一种基于大数据的无人机路径计算系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于大数据的无人机路径计算系统及其方法，属于无人机路径规划技术领域。本发明专利技术的一种基于大数据的无人机路径计算系统及其方法，包括UVA集控中心和地面控制终端，所述UVA集控中心包括感知和任务管理、飞行控制计算模块、电气执行机构、系统任务载荷、传感器单元和电源管理系统。为解决现有的无人机在进行路径规划的处理过程中反应时间较长，且针对应急和突发事件处理能力较弱的问题，在无人机陷入某个局部极小点或者未知的环境中这样的多个势场很难构造，规划器就切换势函数使无人机离开该点，使机器人在遇到局部极小点后参照环绕行为绕过产生局部极小点的障碍物继续前进，可靠性高，不依赖环境的先验信息和障碍物形状。障碍物形状。障碍物形状。

【技术实现步骤摘要】
一种基于大数据的无人机路径计算系统及其方法


[0001]本专利技术涉及无人机路径规划
，具体为一种基于大数据的无人机路径计算系统及其方法。

技术介绍

[0002]基于无人机多相机设备进行场景拍摄已广泛应用于三维场景快速重建过程中。现有的基于无人机多相机场景拍摄飞行路径规划方法通常不考虑场景建筑等各种场景几何结构关系，飞行路径规划相对简单，经常造成场景数据采集不全或者冗余等问题，降低了数据采集的效率，严重影响了三维场景重建的质量和效率。本项目针对无人机多相机设备提出一种对城市或工厂等建筑密集复杂场景区域的全覆盖和高分辨率拍摄的场景几何快速重建方法，研究基于多相机运动的复杂场景区域的场景几何结构快速构建技术，为提高场景数据的采集效率提供技术基础，为三维复杂场景快速重建提供一种新的场景采集方法。
[0003]但是，现有的无人机在进行路径规划的处理过程中反应时间较长，且针对应急和突发事件处理能力较弱；因此，不满足现有的需求，对此我们提出了一种基于大数据的无人机路径计算系统及其方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于大数据的无人机路径计算系统及其方法，具有可快速针对突发事件反应的能力，可以解决现有技术中的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于大数据的无人机路径计算系统，包括UVA集控中心和地面控制终端，所述UVA集控中心包括感知和任务管理、飞行控制计算模块、电气执行机构、系统任务载荷、传感器单元和电源管理系统，且感知和任务管理通过数据链路与地面控制终端连接；
[0006]所述感知和任务管理与飞行控制计算模块双向连接，且飞行控制计算模块与电气执行机构双向连接，所述飞行控制计算模块用于接收和转换出指令信号，再将信号传递给无人机上相应的电气执行机构，使无人机可以做出前进后退以及转向等操作；
[0007]所述系统任务载荷和传感器单元与感知和任务管理双向连接，所述系统任务载荷可以根据原始情报数据来计算出当前行为轨迹所需的运输内存，所述传感器单元用于接收控制指令，并按照指令进行实施。
[0008]优选的，所述感知和任务管理包括测控介入处理、姿态控制系统、轨道控制系统、热控系统、主控单元、电力系统、数据传输和有效载荷控制，且主控单元与测控介入处理、姿态控制系统、轨道控制系统、热控系统、电力系统、数据传输和有效载荷控制等功能子系统相互独立为智能体，由总线相连。
[0009]优选的，所述测控介入处理保证地面系统对整个系统任意层面的控制介入能力，可接受上行的使命级任务、具体的飞行规划和底层的控制指令，所述主控单元由任务生成与调度、运动行为规划和控制指令生成三层基本结构组成，且地面控制系统在三个层次上
都分别具有介入能力，所述任务生成与调度层可以获得基本的飞行任务，经过运动行为规划层获得具体的行为规划，再由控制指令生成层得到最终的模块控制指令，并发送给其它功能模块。
[0010]优选的，所述各功能模块发送状态信息给主控单元的状态检测系统，状态检测系统将任务执行情况和子系统状态反馈回任务生成与调度层，以便根据具体情况对任务进行规划调整。
