基于室内定位的无人机辅助智能车驾驶方法与系统技术方案

一种基于室内定位的无人机辅助智能车驾驶系统；包括智能车单元、无人机单元、PC端、UWB基站和UWB定位标签；智能车单元具有电驱和方向控制功能，并配有信号接收装置，通过接收PC端发来的指令完成指定的循迹路线；无人机单元通过搭载的摄像头模块对智能车周围环境进行图像采集，对采集图像进行预处理后发送给PC端，采集到的图像中均带有预先设置于场地内的人工标记；同时，无人机单元根据PC端下发的控制指令调整飞行姿态；UWB定位标签设置于智能车单元和无人机单元上，不断发送UWB定位脉冲；UWB基站分别测量UWB定位脉冲并将测量结果反馈给PC端；本发明专利技术将有效提升定位精度，实现无人机与智能车之间无人工控制的协同驾驶系统。

【技术实现步骤摘要】
基于室内定位的无人机辅助智能车驾驶方法与系统
本专利技术涉及无人机控制技术、智能车控制技术、与UWB定位系统的交叉领域，具体涉及一种基于室内定位的无人机辅助智能车驾驶方法与系统。
技术介绍
现有技术中，为了能充分发挥无人机与无人车各自的功能，以更好地实现智能交通中的无人车自主行驶能力，提出了无人机与无人智能车协同行驶的方案。但是，传统的无人机辅助智能车驾驶系统，大多依赖于车载传感器，在传感范围和灵活性上具有很大的局限性。例如，专利201810059695.9提出基于图像识别的无人机与智能车协同导航方法，该方法中默认已知小车的实时位置，并没有考虑智能车的定位问题，不具有实用性；在任涛等的期刊论文《无人机与智能车协同导航系统的设计》中，考虑无人机通过摄像头拍摄目标区域位置，这种方案的局限在于无人机在远距离非视距的情况下无法通过图像定位到目标区域；专利201910511710.3提出一种无人机与智能车组自主协同运输系统及方法，该方法中考虑的定位是通过GPS定位，无法适用于无GPS信号的场景。综上所述，现有技术中的无人机辅助智能车驾驶系统仍然需要依赖传感器和GPS定位，而在信号条件较差、无法使用GPS定位的场地，则无法实现无人机辅助智能车驾驶的目的。
技术实现思路
专利技术目的：针对上述现有技术的缺陷，本专利技术提出一种基于室内定位的无人机辅助智能车驾驶方法与系统，能够应用于堆场或仓库等无法使用GPS的场合，未来可运用于辅助车辆驾驶、车位自动泊车等领域。技术方案：为实现上述目的，本专利技术提出以下技术方案：基于室内定位的无人机辅助智能车驾驶系统，包括智能车单元、无人机单元、PC端、UWB基站和UWB定位标签；智能车单元具有电驱和方向控制功能，并配有信号接收装置，通过接收PC端发来的指令完成指定的循迹路线；无人机单元通过搭载的摄像头模块对智能车周围环境进行图像采集，对采集图像进行预处理后发送给PC端，采集到的图像中均带有预先设置于场地内的人工标记；同时，无人机单元根据PC端下发的控制指令调整飞行姿态；UWB定位标签设置于智能车单元和无人机单元上，不断发送UWB定位脉冲；UWB基站有三个，三个UWB基站分别测量UWB定位脉冲并将测量结果反馈给PC端；PC端根据接收到的测量结果采用TOF算法估算UWB定位标签的位置，实现无人机单元和智能车单元的初步定位，然后根据初步定位结果生成无人机控制指令，控制无人机单元飞行在智能车单元的正上方；之后，根据无人机发送的图像和预先加载的场地栅格地图进行智能车精确定位和障碍物识别，根据精确定位结果控制无人机单元始终飞行在智能车单元的正上方，根据障碍物识别结果和预先设定好的目的地坐标对智能车的行驶路线进行规划。进一步的，所述UWB基站内置有stm32微处理器，其信号发射装置与接收装置集成为一体。进一步的，所述无人机单元配置有摄像头、图像处理模块、WiFi模块、信号接收装置、飞行控制模块和嵌入式主控模块；其中，摄像头位于无人机下方，以固定的频率采集无人机下方区域图像；图像处理模块用于接收摄像头发来的信息，并对图像进行预处理。飞行控制模块控制无人机的飞行姿态，并将无人机的飞行状态信息传输给嵌入式主控模块；嵌入式主控模块用于驱动摄像头模块与图像处理模块工作，将处理完的数据通过WiFi模块发送给PC端作进一步处理，同时控制信号接收装置接收由PC端传来的飞行指令，驱动无人机以相应姿态飞行。WiFi模块用以实现无人机与PC端之间的信息传输。