位及导航信息，渐次调整运行路线，到达目标物流标的所定义的lora智能配送货柜平台位置，完成物流配送过程与程序。

本系统中的无人机智能配送的主要系统功能与方法，还由以下紧急情况下的操作过程予以说明：

s1:在缺失目标身份信息，缺失预先设定的物资配送标的信息，例如在紧急救生救援情况下，所述系统应用服务器单元将紧急投送模式信息，包括紧急投送级别信息，lorawan通讯节点信号位置算法，搜索区域大致位置，搜索范围，搜索重复频率等信息通过系统后台与lora智能配送无人机平台的专用通讯线路，上传导入至无人机平台的lora网关（gateway）通讯单元；

s2：在紧急救生救援情况下，所述lora智能配送货柜平台的中央处理控制单元，以低能耗方式，通过lora通讯单元重复发送lorawan格式呼叫信号；

s3：所述lora智能配送无人机平台运行、搜索至目标区域，无人机平台的lora网关（gateway）通讯单元通过lorawan通讯协议以lora通讯方式扫描、搜索、接收目标的lorawan格式呼叫信号；

s4:所述lora智能配送无人机平台根据所接收的目标lorawan格式呼叫信号，运行lorawan通讯协议中对发送信号的位置计算方法，获知目标方位信息，调整指向目标区域的运行路线；

s5：所述lora智能配送无人机平台重复接收目标lorawan格式呼叫信号，更新目标方位信息，渐次调整运行路线，到达目标位置，完成救生救援及物资投送过程与程序；

所述步骤s1中lora功能，为具有以lora通讯协议在lora节点（node）及lora网关（gateway）之间进行数据传输，基于扩频技术，处于433、868、915mhz的ism工作频段，具有低功耗，传输距离长，传输穿透力强等技术特点。所述支持lora的节点或网关装置为具备以lora通讯协议进行同等通讯功能的终端与设备。

本发明中技术方案的优点还包括：

1.求生信息通过lora节点装置发送，支持超长距离信号发送（可达5-15公里），强信号穿透力，及超长时电池寿命（长达10年）；

2.lora网关通过无人机部署，可达成lora组网的快捷，便捷性；

3.系统整体结构简单，技术成熟可靠，价格相对低廉，适用的救援场景应用程度高，市场化可期程度高。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图；

其中，1-导航定位单元，2-中央处理控制单元，3-lora节点通讯单元，4-lora网关通讯单元，5-系统应用服务器；

图2为实施例一，本系统在常规情况下的功能及操作过程示意图；

图3为实施例二，本系统在应急情况下的功能及操作过程示意图。

具体实施方式

下面我们结合说明书附图介绍本发明的两个较佳实施例，举例证明本发明可以实施，可以向本领域中的技术人员完整介绍本发明，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，其保护范围并非仅限于文中提到的实施例，本文的附图和说明本质上是举例说明而不是限制本发明。

如发明附图1所示，本发明是一种基于lora通讯技术的无人机智能配送方法与系统，包括lora智能配送货柜平台及lora智能配送无人机平台，完成以lora节点通讯方式发出配送标的信息、地理位置定位导航信息，以无人机配置lora网关通讯设备方式接收相关信息的物流配送系统与方法；包括依次相连的导航定位单元1，中央处理控制单元2，lora节点（node）通讯单元3，lora网关（gateway）通讯单元4及系统应用服务器单元5。

