【技术实现步骤摘要】
一种无人机任意图形禁飞区识别导航系统
本专利技术涉及一种无人机任意图形禁飞区识别导航系统。
技术介绍
无人机最初运用于军事领域,如战场侦察、毁伤评估等;而随着越来越多的企业开始采用无人机技术,原本属于军事领域的无人机制造商,也开始为民用企业提供服务,以满足商业市场对无人机技术的需求,如气象探测、空中交通管制等。由于无人机具有成本低、环保节能、隐蔽性强、无人员伤亡的优点,投入民用的无人机数量越来越多,但是随着无人机的普及,也引发了诸多安全问题:例如近来频繁出现的无人机“黑飞”事件,无人机随意占用敏感的公共区域,导致航班无法按时降落只能在空中盘旋,极大影响了公共秩序和航班效率;另外,ISIS近年使用一架安置陷阱的无人机杀死了两名库尔德飞行员,表明无人机正在被用于恐怖袭击领域,如果不对无人机进行有效管理,将可能引发恐慌。目前我国开始对无人机实施实名制登记,为了响应国家对无人机的监管需求,需要开发一套无人机监管系统,使无人机自动避开禁飞区,减少无人机闯入禁飞区带来的经济损失和安全隐患。专利申请201410740462.7车辆进入多边形电子围栏区域的检测方法,该多边形电子围栏区域检测方法包括:判断电子围栏区域是凸多边形还是凹多边形区域,如果是凹多边形区域,则转换为凸多边形区域处理;若是凸多边形区域,基于凸多边形区域的每一条边作为基准直线,各条边按照顺时针或者逆时针方向构建具有方向的基准直线,并且判断车辆是否位于所有基准直线的同一侧;若车辆位于电子围栏区域的所有基准直线的同一侧,可判断车辆进入电子围栏区域。但是该专利技术存在以下缺陷:在处理凹多边形区域时,需要先转换为 ...
【技术保护点】
一种无人机任意图形禁飞区识别导航系统,其特征在于,包括无人机定位导航模块(1)、飞控中心模块(2)、调度中心模块(3)、中间接口模块(4)、监控模块(5)、WebService模块(6)以及Oracle数据库模块(7);其中:无人机定位导航模块(1)与飞控中心模块(2)相连;监控模块(5)通过中间接口模块(4)与WebService模块(6)和调度中心模块(3)分别连接;飞控中心模块(2)与调度中心模块(3)相连;飞控中心模块(2)、调度中心模块(3)和WebService模块(6)分别与Oracle数据库模块(7)进行数据交互。
【技术特征摘要】
1.一种无人机任意图形禁飞区识别导航系统,其特征在于,包括无人机定位导航模块(1)、飞控中心模块(2)、调度中心模块(3)、中间接口模块(4)、监控模块(5)、WebService模块(6)以及Oracle数据库模块(7);其中:无人机定位导航模块(1)与飞控中心模块(2)相连;监控模块(5)通过中间接口模块(4)与WebService模块(6)和调度中心模块(3)分别连接;飞控中心模块(2)与调度中心模块(3)相连;飞控中心模块(2)、调度中心模块(3)和WebService模块(6)分别与Oracle数据库模块(7)进行数据交互。2.根据权利要求1所述的一种无人机任意图形禁飞区识别导航系统,其特征在于,所述的无人机定位导航模块(1)包括飞控中心接口模块(1-1)、接收数据解析模块(1-2)、发送数据解析模块(1-3)、GPS定位模块(1-4)、数据处理模块(1-5)、数据存储模块(1-6)、禁飞区图形判别模块(1-7)、禁飞区路由算法模块(1-8)以及无人机控制模块(1-9);所述的飞控中心接口模块(1-1)包括飞控中心数据接收模块(1-1-1)和飞控中心数据发送模块(1-1-2),采用TCP/IP协议进行数据传输;所述的飞控中心数据接收模块(1-1-1)接收飞控中心模块(2)发送的指令信息,将指令信息由ASCII码转换为无人机终端二进制码,并发送给接收数据解析模块(1-2);所述的飞控中心数据发送模块(1-1-2),接收发送数据解析模块(1-3)解析的数据指令信息,将数据指令信息由无人机终端二进制码转换为ASCII码,并发送到飞控中心模块(2);所述的接收数据解析模块(1-2),接收从飞控中心数据接收模块(1-1-1)发送的无人机终端二进制码指令信息,根据无人机产商提供的通信协议,将无人机终端二进制码指令信息解析为相应的数据指令信息,发送给数据处理模块(1-5);所述的发送数据解析模块(1-3),接收数据处理模块(1-5)分类后的数据指令信息,根据无人