[0011]优选的，所述状态检测系统可以获知当前系统内部的各项数据链，触发突发事件时，控制指令生成层会启用重规划模块，重规划可根据当时情况迅速做出反应快速生成行为规划，用以指导控制指令生成层得到紧急情况的控制指令。
[0012]优选的，所述运动行为规划由规划器和重规划器两大执行单元组成，所述规划器负责飞行任务的一般规划，且重规划器负责对突发事件紧急处理的运动规划，所述飞行任务的输出端与规划单元的输入端连接，且突发事件的输出端与重规划单元的输入端连接，所述运动行为规划包括知识域模块，所述知识域是利用特定语言描述相关知识，所述知识域的输出端与规划单元和重规划单元的输入端连接，且规划单元和重规划单元的输出端与行为规划的输入端连接。
[0013]优选的，所述知识域包括行为集和模型集，其中行为集用来存储服务系统一般的运动行为描述和紧急情况下的一些运动行为方面的处理方法，包括急停和转向等，模型集用来存储规划所需模型知识，包括环境模型、组装体模型、组装任务对象模型和任务模型等。
[0014]优选的，所述状态检测系统，包括：
[0015]数据链分析模块，用于获取所述当前系统内部每项数据链的数据内容，并对所述数据内容进行预分析，构建所述数据内容对应的子布局；
[0016]第一确定模块，用于确定每项数据链的链权重，从所有链权重中筛选最大权重，并获取所述最大权重对应的子布局的所有输入端以及所有输出端，根据每个输入端与以及每个输出端的端属性，依次从剩余子布局中筛选关联子布局，并构建得到总布局；
[0017]第二确定模块，用于每项数据链的链信息，并构建数据链布局；
[0018]匹配模块，用于基于所述每项数据链的链属性，构建属性列表，并从属性
‑
筛查数据库中，匹配对应的关键筛查模型；
[0019]筛查模块，用于基于所述关键筛查模型，对所述总布局进行第一关键点筛查，同时，对所述数据链布局进行第二关键点筛查；
[0020]关键对建立模块，用于基于关键对匹配规则，建立基于所述第一关键点以及第二关键点的关键对；
[0021]判断模块，用于基于所述关键对的关键信息，进行序列转换，并判断转换后的序列是否存在事件触发标志，若存在，将所述关键对视为待定对；
[0022]第三确定模块，用于确定所述待定对的触发事件，分析所述触发事件是否为突发事件；
[0023]若是，基于所述待定对对应的关键信息生成第一突发指令，并按照所述第一突发指令，控制指令生成层启用重规划模块；
[0024]若不是，根据所述触发事件的事件属性，并结合所述待定对对应的关键信息，生成
优化指令，对初始规划进行优化。
[0025]优选的，还包括：紧急停止分析模块，包括：
[0026]第一确定单元，用于确定突发事件的突发属性，并确定涉及到的突发变量；
[0027]第二确定单元，用于基于所述突发变量，确定与上一时间点的变量差值，并确定突发等级T1；
[0028][0029]其中，n1表示突发变量的个数；表示第i个突发变量的变量权重；y
i
表示第i个突发变量在当下时间点的突发变量值；x
i
第i个突发变量在上一时间点的变量值；Δ
max
表示i个突发变量中的最大变量差值；Δ
ave
表示i个突发变量的平均变量差值；
[0030]条件判断单元，用于基于突发紧急列表，确定所述突发等级T1所处的紧急状态；
[0031]若所述紧急状态满足立即调整条件，控制所述无人机紧急停止，并控制所述无人机对当下执行任务停止执行，并优先执行所述突发事件对应的运动行为；
