行业无人机管控系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种行业无人机管控系统及方法，包括飞控盒、地面站、行业空管平台、国家空管平台和管控客户端。行业空管平台向国家空管平台申报固定任务空域，申报成功后，在飞控盒中对无人机进行登记的同时预存了该无人机的飞行空域和飞行高度等限制性信息，使无人机在通过审批的空域内实现无需申报便可起飞，并能自动限制飞行空间；若进入未审批的空域则需要利用地面站向行业甚至国家空管平台申报。国家空管平台时刻掌握所有飞控盒的地理位置和最高控制权，能应对紧急情况。本发明专利技术针对各行业工业级无人机，让国家机构把部分管控权下放至各行业部门，划分清晰的责任区域，省去繁琐的固定任务空域起飞申报，规范空域管理的同时方便了无人机的使用。

Industry UAV control system and method

The invention discloses a control system and a method for an unmanned aircraft industry, comprising a flight control box, a ground station, an air traffic control platform, a national air traffic control platform and a control client. Air traffic control platform industry to the national air traffic control platform declared fixed task airspace, after the declaration of success, in case of UAV Flight Control for registration at the same time stored in the UAV flight airspace and flight height restriction information, so that the UAV take-off in the examination and approval of the airspace can be achieved without reporting, and can automatically space flight restrictions; if entering the airspace without approval will need to use the ground station to declare to the industry and even the national air traffic control platform. The national air traffic control platform always manages the location and maximum control of all flight control boxes, and can respond to emergencies. This invention is directed to the industrial level UAV, make national institutions part of the authority to control the industry sector, the regional division of responsibilities clear, eliminating the cumbersome fixed task airspace airspace management and standardize the takeoff declaration, the operation of uav.

【技术实现步骤摘要】
行业无人机管控系统及方法
本专利技术属于无人机管理领域，具体涉及工业无人机可达空域限制以及各行业空域管理。
技术介绍
随着科学技术的发展，近年来工业级无人机进入各行各业被广泛使用。跟消费级无人机相比，工业级无人机荷载大，留空时间长，飞行可达距离远，智能化控制水平高，它的进入与发展给各行业的工作带来快捷便利的同时，无人机事故及黑飞等不良事件多有发生，给国家与人民安全带来威胁，若违法分子恶意利用管理漏洞，会给国家及人民安全造成不可想象的破坏。要真正要管好无人机，就需要从无人机的大脑——飞控系统下手，需要做好飞控系统标准化工作，使飞控系统起到主动管理的作用，也为各管理级划分清晰的权利与责任界限。仅仅靠个人自觉申报和空管部门全权审批是不现实的做法。目前，随着行业无人机市场发展，国家急需有一套责任权力分配清晰管理范围明确的管控系统，用于管理、监控无人机的安全使用及应急处突。
技术实现思路
