无人机群防碰撞控制方法、装置及计算机可读存储介质与流程

本发明涉及无人机控制技术领域，尤其涉及一种无人机群防碰撞控制方法、装置及计算机可读存储介质。

背景技术：

近年来，无人机技术及应用蓬勃发展，但是单个无人机的载荷和功能有限，在应对广阔的任务区域以及单个无人机故障后将无法完成任务的不利因素，这就使得利用多个无人机间的协作以执行更为复杂任务的要求逐渐成为无人机研究的趋势。通过混合编队方式将多架无人机进行编队可执行不同或单一任务，以保证能够完成较为复杂的任务。

无人机群执行不同任务时，不同队形选择不但会影响该任务的执行效果，而且会对任务链中下一个任务产生额外的作用。特别是在同一区域执行不同的任务时，及时的队形变换可以使机群安全性提高，还能提升任务的执行效率。其次，对于一些突发的、额外的事件队形变换有时是必须的、重要的，因此无人机群队形对各种不同任务的影响成为不可忽略的关键问题之一。当某个区域内的无人机数量较多时，无人机之间的相对位置信息对于无人机群的队形变换具有十分重要参考意义，现有的无人机群的控制多是以地面站为中心，各无人机为节点的星型控制方法，其相对位置的计算量较大，不适用于执行复杂的编队任务。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提出一种无人机群防碰撞控制方法、装置及计算机可读存储介质，旨在解决现有技术中相对位置的计算量较大，不适用于执行复杂的编队任务的技术问题。

为实现上述目的，本发明一方面提供一种无人机群防碰撞控制方法，所述方法包括：

统计无人机群中每架无人机当前的空间坐标和飞行速度；

结合每架无人机当前的空间坐标和飞行速度判断未来第一预设时间是否会发生碰撞事件；

统计分析未来第一预设段时间内会发生无人机碰撞事件的次数；

按碰撞事件发生的时间顺序对每架无人机发生碰撞事件的次数进行排序；

根据所述无人机发生碰撞次数的顺序，调整无人机的航线或速度。

优选地，判断未来第一预设时间是否会发生碰撞事件的方法包括：

统计每架无人机当前的空间坐标和飞行速度；

以当前无人机群中的无人机的最高和最低坐标为界线，按高度坐标将无人机群所在的空间区域进行分割；

以当前无人机群中的无人机的水平方向坐标的最大值和最小值为界线，对空间区域进行再次分割，实现对无人机飞行区域的网格化管理；

结合无人机的飞行速度，判断相邻网格内的无人机在第二预设时间内是否会发生碰撞。

优选地，判断相邻网格内的无人机在第二预设时间内是否会发生碰撞的方法包括：

判断相邻网格内是否都有无人机存在，若不是都存在无人机，则不可能发生碰撞事件。

优选地，所述无人机群防碰撞控制方法还包括：

当相邻网格内都有无人机，则判断相邻网格内的无人机的航线是否有交集，若无交集，则不可能发生碰撞事件。

优选地，所述无人机群防碰撞控制方法还包括：

当相邻网格内的无人机的航线都有交集时，则分析相邻网格内的无人机到达航线交集的时刻是否一致，若不一致，则不可能发生碰撞事件。

优选地，所述无人机群防碰撞控制方法还包括：

当相邻网格内的无人机到达航线交集的时刻一致时，按预期发生碰撞的时间顺序调整对应的无人机的航线和速度，然后再分析相邻网格内的无人机到达航线交集的时刻是否一致，直至航线和速度优化至不发生碰撞事件。

优选地，所述调整对应的无人机的航线和速度的方法包括：

先调整对应的无人机的速度，再改变无人机的航向角。

优选地，所述无人机群防碰撞控制方法还包括：

将传送无人机信号的信道分成间隔的时序，将相隔的时序划分成一组以形成第一时序段及第二时序段，所述第一时序段及第二时序段分配一半的信号传输节点在该段中传输数据。

本发明另一方面还提供一种无人机群防碰撞控制装置，包括：

第一统计模块，用于统计无人机群中每架无人机当前的空间坐标和飞行速度；

判断模块，用于结合每架无人机当前的空间坐标和飞行速度判断未来第一预设时间是否会发生碰撞事件；

第二统计模块，用于统计分析未来第一预设段时间内会发生无人机碰撞事件的次数；

排序模块，用于按碰撞事件发生的时间顺序对每架无人机发生碰撞事件的次数进行排序；

调整模块，用于根据所述无人机发生碰撞次数的顺序，调整无人机的航线或速度。

本发明另一方面还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现上述任一所述的无人机群防碰撞控制方法的各个步骤。