本实施方案中的导航定位单元1为具有依靠全球定位系统，采集地理定位数据、产生导航信息的电子模块及天线模块，包括gps、北斗、伽利略导航系统相应的电子模块及天线模块。中央处理控制单元2为导航定位单元1及lora通讯节点单元3的微处理器及相关电子线路；完成对导航定位单元1及lora通讯节点单元3的控制操作，数据预处理、存储、传输及信息格式的转换；依据预存的运算逻辑，完成系统整体功能。lora节点（node）通讯单元3为基于lora通讯协议与lora网关进行连接并作为lora节点（node）进行数据传输的电子线路模块；可以是任何在微处理器控制下或集成嵌入式微处理器以完成此项功能的电子线路模块及相应的通讯天线模块。本实施方案中的lora网关（gateway）通讯单元4为部署于配送无人机平台，基于lora通讯协议与目标配送货柜的lora通讯节点3组成联网，具有数据处理功能，完成数据传输、存储及控制的电子线路模块；同时lora网关完成通讯协议的转换，将lora通讯信息以预先设定的无线通讯方式与后台网络服务器或应用服务器进行数据的传输；此单元可以是任何在微处理器控制下或集成嵌入式微处理器以完成此项功能的电子线路模块或设备。系统应用服务器单元5为部署于系统后台服务端，与部署于配送无人机平台的lora网关设备4进行数据通讯并进行数据后台操作的单元模块，包括计算，存储，显示输出等处理操作；此单元在架构上可细分为网络服务器，用户应用服务器等多种形式数据后台设备；取决于搭载lora网关的平台，后台服务器与lora网关设备的通讯可以是任何无线或有线通讯方式。本实施方案中lora智能配送货柜平台可以是社区、机构或个人的物流快递存取货柜，也包括任何在系统中具有物流标的记录，作为物流投送目标的实体货柜或非实体货物接收位置。lora智能配送无人机平台包括以物流配送为主要功能的无人飞行器，无人驾驶汽车及其他物资投送平台。

本实施方案中的无人机智能配送的主要系统功能与方法，由以下常规情况下的操作过程予以说明：

s1:所述系统应用服务器单元5将目标物流标的信息，包括物资信息，目标身份信息，投送区域大致位置等信息通过系统后台与lora智能配送无人机平台的专用通讯线路，上传导入至无人机平台的lora网关（gateway）通讯单元4；

s2：所述lora智能配送货柜平台的中央处理控制单元2，通过系统导航定位单元1获得全球定位及导航数据参数，产生物流配送标的精确定位导航信息，结合相应货柜平台身份信息，配送物资信息等，产生符合lorawan通讯协议的数据格式，通过lora通讯单元3进行信息发送操作；

s3：所述lora智能配送无人机平台运行、部署至目标区域，无人机平台的lora网关（gateway）通讯单元4通过lorawan通讯协议以lora通讯方式扫描、搜索、接收并确认配送目标的物流配送标的信息及精确地理位置定位和导航信息；

s4:所述lora智能配送无人机平台根据所接收的精确配送目标地理定位及导航信息，渐次调整运行路线，到达目标物流标的所定义的lora智能配送货柜平台位置，完成物流配送过程与程序。

本实施方案中的无人机智能配送的主要系统功能与方法，还由以下紧急情况下的操作过程予以说明：

s1:在缺失目标身份信息，缺失预先设定的物资配送标的信息，例如在紧急救生救援情况下，所述系统应用服务器单元5将紧急投送模式信息，包括紧急投送级别信息，lorawan通讯节点信号位置算法，搜索区域大致位置，搜索范围，搜索重复频率等信息通过系统后台与lora智能配送无人机平台的专用通讯线路，上传导入至无人机平台的lora网关（gateway）通讯单元4；

s2：在紧急救生救援情况下，所述lora智能配送货柜平台的中央处理控制单元2，以低能耗方式，通过lora通讯单元3重复发送lorawan格式呼叫信号；

s3：所述lora智能配送无人机平台运行、搜索至目标区域，无人机平台的lora网关（gateway）通讯单元4通过lorawan通讯协议以lora通讯方式扫描、搜索、接收目标的lorawan格式呼叫信号；

s4:所述lora智能配送无人机平台根据所接收的目标lorawan格式呼叫信号，运行lorawan通讯协议中对发送信号的位置计算方法，获知目标方位信息，调整指向目标区域的运行路线；

s5：所述lora智能配送无人机平台重复接收目标lorawan格式呼叫信号，更新目标方位信息，渐次调整运行路线，到达目标位置，完成救生救援及物资投送过程与程序；

所述步骤s1中lora功能，为具有以lora通讯协议在lora节点（node）3及lora网关（gateway）4之间进行数据传输，基于扩频技术，处于433、868、915mhz的ism工作频段，具有低功耗，传输距离长，传输穿透力强等技术特点。所述支持lora的节点或网关装置为具备以lora通讯协议进行同等通讯功能的终端与设备。