进一步的，所述PC端上设有Wifi模块、路径规划模块、机车协同模块；其中，Wifi模块用以实现PC端与无人机、智能车与UWB基站之间的信息传输；路径规划模块基于由无人机端传输的数据，用神经网络的方式对实时路况进行判断，并规划出智能车的实时运行路线，这些路线指令将通过wifi模块传回给无人机与智能车；机车协同模块基于由无人机端传输的数据，实时监测无人机与智能车的体态位置信息，若出现误差超过所设阈值情况，立刻发送指令给无人机调整无人机姿态。本专利技术还提出一种基于所述系统实现的基于室内定位的无人机辅助智能车驾驶方法，包括以下步骤：(1)构建场地的栅格地图，在栅格地图中设置人工地标；(2)在场地中设置UWB基站，并在栅格地图中标出UWB基站的坐标；(3)将经过步骤(2)处理后的栅格地图加载到PC端；(4)PC端与UWB基站以及UWB标签构成UWB定位系统，采用TOF算法估算UWB定位标签的位置，实现无人机单元和智能车单元的初步定位；(5)PC端根据无人机单元和智能车单元的初步定位结果生成无人机单元控制指令，使无人机飞行至智能车单元的正上方，并控制无人机的飞行高度始终在高度H；(6)当PC端检测到无人机单元与智能车单元的位置差小于预设的阈值，则控制无人机单元开始采集图像；(7)PC端接收无人机单元上传的图像数据，对图像中智能车单元进行边缘检测以提取智能车单元的轮廓和中心坐标，然后根据栅格地图中智能车中心位置与人工地标的相对位置计算出智能车单元的精确位置坐标；对图像中障碍物进行识别，确定障碍物的轮廓和坐标；(8)PC端根据智能车单元的精确位置坐标对无人机单元的位置进行微调，使得无人机单元始终飞行在智能车单元正上方；PC端根据障碍物的轮廓和坐标以及预先设定好的目的地坐标对智能车单元的行驶路线进行规划，并控制智能车单元按照规划的路线行驶。进一步的，当PC端在图像中未检测到智能车单元时，控制无人机单元以当前所在位置为中心点，作半径为1m范围的环绕飞行；若环绕飞行时间达到预设的时间阈值，则无人机返回起始点，PC端重新执行步骤(4)。进一步的，所述步骤(8)中，采用改进的蚁群算法来进行路径规划。本专利技术所实现的功能有二，一是通过UWB定位系统与摄像头采集图像实现无人机对目标智能车的自动追踪，二是通过无人机上所装摄像头对智能车前路况进行拍摄并对地面障碍物进行识别，引导智能车避开障碍物并到达指定目的地。PC端会随时监视无人机单元与智能车单元的工作状态，并通过神经网络的方式为智能车的行驶做出引导；智能车单元根据接收到的PC端指令，智能调整自身的行进路线，并配有超声波自主避障功能。本专利技术将有效提升定位精度，实现无人机与智能车之间无人工控制的协同驾驶系统。有益效果：与现有技术相比，本专利技术有效地结合了无人机与无人车各自所具备的优势：一方面，无人机利用自己的高机动性与宽阔视野，为无人车(尤其是无路边单元时的应用)提供其工作周边环境的相应信息，二者实现资源互通，使无人机周围位置的环境变为已知环境，达到更精确的车辆导航。另一方面，利用智能车与无人机之间的优势协同，可以更快速更高效地合作完成原先任务，从过去一个个体执行任务转变为两个智能系统合作完成，大大提高了任务执行的可靠性和稳定性。在堆场或仓库等无法使用GPS定位的场合通过无人机的指引精确导航。附图说明图1为本专利技术的系统结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于室内定位的无人机辅助智能车驾驶系统，其特征在于，包括智能车单元、无人机单元、PC端、UWB基站和UWB定位标签；/n智能车单元具有电驱和方向控制功能，并配有信号接收装置，通过接收PC端发来的指令完成指定的循迹路线；/n无人机单元通过搭载的摄像头模块对智能车周围环境进行图像采集，对采集图像进行预处理后发送给PC端，采集到的图像中均带有预先设置于场地内的人工标记；同时，无人机单元根据PC端下发的控制指令调整飞行姿态；/nUWB定位标签设置于智能车单元和无人机单元上，不断发送UWB定位脉冲；/nUWB基站有三个，三个UWB基站分别测量UWB定位脉冲并将测量结果反馈给PC端；/nPC端根据接收到的测量结果采用TOF算法估算UWB定位标签的位置，实现无人机单元和智能车单元的初步定位，然后根据初步定位结果生成无人机控制指令，控制无人机单元飞行在智能车单元的正上方；之后，根据无人机发送的图像和预先加载的场地栅格地图进行智能车精确定位和障碍物识别，根据精确定位结果控制无人机单元始终飞行在智能车单元的正上方，根据障碍物识别结果和预先设定好的目的地坐标对智能车的行驶路线进行规划。/n

