本发明涉及无人机网络通信、计算机应用技术及云计算技术领域，尤其涉及一种无人机监管装置及方法。
背景技术：
作为我国新兴行业，目前仍缺乏对无人机的飞行资质、飞行记录的有效监管。目前部分无人机厂商已提出相关产品概念，其在无人机控制器内部利用3G或4G无线网络与私有服务器通信，并将无人机的飞行轨迹传输至其私有服务器，并利用后台对获取的无人机数据进行监控及管理。现有技术存在以下缺点：
1.目前相关技术仅处于概念阶段，并未真正推向市场进行实用；
2.目前现有技术仅适用于特定机型，并不具有普适性；
3.目前现有技术仅面向特定厂商私有使用，其通讯协议、数据结构均不能通用，并不具有普适性。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题在于，针对上述现有技术中监管方法不成熟、适用性受限及其通讯协议、数据结构不通用的问题，提供一种无人机监管装置及方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一方面，构造一种无人机监管装置，包括：
处理器；
电气接口，电性连接于所述处理器，用于通过线路连接至无人机飞行控制系统，从而使所述无人机监管装置从所述无人机飞行控制系统取电并与所述无人机飞行控制系统进行信息交互；
内部存储模块，电性连接于所述处理器，用于存储由所述无人机飞行控制系统发来的飞行数据；
通信模块，电性连接于所述处理器，用于通过无线网络连接至云平台，从而使所述无人机监管装置与所述云平台进行消息数据的双向收发。
在本发明所述的无人机监管装置中，所述电气接口为单排四列双面卡扣连接器，所述单排四列双面卡扣连接器通过四芯屏蔽线与所述无人机飞行控制系统连接；
所述单排四列双面卡扣连接器包括第一引脚、第二引脚、第三引脚及第四引脚；所述第一引脚用于接入电源正极，所述第二引脚用于接入电源负极，所述第三引脚用于接收数据，所述第四引脚用于发射数据。
在本发明所述的无人机监管装置中，还包括壳体；
所述壳体的内部设置有所述处理器、所述内部存储模块及所述通信模块；所述电气接口设置于所述壳体的表面或内部；所述壳体的表面通过铅封进行物理防护。
在本发明所述的无人机监管装置中，还包括光电传感器，所述光电传感器电性连接于所述处理器，设置于所述壳体内部，用于检测所述壳体内部的光照；
所述处理器用于依据所述光电传感器所检测的光照控制其自身的功能是否失效。
另一方面，提供一种无人机监控方法，提供如上所述的无人机监管装置，包括：
所述无人机监管装置获取身份信息，通过通信模块发送至所述云平台，所述云平台对所述身份信息进行校验，并将校验结果以返回码的形式返回至所述无人机监管装置；所述无人机监管装置依据所述返回码通过所述电气接口控制所述无人机飞行控制系统是否受控于用户；
所述无人机监管装置获取所述云平台发送的会话号，对所述无人机飞行控制系统发来的飞行数据进行校验，对校验合格的飞行数据绑定于所述会话号并传输至所述云平台；
对所述无人机监管装置与所述云平台双向收发的消息数据设置多个校验位，并对包括多个所述校验位的消息数据进行加密。
在本发明所述的无人机监管方法中，所述无人机监管装置获取身份信息，通过通信模块发送至所述云平台，所述云平台对所述身份信息进行校验，并将校验结果以返回码的形式返回至所述无人机监管装置；所述无人机监管装置依据所述返回码通过所述电气接口控制所述无人机飞行控制系统是否受控于用户，包括：
所述无人机监管装置获取身份信息，通过通信模块发送至所述云平台，所述云平台对所述身份信息进行校验，并将校验结果以返回码的形式返回至所述无人机监管装置；所述返回码包括第一校验码、第二校验码、第三校验码及第四校验码；
若所述无人机监管装置收到的返回码不为第一校验码，则通过所述电气接口控制所述无人机飞行控制系统无法受控于用户；
若所述无人机监管装置收到的返回码不为第一校验码的次数超过预设的第一次数时，所述无人机监管装置在预设时间内进入保护模式，在所述保护模式下拒绝用户的任何操作；
若所述无人机监管装置进入保护模式的次数超过预设的第二次数时，所述无人机监管装置进入锁定模式，在锁定模式下拒绝用户的任何操作；通过所述云平台远程对所述无人机监管装置解除所述锁定模式。
在本发明所述的无人机监管方法中，所述无人机监管装置获取身份信息，通过通信模块发送至所述云平台，所述云平台对所述身份信息进行校验，并将校验结果以返回码的形式返回至所述无人机监管装置；所述无人机监管装置依据所述返回码通过所述电气接口控制所述无人机飞行控制系统是否受控于用户，还包括：
依据所述保护模式或所述锁定模式控制发光单元及蜂鸣器以提示用户当前无人机监管装置所处的状态。