机产商提供的通信协议,将分类后的数据指令信息以无人机终端二进制码的编码格式进行编码,并发送给飞控中心数据发送模块(1-1-2);所述的GPS定位模块(1-4),接收北斗卫星导航系统的GPS信息,转换为无人机终端二进制码,发送给数据处理模块(1-5);所述的数据处理模块(1-5),接收GPS定位模块(1-4)和接收数据解析模块(1-2)的GPS信息和数据指令信息并进行分类,分为上行信息和下行信息,其中,上行信息为无人机定位导航模块(1)发送到监控模块(5)的数据指令信息,包括响应信息、警报类信息和GPS信息;下行信息为监控模块(5)发送到无人机定位导航模块(1)的数据指令信息;将下行信息发送到数据存储模块(1-6),将上行信息发送至发送数据解析模块(1-3);所述的数据存储模块(1-6),接收数据处理模块(1-5)分类的下行信息,存储到无人机缓存中,当监控模块(5)发送禁飞区指令信息时,数据存储模块(1-6)将禁飞区顶点经纬度信息、实时GPS信息发送至禁飞区图形判别模块(1-7);所述的禁飞区图形判别模块(1-7)接收数据存储模块(1-6)的上行信息,设定告警区域,并进行告警区位置判别,将判别结果以及警报类信息发送至数据存储模块(1-6);所述的禁飞区路由算法模块(1-8),接收数据存储模块(1-6)中的禁飞告警信息,执行越界趋势判断和禁飞航迹规划,确保无人机驶离禁飞区;所述的无人机控制模块(1-9),接收数据存储模块(1-6)的航迹规划路线,控制无人机以当前速度和规划路线飞行并回到安全区域。3.根据权利要求2所述的一种无人机任意图形禁飞区识别导航系统,其特征在于,所述的禁飞区图形判别模块(1-7)根据禁飞区的经纬度信息采用多边形内缩法设定告警区域,多边形内缩法即为:将多边形的各边沿着各边法线方向向内平移一定距离,依次连接平移后各边与相应顶点的角平分线的交点,构成内缩多边形,具体为:设任意图形禁飞区顶点为A[1]A[2]A[3]...A[n],内缩后的多边形顶点为A[1]'A[2]'A[3]'...A[n]',则任一内缩多边形的顶点A[i]'通过以下步骤确定:第一,作A[i-1]A[i]A[i+1]的角平分线I[i];第二,根据A[i-1]、A[i]、A[i+1]的坐标求出角A[i-1]A[i]A[i+1]的大小θ,θ<180°;第三,以d/sin(θ/2)为半径以A[i]为圆心作圆交I[i]于B[i],则B[i]即为A[i]’,d为多边形内缩法中向内平移的距离,该距离可由监控模块(5)设定;所述的禁飞区图形判别模块(1-7)采用水平射线交点法进行告警区位置判别,具体为:第一,判断无人机当前位置点A是否与多边形告警区域的顶点重合,若重合则判定无人机在多边形告警区域的内部;第二,若点A不与多边形顶点重合,则以点A为起点向左作一条水平射线;第三,将多边形告警区域的各边以有向线段的形式保存,若有向线段与水平射线平行或重合则删除该有向线段,根据经纬度位置判断剩余有向线段与水平射线是否有交点,并统计交点个数;第四,若统计得到的交点个数为奇数则判定无人机在多边形告警区域的内部,否则判定无人机在多边形告警区域的外部。4.根据权利要求2所述的一种无人机任意图形禁飞区识别导航系统,其特征在于,所述的禁飞区路由算法模块(1-8)的越界趋势判断过程为:第一,假设任意图形禁飞区的边界是逆时针的有向线段,无人机进入某告警区域块后,固定时间间隔判断飞行方向与边的向量积,若向量积是正数则禁飞航迹规划为朝有向线段正方向转弯,否则朝有向线段负方向转弯;第二,接收数据存储模块(1-6)的实时GPS信息,在无人机前进方向,与转弯方向同侧,作圆使得圆与无人机前进方向所在直线相切,所作圆的半径r根据公式v=2πrn得到,其中,v为无人机线速度,n为发动机转速;第三,若该圆与此区域块及相邻区域块的线段有交点,则无人机会驶入禁飞区,需执行禁飞航迹规划;禁飞航迹规划包括两种情况:第一,若航迹规划过程中,无人机前进方向与当前区域块的内多边形所在边的方向向量垂直,此时无人机不再沿圆轨迹前进,而是沿圆切线方向飞行,直至进入内多边形安全区域,然后停止执行航迹规划;第二,若航迹规划过程中,前进方向未与当前区域块的内多边形所在边的方向向量垂直,而已经回到内部安全区域,则在回到安全区域后自动停止执行航迹规划;该航迹规划的路线,以二进制码的形式,发送给数据存储模块(1-6)。