基于无人机集群的牧群动态组网通信方法及系统

本发明属于无人机，具体的，涉及基于无人机集群的牧群动态组网通信方法及系统。

背景技术：

1、受限于青藏高原极端自然地理条件，牧区每年有近8个月的冷季缺草期，牦牛生长缓慢（5-6年出栏），养殖风险极高（10%损失率），经济效率极低。历经建设，村镇居住区实现了通路、通水、通电、通网络，但大面积的牧场仍然是无电、无网条件（建设代价太大）。因此，定居放牧“固定牧场内轮牧”和半定居游牧“大范围公共牧场内游牧”的家庭牧场养殖仍是高原藏区最主要的养殖生产模式。放牧养殖必然面临区域广、距离远、山路艰险等条件制约，冷季草料运送、投放困难，对病、弱、丢失的牲畜难以搜寻和人工干预等现实困难。

2、国内外在农业物联网，移动动态组网，生物集群运动模型，无人人集群应用，边-端融合组网等方面，都有一些研究，但是，在极端/偏远条件下，以手持基站为中心节点的边端网络的动态链接与可靠数据传输为题，符合牧群运动演进特点的自组网网络架构及通信方式，无人机（集群）基站的空中介入，无人机集群任务规划、动态组网于一体的空-地通信机制。

技术实现思路

1、本发明面向高海拔、高寒、无电无网（仅村镇有移动通信网络）的偏远条件，拟构建以乡镇为单位区域性广域网络，支撑远距离（40公里半径）通信、边端多基站灵活接入（数百个手持基站）、多终端（10万头牦牛项圈）动态通信的低成本物联网网络。放牧物联网边缘通信链路包括“北斗短报文”直通链路、数图传本地链路。“北斗短报文”直通链路支撑关键数据和控制指令的全网传输，使得基站网络自成一体、高效可靠，并通过动态组织、调配优化整个网络的资源分配。

