一种基于边云协同的无人机监控模块数据自适应上传方法技术

本发明专利技术涉及一种基于边云协同的无人机监控模块数据自适应上传方法，该方法主要由监控模块端数据上传周期自适应调整流程(简称“模块流程”)与云平台端数据上传周期自适应调整流程(简称“云端流程”)两部分组成；其中模块流程包括周期性检测无人机状态数据并保存、空间位置预测值与实测值误差计算、判断是否需要调整上传周期并完成数据上传、回传历史数据中断操作四个步骤，云端流程包括无人机数据接收并存储、空间位置预测值与实测值误差计算、审核监控模块对上传周期的调整是否合理三个步骤。本发明专利技术既有效降低了无人机监控模块的功耗，又确保无人机飞行轨迹的重要数据不会遗漏漏传，具有很好的推广性。具有很好的推广性。具有很好的推广性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于边云协同的无人机监控模块数据自适应上传方法


[0001]本专利技术涉及一种无人机监控模块数据上传方法，具体地说是涉及一种基于 边云协同的无人机监控模块数据自适应上传方法。

技术介绍

[0002]近几年民用无人机市场井喷式的发展，全球各地域的低空空域都竞相出现 了各类无人机应用的场景，如航空摄影、地形勘察、事件响应等。我国大疆、 零度、Lily、Zano以及美图“手机航拍神器”等各民用无人机厂商产品不断投 放市场，大量“低、慢、小”的无人机在城市上空涌现。
[0003]然而，民用无人机的大量出现同时带来了诸多安全隐患，如侵犯他人隐私、 操作失控摔机、撞击建筑物、对正常空中飞行器造成干扰等。现阶段低空民用 无人机的管制已经成为我国安防中的重要项目，相关无人机管控的法律法规相 继出台，例如民航局发布的《民用无人驾驶航空器经营性飞行活动管理办法 (暂行)》等等。
[0004]监控模块是无人机管制的重要工具。监控模块加装在无人机上，可测量并 向管控云平台发送该无人机的经度、纬度、高度、速度、航向角等信息。无人 机拥有者按规定程序经向管控部门申请后，可得到一个监控模块，与无人机绑 定后，即可进入管控云平台的白名单，在规定时间、规定地域、规定高度内， 该无人机可畅通飞行。
[0005]无人机监控模块使用电池进行供电，且要求电池容量可支撑正常工作40分 钟以上。降低监控模块的工作功耗具有非常积极的意义：工作功耗越低，保证 工作40分钟所需的电池容量就越小，从而电池体积与重量就越小，对无人机的 负载量就越小。
[0006]无人机监控模块的功耗主要包括4G通讯和参数检测两部分，且4G通讯通 常占功耗的70％以上，是电池耗电的主要因素。现市面上常见的无人机监控模 块，往往采用1秒钟向管控云平台发送一次数据的通讯方式，虽然能够确保无 人机的所有参数都被监测到，但对电池耗电的影响同样突出。在其他领域常用 的低功耗工作模式，即降低数据发送的频次，且采用“进入休眠
‑
发送数据
‑
进 入休眠”的方式，虽可大幅度降低电池耗电，但该方法应用于无人机监控模块 时，却有可能存在无人机位姿监测不及时的问题，尤其是无人机飞入城市禁飞 区后，可能导致未能第一时间探知。