【技术特征摘要】
1.基于室内定位的无人机辅助智能车驾驶系统，其特征在于，包括智能车单元、无人机单元、PC端、UWB基站和UWB定位标签；
智能车单元具有电驱和方向控制功能，并配有信号接收装置，通过接收PC端发来的指令完成指定的循迹路线；
无人机单元通过搭载的摄像头模块对智能车周围环境进行图像采集，对采集图像进行预处理后发送给PC端，采集到的图像中均带有预先设置于场地内的人工标记；同时，无人机单元根据PC端下发的控制指令调整飞行姿态；
UWB定位标签设置于智能车单元和无人机单元上，不断发送UWB定位脉冲；
UWB基站有三个，三个UWB基站分别测量UWB定位脉冲并将测量结果反馈给PC端；
PC端根据接收到的测量结果采用TOF算法估算UWB定位标签的位置，实现无人机单元和智能车单元的初步定位，然后根据初步定位结果生成无人机控制指令，控制无人机单元飞行在智能车单元的正上方；之后，根据无人机发送的图像和预先加载的场地栅格地图进行智能车精确定位和障碍物识别，根据精确定位结果控制无人机单元始终飞行在智能车单元的正上方，根据障碍物识别结果和预先设定好的目的地坐标对智能车的行驶路线进行规划。


2.根据权利要求1所述的基于室内定位的无人机辅助智能车驾驶系统，其特征在于，所述UWB基站内置有stm32微处理器，其信号发射装置与接收装置集成为一体。


3.根据权利要求1所述的基于室内定位的无人机辅助智能车驾驶系统，其特征在于，所述无人机单元配置有摄像头、图像处理模块、WIFI模块、信号接收装置、飞行控制模块和嵌入式主控模块；其中，
摄像头位于无人机下方，以固定的频率采集无人机下方区域图像；图像处理模块用于接收摄像头发来的信息，并对图像进行预处理；
飞行控制模块控制无人机的飞行姿态，并将无人机的飞行状态信息传输给嵌入式主控模块；
嵌入式主控模块用于驱动摄像头模块与图像处理模块工作，将处理完的数据通过WiFi模块发送给PC端作进一步处理，同时控制信号接收装置接收由PC端传来的飞行指令，驱动无人机以相应姿态飞行；
WiFi模块用以实现无人机与PC端之间的信息传输。


4.根据权利要求1所述的基于室内定位的无人机辅助智能车驾驶系统，其特征在于，所述PC端上设有Wifi模块、路径规划模块、机车协同模块；其中，
Wifi...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅爱勇，李逸麒，苏杭，柏林，王东鑫，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32