一种提高巡航能力的无人机控制方法和系统与流程

一种提高巡航能力的无人机控制方法和系统
1.
2.本发明属于无人机领域，尤其涉及一种提高巡航能力的无人机控制方法和系统。


背景技术：

3.无人机一般不会采用燃料动力来实现飞行，原因是燃料的重量和体积较大，会影响无人机的续航能力以及空气布局。
4.采取电力方式实现驱动飞行，不仅容易控制飞行参数，而且重量轻，体积小。在实践中，如果能够提高电池的控制管理能力，可以提高无人机飞行效率，延长无人机的飞行时间，进而提高无人机的利用价值。


技术实现要素：

5.为了解决或者改善上述问题，本发明提供了一种提高巡航能力的无人机控制方法和系统，具体技术方案如下：本发明提供一种提高巡航能力的无人机控制方法，包括：获取天气信息和定位信息；根据所述天气信息和定位信息，确定后续路径的天气变化趋势；根据所述天气变化趋势，更改无人机的飞行参数以改变电力消耗。
6.优选的，所述根据所述天气变化趋势，更改无人机的飞行参数以改变电力消耗，包括：根据所述天气变化趋势判断在维持原飞行路径的条件下，是否能够通过已有的飞行参数变更方案，实现节省电力；能，则通过采取已有的飞行参数变更方案；不能，则根据所述定位信息、所述天气信息和目的地位置信息，规划新的路径。
7.优选的，所述根据所述天气变化趋势判断在维持原飞行路径的条件下，是否能够通过已有的飞行参数变更方案，实现节省电力，包括：根据所述天气变化趋势，计算无人机在所述原飞行路径下的遭遇天气类型和持续时间；根据所述遭遇天气类型和所述持续时间，计算不变更飞行参数条件下的初始电力消耗值，计算变更飞行参数条件下的预计电力消耗值；确定是否存在所述预计电力消耗值小于所述初始电力消耗值的所述飞行参数变更方案。
8.优选的，所述能，则通过采取已有的飞行参数变更方案，包括：根据所述遭遇天气类型，确定所述无人机采用的所述飞行参数变更方案；根据所述定位信息，确定所述无人机采用所述飞行参数变更方案的时机。
9.优选的，所述无人机设置有用于在不同的天气类型下控制无人机飞行参数的控制算法；对应的，所述计算变更飞行参数条件下的预计电力消耗值，包括：根据所述遭遇天气类型，采用对应的所述控制算法以获取单位时间内的电力消耗指数，根据所述电力消耗指数和所述持续时间计算得到局部电力消耗或者全局电力消耗；根据所述局部电力消耗或者全局电力消耗，得到所述预计电力消耗值。
10.优选的，所述则根据所述定位信息、所述天气信息和目的地位置信息，规划新的路径，包括：根据所述定位信息和所述目的地位置信息确定备选路径；根据所述备选路径和所述天气信息确定对应的所述遭遇天气类型和所述持续时间；根据所述遭遇天气类型确定所述无人机采用的所述飞行参数变更方案，根据所述飞行参数变更方案和所述所述持续时间确定所述预计电力消耗值；以所述预计电力消耗值小于所述初始电力消耗值作为限制条件，确定符合的所述备选路径为所述新的路径飞行。
11.优选的，所述无人机设置有传感器；对应的，方法还包括：当所述传感器检测到的数值与当前区域对应的所述天气类型不匹配时，重新规划当前路径。
12.优选的，所述当所述传感器检测到的数值与当前区域对应的所述天气类型不匹配时，重新规划当前路径，包括：当所述传感器检测到的数值与当前区域对应的所述天气类型不匹配，且存在使所述预计电力消耗值小于所述初始电力消耗值的所述备选路径时，选择所述备选路径以重新规划所述当前路径。
13.本发明提供一种提高巡航能力的无人机控制系统，包括：第一单元，用于获取天气信息和定位信息；第二单元，用于根据所述天气信息和定位信息，确定后续路径的天气变化趋势；第三单元，用于根据所述天气变化趋势，更改无人机的飞行参数以改变电力消耗。
14.本发明的有益效果为：通过获取天气信息和定位信息，根据所述天气信息和定位信息，确定后续路径的天气变化趋势，能为后续的飞行参数控制提供判断基础；根据所述天气变化趋势，更改无人机的飞行参数以改变电力消耗，能提高无人机的电力使用能力，以提高无人机巡航的能力。
附图说明
15.图1是根据本发明的提高巡航能力的无人机控制方法的示意图；图2是根据本发明的提高巡航能力的无人机控制系统的示意图。
16.主要附图标记说明：1-第一单元，2-第二单元，3-第三单元。
具体实施方式
17.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