技术实现思路

[0007]为了克服现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种基于边云协同的无人机 监控模块数据自适应上传方法。既保证无人机的重要位姿参数能实时上传至管 控云平台，又能有效降低无人机监控模块的工作功耗。
[0008]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0009]一种基于边云协同的无人机监控模块数据自适应上传方法，所述方法包括 模块流程、云端流程以及两者之间的数据交互；所述模块流程为监控模块端数 据上传周期自适应调整流程，云端流程为云平台端数据上传周期自适应调整流 程；模块流程向云端流程上
传无人机状态数据、云端流程向模块流程下发上传 周期调整命令；
[0010]模块流程的处理步骤包括：
[0011](1)周期性检测无人机状态数据并保存；
[0012](2)空间位置预测值与实测值误差计算；
[0013](3)判断是否需要调整上传周期并完成数据上传；
[0014](4)回传历史数据中断操作；
[0015]云端流程的处理步骤包括：
[0016](1)无人机数据接收并存储；
[0017](2)空间位置预测值与实测值误差计算；
[0018](3)审核监控模块对上传周期的调整是否合理。
[0019]作为优选，模块流程的处理步骤(1)具体为：
[0020]监控模块内的单片机以固定频率采集GPS模块、气压模块，检测到的包括 无人机经度、纬度、高度在内的实时参数，并同时读取时钟芯片或定时器之内 的当时时间值，最终存储在监控模块内部的存储模块；
[0021]采集无人机飞行状态信息时，通过GPS定位器采集无人机经度、纬度和高 度数据；另外，再通过三类传感器做辅助性测量，包括通过水平传感器采集无 人机头方向和无人机头到地面的垂直距离，通过俯仰传感器采集无人机相对于 惯性坐标系XOY平面的夹角数据，通过地磁感应器采集无人机x、y、z三轴方 位数据。
[0022]作为优选，模块流程的处理步骤(2)具体为：
[0023]取离当前时刻最近的前三次上传的经度、纬度、高度数据以及每次上传的 时间值，计算得到无人机空间位置的预测值，然后计算当前空间位置实测值与 预测值之间的误差，为后续步骤提供是否需要调整上传周期的依据；
[0024]假设距离当前时刻最近的前面第三次向云平台上传数据的时间点为时间零 点，并假设当时的空间坐标值为(X0,Y0,Z0)，那么前面第二次、前面第一次 的空间坐标分别为(X
t1
,Y
t1
,Z
t1
)、(X
t2
,Y
t2
,Z
t2
)，其中t1、t2分别为前面第 二次、前面第一次与前面第三次之间的时间差值，且该时间差值为通过单片机 内时间芯片或定时器计算而来；然后假设当前空间位置的实测值坐标为(X
t3
, Y
t3
,Z
t3
)，同样t3表示当前时刻与前面第三次之间的时间差值；
[0025]由于监控模块内单片机的计算性能较弱，因此采用二次多项式且经度纬度 高度分别预测的形式，使用前三次空间坐标值预测当前空间坐标值(X
’
t3
,Y
’
t3
, Z
’
t3
)，如下列公式所示：
[0026]X＝X0+A
X
*t+B
X
*t2[0027]Y＝Y0+A
Y
*t+B
Y
*t2[0028]Z＝Z0+A
Z
*t+B
Z
*t2[0029]上式中，A
X
和B
X
是针对经度预测所需要求解的二次多项式系数，利用上 文所述的(X
t1
,t1)、(X
t2
,t2)两组数据，单片机能快速地计算得到A
X
和B
X
两个系数，进而将t3值带入公式，即可得到预测的经度值X
’
t3
；同样的，上式 中针对纬度预测的二次多项式系数A
Y
和B
Y
，和针对高度预测的二次多项式系 数A
Z
和B
Z
，也能同理求解得到，并最终计算得到纬度预测值Y
’
t3
和高度预测 值Z
’
t3
；
[0030]然后，按照下列公式计算当前空间坐标实测值与预测值之间的空间距离差：
[0031][0032]其中，
△
s表示当本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于边云协同的无人机监控模块数据自适应上传方法，其特征在于：所述方法包括模块流程、云端流程以及两者之间的数据交互；所述模块流程为监控模块端数据上传周期自适应调整流程，云端流程为云平台端数据上传周期自适应调整流程；模块流程向云端流程上传无人机状态数据、云端流程向模块流程下发上传周期调整命令；模块流程的处理步骤包括：(1)周期性检测无人机状态数据并保存；(2)空间位置预测值与实测值误差计算；(3)判断是否需要调整上传周期并完成数据上传；(4)回传历史数据中断操作；云端流程的处理步骤包括：(1)无人机数据接收并存储；(2)空间位置预测值与实测值误差计算；(3)审核监控模块对上传周期的调整是否合理。2.根据权利要求1所述基于边云协同的无人机监控模块数据自适应上传方法，其特征在于模块流程的处理步骤(1)具体为：监控模块内的单片机以固定频率采集GPS模块、气压模块，检测到的包括无人机经度、纬度、高度在内的实时参数，并同时读取时钟芯片或定时器之内的当时时间值，最终存储在监控模块内部的存储模块。3.根据权利要求2所述基于边云协同的无人机监控模块数据自适应上传方法，其特征在于模块流程的处理步骤(2)具体为：取离当前时刻最近的前三次上传的经度、纬度、高度数据以及每次上传的时间值，计算得到无人机空间位置的预测值，然后计算当前空间位置实测值与预测值之间的误差，为后续步骤提供是否需要调整上传周期的依据；假设距离当前时刻最近的前面第三次向云平台上传数据的时间点为时间零点，并假设当时的空间坐标值为(X0,Y0,Z0)，那么前面第二次、前面第一次的空间坐标分别为(X
t1
,Y
t1
,Z
t1
)、(X
t2
,Y
t2
,Z
t2
)，其中t1、t2分别为前面第二次、前面第一次与前面第三次之间的时间差值，且该时间差值为通过单片机内时间芯片或定时器计算而来；然后假设当前空间位置的实测值坐标为(X
t3
,Y
t3
,Z
t3
)，同样t3表示当前时刻与前面第三次之间的时间差值；采用二次多项式且经度纬度高度分别预测的形式，使用前三次空间坐标值预测当前空间坐标值(X
’
t3
,Y
’
t3
,Z
’
t3
)，如下列公式所示：X＝X0+A
X
*t+B
X
*t2Y＝Y0+A
Y
*t+B
Y
*t2Z＝Z0+A
Z
*t+B
Z
*t2上式中，A
X
和B
X
是针对经度预测所需要求解的二次多项式系数，利用(X
t1
,t1)、(X
t2
,t2)两组数据，单片机计算得到A
X
和B
X
两个系数，进而将t3值带入公式，即可得到预测的经度值X
’
t3
；同样的，上式中针对纬度预测的二次多项式系数A
Y
和B
Y
，和针对高度预测的二次多项式系数A
Z
和B
Z
，也能同理求解得到，并最终计算得到纬度预测值Y
’
t3
和高度预测值Z
’
t3
；然后，按照下列公式计算当前空间坐标实测值与预测值之间的空间距离差：
其中，
△
s表示当前空间坐标实测值与预测值之间的空间距离差。4.根据权利要求3所述基于边云协同的无人机监控模块数据自适应上传方法，其特征在于模块流程的处理步骤(3)具体为：判断是否需要调整上传周期时，使用步骤(2)中计算的当前空间坐标实测值与预测值之间的
△
s值，按照如下规则调整数据上传周期：若
△
s小于3米，则上传周期加1秒；若
△
s在3米到10米之间，则上传周期保持不变；若
△
s在10米到20米之间，则上传周期减1秒；若
△
s大于20米，则将上传周期重置至每秒1次；上传周期调整完毕以后，将当前时刻的空间位置坐标实测值和调整后的最新上传周期发送给云平台，上传的数据帧格式如下：[上传时刻，经度，纬度，高度，最...

【专利技术属性】
技术研发人员：李芹，王利军，韩超，焦庆春，
申请(专利权)人：浙江机电职业技术学院，
类型：发明
国别省市：