5.根据权利要求1所述的一种无人机任意图形禁飞区识别导航系统,其特征在于,所述的飞控中心模块(2)包括无人机接口模块(2-1)、上行数据解析模块(2-2)、下行数据解析模块(2-3)、数据控制模块(2-4)、无人机身份认证模块(2-5)、数据处理模块(2-6)、飞控中心数据存取模块(2-7)以及调度中心接口模块(2-8);所述的无人机接口模块(2-1),包括无人机数据接收模块(2-1-1)和无人机数据发送模块(2-1-2);所述的无人机数据接收模块(2-1-1),接收无人机定位导航模块(1)发送的数据指令信息,将数据指令信息的编码格式由ASCII码转换为GBK码,并发送到上行数据解析模块(2-2);所述的无人机数据发送模块(2-1-2),接收下行数据解析模块(2-3)发送的指令信息,将指令信息的编码格式由GBK码转换为ASCII码,发送至飞控中心数据接收模块(1-1-1);所述的上行数据解析模块(2-2),接收无人机数据接收模块(2-1-1)的数据指令信息,根据GPS定位通信标准协议和无人机厂商提供的通信协议,解析数据指令信息为对应的协议内容,发送至数据控制模块(2-4);所述的下行数据解析模块(2-3),接收数据控制模块(2-4)分类的指令信息,根据无人机厂商提供的通信协议,将指令信息组装成无人机终端可识别的报文类型,并把指令信息发送给无人机数据发送模块(2-1-2);所述的数据控制模块(2-4)接收无人机身份认证模块(2-5)的登录结果信息以及上行数据解析模块(2-2)、数据处理模块(2-6)的数据指令信息,对这些信息进行分类,分为上行信息和下行信息,其中,上行信息为无人机定位导航模块(1)发送到监控模块(5)的数据指令信息,包括响应信息、警报类信息、无人机终端登录信息和GPS信息;下行信息为监控模块(5)发送到无人机定位导航模块(1)的数据指令信息,包括包括监控模块(5)发送的指令请求信息;并将上行信息中的终端登录信息发送给无人机身份认证模块(2-5),其它上行信息发送给数据处理模块(2-6),下行数据发送给下行数据解析模块(2-3);所述的无人机身份认证模块(2-5)接收数据控制模块(2-4)发送的终端登录信息并向数据处理模块(2-6)发送无人机终端注册请求信息,接收到数据处理模块(2-6)发送的无人机终端注册信息后,校对终端登录信息与终端注册信息,确定无人机终端的合法性,将登录结果信息发送到数据控制模块(2-4);所述的数据处理模块(2-6)接收数据控制模块(2-4)和无人机身份认证模块(2-5)的无人机终端注册请求信息和上行信息,将信息由JAVA类转换为JSON格式,其中无人机终端注册请求信息发送到飞控中心数据存取模块(2-7),上行信息发送到飞控中心数据存取模块(2-7)和调度中心接口模块(2-8);同时所述的数据处理模块(2-6)接收飞控中心数据存取模块(2-7)的无人机终端注册信息和调度中心接口模块(2-8)的指令信息,将这些信息由JSON格式转换为JAVA类,并将无人机终端注册信息发送到无人机身份认证模块(2-5),指令信息发送到数据控制模块(2-4);所述的飞控中心数据存取模块(2-7),接收数据处理模块(2-6)的无人机终端注册请求信息和上行信息,获取线程池连接,并将这些信息由JSON格式转换成相应的SQL语句,发送给Oracle数据库模块(7),并且接收Oracle数据库模块(7)的无人机终端注册信息,发送给数据处理模块(2-6);所述的调度中心接口模块(2-8),接收数据处理模块(2-6)的JSON格式的上行信息,转发给调度中心模块(3);同时所述的调度中心接口模块(2-8)接收调度中心模块(3)的指令信息,将JSON格式的指令信息转发给数据处理模块(2-6)。6.