本发明提供的一种无人机群防碰撞控制方法、装置及计算机可读存储介质，通过统计无人机群中每架无人机当前的空间坐标和飞行速度，结合每架无人机当前的空间坐标和飞行速度判断未来第一预设时间是否会发生碰撞事件，统计分析未来第一预设段时间内会发生无人机碰撞事件的次数，按碰撞事件发生的时间顺序对每架无人机发生碰撞事件的次数进行排序，根据所述无人机发生碰撞次数的顺序，调整无人机的航线或速度。因此，本发明的控制方法简单，可用于执行复杂的编队任务。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种无人机群防碰撞控制方法流程图；

图2为本发明实施例一提供的一种判断未来第一预设时间是否会发生碰撞事件的方法流程图；

图3为本发明实施例二提供的一种无人机群防碰撞控制装置结构图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。

实施例一

如图1所示，本发明实施例一提供一种无人机群防碰撞控制方法，所述方法包括：

s101、统计无人机群中每架无人机当前的空间坐标和飞行速度；

在同一坐标系下统计无人机群中在飞行的每架无人机当前的空间坐标和飞行速度，通过所述飞行速度可获取飞行方向和飞行速率。

s102、结合每架无人机当前的空间坐标和飞行速度判断未来第一预设时间是否会发生碰撞事件；

所述第一预设时间可以是1秒、2秒或3秒等，其可以根据需要进行设置，在此不做具体限定。若无人机之间的间距较小或/和飞行速度较快，则所述第一时间设置较小，反之亦然。可以理解的是，在此步骤中，若判断未来第一预设时间会发生碰撞，则进入步骤s103，若不会发生碰撞，则不做响应。

s103、统计分析未来第一预设段时间内会发生无人机碰撞事件的次数；

根据获取的每架无人机当前的空间坐标和飞行速度，便可计算和统计未来第一预设段时间内会发生无人机碰撞事件。

s104、按碰撞事件发生的时间顺序对每架无人机发生碰撞事件的次数进行排序；

按碰撞事件发生的时间顺序，对每架无人机中碰撞事件的次数由小到大或由大到小进行排序。这里主要是基于每架无人机的航线速度、分层变化来及错层信息等来确定。

s105、根据所述无人机发生碰撞次数的顺序，调整无人机的航线或速度。

在一种优选的实施方式中，判断未来第一预设时间是否会发生碰撞事件的方法包括：

s100、统计每架无人机当前的空间坐标和飞行速度；

s200、以当前无人机群中的无人机的最高和最低坐标为界线，按高度坐标将无人机群所在的空间区域进行分割；

其中，高度分割标准可根据无人机的高度尺寸和爬升速度进行调整。

s300、以当前无人机群中的无人机的水平方向坐标的最大值和最小值为界线，对空间区域进行再次分割，实现对无人机飞行区域的网格化管理；

其中，水平分割标准可根据无人机的水平方向尺寸和水平飞行速度进行调整

s400、结合无人机的飞行速度，判断相邻网格内的无人机在第二预设时间内是否会发生碰撞。

通过对无人机的飞行区域进行网格化管理，判断无人机在第二预设时间内是否会发生碰撞，因而判断准确，便于精确控制。

在一种优选的实施方式中，判断相邻网格内的无人机在第二预设时间内是否会发生碰撞的方法包括：

判断相邻网格内是否都有无人机存在，若不是都存在无人机，则不可能发生碰撞事件。

在一种优选的实施方式中，所述无人机群防碰撞控制方法还包括：

当相邻网格内都有无人机，则判断相邻网格内的无人机的航线是否有交集，若无交集，则不可能发生碰撞事件。

在一种优选的实施方式中，所述无人机群防碰撞控制方法还包括：

当相邻网格内的无人机的航线都有交集时，则分析相邻网格内的无人机到达航线交集的时刻是否一致，若不一致，则不可能发生碰撞事件。

在一种优选的实施方式中，所述无人机群防碰撞控制方法还包括：

当相邻网格内的无人机到达航线交集的时刻一致时，按预期发生碰撞的时间顺序调整对应的无人机的航线和速度，然后再分析相邻网格内的无人机到达航线交集的时刻是否一致，直至航线和速度优化至不发生碰撞事件。

在一种优选的实施方式中，所述调整对应的无人机的航线和速度的方法包括：

先调整对应的无人机的速度，再改变无人机的航向角。

由于速度改变范围具有局限性，仅仅改变速度并不能达到完全防撞的目的。同时，若仅仅改变无人机的航向角，则导致防撞的时间过长，因此，先调整对应的无人机的速度，再改变无人机的航向角，从而可实现较好的防撞和较便于控制的目的。

