无人机线性工程组网协同的航测系统及方法与流程

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1.本发明涉及无人机航测研究领域，尤其涉及一种无人机在线性工程组网协同的航测系统及方法。

背景技术：

2.基础设施工程测绘业务，具有里程长、体量大、周围地形复杂、安全隐患多、天气复杂多变、施工环境恶劣等特点。同时进场困难，环境复杂，对测量有很高的要求。航测可以很好的解决测量上的困难点，因此，在工期紧、任务重时需要高效的测绘作业。借助无人机辅助测绘，可以提高工程质量，缩短施工工期，降低工程成本。
3.项目前期测量是尤为重要的，布设控制点，测绘地形布置便道、项目全段红线放样等。需要对全线进行逐一排查，而无人机在进行线性工程航测时，作业半径短，对无人机的遥控信号提出了更高的要求，需要在各种复杂的地形中进行有信号的安全飞行。现阶段市面没有达到要求的辐射距离无人机产品。

技术实现要素：

4.本发明主要目的是在现有无人机航测技术基础上，结合线性工程特有的工作特点，通过无人机控制模式的改变与无人机信号增强的手段，利用理论加验证相结合，研究航测无人机在线性工程中协同作业的系统及方法，并提供一种基于双控模式与信号增强的系统及方法及应用前景。
5.本发明通过以下技术方案来实现：
6.一种无人机在线性工程组网协同的航测系统，其包括：
7.工作装置，包括设置在作业无人机上的第一控制模块、第一卫星信号接收装置和第二信号收发装置；
8.中继装置，包括设置在中继站上的第二控制模块、第二卫星信号接收装置和第二信号收发装置；
9.所述第一卫星信号接收装置用于接收卫星信号，实时获得作业无人机的位置信息和飞行状态信息；
10.所述第二卫星信号接收装置用于接收卫星信号，实时获得中继站的位置信息和运行状态信息；
11.所述第一信号收发装置和所述第二信号收发装置实时通信；
12.所述第一控制模块通过与至少两个遥控器对频连接，实现至少两个遥控器拥有对所述作业无人机的飞行控制权及机载设备控制权；
13.所述第二控制模块用于实时接收作业无人机的位置信息和飞行状态信息，还实时接收中继站的位置信息和运行状态信息，根据接收到的信息控制中继站跟随作业无人机。
14.进一步的，所述第二控制模块还用于实时监测接收到的作业无人机的位置信息和飞行状态信息，监测到作业无人机的位置信息和飞行状态信息异常时，所述第二控制模块
控制中继站进入报警状态。
15.进一步的，在进入到报警状态时，中继站停止前行，通过第二信号收发装置持续发出控制指令，所述控制指令包括安全位置信息，据此控制作业无人机返回该安全位置；在发出控制指令的持续时间内所述作业无人机达到安全位置，则报警状态解除，作业无人机重新规划路径，前往目标区域或者继续作业；在发出控制指令的持续时间内作业无人机没有到达安全位置，所述第二控制模块控制中继站自行返航。
16.进一步的，所述第一信号收发装置和所述第二信号收发装置内置蓝牙信号、移动通信信号、卫星通信信号，并设置所述第一信号收发装置和所述第二信号收发装置实时通信的优先级顺序为蓝牙信号、移动通信信号、卫星通信信号。
17.进一步的，至少两个遥控器对所述作业无人机实行平权控制，默认先上线的遥控器拥有飞行控制权和机载设备控制权，在先上线的遥控器退出控制权或失联后，触发控制权转移操作。
18.进一步的，当其中一个遥控器与作业无人机失联后，会触发控制权转移操作，失联遥控器拥有的记载设备控制权会无条件转移到在线遥控器，并且，当失联遥控器拥有飞行控制权时，则在线遥控器会收到飞行控制权接管通知，可以手动选择是否接管飞行控制权；当在线遥控器选择放弃接管飞行控制权后，飞行器会执行失控逻辑；当在线遥控器在规定时间内未进行选择时，也会触发飞行器执行失控逻辑。
