环境数据共享平台、无人飞行器、定位方法和定位系统技术方案

公开了一种共享环境数据的无人飞行器定位方法、定位系统、环境数据共享平台和无人飞行器，定位方法包括以下步骤：环境数据共享平台(1)收集并共享环境数据；无人飞行器(2)基于环境数据进行视觉定位，定位系统包括收集并共享环境数据的环境数据共享平台(1)和无人飞行器(2)，环境数据共享平台(1)包括存储有环境数据的数据库的存储设备(3)和访问数据库的通信端口(4)，通信端口(4)经由无线通信连接无人飞行器(2)，无人飞行器(2)包括接收环境数据的通信设备(5)、处理环境数据的处理器(6)和用于视觉定位的摄像头和/或激光雷达(7)，无人飞行器(2)基于环境数据利用摄像头和/或激光雷达(7)进行视觉定位。

【技术实现步骤摘要】
环境数据共享平台、无人飞行器、定位方法和定位系统
本专利技术属于无人飞行器领域，特别是涉及一种无GPS信号下，例如室内的共享环境数据的无人飞行器定位方法、定位系统、环境数据共享平台和无人飞行器。
技术介绍
目前，主要基于GPS，这里用GPS来举例式说明卫星定位导航系统，事实上全球范围内还存在俄罗斯以及中国的类似系统，由于其具体原理和情况与本申请技术方案并无直接关联，在此不再展开说明，或者差分GPS来实现的室外无人飞行器的定位问题已经基本得到解决，由于对于GPS信号的使用效率越来越高，在室外飞行的较好的无人飞行器，利用GPS信号已经能够轻易做到在厘米级别程度的位置识别。具体体现在操控体验上，一台悬停状态的多旋翼无人机，在室外利用来自多颗GPS卫星的信号，能够像钉子一样定在某个特定地点，纹丝不动。事实上，对于旋翼式无人机来说，悬停精准可靠是其他复杂飞行轨迹操控的前提，正是由于在室外环境下，旋翼式无人机的定位问题已经基本得到解决，并且这个解决方案的成本比较低廉。所以，旋翼式无人机尤其是多旋翼无人机的应用领域得到广泛开拓，包括航拍、物流、勘测、巡线、植保等多个领域，已经出现了无人机活跃的身影。相较而言，对于缺乏GPS信号指引的情况下，无人机的悬停定位成为一个大问题，尤其是对于室内这个典型环境而言，多旋翼无人机无法精准悬停，导致在室内飞行的可行性受到极大挑战。在室内环境下，由于无法借助GPS信号来实现对自身位置的确认，低成本的解决方案是通过IMU来实现自身位置判断，但是由于积分误差，使用这种方案来定位的无人机漂移现象严重，也就是说，在使用者不给出任何移动指令的情况下，无人机可能朝向任意方向持续移动，并且速度还不慢。而室内环境往往比室外更复杂，障碍物更多，这种无人飞行器的漂移，将导致使用者忙于调整无人飞行器的位置，而无暇去让飞行器完成实际飞行任务。为了实现室内环境下的精准定位的另一种解决方案，是通过动作捕捉系统来实现，在预先设计好的环境下，通过动作捕捉系统，利用红外高速摄像机捕捉被动发光标记，能够实现针对目标物体的高速位置识别。一种著名的动作捕捉系统被称为Vicon动作捕捉系统。但是采用这种方法的一个重大问题是成本不可控，使用动作捕捉系统来实现室内环境的精准定位，不仅需要针对该室内环境的环境特点预先布置价格不菲的高速摄像设备，还需要在无人飞行器上设置用于被捕捉的发光标记。一套效果满意的解决方案成本要上百万，对于消费级产品来说，这就意味着这种方案没有市场价值。当前，研究的热门是通过图像识别技术来解决上述定位问题。所谓图像识别技术一般是利用若干摄像头，实时拍摄无人飞行器周围的环境，根据周围的环境来判断无人飞行器当前的位置。两种典型的图像识别技术如下：其一是根据被拍摄对象的特征来定位，比如在地面上存在或者预先设置有若干具有明显标识效果的地标，无人飞行器上设置有向下拍摄的摄像头，通过不间断的对地面的拍摄，不断去读取这些地标，来帮助无人机判断自身位置。该方案的前提是需要对周围环境有预先的了解，如此才能根据实时拍摄的数据与预先了解到的地标进行比对，从而判断自身位置。专利文献CN103149939A公开的一种基于视觉的无人机动态目标跟踪与定位方法包括如下步骤：第一步，视频处理，进行动态目标的检测和图像跟踪；动态目标检测：在连续两帧图像中，第一帧图像中提取特征点集，在第二帧图像中对这些特征点进行跟踪，得到第一帧图像中特征点集的对应特征点集，进一步去除对应特征点集中属于动态目标的特征点；用剩余的有效特征点集对中的各特征点对的运动矢量估计全局的运动，得到变换矩阵，从而补偿背景的运动，将动态背景下的动态目标检测转换为静态背景下的动态目标检测，帧差补偿背景后的两帧图像，用最小类间方差阈值法自动选取阈值产生相应的二值图像，对二值图像进行滤波处理，接着用最小外接矩形描述该动态目标，实现动态目标的检测；(2)对检测出的动态目标在后续帧中采用融合基于偏移的均值向量跟踪和卡尔曼先验预估的算法连续跟踪，首先用卡尔曼滤波预估出动态目标在当前帧图像中的位置，然后将该位置信息传递给基于偏移的均值向量跟踪算法，该算法在该位置附近搜索目标，判定搜索结果是否有效，若是有效则进一步传递给卡尔曼滤波作为观测值进行下一步的预测；第二步，云台伺服控制，实时调整云台的俯仰偏转角度，使目标保持在图像的中央；第三步，建立影像中目标与现实环境中目标的对应关系，进一步测量摄像机与动态目标之间的距离，完成动态目标的精确定位；第四步，无人机飞控系统进行自主跟踪地面动态目标飞行。该专利可自行完成对运动目标的检测、图像跟踪，自动偏转光轴使动态目标始终呈现在成像平面中央，在获取无人机高度信息的基础上依据建立的模型实时测量无人机与动态目标之间的距离，但该专利由于对于未知的室内环境缺乏数据支持，导致室内定位问题解决的不好，即使采用视觉定位方式进行定位，效果也不好。另一种是采用SLAM(并发建图与定位)方式，即飞行器通过自身在未知环境中从一个未知位置开始移动，在移动过程中根据位置估计和地图进行自身定位,同时在自身定位的基础上建造增量式地图，实现机器人的自主定位和导航。这种方式的适用性更广，但是对于图像处理能力和计算能力的要求更高。这种方式虽然在没有任何地图数据的情况下也能从零开始搜集环境资料，但是如果是这种情况也就意味着该飞行器在正常工作之前，还需要有一个对当前环境的地图构建工作要做。专利文献CN104062977A公开了一种基于视觉SLAM的四旋翼无人机全自主飞行控制方法，包括如下步骤：利用安装在四旋翼无人机底部的摄像头采集图像信息，利用集成惯性导航单元获取无人机的姿态角及加速度信息，这两部分信息作为输入，运行改进的视觉SLAM算法获取四旋翼无人机三维位置和姿态信息；采用扩展卡尔曼滤波器融合视觉位置信息和惯性导航单元提供的三维加速度，从而得到精确的位置信息，采用上述算法得到的水平位置和速度信息及气压计获得的高度信息作为反馈量，设计PID控制器，实现四旋翼无人机的全自主飞行控制。该专利文献搭建了四旋翼无人机视觉控制系统实验平台，该平台采用嵌入式控制系统架构，使用机载嵌入式计算机运行论文中提出的算法，但该专利的无人飞行器结构复杂以及对于图像处理能力和计算能力的要求更高，而获得的定位精度以及及时性无法满足无人飞行器的飞行控制需要。因此，如上
技术介绍
所述，传统无人飞行器使用视觉定位方式来解决室内定位问题的时候，虽然也能取得一定效果，但是由于对于未知的室内环境缺乏数据支持，导致室内定位问题解决的不好，即使采用视觉定位方式进行定位，效果也不好。
技术实现思路
本申请通过某个平台预先收集各个场所的室内环境数据资料，并且分享给需要的无人飞行器，如此，当某个无人飞行器在陌生的室内环境中开始飞行任务的时候，可以通过提前调取该环境的对应环境数据资料，来提高其实施室内定位飞行的准确性和可靠性。每台无人飞行器在某个具体的室内环境中进行飞行的同时，还可以将实时所采集的摄像数据保存下来，即时或者后续传送给共享平台，不断完善共享平台上各个室内环境数据的对应资料。本专利技术的目的是通过以下技术方案予以实现。根据本专利技术的一方面，一种共享环境数据的无人飞行器定位方法包括以下步骤：在第一步骤中，环境数据共享平台收集并共享环境数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种共享环境数据的无人飞行器定位方法，其包括以下步骤：在第一步骤(S1)中，环境数据共享平台(1)收集并共享环境数据；在第二步骤(S2)中，无人飞行器(2)确定当前位置，并基于所述当前位置连接所述环境数据共享平台(1)以获得相应环境数据；在第三步骤(S3)中，无人飞行器(2)基于所述环境数据进行视觉定位。