19.还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
20.还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
21.为了解决或者改善无人机得巡航能力的问题，提出如图1所示的一种提高巡航能力的无人机控制方法，包括：s1、获取天气信息和定位信息；s2、根据所述天气信息和定位信息，确定后续路径的天气变化趋势；s3、根据所述天气变化趋势，更改无人机的飞行参数以改变电力消耗。
22.无人机通过通信装置获取天气信息；无人机通过定位器获取当前位置的定位信息；根据定位信息和天气信息，确定当前位置以及后续路径的天气变化趋势；根据天气变化趋势，更改无人机飞行参数。
23.其中，飞行参数的变更目的就是为了节约电力，其表现形式包括路径变更导致的飞行参数的变化，以及特殊情况下的飞行参数的变化（例如遇到意外情况下的应急性的参数变化）。此时，默认无人机具备变更飞行参数的能力，且变更后的飞行参数能够在满足飞行的前提下，节省电力。
24.所述根据所述天气变化趋势，更改无人机的飞行参数以改变电力消耗，包括：根据所述天气变化趋势判断在维持原飞行路径的条件下，是否能够通过已有的飞行参数变更方案，实现节省电力；能，则通过采取已有的飞行参数变更方案；不能，则根据所述定位信息、所述天气信息和目的地位置信息，规划新的路径。
25.无人机通过通信装置获取天气信息；无人机通过定位器获取当前位置的定位信息；根据定位信息和天气信息，确定当前位置以及后续路径的天气变化趋势；判断在维持路径的情况下，是否能够通过已有的飞行参数变更方案，实现节省电力。
26.能，则通过采取已有的飞行参数变更方案，以节省电力；不能，则根据定位信息、目的地位置信息和天气信息，规划新的路径；驱动无人机沿着新的路径前进，以节省电力。
27.其中，“能”情况的原理在于，无人机具备飞行控制能力，即无人机除了能在无风环境下飞行的能力外，还具备在复杂环境下的飞行能力。例如，具备在小雨情况下的飞行能力，具备在6级风力的情况下的飞行能力。无人机通过传感器检测到湿度变化或者风力变化达到一定程度时，则启用飞行参数变更方案以适应当前环境并继续飞行。具体来说，无人机沿着某路径进行正常飞行，产生电力为x0，无人机还是沿着该路径进行飞行，中途遇到异常天气，如果仍保持飞行参数不变，可能会导致事故或者电力消耗增加，此时，无人机根据异常天气载入对应的飞行参数变更方案，可以确保无人机的安全或者降低电力的消耗。例如，遇到大风时，可以借助风力做滑行，减少发动机功率，可以降低电力消耗。
28.其中，“不能”情况的原理在于，天气具备一定的局限性，并且天气会影响到无人机的运动。
29.例如，暴风天气下，为了维持路线以及飞行的稳定性，无人机的动力组件需要增加额外的出力，会导致电力的额外消耗。
30.此时，无人机要做的事情是路径重新规划，现有的路径规划算法很多。本实施例的区别在于，路径重新规划需要参考的变量包括路径长度和天气情况，因为路径变长同样会增加额外电力消耗。
31.基本规划算法可以包括：（原路径a+原路径天气因素导致的电力消耗b）小于（新路径c+新路径天气因素导
致的电力消耗d）。
32.原路径a对应的电力消耗=路径长度*（基于历史经验和数据研究得到的，单位时间内的电力消耗指数=电力消耗数值/行程）；电力消耗b=天气因素b1~b111（造成的消耗）*对应天气因素存在的路径长度。
33.天气因素（造成的消耗）为基于实验数据得到，区分为不同天气类型的，同一单位路径长度下的电力消耗。天气因素包括不同的天气类型，例如可以分为大雨、小雨、暴风、小风等b1~b111个种类。
34.其中，天气因素可以无人机通过天气预报得到。由于天气预报一般是区域性的，因此，根据原路径可以知道某一个区域中的实际航线长度，实际航线长度*该区域的天气因素可以得到电力消耗。
35.例如，无人机经过甲乙丙丁4个区域，无人机可以直线通过，也可以是曲线通过任意区域。
36.无人机接收天气预报，知道甲区域即将大雨，乙区域有大风，丙区域有小风，丁区域正常天气。
37.无人机曲线穿过甲区域，曲线长度为实际航线长度。而大雨情况下，无人机要通过则会消耗比正常天气时多20%的额外消耗的电力。