19.进一步的，所述作业无人机利用ocusync行业图传技术，支持三路1080p图传。
20.进一步的，所述中继站采用地面中继站和/或空中中继站，所述地面中继站固定在移动车辆上，所述空中中继站固定在伴飞无人机上。
21.一种无人机在线性工程组网协同的航测方法，其包括步骤：
22.在作业无人机上设置工作装置，包括第一控制模块、第一卫星信号接收装置和第二信号收发装置；
23.将至少两个遥控器与所述第一控制模块进行对频连接，沿作业无人机的预定路线交替获取作业无人机的飞行控制权及机载设备控制权；
24.沿作业无人机的预定路线设置若干中继站，所述中继站上设置有中继装置，包括第二控制模块、第二卫星信号接收装置和第二信号收发装置；
25.通过所述第一卫星信号收发装置获得作业无人机的位置信息和飞行状态信息，来控制作业无人机按照预定路线飞向目标位置；
26.通过所述第一信号收发装置和所述第二信号收发装置实时通信，将所述作业无人机的位置信息和飞行状态信息传递给中继站；
27.通过所述第二控制模块实时接收作业无人机的位置信息和飞行状态信息，还实时接收中继站的位置信息和运行状态信息，根据接收到的信息控制中继站跟随作业无人机。
28.进一步的，所述第二控制模块还用于实时监测接收到的作业无人机的位置信息和飞行状态信息，监测到作业无人机的位置信息和飞行状态信息异常时，所述第二控制模块控制中继站进入报警状态；在进入到报警状态时，中继站停止前行，通过第二信号收发装置持续发出控制指令，所述控制指令包括安全位置信息，据此控制作业无人机返回该安全位置；在发出控制指令的持续时间内所述作业无人机达到安全位置，则报警状态解除，作业无人机重新规划路径，前往目标区域或者继续作业；在发出控制指令的持续时间内作业无人
机没有到达安全位置，所述第二控制模块控制中继站自行返航。
29.由于采用上述技术方案，使得本发明取得的有益效果是：
30.1.降低无人机航测作业在线性工程中频繁转场，降低成本，提高无人机航测作业的工作效率。
31.2.提高无人机遥控信号和图传信号，提高航测作业过程中的安全性。
具体实施方式
32.下面本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
33.本发明实施例提供了一种无人机在线性工程组网协同的航测系统，其主要包括以下个部分：
34.工作装置，包括设置在作业无人机上的第一控制模块、第一卫星信号接收装置和第二信号收发装置；
35.中继装置，包括设置在中继站上的第二控制模块、第二卫星信号接收装置和第二信号收发装置；
36.其中，第一卫星信号接收装置用于接收卫星信号，实时获得作业无人机的位置信息和飞行状态信息；第二卫星信号接收装置用于接收卫星信号，实时获得中继站的位置信息和运行状态信息。第一信号收发装置和第二信号收发装置实时通信。
37.第一控制模块通过与至少两个遥控器对频连接，实现至少两个遥控器拥有对作业无人机的飞行控制权及机载设备控制权；第二控制模块用于实时接收作业无人机的位置信息和飞行状态信息，还实时接收中继站的位置信息和运行状态信息，根据接收到的信息控制中继站跟随作业无人机。
38.进一步的，第二控制模块还用于实时监测接收到的作业无人机的位置信息和飞行状态信息，监测到作业无人机的位置信息和飞行状态信息异常时，第二控制模块控制中继站进入报警状态。在进入到报警状态时，中继站停止前行，通过第二信号收发装置持续发出控制指令，所述控制指令包括安全位置信息，据此控制作业无人机返回该安全位置；在发出控制指令的持续时间内所述作业无人机达到安全位置，则报警状态解除，作业无人机重新规划路径，前往目标区域或者继续作业；在发出控制指令的持续时间内作业无人机没有到达安全位置，第二控制模块控制中继站自行返航。
