一种基于应急电源的充电控制方法及系统与流程

本发明属于物联网，具体涉及一种基于应急电源的充电控制方法及系统。

背景技术：

1、随着无人机技术的发展，无人机在农业领域的应用越来越广泛，例如利用无人机集群对指定的多个农田进行喷药、播种、监控。然而无人机的电量问题仍然是限制其续航能力和应用范围的主要因素之一。

2、由于高温或低温环境均容易影响无人机电池性能，这会影响无人机在农业作业时的续航里程，从而影响无人机的农业作业进度。若无人机容易出现电量不足而无法继续飞行的情况，此时需临时降落并等待工作人员对其进行充电救援。但目前针对大规模的农业无人机场景进行充电救援时的救援效率较低。在充电救援时，一方面缺少无人机的降落位置，在寻找无人机的降落位置时需要耗费时间，另一方面还需匹配合适的应急电源。

技术实现思路

1、为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本技术提供了一种基于应急电源的充电控制方法及系统。

2、为了达到上述目的，本技术采用以下技术方案：

3、根据本技术的一个方面，提供了一种基于应急电源的充电控制方法，所述方法用于云服务器，该云服务器还分别与多个无人机、多个充电站、多个用户终端连接，每个用户终端均与一个终端id一一对应，其中无人机均采用可拆卸电源的方式进行供电；

4、所述方法包括：响应于接收到由需充电救援状态的无人机发起的充电救援请求，根据无人机作业实时图像确定目标降落位置信息，基于无人机id进行发送目标降落位置信息，所述充电救援请求包括无人机id、无人机电源型号、无人机作业实时图像；

5、根据每个用户终端发送的第一状态信息以确定人员位置分布信息；

6、根据每个充电站发送的第二状态信息以确定应急电源位置分布信息；

7、基于应急电源位置分布信息，根据无人机电源型号进行筛选以确定应急电源待筛选集合；

8、基于人员位置分布信息进行筛选以确定应急人员待筛选集合；

9、根据目标降落位置信息、应急人员待筛选集合和应急电源待筛选集合进行筛选以确定目标应急组合信息，所述目标应急组合信息包括目标应急人员的目标终端id、目标电源设备id和目标应急电源位置信息；

10、将目标应急电源位置信息、目标降落位置信息打包为充电救援反馈信息，基于目标终端id进行发送所述充电救援反馈信息；

11、其中，所述充电救援请求为无人机在电量不足以飞行至充电站时进行发起，每个第一状态信息均包括与对户终端对应的工作人员的工作状态信息和第一位置状态信息，每个第二状态信息均包括与充电站对应的应急电源状态信息和与充电站对应的第二位置状态信息。

12、优选地，在根据无人机作业实时图像确定目标降落位置信息中，具体包括：

13、生成与无人机作业实时图像对应的待匹配地形数据；

14、在预生成的农业作业区域地形模型中根据待匹配地形数据进行匹配以得到待降落范围；

15、根据待降落范围确定至少一个预设临时降落点；

16、依次遍历预设临时降落点，若当前遍历的预设临时降落点与降落参照点之间的相对距离最小，则将该预设临时降落点对应的空间位置信息作为目标降落位置信息；

17、其中，所述降落参照点具体为以无人机作业实时图像的图像中心所对应的位置，农业作业区域地形模型用于以地形模型点的空间位置信息表达地面形态，地形数据均包括与该地形图像对应的地形影像平面图以及地形影像平面图对应的空间位置信息，空间位置信息是地形影像平面图上每个像素点对应的经纬度信息和高程信息。

18、优选地，在预生成的农业作业区域地形模型中根据待匹配地形数据进行匹配以得到待降落范围中，具体包括：遍历农业作业区域地形模型，依次获取当前遍历的地形影像平面图，通过对待匹配地形数据中的地形影像平面图、当前遍历的地形影像平面图进行提取sift特征，以用来描述该无人机作业实时图像的局部特征，使用特征匹配算法对两个地形影像平面图进行特征匹配，从而得到关于两个地形影像平面图的特征相似度，若特征相似度大于预设相似度阈值则视为匹配成功，将匹配成功的地形影像平面图所在的地形边界范围作为待降落范围并结束遍历，若匹配失败则继续遍历。

19、优选地，预设临时降落点为利用地势识别模型和障碍物识别模型进行分析得到，将地势平坦且无障碍物的地形区域标记为预设临时降落点；

20、所述地势识别模型为使用多组数据通过机器学习训练得到，多组数据中的每组数据均包括：地形影像平面训练图像和标识该地形影像平面训练图像中每个地形区域是否平坦的标签信息；

21、所述障碍物识别模型为使用多组数据通过机器学习训练得到，多组数据中的每组数据均包括：地形影像平面训练图像和标识该地形影像平面训练图像中障碍物的位置的标签信息。

22、优选地，在根据无人机电源型号进行筛选以确定应急电源待筛选集合中，具体包括：在应急电源位置分布信息中，基于无人机电源型号对所有的应急电源进行第一次筛选，根据预设电源电量状态阈值和应急电源电量状态信息对经过第一次筛选后的应急电源进行第二次筛选，从而得到应急电源待筛选集合。

23、优选地，在基于人员位置分布信息进行筛选以确定应急人员待筛选集合中，具体包括：在人员位置分布信息中将处于休息状态或空闲状态的工作人员所对应的终端id筛选出来作为应急人员的终端id，以得到应急人员待筛选集合。

24、优选地，在所述充电救援请求为无人机在电量不足以飞行至充电站时进行发起中，具体包括：在农业无人机作业过程中，根据当前农业作业任务对应的作业范围确定与相邻充电站的返航soc需求值，当检测到存在返航失败风险时，此时无人机将由作业状态转换为需充电救援状态，并发起充电救援请求。