在一种优选的实施方式中，所述无人机群防碰撞控制方法还包括：

将传送无人机信号的信道分成间隔的时序，将相隔的时序划分成一组以形成第一时序段及第二时序段，所述第一时序段及第二时序段分配一半的信号传输节点在该段中传输数据。

可以理解的是，在无人机的信号传输过程中，每个无人机作为信号网络中的一个网络节点，每个无人机既是一个终端系统，又是其它节点的路由。通过上述方法较好地避免了多个节点同时发送数据时，因产生数据碰撞，使信道阻塞，造成信道利用率和数据的传输率低的问题。

本发明通过统计无人机群中每架无人机当前的空间坐标和飞行速度，结合每架无人机当前的空间坐标和飞行速度判断未来第一预设时间是否会发生碰撞事件，统计分析未来第一预设段时间内会发生无人机碰撞事件的次数，按碰撞事件发生的时间顺序对每架无人机发生碰撞事件的次数进行排序，根据所述无人机发生碰撞次数的顺序，调整无人机的航线或速度。因此，本发明的控制方法简单，可用于执行复杂的编队任务。

在一个较佳的具体实施例中，本发明的无人机群防碰撞控制方法，在考虑无人机群内无人机之间的碰撞外，还会综合考虑无人机群可能碰到外界物体的可能，以便进一步减少无人机群中无人机的损耗。本发明主要采用以下方案实现：结合电子围栏信息，确定无人机群距离地平面的最高飞行高度和最低飞行高度，预先规划无人机群的航线；依据无人机群数量以及最高飞行高度与最低飞行高度之间的差值，确定无人机群分布在不同高度的分级平面的数量以及相邻分级平面之间的间距，控制无人机群按预定时间顺序起飞，无人机群中设置数架无人侦测机，无人侦测机不仅承担飞行任务，而且设置双目摄像头、超声波以及红外传感器，双目摄像头拍摄三维空间图像，获取无人侦测机飞行周围无人机的三维空间图像，识别航线上无人机之间是否有距离小于等于预设安全距离的无人机，若小于等于该预设安全距离，则预测为一次会发生无人机碰撞事件，同时发出控制指令，从整体上调节相邻分级平面之间无人机之间的距离，以及同一分级平面内的无人机之间的前后距离，同时，安装在无人侦测机上的超声波和红外传感器实时无人侦测机群以外的障碍物目标，确定障碍物目标距离无人机群的距离，当无人机群距离障碍物的距离小于预设的防撞距离值时，则预测为一次会发生无人机群碰撞事件，此时，控制无人机群确保无人机群不会受外界障碍物影响航行。本发明的无人机群防撞控制方法通过在机群内将部分承担飞行任务的无人机设为无人侦测机，不仅可以防范周围的无人机之间出现碰撞的问题，而且还可以有效地杜绝无人机群碰撞到外界障碍物。

在另一个较佳的具体实施例中，无人机群在飞行中还有其它相向运动或从侧面飞行而来的障碍物亦或飞行中遇到的静止障碍物，这些复杂情况下需要对障碍物速度进行检测，当然，检测到速度为0时，说明障碍物为静止，检测到速度不为0时，说明无人机群飞行时，障碍物也在运动，这时需要准确测定障碍物运动速度，因此，本发明的无人机群防碰撞控制方法还包括：s500、障碍物速度检测,及s600、障碍物避障步骤，其中，s500的检测方法如下：

s501、根据图像传感器在设定时间窗口内采集的多帧图像数据，采用多帧差分技术，确定与所述障碍物对应的至少两架无人机的速度。

s502、根据所述至少两架无人机的速度，计算与所述障碍物对应的至少两个类型的速度统计量。

其中，速度统计量可以是根据至少两架无人机速度计算得到的相关数据。速度统计量的类型可以包括：速度模值的方差、速度角度差的均值以及速度模值的二阶方差。其中，速度模值的方差可以是至少两架无人机速度与飞行障碍物速度的模值所计算得到的方差，速度角度差可以是至少两架无人机中相邻两无人机夹角之间的差值，速度模值的二阶方差则可以是至少两架无人机速度与飞行障碍物的模值所计算得到的二阶方差。上述速度模值的方差、速度角度差的均值以及速度模值的二阶方差作为三种不同的速度统计量。

s503、按照速度统计量与静止概率之间的映射关系，将各所述速度统计量分别映射为对应的静止概率。其中，静止概率可以是障碍物处于相对地面静止状态的概率。相应的，可以利用速度统计量与静止概率之间的映射关系计算各种类型的速度统计量对应的静止概率。

s504、将映射后得到的至少两个静止概率进行融合，得到所述障碍物的融合静止概率，并根据所述融合静止概率，确定所述障碍物的速度检测结果。

当检测出障碍物的速度后，则进入防撞控制步骤。s600、依据障碍物速度，确定无人机群与障碍物可能碰撞的概率，控制无人机群中的全部无人机，在预定时间段内避开障碍物。因此本发明可以较好地避开障碍物，减少了无人机损耗。