[0032]若所述紧急状态不满足立即调整条件，获取差别因子，并对所述无人机的当下运行情况进行分析，确定可继本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于大数据的无人机路径计算系统，包括UVA集控中心和地面控制终端，其特征在于：所述UVA集控中心包括感知和任务管理、飞行控制计算模块、电气执行机构、系统任务载荷、传感器单元和电源管理系统，且感知和任务管理通过数据链路与地面控制终端连接；所述感知和任务管理与飞行控制计算模块双向连接，且飞行控制计算模块与电气执行机构双向连接，所述飞行控制计算模块用于接收和转换出指令信号，再将信号传递给无人机上相应的电气执行机构，使无人机可以做出前进后退以及转向等操作；所述系统任务载荷和传感器单元与感知和任务管理双向连接，所述系统任务载荷可以根据原始情报数据来计算出当前行为轨迹所需的运输内存，所述传感器单元用于接收控制指令，并按照指令进行实施。2.根据权利要求1所述的一种基于大数据的无人机路径计算系统，其特征在于：所述感知和任务管理包括测控介入处理、姿态控制系统、轨道控制系统、热控系统、主控单元、电力系统、数据传输和有效载荷控制，且主控单元与测控介入处理、姿态控制系统、轨道控制系统、热控系统、电力系统、数据传输和有效载荷控制功能子系统相互独立为智能体，由总线相连。3.根据权利要求2所述的一种基于大数据的无人机路径计算系统，其特征在于：所述测控介入处理保证地面系统对整个系统任意层面的控制介入能力，可接受上行的使命级任务、具体的飞行规划和底层的控制指令，所述主控单元由任务生成与调度、运动行为规划和控制指令生成三层基本结构组成，且地面控制系统在三个层次上都分别具有介入能力，所述任务生成与调度层可以获得基本的飞行任务，经过运动行为规划层获得具体的行为规划，再由控制指令生成层得到最终的模块控制指令，并发送给其它功能模块。4.根据权利要求3所述的一种基于大数据的无人机路径计算系统，其特征在于：所述各功能模块发送状态信息给主控单元的状态检测系统，状态检测系统将任务执行情况和子系统状态反馈回任务生成与调度层，以便根据具体情况对任务进行规划调整。5.根据权利要求4所述的一种基于大数据的无人机路径计算系统，其特征在于：所述状态检测系统可以获知当前系统内部的各项数据链，触发突发事件时，控制指令生成层会启用重规划模块，重规划可根据当时情况迅速做出反应快速生成行为规划，用以指导控制指令生成层得到紧急情况的控制指令。6.根据权利要求3所述的一种基于大数据的无人机路径计算系统，其特征在于：所述运动行为规划由规划器和重规划器两大执行单元组成，所述规划器负责飞行任务的一般规划，且重规划器负责对突发事件紧急处理的运动规划，所述飞行任务的输出端与规划单元的输入端连接，且突发事件的输出端与重规划单元的输入端连接，所述运动行为规划包括知识域模块，所述知识域是利用特定语言描述相关知识，所述知识域的输出端与规划单元和重规划单元的输入端连接，且规划单元和重规划单元的输出端与行为规划的输入端连接。7.根据权利要求6所述的一种基于大数据的无人机路径计算系统，其特征在于：所述知识域包括行为集和模型集，其中行为集用来存储服务系统一般的运动行为描述和紧急情况下的一些运动行为方面的处理方法，包括急停和转向等，模型集用来存储规划所需模型知识，包括环境模型、组装体模型、组装任务对象模型和任务模型等。8.根据权利要求4所述的一种基于大数据的无人机路径计算系统，其特征在于，所述状
态检测系统，包括：数据链分析模块，用于获取所述当前系统内部每项数据链的数据内容，并对所述数据内容进行预分析，构建所述数据内容对应的子布局；第一确定模块，用于确定每项数据链的链权重，从所有链权重中筛选最大权重，并获取所述最大权重对应的子布局的所有输入端以及所有输出端，根据每个输入端与以及每个输出端的端属性，依次从剩余子布局中筛选关联子布局，并构建得到总布局；第二确定模块，用于每项数据链的链信息，并构建数据链布局；匹配模块，用于基于所述每项数据链的链属性，构建属性列表，并从属性
‑
筛查数据库中，匹配对应的关键筛查模型；筛查模块，用于基于所述关键筛查模型，对所述总布局进行第一关键点筛查，同时，对所述数据链布局进行第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗晓刚，叶嘉信，
申请(专利权)人：思翼科技深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：