38.无人机直线通过乙区域，直线长度为实际航线长度。而小雨情况下，无人机要通过则会消耗比正常天气时多10%的电力。
39.无人机曲线通过丙区域，曲线长度为实际航线长度。而小风情况下，无人机要通过则会消耗比正常天气时多5%的额外消耗的电力。
40.无人机直线通过丙区域，直线长度为实际航线长度。而无风情况下，无人机要通过则会消耗正常天气时一样的额外消耗的电力。
41.根据实际航线长度和对应的额外消耗，计算得到原路径的电力消耗x2，假设无人机在经过甲乙丙丁4个区域时，天气均为无风，则正常电力消耗为x3。则原路径的电力消耗为x2-x3。
42.所述根据所述天气变化趋势判断在维持原飞行路径的条件下，是否能够通过已有的飞行参数变更方案，实现节省电力，包括：根据所述天气变化趋势，计算无人机在所述原飞行路径下的遭遇天气类型和持续时间；根据所述遭遇天气类型和所述持续时间，计算不变更飞行参数条件下的初始电力消耗值，计算变更飞行参数条件下的预计电力消耗值；确定是否存在所述预计电力消耗值小于所述初始电力消耗值的所述飞行参数变更方案。
43.所述能，则通过采取已有的飞行参数变更方案，包括：根据所述遭遇天气类型，确定所述无人机采用的所述飞行参数变更方案；根据所述定位信息，确定所述无人机采用所述飞行参数变更方案的时机。
44.为了提高电力管理，无人机可以采取新的路径规划，无人机的目的地是丁区域的末端（实际上路径的规划更为复杂，因为无人机有时候必须要全通过甲乙丙丁区域一次）。
45.此时，通过天气预报，可以知道，甲乙丙丁区域周围的123456789区域，存在无风区域或者小风区域。
46.可以进行穷举路线，计算采取不同路线下，遇到的天气因素和实际航线的长度，计算得到对应的预计电力消耗。
47.如果该预计电力消耗小于x1，则采用该路线。
48.所述无人机设置有用于在不同的天气类型下控制无人机飞行参数的控制算法；对应的，所述计算变更飞行参数条件下的预计电力消耗值，包括：根据所述遭遇天气类型，采用对应的所述控制算法以获取单位时间内的电力消耗指数，根据所述电力消耗指数和所述持续时间计算得到局部电力消耗或者全局电力消耗；根据所述局部电力消耗或者全局电力消耗，得到所述预计电力消耗值。
49.所述则根据所述定位信息、所述天气信息和目的地位置信息，规划新的路径，包括：根据所述定位信息和所述目的地位置信息确定备选路径；根据所述备选路径和所述天气信息确定对应的所述遭遇天气类型和所述持续时间；根据所述遭遇天气类型确定所述无人机采用的所述飞行参数变更方案，根据所述飞行参数变更方案和所述所述持续时间确定所述预计电力消耗值；以所述预计电力消耗值小于所述初始电力消耗值作为限制条件，确定符合的所述备选路径为所述新的路径飞行。
50.所述无人机设置有传感器；对应的，方法还包括：当所述传感器检测到的数值与当前区域对应的所述天气类型不匹配时，重新规划当前路径。
51.所述当所述传感器检测到的数值与当前区域对应的所述天气类型不匹配时，重新规划当前路径，包括：当所述传感器检测到的数值与当前区域对应的所述天气类型不匹配，且存在使所述预计电力消耗值小于所述初始电力消耗值的所述备选路径时，选择所述备选路径以重新规划所述当前路径。
52.无人机根据传感器的数据，判断当前区域的天气是否和天气预报一致，一致则继续前进。当不一致时，如果实际天气（例如小风、无风）比天气预报（大风、暴雨）更有利于节省电力，则继续沿当前规划的路径，否则重新规划路径（规划原理同上）。
53.本发明提供一种提高巡航能力的无人机控制系统，包括：第一单元1，用于获取天气信息和定位信息；第二单元2，用于根据所述天气信息和定位信息，确定后续路径的天气变化趋势；第三单元3，用于根据所述天气变化趋势，更改无人机的飞行参数以改变电力消耗。
54.本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
55.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元可结合为一个单元，一个单元可拆分为多个单元，或一些特征可以忽略等。
56.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术
方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