本专利技术能解决无人机的管理问题，实现对各行业应用无人机的实时监测、控制、空域限制以及空域管理权划分。本专利技术提供一种行业无人机管控系统及方法，包括飞控盒、地面站、行业空管平台、国家空管平台和管控客户端。飞控盒用于操纵无人机飞行；地面站能够同时控制和监控多个飞控盒；行业和国家空管平台能够实时监控飞控盒，在紧急情况下能强制控制飞控盒。飞控盒是一个集成了微型处理器和多个功能模块的硬件平台；地面站可以是移动设备，如手提电脑、平板电脑和手机；行业和国家空管平台可以是移动设备或者台式电脑。管控客户端软件包含了各管理平台的管控功能以及跟用户的交互功能，可以在微软Windows、Linux、Android和苹果iOS等常用操作系统上运行，因此安装了该软件的手机、平板和电脑都能够充当地面站、行业空管平台或者国家空管平台。以上所有设备都能接入公网和北斗短报文通信网，其中飞控盒和上述的移动设备则会通过物联网模块来连接公网。而市售的手机、平板设备和电脑都没有集成完整的北斗系统功能(包括北斗定位和短报文通信)，本专利技术提供的管控系统支持外挂的北斗模块，能利用OTG技术连接到手机和平板设备，或者通过USB接口/蓝牙/WIFI连接到手提或者台式电脑。飞控盒内包含中央处理器、惯性导航模块、气压测量模块、本地存储模块、北斗模块和物联网模块(NB-IoT)。在飞控盒出厂时刻，行业应用相关的基本信息(如飞行高度限制、速度限制、留空时长限制、行业部门编号等)以及唯一的设备串号会被写入中央处理器的单次写入存储单元中，使飞控盒具有身份可追朔性以及初步用途受控的优点。本地存储模块包含两个部分，一个存储了数字围墙数据，另一个部分用于储存飞行数据，如地理位置、高度、速度、姿态、电量等。数字围墙数据是根据国家空管平台审批通过的空域信息生成的，使飞控盒不需要依赖外部数据传输链路就能自动限制无人机的可达空域，即使北斗短报文功能与物联网功能失效，数字围墙也能正常运作。无人机在数字围墙范围内的飞行不需要向行业或者国家空管平台申报，方便了众多行业无人机的使用，减少了相关空域管理部门的工作负担。对于各行业的空域划分和管理责任划分，行业空管平台需要把作业空域地理信息向国家空管平台申报，通过申报审批的空域信息会被管控客户端转换成数字围墙数据，并通过物联网或者USB接口写入至相应飞控盒的存储模块。地面站可以利用物联网和北斗短报文控制多个飞控盒，能够为无人机设定航线并使其自主执行任务。地面站全程监控飞控盒的地理位置、高度、飞行速度等详细飞行信息。在无人机跨区作业需求的情况下，需要利用地面站向行业空管平台提出申报和数字围墙的解锁请求，若申报的空域地理位置过于敏感，行业空管平台需要把申报上传至国家空管平台，由更高级别的负责部门做审批决定。行业和国家空管平台能够实时监控属于各自部门的飞控盒的地理位置和高度，在紧急情况下能够强制获取飞控盒的控制权；国家空管平台拥有最高控制权。本专利技术的有益效果是：各飞控盒都拥有唯一的串号，使无人机设备具备身份可追溯性；飞控盒中央处理器在出厂之前都被写入行业应用信息，从根本上限制了飞行性能；飞控盒内存储着数字围墙数据，实现自主限制飞行空间，无需依赖外部数据链路，使空域限制功能的可靠性和执行效率大大提高，从根本上确保无人机不会被违规越界使用。各行业只需要向国家空管平台一次性申报空域，相应的作业无人机就能在通过审批的空域内免申报起飞，规范空域管理的同时方便了无人机的使用和降低了空域审批工作量，也为上下级的管理工作划分了清晰的责任区域。飞控盒包含的所有功能模块都集成在同一个硬件平台里，模块与模块间的数据交换都通过内部电路实现，保证了硬件平台数据交换的安全性。附图说明图1是本专利技术技术原理图示意图；图2是本专利技术控制盒硬件系统示意图。具体实施方式实施例1本实施例提供一种行业无人机管控系统，包括飞控盒、地面站、行业空管平台、国家空管平台和管控客户端，如图1所示。飞控盒用于操纵无人机飞行；地面站能够同时控制和监控多个飞控盒，为无人机设定航线；正常飞行的状况数据都会通过飞控盒或地面站上传至行业主管单位及市县省国家部门备案储存，以便在发生问题时随时可以查阅与监管。行业和国家空管平台能够实时监控飞控盒的地理位置和其他基本飞行信息，在紧急情况下能强制控制飞控盒。行业和国家空管平台可以不通过地面站直接管控飞控盒，在突发事件发生时国家空管平台可以调度各省市县及行业飞机进行支援，在特殊情况下若需要清空某区域的无人机，行业或者国家空管平台可以通过集成在飞控盒里的物联网或者北斗链路来强制返航和禁止起飞。飞控盒是一个集成了微型处理器和多个功能模块的硬件平台；地面站可以是移动设备，如手提电脑、平板电脑和智能手机；行业和国家空管平台可以是移动设备或者台式电脑。管控客户端包含了各管理平台的管控功能以及跟用户的交互功能，可以在微软Windows、Linux、Android和苹果iOS等常用操作系统上运行，因此安装了管控客户端的手机、平板和电脑都能够充当地面站、行业空管平台或者国家空管平台。