39.进一步的，第一信号收发装置和所述第二信号收发装置内置蓝牙信号、移动通信信号、卫星通信信号，并设置第一信号收发装置和第二信号收发装置实时通信的优先级顺序为蓝牙信号、移动通信信号、卫星通信信号，即：当第一信号收发装置和第二信号收发装置之间的蓝牙信号配对连接中断时，启动4g移动通信信号连接，使得作业无人机和中继站之间通过4g信号连接，若移动信号也受到影响，利用卫星通信功能直接下达自动返航控制指令。
40.进一步的，至少两个遥控器对所述作业无人机实行平权控制，默认先上线的遥控器拥有飞行控制权和机载设备控制权，在先上线的遥控器退出控制权或失联后，触发控制权转移操作。当其中一个遥控器与作业无人机失联后，会触发控制权转移操作，失联遥控器
拥有的记载设备控制权会无条件转移到在线遥控器，并且，当失联遥控器拥有飞行控制权时，则在线遥控器会收到飞行控制权接管通知，可以手动选择是否接管飞行控制权；当在线遥控器选择放弃接管飞行控制权后，飞行器会执行失控逻辑；当在线遥控器在规定时间内未进行选择时，也会触发飞行器执行失控逻辑。
41.进一步的，作业无人机利用ocusync行业图传技术，支持三路1080p图传。中继站采用地面中继站和/或空中中继站，其中，地面中继站固定在移动车辆上，空中中继站固定在伴飞无人机上。
42.采用本发明实施例的无人机在线性工程组网协同的航测系统，能够降低无人机航测作业在线性工程中频繁转场，降低成本，提高无人机航测作业的工作效率。还能提高无人机遥控信号和图传信号，提高航测作业过程中的安全性。
43.本发明实施例还提供了一种无人机在线性工程组网协同的航测方法，其主要包括以下步骤：
44.第一步：在作业无人机上设置工作装置，包括第一控制模块、第一卫星信号接收装置和第二信号收发装置；
45.第二步：将至少两个遥控器与所述第一控制模块进行对频连接，沿作业无人机的预定路线交替获取作业无人机的飞行控制权及机载设备控制权；这一步是实现作业无人机的双控模式。
46.第二步：沿作业无人机的预定路线设置若干中继站，所述中继站上设置有中继装置，包括第二控制模块、第二卫星信号接收装置和第二信号收发装置；
47.第三步：通过第一卫星信号收发装置获得作业无人机的位置信息和飞行状态信息，来控制作业无人机按照预定路线飞向目标位置；
48.第四步：通过第一信号收发装置和第二信号收发装置实时通信，将作业无人机的位置信息和飞行状态信息传递给中继站；
49.第五步：通过第二控制模块实时接收作业无人机的位置信息和飞行状态信息，还实时接收中继站的位置信息和运行状态信息，根据接收到的信息控制中继站跟随作业无人机。
50.在一实施例中，设计一种通过双遥控器的操作流程，控制无人机在线性工作过程中，可以在下一起降点进行换电以及高效率作业，其中双控模式适用于双人同时操控同一台飞行器。在此模式下，两个遥控器基于平权设计，即∶不预先分配两个遥控器的角，通过作业时飞手按需获取控制权的方式来决定当前可以操作哪些机载设备(如飞行器、已经挂载上的云台相机)，在作业时更灵活。控制权分为两种类型∶飞行控制权、云台控制权。当遥控器拥有飞行控制权时，可以操控飞行；当遥控器拥有云台控制权时，可以操控云台相机。技术参数如下：
51.1.确保两个遥控器已经对频并连接飞行器，先上线的遥控器默认拥有所有设备的控制权(飞行器、云台相机)，后上线的遥控器默认不分配设备的控制权。
52.2.当遥控器拥有设备的控制权时(飞行器、云台相机)，可以通过打杆、波轮、快捷键、ui图标等方式操控该设备，使用方式与单遥控器无异；当遥控器没有该设备的控制权时，无法操控该设备。没有设备控制权的遥控器，仍然可以切换到该设备的相机界面只有拥有飞行控制权的遥控器才能发起返航和取消返航的功能。