2、根据本发明的第一方面，本发明请求保护基于无人机集群的牧群动态组网通信方法，包括步骤：

3、初始化无人机集群，将所述无人机集群划分为执行不同通信任务的无人机；

4、所述牧群中牦牛在预设地区范围内进行活动，所述牦牛佩戴的项圈定时向放牧用户的手持基站发送定位数据信息；

5、当所述手持基站无法接收到所述牦牛佩戴的项圈发送的定位数据信息时，认定所述牦牛发生脱管事件；

6、所述手持基站分析出所述牦牛发生脱管事件前的最终位置区域和预测脱管行进区域，形成找牛指令并发送给所述无人机执行找牛任务；

7、所述无人机依据所述找牛指令在搜索区域内执行找牛任务，并将找牛结果上报。

8、优选的，所述初始化无人机集群，将所述无人机集群划分为执行不同通信任务的无人机，具体包括：

9、所述无人机集群至少包括第一无人机机组、第二无人机机组、第三无人机机组；

10、所述第一无人机机组包括一架或多架无人机；

11、所述第二无人机机组包括一架或多架无人机；

12、所述第三无人机机组包括一架或多架无人机；

13、所述第一无人机机组执行定时唤醒任务，定时向牦牛佩戴的项圈发出唤醒指令；

14、所述第二无人机机组执行数据收集任务，用于接收牦牛佩戴的项圈发出的定位数据信息；

15、所述第三无人机机组执行特殊任务，用于搜索脱管牦牛。

16、优选的，所述牧群中牦牛在预设地区范围内进行活动，所述牦牛佩戴的项圈定时向放牧用户的手持基站发送定位数据信息，具体包括：

17、所述无人机定时向所述牦牛佩戴的项圈发出唤醒指令；

18、当所述牦牛佩戴的项圈接收到所述唤醒指令后，获取自身的定位数据信息，并发送给所述手持基站；

19、所述手持基站将收到的所述项圈的定位数据信息发送至北斗卫星，北斗卫星通过北斗短报文发送至边缘服务器和北斗基站控制中心；

20、云平台接收所述定位数据信息，移动终端向用户终端显示牦牛的项圈的定位数据信息。

21、优选的，所述当所述手持基站无法接收到所述牦牛佩戴的项圈发送的定位数据信息时，认定所述牦牛发生脱管事件，具体包括：

22、当所述牦牛运动到超出所述项圈的通信范围之外时，所述手持基站无法接收到所述牦牛佩戴的项圈发送的定位数据信息；

23、当手持基站无法接收到所述牦牛佩戴的项圈发送的定位数据信息时，认定所述牦牛发生脱管事件，向北斗卫星发出脱管报警；

24、所述北斗卫星将所述脱管报警发送至边缘服务器，所述边缘服务器向所述无人机发出脱管报警，激活所述无人机进入找牛待命状态。

25、优选的，所述手持基站分析出所述牦牛发生脱管事件前的最终位置区域和预测脱管行进区域，形成找牛指令并发送给所述无人机执行找牛任务，具体包括：

26、获取所述牦牛在脱管事件发生前的自然放牧状态下的随机运动参数和所述牦牛发生脱管事件前的最终位置区域；

27、依据所述随机运动参数和最终位置区域，分析得到所述牦牛的预测脱管行进方向；

28、获取所述牦牛的脱管事件的发生时间和无人机执行任务所需要花费的历史时间；

29、依据所述牦牛的预测脱管行进方向、脱管事件的发生时间和无人机执行任务所需要花费的历史时间，预测得出所述牦牛的预测脱管行进区域；

30、依据所述牦牛的预测脱管行进区域形成找牛指令并发送给所述无人机执行找牛任务。

31、优选的，所述无人机依据所述找牛指令在搜索区域内执行找牛任务，并将找牛结果上报，具体包括：

32、依据所述牦牛的预测脱管行进区域和脱管牦牛的数量，分配无人机用于执行找牛任务；

33、所述无人机生成的航线满足覆盖所述预测脱管行进区域的范围，多个脱管牲畜的随机运动范围构成所述无人机执行空中运动的航线规划依据。

34、根据本发明第二方面，本发明请求保护基于无人机集群的牧群动态组网通信系统，其特征在于，包括：

35、多个手持基站、牦牛佩戴的项圈、多架无人机、北斗基站控制中心、地面站数据中心、北斗卫星、云平台；

36、所述基于无人机集群的牧群动态组网通信系统用于执行所述的基于无人机集群的牧群动态组网通信方法。

37、本发明请求保护的基于无人机集群的牧群动态组网通信方法及系统，通过初始化无人机集群，将无人机集群划分为执行不同通信任务的无人机；牧群中牦牛在预设地区范围内进行活动，牦牛佩戴的项圈定时向放牧用户的手持基站发送定位数据信息；当手持基站无法接收到牦牛佩戴的项圈发送的定位数据信息时，认定牦牛发生脱管事件；手持基站分析出牦牛发生脱管事件前的最终位置区域和预测脱管行进区域，形成找牛指令并发送给无人机执行找牛任务；无人机依据找牛指令在搜索区域内执行找牛任务，并将找牛结果上报。本方案针对大规模牧场脱管牲畜的及时响应，远距离精准搜寻，基于无人机实现动态通信以及脱管牲畜走失的快速响应。

技术特征：

1.基于无人机集群的牧群动态组网通信方法，其特征在于，包括步骤：

2.如权利要求1所述的基于无人机集群的牧群动态组网通信方法，其特征在于，所述初始化无人机集群，将所述无人机集群划分为执行不同通信任务的无人机，具体包括：

3.如权利要求1所述的基于无人机集群的牧群动态组网通信方法，其特征在于，所述牧群中牦牛在预设地区范围内进行活动，所述牦牛佩戴的项圈定时向放牧用户的手持基站发送定位数据信息，具体包括：

4.如权利要求1所述的基于无人机集群的牧群动态组网通信方法，其特征在于，所述当所述手持基站无法接收到所述牦牛佩戴的项圈发送的定位数据信息时，认定所述牦牛发生脱管事件，具体包括：

5.如权利要求1所述的基于无人机集群的牧群动态组网通信方法，其特征在于，所述手持基站分析出所述牦牛发生脱管事件前的最终位置区域和预测脱管行进区域，形成找牛指令并发送给所述无人机执行找牛任务，具体包括：

6.如权利要求5所述的基于无人机集群的牧群动态组网通信方法，其特征在于，所述无人机依据所述找牛指令在搜索区域内执行找牛任务，并将找牛结果上报，具体包括：

7.基于无人机集群的牧群动态组网通信系统，其特征在于，包括：

技术总结
本发明请求保护的基于无人机集群的牧群动态组网通信方法及系统，通过初始化无人机集群，将无人机集群划分为执行不同通信任务的无人机；牧群中牦牛在预设地区范围内进行活动，牦牛佩戴的项圈定时向放牧用户的手持基站发送定位数据信息；当手持基站无法接收到牦牛佩戴的项圈发送的定位数据信息时，认定牦牛发生脱管事件；手持基站分析出牦牛发生脱管事件前的最终位置区域和预测脱管行进区域，形成找牛指令并发送给无人机执行找牛任务；无人机依据找牛指令在搜索区域内执行找牛任务，并将找牛结果上报。本方案针对大规模牧场脱管牲畜的及时响应，远距离精准搜寻，基于无人机实现动态通信以及脱管牲畜走失的快速响应。

技术研发人员：李吉,凌敏,黄世杰,张晓锋,张倩,左世祥,李志军,王坤,周龙,杨铮,韩佳闯,赵恒,莫伟强,黄宏伟,林凯
受保护的技术使用者：成都航空职业技术学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13