以上所有设备都能接入公网和北斗短报文通信网，采用双向通信连接方式，其中飞控盒和上述移动设备可以通过物联网模块或者移动网模块来连接公网，而市售的手机、平板设备和电脑由于没有集成完整的北斗系统功能(包括北斗定位和短报文通信)，本专利技术提供的管控系统支持外挂的北斗模块，能利用OTG技术连接到手机和平板设备，或者通过USB接口/蓝牙/WIFI连接到手提或者台式电脑。飞控盒、地面站、行业和国家管理平台能通过移动网模块或者物联网模块连接公网，为了保证信息安全性，网络通信必须加密，其中的2G、3G和4G移动网通信分别对应使用GEA、MILENAGE、SEA加密方式。北斗短报文通信仅仅依靠我国北斗系统，不涉及公网，再加上支持点对点加密，能够保证飞控盒与其他管控平台的通信安全。在紧急情况下，管控客户端能够启用安全模式，利用北斗短报文通信来维持管理系统的基本运作，防止设备通过物联网被劫持。飞控盒内包含中央处理器、惯性导航模块、气压高度测量模块、本地存储模块、北斗模块和物联网模块(NB-IoT)，如图2所示。在飞控盒出厂时刻，行业应用相关的基本信息(如飞行高度限制、速度限制、留空时长限制、行业部门编号等)以及唯一的设备串号会被写入中央处理器的单次写入存储单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种行业无人机管控系统，包括飞控盒、地面站、行业空管平台、国家空管平台和管控客户端，该飞机控制盒由中央处理器、惯性导航模块、气压测量模块、本地存储模块、北斗模块和物联网模块组成，飞控盒中的该些模块都集成在同一个硬件平台里；该飞控盒在出厂时刻，包括飞行高度限制、速度限制、留空时长限制和行业部门编号等行业应用相关的基本信息，以及唯一的设备串号会被写入中央处理单元的单次写入存储单元中；在执行任务之前，根据各行业的空域划分和管理责任划分对作业的空域地理信息向国家空管平台申报，通过申报审批的空域地理信息会被管控客户端转换成数字围墙数据，该数据包括空域限制以及最大高度、最高速度、最长留空时间等飞行限制信息，并通过物联网或者USB接口写入至相应飞控盒的本地存储模块中，所述飞控盒操纵无人机飞行，并根据数字围墙的范围自动限制无人机的可达空域；地面站能够利用物联网和北斗短报文同时控制和监控多个飞控盒，为无人机设定航线使其在数字围墙的范围内自主执行任务，并全程监控飞控盒的地理位置、高度和飞行速度等飞行信息，并在管控客户端上显示所连接无人机的各种状态，包括无人机的飞行曲线、飞行参数、回放文件和GPS卫星状态；行业和国家空管平台能够实时监控属于各自部门的飞控盒的地理位置和高度，在无人机跨区作业需求的情况下，需要利用地面站向行业空管平台提出申报和数字围墙的解锁请求，并在存在紧急情况下能够强制获取飞控盒的控制权，国家空管平台相对于行业空管平台拥有更高的控制权；当申报的空域地理位置过于敏感，行业空管平台需把申报上传至国家空管平台，由更高级别的负责部门做审批决定。...

【技术特征摘要】
1.一种行业无人机管控系统，包括飞控盒、地面站、行业空管平台、国家空管平台和管控客户端，该飞机控制盒由中央处理器、惯性导航模块、气压测量模块、本地存储模块、北斗模块和物联网模块组成，飞控盒中的该些模块都集成在同一个硬件平台里；该飞控盒在出厂时刻，包括飞行高度限制、速度限制、留空时长限制和行业部门编号等行业应用相关的基本信息，以及唯一的设备串号会被写入中央处理单元的单次写入存储单元中；在执行任务之前，根据各行业的空域划分和管理责任划分对作业的空域地理信息向国家空管平台申报，通过申报审批的空域地理信息会被管控客户端转换成数字围墙数据，该数据包括空域限制以及最大高度、最高速度、最长留空时间等飞行限制信息，并通过物联网或者USB接口写入至相应飞控盒的本地存储模块中，所述飞控盒操纵无人机飞行，并根据数字围墙的范围自动限制无人机的可达空域；地面站能够利用物联网和北斗短报文同时控制和监控多个飞控盒，为无人机设定航线使其在数字围墙的范围内自主执行任务，并全程监控飞控盒的地理位置、高度和飞行速度等飞行信息，并在管控客户端上显示所连接无人机的各种状态，包括无人机的飞行曲线、飞行参数、回放文件和GPS卫星状态；行业和国家空管平台能够实时监控属于各自部门的飞控盒的地理位置和高度，在无人机跨区作业需求的情况下，需要利用地面站向行业空管平台提出申报和数字围墙的解锁请求，并在存在紧急情况下能够强制获取飞控盒的控制权，国家空管平台相对于行业空管平台拥有更高的控制权；当申报的空域地理位置过于敏感，行业空管平台需把申报上传至国家空管平台，由更高级别的负责部门做审批决定。2.根据权利要求1所述的行业无人机管控系统，其特征在于：地面站是移动设备；行业和国家空管平台可以是移动设备或者台式电脑。3.根据权利要求2所述的行业无人机管控系统，其特征在于：该移动设备是手提电脑、平板电脑或智能手机。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈滨，叶宇鹰，陈美琦，
申请(专利权)人：广州激速智能航空科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44