技术特征：
1.一种提高巡航能力的无人机控制方法，其特征在于，包括：获取天气信息和定位信息；根据所述天气信息和定位信息，确定后续路径的天气变化趋势；根据所述天气变化趋势，更改无人机的飞行参数以改变电力消耗。2.根据权利要求1所述提高巡航能力的无人机控制方法，其特征在于，所述根据所述天气变化趋势，更改无人机的飞行参数以改变电力消耗，包括：根据所述天气变化趋势判断在维持原飞行路径的条件下，是否能够通过已有的飞行参数变更方案，实现节省电力；能，则通过采取已有的飞行参数变更方案；不能，则根据所述定位信息、所述天气信息和目的地位置信息，规划新的路径。3.根据权利要求2所述提高巡航能力的无人机控制方法，其特征在于，所述根据所述天气变化趋势判断在维持原飞行路径的条件下，是否能够通过已有的飞行参数变更方案，实现节省电力，包括：根据所述天气变化趋势，计算无人机在所述原飞行路径下的遭遇天气类型和持续时间；根据所述遭遇天气类型和所述持续时间，计算不变更飞行参数条件下的初始电力消耗值，计算变更飞行参数条件下的预计电力消耗值；确定是否存在所述预计电力消耗值小于所述初始电力消耗值的所述飞行参数变更方案。4.根据权利要求3所述提高巡航能力的无人机控制方法，其特征在于，所述能，则通过采取已有的飞行参数变更方案，包括：根据所述遭遇天气类型，确定所述无人机采用的所述飞行参数变更方案；根据所述定位信息，确定所述无人机采用所述飞行参数变更方案的时机。5.根据权利要求3所述提高巡航能力的无人机控制方法，其特征在于，所述无人机设置有用于在不同的天气类型下控制无人机飞行参数的控制算法；对应的，所述计算变更飞行参数条件下的预计电力消耗值，包括：根据所述遭遇天气类型，采用对应的所述控制算法以获取单位时间内的电力消耗指数，根据所述电力消耗指数和所述持续时间计算得到局部电力消耗或者全局电力消耗；根据所述局部电力消耗或者全局电力消耗，得到所述预计电力消耗值。6.根据权利要求3所述提高巡航能力的无人机控制方法，其特征在于，所述则根据所述定位信息、所述天气信息和目的地位置信息，规划新的路径，包括：根据所述定位信息和所述目的地位置信息确定备选路径；根据所述备选路径和所述天气信息确定对应的所述遭遇天气类型和所述持续时间；根据所述遭遇天气类型确定所述无人机采用的所述飞行参数变更方案，根据所述飞行参数变更方案和所述所述持续时间确定所述预计电力消耗值；以所述预计电力消耗值小于所述初始电力消耗值作为限制条件，确定符合的所述备选路径为所述新的路径飞行。7.根据权利要求6所述提高巡航能力的无人机控制方法，其特征在于，所述无人机设置有传感器；
对应的，方法还包括：当所述传感器检测到的数值与当前区域对应的所述天气类型不匹配时，重新规划当前路径。8.根据权利要求7所述提高巡航能力的无人机控制方法，其特征在于，所述当所述传感器检测到的数值与当前区域对应的所述天气类型不匹配时，重新规划当前路径，包括：当所述传感器检测到的数值与当前区域对应的所述天气类型不匹配，且存在使所述预计电力消耗值小于所述初始电力消耗值的所述备选路径时，选择所述备选路径以重新规划所述当前路径。9.一种提高巡航能力的无人机控制系统，其特征在于，包括：第一单元，用于获取天气信息和定位信息；第二单元，用于根据所述天气信息和定位信息，确定后续路径的天气变化趋势；第三单元，用于根据所述天气变化趋势，更改无人机的飞行参数以改变电力消耗。

技术总结
本发明属于无人机领域，尤其涉及一种提高巡航能力的无人机控制方法和系统，方法包括获取天气信息和定位信息；根据所述天气信息和定位信息，确定后续路径的天气变化趋势；根据所述天气变化趋势，更改无人机的飞行参数以改变电力消耗。通过获取天气信息和定位信息，根据所述天气信息和定位信息，确定后续路径的天气变化趋势，能为后续的飞行参数控制提供判断基础；根据所述天气变化趋势，更改无人机的飞行参数以改变电力消耗，能提高无人机的电力使用能力，以提高无人机巡航的能力。以提高无人机巡航的能力。以提高无人机巡航的能力。


技术研发人员：刘正坤 洪怀玉 林思娜 林典润 吴丹妮
受保护的技术使用者：广州中科智云科技有限公司
技术研发日：2023.06.29
技术公布日：2023/10/15