53.3.可以手动获取设备控制权。
54.4.当拥有飞行控制权时，可在飞行器第一视角相机的相机界面，长按控制权锁定图标，进行飞行控制权锁定操作。
55.5.当遥控器仅仅拥有云台控制权时，可通过摇杆来控制云台，当同时拥有飞行控制权和云台控制权时，摇杆用来控制飞行，波轮用来控制云台。
56.6.在双控作业场景，当其中一个遥控器与飞行器失联后，会触发控制权转移操作。此时，失联遥控器拥有的云台控制权会无条件转移到在线遥控器并且，当失联遥控器拥有飞行控制权时，则在线遥控器会收到飞行控制权接管通知，可以手动选择是否接管飞行控制权。当在线遥控器选择放弃接管飞行控制权后，飞行器会执行失控逻辑。当在线遥控器在规定时间内未进行选择时，也会触发飞行器执行失控逻辑。
57.7.在飞行作业中，当失联遥控器再次连接飞行器时，默认没有任何设备的控制权，可以按需获取控制权。
58.8.云台相机相关的设置，只有拥有云台控制权的遥控器，才可以进行相关设置操作。
59.9.云台相机的下载、回放等操作，只有拥有云台控制权的遥控器，才可以进行上述操作。
60.10.针对飞控、感知、电池、图传设置等影响飞行相关的设置操作，正常情况下，两个遥控器均可设置；但飞行控制权锁定后，只有拥有飞行控制权的遥控器才可进行上述操作。
61.11.其它对飞行无影响的相关操作，两个遥控器均可设置。
62.12.没有飞行控制权的遥控器不支持修改预设的一些飞行参数。
63.飞行器利用ocusync行业图传技术，支持三路1080p图传，可支持单遥控器或双遥控器作业。单遥控器时，可支持两路1080p图传；双遥控器时，最多支持三路1080p图传，两个遥控器可各自选取其中两路1080p图传进行。
64.进行双控模式作业时，对于无人机的遥控信号提出了更高的要求，需要加装无人机信号增强或者中继装置，在作业过程中，两台及多台无人机进行协同作业时，此时需要保证无人机之间的信号选择以及无人机和双控之间的信号选择，故在选择增加中继站，增强无人机信号，中继站可为地面站和空中站两种，在复杂山地、林地环境中，使用空中中继站；平原以及交通便利地方选择地面中继站。其中空中中继站具有两个无人机，主力无人机在前，伴飞无人机在后，只有一个飞行路径，在后的伴飞无人机具有更高的安全性，能够在为主力无人机提供信号中继作用，同时在主力无人机发生失控、失联或者卫星信号被屏蔽时及时地控制主力无人机回到安全位置，提高航行的安全性；地面中继站同理，将中继站固定在移动车辆上，沿设计沿线出发，为无人机提供信号的中继。
65.装置主要为作业无人机上搭载有工作装置，在作业无人机上还设置有第一卫星信号接收装置和第一信号收发装置，在中继站上设置有第二卫星信号接收装置和第二信号收发装置；第一卫星信号接收装置用于接收卫星信号，实时获得作业无人机的位置信息和飞行状态信息，第二卫星信号接收装置用于接收卫星信号，实时获得中继站的位置信息以及伴飞飞行状态信息，第一信号收发装置和第二信号收发装置实时通信。
66.作业无人机通过第一卫星信号接收装置获得的主力无人机的位置信息和飞行状
态信息来控制主力无人机按照预定路径飞向目标位置；第一卫星信号接收装置还实时通过第一信号收发装置将主力无人机的位置信息和飞行状态信息传递给中继站。
67.中继站上设置有控制模块，控制模块实时接收作业无人机的位置信息和飞行状态信息，还实时接收中继站的位置信息和伴飞无人机的飞行状态信息，根据接收到的信息控制中继站所在车辆或伴飞无人机跟随作业无人机。
