基于多旋翼无人机编队的字符显示方法及系统与流程

本发明涉及多旋翼无人机编队飞行应用领域，尤其涉及一种基于多旋翼无人机编队的字符显示方法及系统。

背景技术：

在媒体广告行业，有效的信息传播对于商家建立品牌效应至关重要。然而，在信息过剩的今天，传统的平面媒体、多媒体、移动媒体等都难以从形式上快速吸引消费者的眼球，当今时代早已从单向的信息消费时代步入了双向的信息交互时代，因此媒体广告等行业面临一场不可避免的技术革命。另一方面，多旋翼无人机技术日益成熟，并在近些年成为高技术发展的热点。采用多旋翼无人机编队进行广告标语、品牌形象等空中字符的显示，是一种全新的广告宣传方式，不仅能造成一种消费者身临其境的交互式视觉冲击力，还能利用飞行高度在一个广阔的区域内实现宣传效果。此外，这种应用还可以直接推广到节日庆典表演、政府信息公告等应用领域，因此具有极大的应用前景。

现有的无人机技术研究大多集中于单机方面，而利用多无人机编队实现任意字符的动态表示和切换则几乎处于空白状态。2016年11月4日，Intel公司采用500架无人机实现了编队飞行，并在空中显示出公司的英文名；诸如此类的项目还包括早期国内亿航、甄迪等无人机公司所做的多无人机表演。然而，这些研究的一个共同问题是，其所要显示的字符或图形都是预先定制化设计好的编队队形脚本，设计员需要预先计算出所有无人机节点的位置，这种系统难以扩展和复用，同时无法实现复杂的队形变换。如何实现灵活、动态地显示和切换任意字符成为了亟待解决的问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的上述问题，即为了实现灵活、动态地显示和切换任意字符，本发明提供了一种基于多旋翼无人机编队的字符显示方法，包括以下步骤：

步骤1，在任务中获取待显示字符，在点阵字库中提取所述待显示字符对应的多位二进制编码；所述二进制编码为在任意字库中提取所述待显示字符时所统一转换的编码格式；其中，所述二进制编码中“1”位表示亮点，“0”位表示暗点；

步骤2，根据所述多位二进制编码排列成的点阵计算所述多位二进制编码中所有‘1’位的空间地理位置；

步骤3，建立所有‘1’位与多旋翼无人机间的对应指派关系；

步骤4，根据各‘1’位的空间地理位置指派对应的多旋翼无人机飞往指定的空间地理位置，以构成所述待显示字符的多旋翼无人机编队显示。

优选地，步骤2具体包括：

步骤21，选定参考点建立参考直角坐标系，计算所述多位二进制编码中所有‘1’位的坐标位置；

步骤22，对所述点阵进行缩放处理，计算所有经所述缩放处理后‘1’位的坐标位置；

步骤23，对经缩放处理后的点阵进行空间三维旋转处理，计算所有经所述空间三维旋转处理后“1”位的坐标位置；

步骤24，定义所述参考点对应的空间地理位置，计算所有经所述空间三维旋转处理后“1”位的空间地理位置。

优选地，步骤3具体为：

建立所有经所述缩放处理和所述空间三维旋转处理后的“1”位与所述多旋翼无人机间的对应指派关系。

优选地，还包括：

步骤5，指示所述多旋翼无人机飞往指定的空间地理位置后根据所述任务控制机载LED灯的亮灭状态及颜色。

优选地，在建立所有‘1’位与所述多旋翼无人机间的对应指派关系时，其实现方式包括如下两种：

顺序指派，根据字符中“1”位的顺序与各多旋翼无人机的编码顺序预先定义映射表，按照所述映射表进行指派；或

优化指派，根据所有多旋翼无人机的当前位置和待显示字符的显示位置，根据特定的优化指标和约束条件，采用优化算法建立指派关系。

本发明还提供了一种基于多旋翼无人机编队的字符显示系统，包括：

字符编码提取模块，用于在任务中获取待显示字符，在点阵字库中提取所述待显示字符对应的多位二进制编码；所述二进制编码为在任意字库中提取所述待显示字符时所统一转换的编码格式；其中，所述二进制编码中“1”位表示亮点，“0”位表示暗点；