实施例二

如图3所示，本发明实施例二提供一种无人机群防碰撞控制装置，其包括：

第一统计模块1，用于统计无人机群中每架无人机当前的空间坐标和飞行速度；

判断模块2，用于结合每架无人机当前的空间坐标和飞行速度判断未来第一预设时间是否会发生碰撞事件；

第二统计模块3，用于统计分析未来第一预设段时间内会发生无人机碰撞事件的次数；

排序模块4，用于按碰撞事件发生的时间顺序对每架无人机发生碰撞事件的次数进行排序；

调整模块5，用于根据所述无人机发生碰撞次数的顺序，调整无人机的航线或速度。

本发明通过统计无人机群中每架无人机当前的空间坐标和飞行速度，结合每架无人机当前的空间坐标和飞行速度判断未来第一预设时间是否会发生碰撞事件，统计分析未来第一预设段时间内会发生无人机碰撞事件的次数，按碰撞事件发生的时间顺序对每架无人机发生碰撞事件的次数进行排序，根据所述无人机发生碰撞次数的顺序，调整无人机的航线或速度。因此，本发明的控制方法简单，可用于执行复杂的编队任务。

实施例三

基于上述各实施例，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现以下步骤：

统计无人机群中每架无人机当前的空间坐标和飞行速度；

结合每架无人机当前的空间坐标和飞行速度判断未来第一预设时间是否会发生碰撞事件；

统计分析未来第一预设段时间内会发生无人机碰撞事件的次数；

按碰撞事件发生的时间顺序对每架无人机发生碰撞事件的次数进行排序；

根据所述无人机发生碰撞次数的顺序，调整无人机的航线或速度。

在一种优选的实施方式中，判断未来第一预设时间是否会发生碰撞事件的方法中，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现以下步骤

统计每架无人机当前的空间坐标和飞行速度；

以当前无人机群中的无人机的最高和最低坐标为界线，按高度坐标将无人机群所在的空间区域进行分割；

以当前无人机群中的无人机的水平方向坐标的最大值和最小值为界线，对空间区域进行再次分割，实现对无人机飞行区域的网格化管理；

结合无人机的飞行速度，判断相邻网格内的无人机在第二预设时间内是否会发生碰撞。

在一种优选的实施方式中，判断相邻网格内的无人机在第二预设时间内是否会发生碰撞的方法中，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现以下步骤：判断相邻网格内是否都有无人机存在，若不是都存在无人机，则不可能发生碰撞事件。

在一种优选的实施方式中，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现以下步骤：当相邻网格内都有无人机，则判断相邻网格内的无人机的航线是否有交集，若无交集，则不可能发生碰撞事件。

在一种优选的实施方式中，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现以下步骤：当相邻网格内的无人机的航线都有交集时，则分析相邻网格内的无人机到达航线交集的时刻是否一致，若不一致，则不可能发生碰撞事件。

在一种优选的实施方式中，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现以下步骤：当相邻网格内的无人机到达航线交集的时刻一致时，按预期发生碰撞的时间顺序调整对应的无人机的航线和速度，然后再分析相邻网格内的无人机到达航线交集的时刻是否一致，直至航线和速度优化至不发生碰撞事件。

在一种优选的实施方式中，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现以下步骤：先调整对应的无人机的速度，再改变无人机的航向角。

在一种优选的实施方式中，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现以下步骤：将传送无人机信号的信道分成间隔的时序，将相隔的时序划分成一组以形成第一时序段及第二时序段，所述第一时序段及第二时序段分配一半的信号传输节点在该段中传输数据。

本发明提供的一种无人机群防碰撞控制方法、装置及计算机可读存储介质，通过统计无人机群中每架无人机当前的空间坐标和飞行速度，结合每架无人机当前的空间坐标和飞行速度判断未来第一预设时间是否会发生碰撞事件，统计分析未来第一预设段时间内会发生无人机碰撞事件的次数，按碰撞事件发生的时间顺序对每架无人机发生碰撞事件的次数进行排序，根据所述无人机发生碰撞次数的顺序，调整无人机的航线或速度。因此，本发明的控制方法简单，可用于执行复杂的编队任务。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者终端中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络装置等)执行本发明各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。