根据权利要求1所述的一种无人机任意图形禁飞区识别导航系统,其特征在于,所述的调度中心模块(3)包括飞控中心接口模块(3-1)、调度中心控制模块(3-2)、监控接口模块(3-3)、监控鉴权模块(3-4)、调度中心数据读取模块(3-5)、业务指令解析模块(3-6)以及业务指令转发模块(3-7);所述的飞控中心接口模块(3-1),接收飞控中心模块(2)的JSON格式的上行信息,发送给调度中心控制模块(3-2),并向飞控中心模块(2)发送监控模块(5)产生的指令信息;所述的调度中心控制模块(3-2),接收飞控中心接口模块(3-1)、监控鉴权模块(3-4)和业务指令解析模块(3-6)的上行信息、监控鉴权信息和指令信息,对这些信息进行分类,分为上行信息和下行信息,其中,上行信息为无人机定位导航模块(1)发送到监控模块(5)的数据指令信息,包括飞控中心接口模块(3-1)的上行信息和监控鉴权信息;下行信息为监控模块(5)发送到无人机定位导航模块(1)的数据指令信息,包括指令信息;并将上行信息发送至监控鉴权模块(3-4),下行信息发送至飞控中心接口模块(3-1);所述的监控接口模块(3-3)将上行信息发送到调度中心接口模块(4-2),同时接收调度中心接口模块(4-2)的连接请求信息,将连接请求信息发送给监控鉴权模块(3-4);所述的监控鉴权模块(3-4),接收调度中心控制模块(3-2)的上行信息和监控接口模块(3-3)的连接请求信息,并读取调度中心数据读取模块(3-5)的用户信息,将连接请求信息与用户信息进行校对,验证请求者身份,并将身份验证结果信息和上行信息发送到监控接口模块(3-3);所述的调度中心数据读取模块(3-5)固定时间间隔扫描Oracle数据库模块(7)中的指令二维表,读取指令信息并存放在队列中,将队头指令取出并发送给业务指令解析模块(3-6);所述的业务指令解析模块(3-6),接收调度中心数据读取模块(3-5)的指令信息,将指令信息的格式由字符串转换为JSON格式,发送给调度中心控制模块(3-2);所述的业务指令转发模块(3-7)接收业务指令解析模块(3-6)的指令信息,将JSON格式的业务指令发送到飞控中心接口模块(3-1)。7.根据权利要求1所述的一种无人机任意图形禁飞区识别导航系统,其特征在于,所述的中间接口模块(4)包括WebService接口模块(4-1)和调度中心接口模块(4-2);所述的WebService接口模块(4-1)包括数据发送模块(4-1-1)和数据接收模块(4-1-2);所述的数据发送模块(4-1-1)接收监控模块(5)的用户信息和服务请求信息,发送到WebService模块(6);所述的数据接收模块(4-1-2)接收WebService模块(6)的身份验证信息和服务响应信息,将这些信息转换为XML文件,用Unicode码编码,发送给相应的监控模块(5);所述的调度中心接口模块(4-2)包括数据发送模块(4-2-1)和数据接收模块(4-2-2);所述的数据发送模块(4-2-1)接收监控模块(5)的连接请求信息和心跳信息,将连接请求信息的编码格式由监控终端二进制码转换为GBK码,发送到调度中心模块(3);所述的数据接收模块(4-2-2),接收调度中心模块(3)的上行信息,将上行信息的编码格式由GBK码转换为监控终端二进制码,发送到监控模块(5)。8.根据权利要求1所述的一种无人机任意图形禁飞区识别导航系统,其特征在于,所述的监控模块(5)包括Android监控模块(5-1)、IOS监控模块(5-2)和PC端监控模块(5-3);所述的Android监控模块(5-1)包括Android身份识别模块(5-1-1)、Android端Web数据处理模块(5-1-2)、Android服务请求模块(5-1-3)、Android服务处理模块(5-1-4)、Android调度中心接入模块(5-1-5)、Android监控心跳模块(5-1-6)、Android无人机数据处理模块(5-1-7)、Android地图监控模块(5-1-8)以及Android禁飞警报模块(5-1-9);所述的Android身份识别模块(5-1-1),读取登陆界面的用户信息,编写成JSON格式,发送给Android端Web数据处理模块(5-1-2);并接收Android端Web数据处理模块(5-1-2)的身份验证信息,通过身份验证后,将身份验证结果发送到Android服务请求模块(5-1-3)和Android调度中心接入模块(5-1-5);所述的Android端Web数据处理模块(5-1-2),接收Android身份识别模块(5-1-1)和Android服务请求模块(5-1-3)的JSON格式的用户信息和服务请求信息,采用SoapObject类封装形成一条Soap消息,并基于http协议,用HttpTranspo...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。