在本发明所述的无人机监管方法中，所述对所述无人机监管装置与所述云平台双向收发的消息数据设置多个校验位，并对包括多个所述校验位的消息数据进行加密，包括：
对所述无人机监管装置与所述云平台双向收发的消息数据设置3个校验位；所述消息数据包括一至多个消息数组，设消息数组为message[]，其长度为l，则消息体长度为l-3，同时：
其中，表示消息数组的第l-3位的值为消息数组的第0位至第l-4位的循环异或；表示消息数组的第l-2位的值为消息数组的第0位至第l-4位计算所得的crc16校验码的低8位；表示消息数组的第l-1位的值为消息数组的第0位至第l-4位计算所得的crc16校验码的高8位；
对包括3个所述校验位的消息数据通过RSA方法进行加密；设两个质数p、q，p≠q，令N＝pq；
根据欧拉函数，令：
设e＜r，e⊥r，e关于r的模逆元为d，即：
ed≡1(mod r)
则有公钥(N，e)，由所述无人机监管装置持有；私钥(N，d)，由所述云平台持有；
令由所述无人机监管装置发送的消息数据为m，并将m映射为n，记作n＝f(m)，其中n＜N，n⊥N，令：
ne≡c(mod N)
则c为加密后的消息。
在所述云平台收到加密后的消息c后，有：
cd≡n(mod N)
m＝f-1(n)
则获得解密后的消息数据m。
在本发明所述的无人机监管方法中，还包括：
当所述无人机监管装置通过所述电气接口从所述无人机飞行控制系统取电时，通过所述通信模块连接至所述云平台以更新其自身的固件版本，所述无人机监管装置将所述固件版本存储于所述内部存储模块中；
若所述无人机监管装置在更新其自身的固件版本时断电，则通过蜂鸣器发出持续的报警信息，直至所述无人机监管装置再次上电并更新完成。
在本发明所述的无人机监管方法中，还包括：
当所述无人机监管装置通过所述电气接口从所述无人机飞行控制系统取电时，通过所述通信模块连接至所述云平台以更新其自身的禁飞区文件版本；
当所述无人机监管装置检测到无人机试图飞入禁飞区时，所述无人机监管装置通过所述电气接口想所述无人机飞行控制系统发送悬停信号，通过所述无人机飞行控制系统控制所述无人机悬停。
上述公开的一种无人机监管装置及方法具有以下有益效果：通过身份验证对无人机操作人员进行管理；通过将无人机的飞行数据上传至云平台，实现对无人机飞行时的远程及实时监管。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的一种无人机监管方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种无人机监管装置及方法，其目的在于，提供一种用于对无人机进行控制及监管的无人机监管装置。其利用电气接口与无人机飞行控制系统(又称“飞控”)物理连接，并利用串行通信的方法与无人机飞行控制系统进行数据交互。同时，其利用3G/4G网络等无线数据网络与云平台进行通信及数据交互。
该无人机监管装置包括处理器、电气接口、内部存储模块及通信模块。
处理器优选为MCU(Microcontroller Unit)。
电气接口电性连接于所述处理器，用于通过线路连接至无人机飞行控制系统，从而使所述无人机监管装置从所述无人机飞行控制系统取电并与所述无人机飞行控制系统进行信息交互；优选的，所述电气接口为单排四列双面卡扣连接器，所述单排四列双面卡扣连接器通过四芯屏蔽线与所述无人机飞行控制系统连接；四芯屏蔽线的长度l≤500mm，所述单排四列双面卡扣连接器的引脚定义如下：
表1无人机监管装置接口定义
其中，自左向右第三个引脚用于接收数据，第四个引脚用于发射数据。
即该无人机监管装置不具有任何物理开关，当无人机监管装置与飞控连接且飞控上电后，无人机监管装置自动上电开启。
内部存储模块电性连接于所述处理器，用于存储由所述无人机飞行控制系统发来的飞行数据。例如，内部ROM或SD卡。
通信模块电性连接于所述处理器，用于通过无线网络连接至云平台，从而使所述无人机监管装置与所述云平台进行消息数据的双向收发。通信模块优选为4G模块，通过4G无线数据网络与云平台进行数据收发及交互。
所述无人机监管装置还包括壳体；所述壳体的内部设置有所述处理器、所述内部存储模块及所述通信模块；所述电气接口设置于所述壳体的表面或内部；所述壳体的表面通过铅封进行物理防护。即所述无人机监管装置利用铅封进行物理防护，用于防止人员打开该无人机监管装置。