字符计算模块，用于根据所述多位二进制编码排列成的点阵计算所述多位二进制编码中所有‘1’位的空间地理位置；

指派关系建立模块，用于建立所有‘1’位与多旋翼无人机间的对应指派关系；

指派模块，用于根据各‘1’位的空间地理位置指派对应的多旋翼无人机飞往指定的空间地理位置，以构成所述待显示字符的多旋翼无人机编队显示。

优选地，所述字符计算模块具体包括：

标准字符计算子模块，用于选定参考点建立参考直角坐标系，计算所述多位二进制编码中所有‘1’位的坐标位置；

字符缩放计算子模块，用于对所述点阵进行缩放处理，计算所有经所述缩放处理后‘1’位的坐标位置；

字符旋转计算子模块，用于对所述字符缩放计算子模块处理后的点阵进行空间三维旋转处理，计算所有经所述空间三维旋转处理后“1”位的坐标位置；

地理位置计算子模块，用于定义所述参考点对应的空间地理位置，计算所有经所述字符旋转计算子模块处理后“1”位的空间地理位置。

优选地，所述指派关系建立模块具体用于建立所有经所述字符缩放计算子模块和所述字符旋转计算子模块处理后的“1”位与所述多旋翼无人机间的对应指派关系。

优选地，还包括：

指示模块，用于指示所述多旋翼无人机飞往指定的空间地理位置后根据所述任务控制机载LED灯的亮灭状态及颜色。

优选地，所述指派关系建立模块包括如下两种方式：

顺序指派，根据字符中“1”位的顺序与各多旋翼无人机的编码顺序预先定义映射表，按照所述映射表进行指派；或

优化指派，根据所有多旋翼无人机的当前位置和待显示字符的显示位置，根据特定的优化指标和约束条件，采用优化算法建立指派关系。

与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：

通过本发明中的基于多旋翼无人机编队的字符显示设计，实现了基于多旋翼无人机编队的字符灵活、动态地显示和任意切换。

附图说明

图1是本发明提供的基于多旋翼无人机编队的字符显示方法流程图；

图2是本发明提供的实施例中给出的一个示例字符的点阵图示；

图3是本发明提供的标准字符参考直角坐标系示意图；

图4是本发明提供的字符缩放和字符旋转变换示意图；

图5是本发明提供的实施例给出的一种指派关系示意图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

在本发明中，提供了一种基于多旋翼无人机编队的字符显示方法，如图1所示，当接收到字符显示任务后，根据获取到的待显示字符，进行如下8个步骤S1～S8，具体包括：

S1，提取字符二进制编码；

利用现有点阵字库提取该待显示字符对应的多位二进制编码，在本实施例中采用HZK16字库，它是符合GB2312标准的点阵字库，因此每一个字符由32个字节表示，转换为二进制编码为256比特，以左上角为起点，按行排列，所述二进制编码为在任意字库中提取所述待显示字符时所统一转换的编码格式，“1”位表示亮点，“0”位表示暗点；图2给出了一个具体实施示例“中”字的图示,其对应的多位二进制编码为：

第1行：00000001,00000000；第2行：00000001,00000000；

第3行：00000001,00000100；第4行：01111111,11111110；

第5行：01000001,00000100；第6行：01000001,00000100；

第7行：01000001,00000100；第8行：01000001,00000100；

第9行：01111111,11111100；第10行：01000001,00000100；

第11行：00000001,00000000；第12行：00000001,00000000；

第13行：00000001,00000000；第14行：00000001,00000000；

第15行：00000001,00000000；第16行：00000001,00000000。

对于其他不同的点阵字库，二进制编码统一换算为：“1”位表示亮点，“0”位表示暗点。

S2，标准字符位置计算；

按所采用的点阵字库标准将S1中所得字符的二进制编码排列成点阵，选定参考点，建立参考直角坐标系，计算所有“1”位的坐标位置。

图3所示为步骤S2中参考直角坐标系的示意图。在该示意图中，选定字符的左上角为坐标原点，并将字符水平放置，其高度记为0，z轴竖直向上(垂直于纸面向外)，列向为x轴，行向为y轴，方向由将字符布置在xy平面第一象限的原则来定出，所建立的坐标系记为O₁系，相邻行、列点阵二进制位间的距离归一化为单位1，记字符二进制编码中共有n个“1”位，计算第i个“1”位的坐标位置在O₁系中的坐标位置为v_i，i＝1,…,n。例如，“中”字共有52个“1”位，即n＝52，第1个“1”位的A点坐标位置为v₁＝(0,7,0)，最后一个“1”位的B点坐标位置为v₅₂＝(15,7,0)，其他依此类推。

S3，字符缩放计算；

根据字符显示大小要求，对S2中的点阵字符进行缩放处理，计算缩放处理后所有“1”位的坐标位置。

S4，字符旋转计算；

根据字符显示角度要求，对S3中缩放处理后的点阵字符进行空间三维旋转处理，计算旋转处理后所有“1”位的坐标位置。

如图4所示，在进行字符缩放时，保持坐标系不变，记缩放比例系数为k，计算缩放后第i个“1”位的坐标位置在O₁系中的坐标位置为kv_i，i＝1,…,n。图中，M1为标准字符，M2为缩小后的字符，即k＜1，M3为放大后的字符，即k＞1；

在进行字符旋转时，保持坐标原点不变，三维旋转后的坐标系记为O₂系，O₂系相对于O₁系的坐标旋转矩阵为T₁，计算旋转后第i个“1”位的坐标位置在O₁系中的坐标位置为T₁kv_i，i＝1,…,n。