68.控制模块还用于实时监测接收到的主力无人机的位置信息和飞行状态信息，监测到作业无人机的位置信息和飞行状态信息异常时，控制模块控制中继站进入报警状态；在进入到报警状态时，中继站停止前行，通过第二信号收发装置持续发出控制指令，所述控制指令包括安全位置信息，据此控制主力无人机返回该安全位置；在发出控制指令的持续时间内所述主力机达到安全位置，则报警状态解除，作业无人机重新规划路径，前往目标区域或者继续作业；在发出控制指令的持续时间内主力无人机没有到达安全位置，控制模块控制中继站自行返航。
69.同时在第一信号收发装置和第二信号收发装置内置蓝牙、移动通信信号、卫星通信信号，蓝牙信号实时配对互联，当第一信号收发装置和第二信号收发装置之间的蓝牙信号配对连接中断时，启动4g移动通信信号连接，使得作业无人机和中继站之间通过4g信号连接，若移动信号也受到影响，利用卫星通信功能直接下达自动返航控制指令。
70.采用双控模式控制无人机在线性工程组网协同的航测方法具体实施方式为：
71.首先，在使用双控模式前，需要分别对ab遥控器进行对频设置。如下步骤进行设置∶
72.双控模式操作
73.1.运行飞行器遥控器a、b，打开设置页面。
74.2.选择双控模式，选择遥控器为a控或者b控，然后和飞行器进行对频。
75.3.待对频完成后，一人在原地进行起飞作业，另一人在下一起降点等候作业，两者反复操作。
76.4.在无人机起降完成后，空中中继站10分钟后出发，地面中继站达到航线中点位置等待，保障两者之间图传和信号的畅通。
77.使用本发明的无人机线性工程组网协同的航测系统及方法能够解决以下现有技术问题：
78.1.在山地、林区等复杂地形航测的过程中，因线性工程的特殊性，航测路线沿设计线路进行作业，作业过程中的转场耗时耗力，严重影响工作效率。
79.2.工作过程中，地形和网络信号等外在因素的影响，造成无人机的遥控信号和图传信号收到干扰，影响无人机的航行安全。
80.3.在大面积的航测作业中，快速出成果时，要多台无人机协同作业，需解决协同作业时，无人机之间的安全航行和信号中转问题。
81.以上对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

技术特征：

1.一种无人机在线性工程组网协同的航测系统，其特征在于，包括：工作装置，包括设置在作业无人机上的第一控制模块、第一卫星信号接收装置和第二信号收发装置；中继装置，包括设置在中继站上的第二控制模块、第二卫星信号接收装置和第二信号收发装置；所述第一卫星信号接收装置用于接收卫星信号，实时获得作业无人机的位置信息和飞行状态信息；所述第二卫星信号接收装置用于接收卫星信号，实时获得中继站的位置信息和运行状态信息；所述第一信号收发装置和所述第二信号收发装置实时通信；所述第一控制模块通过与至少两个遥控器对频连接，实现至少两个遥控器拥有对所述作业无人机的飞行控制权及机载设备控制权；所述第二控制模块用于实时接收作业无人机的位置信息和飞行状态信息，还实时接收中继站的位置信息和运行状态信息，根据接收到的信息控制中继站跟随作业无人机。2.根据权利要求1所述的无人机在线性工程组网协同的航测系统，其特征在于，所述第二控制模块还用于实时监测接收到的作业无人机的位置信息和飞行状态信息，监测到作业无人机的位置信息和飞行状态信息异常时，所述第二控制模块控制中继站进入报警状态。3.根据权利要求2所述的无人机在线性工程组网协同的航测系统，其特征在于，在进入到报警状态时，中继站停止前行，通过第二信号收发装置持续发出控制指令，所述控制指令包括安全位置信息，据此控制作业无人机返回该安全位置；在发出控制指令的持续时间内所述作业无人机达到安全位置，则报警状态解除，作业无人机重新规划路径，前往目标区域或者继续作业；在发出控制指令的持续时间内作业无人机没有到达安全位置，所述第二控制模块控制中继站自行返航。4.