所述无人机监管装置还包括光电传感器，所述光电传感器电性连接于所述处理器，设置于所述壳体内部，用于检测所述壳体内部的光照；所述处理器用于依据所述光电传感器所检测的光照控制其自身的功能是否失效。即所述无人机监管装置同时在模块内部利用光电传感器进行电气防护，即当检测到光照时该模块认为已被打开且自动失效。
参见图1，图1为本发明一实施例提供的一种无人机监管方法的流程图，该无人机监控方法通过如上所述的无人机监管装置实现，其包括步骤S1-S3：
S1、所述无人机监管装置获取身份信息，通过通信模块发送至所述云平台，所述云平台对所述身份信息进行校验，并将校验结果以返回码的形式返回至所述无人机监管装置；所述无人机监管装置依据所述返回码通过所述电气接口控制所述无人机飞行控制系统是否受控于用户；所述步骤S1包括子步骤S11-S14：
S11、所述无人机监管装置获取身份信息，通过通信模块发送至所述云平台，所述云平台对所述身份信息进行校验，并将校验结果以返回码的形式返回至所述无人机监管装置；所述返回码包括第一校验码、第二校验码、第三校验码及第四校验码；例如，将无人机监管装置的ID号传输至云平台，并能够返回云平台的认证结果并传输至飞控(即无人机飞行控制系统)，其中，云平台根据所获得的数据码进行校验，并将校验结果以返回码的形式返回至无人机监管装置。检验返回码的定义如表2所示。
表2账号密码检验返回码
S12、若所述无人机监管装置收到的返回码不为第一校验码，则通过所述电气接口控制所述无人机飞行控制系统无法受控于用户；即当账号密码检验返回码不等于0时，由无人机飞控进行控制，拒绝操作人员进行无人机的操作。
S13、若所述无人机监管装置收到的返回码不为第一校验码的次数超过预设的第一次数时，所述无人机监管装置在预设时间内进入保护模式，在所述保护模式下拒绝用户的任何操作；为防止无人机操作人员利用枚举的形式进行认证机制的暴力破解，在用户连续mp次校验失败(即共有云平台校验返回码为-1或-2)后，无人机监管装置将在tp秒内进入保护模式，拒绝用户的任何操作。
S14、若所述无人机监管装置进入保护模式的次数超过预设的第二次数时，所述无人机监管装置进入锁定模式，在锁定模式下拒绝用户的任何操作；通过所述云平台远程对所述无人机监管装置解除所述锁定模式。无人机监管装置在tp秒后接触保护模式。当用户在连续进入ml次保护模式后，无人机监管装置将进入锁定模式。当无人机监管装置进入锁定模式时将无限期拒绝用户的所有请求，直至云平台后台解除锁定。
优选的，步骤S1还包括步骤S15：
S15、依据所述保护模式或所述锁定模式控制发光单元及蜂鸣器以提示用户当前无人机监管装置所处的状态。例如：当无人机监管装置处于上述三种模式时，其声光报警模式如表3所示。其中声光报警周期为2s，1代表导通，0代表断开。
表3声光报警模式
S2、所述无人机监管装置获取所述云平台发送的会话号，对所述无人机飞行控制系统发来的飞行数据进行校验，对校验合格的飞行数据绑定于所述会话号并传输至所述云平台；无人机监管装置在获得由云平台分发的会话号后，将由无人机飞控传输至无人机监管装置的增加过校验码的数据进行校验。若数据校验合格，则将其与会话号绑定后加密传输至云平台。
S3、对所述无人机监管装置与所述云平台双向收发的消息数据设置多个校验位，并对包括多个所述校验位的消息数据进行加密。所述步骤S3包括子步骤S31-S32：
S31、对所述无人机监管装置与所述云平台双向收发的消息数据设置3个校验位；所述消息数据包括一至多个消息数组，设消息数组为message[]，其长度为l，则消息体长度为l-3，同时：
其中，表示消息数组的第l-3位的值为消息数组的第0位至第l-4位的循环异或；表示消息数组的第l-2位的值为消息数组的第0位至第l-4位计算所得的crc16校验码的低8位；表示消息数组的第l-1位的值为消息数组的第0位至第l-4位计算所得的crc16校验码的高8位；
S32、对包括3个所述校验位的消息数据通过RSA方法进行加密；通常是先生成一对RSA密钥，其中之一是保密密钥，由用户保存；另一个为公开密钥，可对外公开，甚至可在网络服务器中注册。为提高保密强度，RSA密钥至少为500位长，一般推荐使用1024位。这就使加密的计算量很大。为减少计算量，在传送信息时，常采用传统加密方法与公开密钥加密方法相结合的方式，即信息采用改进的DES或IDEA对话密钥加密，然后使用RSA密钥加密对话密钥和信息摘要。对方收到信息后，用不同的密钥解密并可核对信息摘要。
设两个足够大质数p、q，p≠q，令N＝pq；
根据欧拉函数，令：
设e＜r，e⊥r，e关于r的模逆元为d，即：
ed≡1(mod r)
则有公钥(N，e)，由所述无人机监管装置持有；私钥(N，d)，由所述云平台持有；