25、优选地，在根据目标降落位置信息、应急人员待筛选集合和应急电源待筛选集合进行筛选以确定目标应急组合信息中，具体包括：

26、基于应急人员待筛选集合和应急电源待筛选集合，计算第一应急距离集合；

27、基于目标降落位置信息和应急电源待筛选集合，计算第二应急距离集合；

28、根据第一应急距离集合和第二应急距离集合的应急组合情况，找到最短距离和对应的应急组合信息，从而确定为目标应急组合信息；

29、第一应急距离集合中的每个元素具体表示为：

30、

31、其中d1(m，n)表示应急人员待筛选集合中第m个应急人员与应急电源待筛选集合中第n个应急电源之间的水平距离，xm、ym分别对应第m个应急人员的横坐标、纵坐标，x’n、y’n分别对应第n个应急电源的横坐标、纵坐标，1≤m≤m，1≤n≤n，m为应急人员待筛选集合中应急人员的总数量，n为应急电源待筛选集合中应急电源的总数量；

32、第二应急距离集合中的每个元素具体表示为：；

33、

34、其中d2(n)表示目标降落位置信息与应急电源待筛选集合中第n个应急电源之间的水平距离，x0、y0分别对应目标降落位置信息的横坐标、纵坐标，x’n、y’n分别对应第n个应急电源的横坐标、纵坐标。

35、优选地，在找到最短距离和对应的应急组合信息中，具体包括：

36、确定最短距离和时对应的目标应急组合序号，表示为：

37、{mobj,nobj}＝arg min{d1(m，n)+d2(n)}

38、其中，{mobj,nobj}表示当d1(m，n)+d2(n)为最短距离和时对应的目标应急人员序号、目标应急电源序号所构成的目标应急组合序号；

39、将与该目标应急人员序号对应的终端id确定为目标终端id；

40、将与该目标应急电源序号对应的电源设备id确定为目标电源设备id，并将该电源设备id对应的空间位置信息确定为目标应急电源位置信息；

41、将目标终端id、目标电源设备id、目标应急电源位置信息确定为目标应急组合信息。

42、根据本技术的另一个方面，还提供了一种基于应急电源的充电控制系统，该系统包括：

43、目标降落位置处理模块，用于响应于接收到由需充电救援状态的无人机发起的充电救援请求，根据无人机作业实时图像确定目标降落位置信息，基于无人机id进行发送目标降落位置信息，所述充电救援请求包括无人机id、无人机电源型号、无人机作业实时图像；

44、人员位置分布模块，用于根据每个用户终端发送的第一状态信息以确定人员位置分布信息；

45、应急电源位置分布模块，用于根据每个充电站发送的第二状态信息以确定应急电源位置分布信息；

46、第一筛选模块，用于基于应急电源位置分布信息，根据无人机电源型号进行筛选以确定应急电源待筛选集合；

47、第二筛选模块，用于基于人员位置分布信息进行筛选以确定应急人员待筛选集合；

48、目标应急组合确定模块，用于根据目标降落位置信息、应急人员待筛选集合和应急电源待筛选集合进行筛选以确定目标应急组合信息，所述目标应急组合信息包括目标应急人员的目标终端id、目标电源设备id和目标应急电源位置信息；

49、充电救援反馈模块，用于将目标应急电源位置信息、目标降落位置信息打包为充电救援反馈信息，基于目标终端id进行发送所述充电救援反馈信息；

50、其中，所述充电救援请求为无人机在电量不足以飞行至充电站时进行发起，每个第一状态信息均包括与对户终端对应的工作人员的工作状态信息和第一位置状态信息，每个第二状态信息均包括与充电站对应的应急电源状态信息和与充电站对应的第二位置状态信息。

51、本技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

52、(1)本技术利用目标降落位置信息为无人机精确定位和导航到要临时降落点，避免了无人机在浩瀚的农田中浪费时间，同时根据目标降落位置信息、应急人员待筛选集合和应急电源待筛选集合进行筛选以确定目标应急组合信息，根据第一应急距离集合和第二应急距离集合的应急组合情况，找到最短距离和对应的应急组合信息以确定为目标应急组合信息，进而通过找到目标终端id和目标电源设备id来为无人机充电救援找到最佳应急路线，利用应急电源位置信息找到应急电源，提高了匹配应急电源时的效率，进而利用目标降落位置信息找到需充电救援状态的无人机，提高了寻找无人机时的搜索效率，从而提高对农业作业的无人机的充电救援效率，为农业生产的现代化和智能化提供支持。

53、(2)本技术在根据无人机作业实时图像确定目标降落位置信息中，利用地势识别模型和障碍物识别模型进行分析得到预设临时降落点，利用地势识别模型识别平坦的地形区域，利用障碍物识别模型识别障碍物，将地势平坦且无障碍物的地形区域标记为预设临时降落点，以提高目标降落位置信息确定时的安全性，通过为无人机提供一个与应急人员同步的预设临时降落点，使得应急人员与无人机对最终的目标降落位置信息一致，提高了在无人机充电救援时对无人机的搜索效率，进而提高救援效率。

54、(3)本技术通过将与无人机电源型号相同的应急电源筛选出来，然后再将应急电源电量状态信息大于或等于预设电源电量状态阈值的应急电源筛选出来，从而将符合无人机电源型号、预设电源电量状态阈值的应急电源筛选出来以得到应急电源待筛选集合，及时为无人机充电救援时提供合适的应急电源，提高了无人机充电救援时的可靠性。