实施例一

如发明附图2所示，本实施例演示实现一种在常规应用情景下，基于lora通讯技术的无人机智能配送方法与系统，包括lora智能配送货柜平台及lora智能配送无人机平台，完成以lora节点通讯方式发出配送标的信息、地理位置定位导航信息，以无人机配置lora网关通讯设备方式接收相关信息的物流配送系统与方法；包括依次相连的导航定位单元1，中央处理控制单元2，lora节点（node）通讯单元3，lora网关（gateway）通讯单元4及系统应用服务器单元5。

本实施例中的导航定位单元1为具有依靠全球定位系统，采集地理定位数据、产生导航信息的电子模块及天线模块，包括gps、北斗、伽利略导航系统相应的电子模块及天线模块。中央处理控制单元2为导航定位单元1及lora通讯节点单元3的微处理器及相关电子线路；完成对导航定位单元1及lora通讯节点单元3的控制操作，数据预处理、存储、传输及信息格式的转换；依据预存的运算逻辑，完成系统整体功能。lora节点（node）通讯单元3为基于lora通讯协议与lora网关进行连接并作为lora节点（node）进行数据传输的电子线路模块；可以是任何在微处理器控制下或集成嵌入式微处理器以完成此项功能的电子线路模块及相应的通讯天线模块。本实施例中的lora网关（gateway）通讯单元4为部署于配送无人机平台，基于lora通讯协议与目标配送货柜的lora通讯节点3组成联网，具有数据处理功能，完成数据传输、存储及控制的电子线路模块；同时lora网关完成通讯协议的转换，将lora通讯信息以预先设定的无线通讯方式与后台网络服务器或应用服务器进行数据的传输；此单元可以是任何在微处理器控制下或集成嵌入式微处理器以完成此项功能的电子线路模块或设备。系统应用服务器单元5为部署于系统后台服务端，与部署于配送无人机平台的lora网关设备4进行数据通讯并进行数据后台操作的单元模块，包括计算，存储，显示输出等处理操作；此单元在架构上可细分为网络服务器，用户应用服务器等多种形式数据后台设备；取决于搭载lora网关的平台，后台服务器与lora网关设备的通讯可以是任何无线或有线通讯方式。本实施方案中lora智能配送货柜平台可以是社区、机构或个人的物流快递存取货柜，也包括任何在系统中具有物流标的记录，作为物流投送目标的实体货柜或非实体货物接收位置。lora智能配送无人机平台包括以物流配送为主要功能的无人飞行器，无人驾驶汽车及其他物资投送平台。

本实施例中的无人机智能配送的主要系统功能与方法，由以下常规情况下的操作过程予以说明：

s1:所述系统应用服务器单元5将目标物流标的信息，包括物资信息，目标身份信息，投送区域大致位置等信息通过系统后台与lora智能配送无人机平台的专用通讯线路，上传导入至无人机平台的lora网关（gateway）通讯单元4；

s2：所述lora智能配送货柜平台的中央处理控制单元2，通过系统导航定位单元1获得全球定位及导航数据参数，产生物流配送标的精确定位导航信息，结合相应货柜平台身份信息，配送物资信息等，产生符合lorawan通讯协议的数据格式，通过lora通讯单元3进行信息发送操作；

s3：所述lora智能配送无人机平台运行、部署至目标区域，无人机平台的lora网关（gateway）通讯单元4通过lorawan通讯协议以lora通讯方式扫描、搜索、接收并确认配送目标的物流配送标的信息及精确地理位置定位和导航信息；

s4:所述lora智能配送无人机平台根据所接收的精确配送目标地理定位及导航信息，渐次调整运行路线，到达目标物流标的所定义的lora智能配送货柜平台位置，完成物流配送过程与程序。