令由所述无人机监管装置发送的消息数据为m，并将m映射为n，记作n＝f(m)，其中n＜N，n⊥N，令：
ne≡c(mod N)
则c为加密后的消息。
在所述云平台收到加密后的消息c后，有：
cd≡n(mod N)
m＝f-1(n)
则获得解密后的消息数据m。
优选的，所述无人机监管方法还包括步骤S4-S5：
S4、当所述无人机监管装置通过所述电气接口从所述无人机飞行控制系统取电时，通过所述通信模块连接至所述云平台以更新其自身的固件版本，所述无人机监管装置将所述固件版本存储于所述内部存储模块中；例如：该无人机监管装置在每次上电时，利用3G/4G网络查询新的固件版本。若存在，则利用蜂鸣器进行声音报警，提示用户升级。若用户不将固件更新则禁止其进行飞行；若用户利用按键的方式确认升级，该模块则将利用4G网络由公有云平台下载新的固件至其内部存储模块中，并自动进行升级。
S5、若所述无人机监管装置在更新其自身的固件版本时断电，则通过蜂鸣器发出持续的报警信息，直至所述无人机监管装置再次上电并更新完成。考虑到在升级过程中可能出现断电，在升级过程中蜂鸣器将会持续报警。当报警结束后表示升级完成，用户才可以拔掉电源。
优选的，所述无人机监管方法还包括步骤S6-S7：
S6、当所述无人机监管装置通过所述电气接口从所述无人机飞行控制系统取电时，通过所述通信模块连接至所述云平台以更新其自身的禁飞区文件版本；例如，该模块在每次上电时，利用3G/4G网络查询新的禁飞区文件版本。若存在则自动进行下载并升级。
S7、当所述无人机监管装置检测到无人机试图飞入禁飞区时，所述无人机监管装置通过所述电气接口想所述无人机飞行控制系统发送悬停信号，通过所述无人机飞行控制系统控制所述无人机悬停。当无人机试图进入禁飞区时，无人机监管装置将会利用串行通讯的方法控制无人机飞行控制系统进行悬停，从而实现禁飞的目的。
综上所述，本无人机监管装置及方法可以达到如下有益效果：
1.能够对无人机操作人员进行管理。对于未经过认证的无人机操作人员，将拒绝赋予其飞行权限，从而从根本上杜绝“黑飞”现象；
2.能够由无人机飞行控制系统读取无人机的飞行状以及飞行数据，并将其上传至共有云平台，使得无人机的飞行能够得到监管；
3.能够由无人机飞行控制系统读取无人机的关键运行参数，并将其上传至共有云平台，使得无人机的运行参数(包括但不限于关键部件运行时间、温度、电压等)能够得到记录及监管。
本文提供了实施例的各种操作。在一个实施例中，所述的一个或操作可以构成一个或计算机可读介质上存储的计算机可读指令，其在被电子设备执行时将使得计算设备执行所述操作。描述一些或所有操作的顺序不应当被解释为暗示这些操作必需是顺序相关的。本领域技术人员将理解具有本说明书的益处的可替代的排序。而且，应当理解，不是所有操作必需在本文所提供的每个实施例中存在。
而且，本文所使用的词语“优选的”意指用作实例、示例或例证。奉文描述为“优选的”任意方面或设计不必被解释为比其他方面或设计更有利。相反，词语“优选的”的使用旨在以具体方式提出概念。如本申请中所使用的术语“或”旨在意指包含的“或”而非排除的“或”。即，除非另外指定或从上下文中清楚，“X使用A或B”意指自然包括排列的任意一个。即，如果X使用A；X使用B；或X使用A和B二者，则“X使用A或B”在前述任一示例中得到满足。
而且，尽管已经相对于一个或实现方式示出并描述了本公开，但是本领域技术人员基于对本说明书和附图的阅读和理解将会想到等价变型和修改。本公开包括所有这样的修改和变型，并且仅由所附权利要求的范围限制。特别地关于由上述组件(例如元件等)执行的各种功能，用于描述这样的组件的术语旨在对应于执行所述组件的指定功能(例如其在功能上是等价的)的任意组件(除非另外指示)，即使在结构上与执行本文所示的本公开的示范性实现方式中的功能的公开结构不等同。此外，尽管本公开的特定特征已经相对于若干实现方式中的仅一个被公开，但是这种特征可以与如可以对给定或特定应用而言是期望和有利的其他实现方式的一个或其他特征组合。而且，就术语“包括”、“具有”、“含有”或其变形被用在具体实施方式或权利要求中而言，这样的术语旨在以与术语“包含”相似的方式包括。
本发明实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以多个或多个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。上述的各装置或系统，可以执行相应方法实施例中的存储方法。
综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。