【技术特征摘要】
1.一种共享环境数据的无人飞行器定位方法，其包括以下步骤：在第一步骤(S1)中，环境数据共享平台(1)收集并共享环境数据；在第二步骤(S2)中，无人飞行器(2)确定当前位置，并基于所述当前位置连接所述环境数据共享平台(1)以获得相应环境数据；在第三步骤(S3)中，无人飞行器(2)基于所述环境数据进行视觉定位。2.一种如权利要求1所述的共享环境数据的无人飞行器定位方法，其特征在于：在第一步骤(S1)中，环境数据共享平台(1)通过激光雷达和/或摄像头采集环境信息且进行并发建图与定位(SLAM)以形成环境数据。3.一种如权利要求1所述的共享环境数据的无人飞行器定位方法，其特征在于：在第一步骤(S1)中，环境数据共享平台(1)通过摄像头采集地面纹理信息作为环境数据。4.一种如权利要求1所述的共享环境数据的无人飞行器定位方法，其特征在于：在第一步骤(S1)中，所述环境数据包括环境数据采集的场所名称、环境数据采集的朝向、环境数据的采集方式、环境数据的类型和/或环境数据的处理格式，其中，所述环境数据的类型包括地面纹理地图和/或SLAM建立的三维地图。5.一种如权利要求1所述的共享环境数据的无人飞行器定位方法，其特征在于：在第四步骤(S4)中，所述无人飞行器(2)将飞行中采集的环境数据上传所述环境数据共享平台(1)。6.一种实施如权利要求1-5中任一项所述的共享环境数据的无人飞行器定位方法的定位系统，所述定位系统包括收集并共享环境数据的环境数据共享平台(1)和无人飞行器(2)，其特征在于：所述环境数据共享平台(1)包括存储有环境数据的数据库的存储设备...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：高域北京智能科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11