实施例二

如发明附图3所示，本实施例演示实现一种在紧急应用情景下，基于lora通讯技术的无人机智能配送方法与系统，包括lora智能配送货柜平台及lora智能配送无人机平台，完成以lora节点通讯方式发出配送标的信息、地理位置定位导航信息，以无人机配置lora网关通讯设备方式接收相关信息的物流配送系统与方法；包括依次相连的导航定位单元1，中央处理控制单元2，lora节点（node）通讯单元3，lora网关（gateway）通讯单元4及系统应用服务器单元5。

本实施例中的导航定位单元1为具有依靠全球定位系统，采集地理定位数据、产生导航信息的电子模块及天线模块，包括gps、北斗、伽利略导航系统相应的电子模块及天线模块。中央处理控制单元2为导航定位单元1及lora通讯节点单元3的微处理器及相关电子线路；完成对导航定位单元1及lora通讯节点单元3的控制操作，数据预处理、存储、传输及信息格式的转换；依据预存的运算逻辑，完成系统整体功能。lora节点（node）通讯单元3为基于lora通讯协议与lora网关进行连接并作为lora节点（node）进行数据传输的电子线路模块；可以是任何在微处理器控制下或集成嵌入式微处理器以完成此项功能的电子线路模块及相应的通讯天线模块。本实施例中的lora网关（gateway）通讯单元4为部署于配送无人机平台，基于lora通讯协议与目标配送货柜的lora通讯节点3组成联网，具有数据处理功能，完成数据传输、存储及控制的电子线路模块；同时lora网关完成通讯协议的转换，将lora通讯信息以预先设定的无线通讯方式与后台网络服务器或应用服务器进行数据的传输；此单元可以是任何在微处理器控制下或集成嵌入式微处理器以完成此项功能的电子线路模块或设备。系统应用服务器单元5为部署于系统后台服务端，与部署于配送无人机平台的lora网关设备4进行数据通讯并进行数据后台操作的单元模块，包括计算，存储，显示输出等处理操作；此单元在架构上可细分为网络服务器，用户应用服务器等多种形式数据后台设备；取决于搭载lora网关的平台，后台服务器与lora网关设备的通讯可以是任何无线或有线通讯方式。本实施方案中lora智能配送货柜平台可以是社区、机构或个人的物流快递存取货柜，也包括任何在系统中具有物流标的记录，作为物流投送目标的实体货柜或非实体货物接收位置。lora智能配送无人机平台包括以物流配送为主要功能的无人飞行器，无人驾驶汽车及其他物资投送平台。

本实施例中的无人机智能配送的主要系统功能与方法，由以下紧急情况下的操作过程予以说明：

s1:在缺失目标身份信息，缺失预先设定的物资配送标的信息，例如在紧急救生救援情况下，所述系统应用服务器单元5将紧急投送模式信息，包括紧急投送级别信息，lorawan通讯节点信号位置算法，搜索区域大致位置，搜索范围，搜索重复频率等信息通过系统后台与lora智能配送无人机平台的专用通讯线路，上传导入至无人机平台的lora网关（gateway）通讯单元4；

s2：在紧急救生救援情况下，所述lora智能配送货柜平台的中央处理控制单元2，以低能耗方式，通过lora通讯单元3重复发送lorawan格式呼叫信号；

s3：所述lora智能配送无人机平台运行、搜索至目标区域，无人机平台的lora网关（gateway）通讯单元4通过lorawan通讯协议以lora通讯方式扫描、搜索、接收目标的lorawan格式呼叫信号；

s4:所述lora智能配送无人机平台根据所接收的目标lorawan格式呼叫信号，运行lorawan通讯协议中对发送信号的位置计算方法，获知目标方位信息，调整指向目标区域的运行路线；

s5：所述lora智能配送无人机平台重复接收目标lorawan格式呼叫信号，更新目标方位信息，渐次调整运行路线，到达目标位置，完成救生救援及物资投送过程与程序。