S5，地理位置计算；

给定S2中参考点对应的空间地理位置，计算S4中所有“1”位的空间地理位置。

在计算地理位置时，记选定的地理位置坐标系为O₃系，优选的，选择地面某点为原点，建立东北天坐标系，给定O₁参考点的空间地理位置p，得经以上所有步骤变换后第i个“1”位的坐标位置在O₃系中的空间地理位置为T₂T₁kv_i+p，其中T₂为O₁系相对于O₃系的坐标旋转矩阵。

其中，上述步骤S2～S5，可以归整成一步处理，即根据所述多位二进制编码排列成的点阵计算所述多位二进制编码中所有‘1’位的空间地理位置。

S6，指派无人机；

根据可用的多旋翼无人机，建立S4中所有“1”位与各多旋翼无人机间一一对应的指派关系，如图5所示，该图示中的箭头仅示意一种对应关系，并不代表飞行路径，也不代表是唯一的对应关系。采用以下两种方法中的任意一种建立进行多旋翼无人机指派：

顺序指派，根据字符中“1”位的顺序与各多旋翼无人机的编码顺序预先定义映射表，按照所述映射表进行指派；或

优化指派，根据所有多旋翼无人机的当前位置和待显示字符的显示位置，根据特定的优化指标和约束条件，采用优化算法建立指派关系。

S7，无人机航点控制；

将S5中计算得到的所有“1”位空间地理位置传递给S6中指派后相对应的多旋翼无人机，指示各无人机航点控制器控制对应的多旋翼无人机飞往指定的空间地理位置根据所述任务控制机载LED灯的亮灭状态及颜色，从而构成了待显示字符的多旋翼无人机编队显示。

S8，无人机灯光控制；

根据指示，各无人机航点控制器经步骤S7控制各多旋翼无人机飞到指定的空间地理位置后，各多旋翼无人机灯光控制器打开机载LED灯。

基于与上述本发明所提供的方案相同或相似理由，本发明还提供了一种基于多旋翼无人机编队的字符显示系统，包括地面站、若干架多旋翼无人机以及地面站和无人机间的通信设备；

其中，地面站包括：

字符编码提取模块，用于在任务中获取待显示字符，在点阵字库中提取所述待显示字符对应的多位二进制编码。

字符计算模块，用于根据所述多位二进制编码排列成的点阵计算所述多位二进制编码中所有‘1’位的空间地理位置；所述字符计算模块具体包括：

标准字符计算子模块，用于选定参考点建立参考直角坐标系，计算所述多位二进制编码中所有‘1’位的坐标位置；

字符缩放计算子模块，用于对所述点阵进行缩放处理，计算所有经所述缩放处理后‘1’位的坐标位置；

字符旋转计算子模块，用于对所述字符缩放计算子模块处理后的点阵进行空间三维旋转处理，计算所有经所述空间三维旋转处理后“1”位的坐标位置；

地理位置计算子模块，用于定义所述参考点对应的空间地理位置，计算所有经所述字符旋转计算子模块处理后“1”位的空间地理位置。

指派关系建立模块，用于建立所有‘1’位与多旋翼无人机间的对应指派关系；具体用于建立所有经所述字符缩放计算子模块和所述字符旋转计算子模块处理后的“1”位与所述多旋翼无人机间的对应指派关系。

指派模块，用于根据各‘1’位的空间地理位置指派对应的多旋翼无人机飞往指定的空间地理位置，以构成所述待显示字符的多旋翼无人机编队显示；所述指派关系建立模块包括如下两种方式：

顺序指派，根据字符中“1”位的顺序与各多旋翼无人机的编码顺序预先定义映射表，按照所述映射表进行指派；或

优化指派，根据所有多旋翼无人机的当前位置和待显示字符的显示位置，根据特定的优化指标和约束条件，采用优化算法建立指派关系。

指示模块，用于指示所述多旋翼无人机飞往指定的空间地理位置后根据所述任务控制机载LED灯的亮灭状态及颜色。

所述地面站和无人机间的通信设备用于实现所述地面站和该多架多旋翼无人机间的双向无线通信，所述地面站将经所述地理位置计算子模块计算得到的某“1”位的空间地理位置发送给经所述指派模块对应的多旋翼无人机，并接收多旋翼无人机的状态返回信息；

其中，每一多旋翼无人机均配备有航点控制器，该航点控制器当接收到地面站发送来的对应“1”位空间地理位置后，将其作为航点指令，控制无人机飞往指定的空间地理位置。

该多旋翼无人机还可以配备灯光控制器，当该多旋翼无人机的航点控制器控制该多旋翼无人机飞到指定的空间地理位置后，所述灯光控制器控制机载LED灯的亮灭状态及颜色。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。