根据权利要求1所述的无人机在线性工程组网协同的航测系统，其特征在于，所述第一信号收发装置和所述第二信号收发装置内置蓝牙信号、移动通信信号、卫星通信信号，并设置所述第一信号收发装置和所述第二信号收发装置实时通信的优先级顺序为蓝牙信号、移动通信信号、卫星通信信号。5.根据权利要求1所述的无人机在线性工程组网协同的航测系统，其特征在于，至少两个遥控器对所述作业无人机实行平权控制，默认先上线的遥控器拥有飞行控制权和机载设备控制权，在先上线的遥控器退出控制权或失联后，触发控制权转移操作。6.根据权利要求5所述的无人机在线性工程组网协同的航测系统，其特征在于，当其中一个遥控器与作业无人机失联后，会触发控制权转移操作，失联遥控器拥有的记载设备控制权会无条件转移到在线遥控器，并且，当失联遥控器拥有飞行控制权时，则在线遥控器会收到飞行控制权接管通知，可以手动选择是否接管飞行控制权；当在线遥控器选择放弃接管飞行控制权后，飞行器会执行失控逻辑；当在线遥控器在规定时间内未进行选择时，也会触发飞行器执行失控逻辑。7.根据权利要求5所述的无人机在线性工程组网协同的航测系统，其特征在于，所述作业无人机利用ocusync行业图传技术，支持三路1080p图传。8.根据权利要求1所述的无人机在线性工程组网协同的航测方法，其特征在于，所述中
继站采用地面中继站和/或空中中继站，所述地面中继站固定在移动车辆上，所述空中中继站固定在伴飞无人机上。9.一种无人机在线性工程组网协同的航测方法，其特征在于，包括步骤：在作业无人机上设置工作装置，包括第一控制模块、第一卫星信号接收装置和第二信号收发装置；将至少两个遥控器与所述第一控制模块进行对频连接，沿作业无人机的预定路线交替获取作业无人机的飞行控制权及机载设备控制权；沿作业无人机的预定路线设置若干中继站，所述中继站上设置有中继装置，包括第二控制模块、第二卫星信号接收装置和第二信号收发装置；通过所述第一卫星信号收发装置获得作业无人机的位置信息和飞行状态信息，来控制作业无人机按照预定路线飞向目标位置；通过所述第一信号收发装置和所述第二信号收发装置实时通信，将所述作业无人机的位置信息和飞行状态信息传递给中继站；通过所述第二控制模块实时接收作业无人机的位置信息和飞行状态信息，还实时接收中继站的位置信息和运行状态信息，根据接收到的信息控制中继站跟随作业无人机。10.根据权利要求9所述的无人机在线性工程组网协同的航测方法，其特征在于，所述第二控制模块还用于实时监测接收到的作业无人机的位置信息和飞行状态信息，监测到作业无人机的位置信息和飞行状态信息异常时，所述第二控制模块控制中继站进入报警状态；在进入到报警状态时，中继站停止前行，通过第二信号收发装置持续发出控制指令，所述控制指令包括安全位置信息，据此控制作业无人机返回该安全位置；在发出控制指令的持续时间内所述作业无人机达到安全位置，则报警状态解除，作业无人机重新规划路径，前往目标区域或者继续作业；在发出控制指令的持续时间内作业无人机没有到达安全位置，所述第二控制模块控制中继站自行返航。

技术总结

本发明为一种无人机线性工程组网协同的航测系统及方法，系统包括：设置在作业无人机上的第一控制模块、第一卫星信号接收装置和第二信号收发装置；设置在中继站上的第二控制模块、第二卫星信号接收装置和第二信号收发装置；第一卫星信号接收装置用于接收卫星信号，实时获得作业无人机的位置信息和飞行状态信息；第二卫星信号接收装置用于接收卫星信号，实时获得中继站的位置信息和运行状态信息；第一信号收发装置和第二信号收发装置实时通信；第一控制模块通过与至少两个遥控器对频连接；第二控制模块用于实时接收作业无人机的位置信息和飞行状态信息以及中继站的位置信息和运行状态信息，根据接收到的信息控制中继站跟随作业无人机。随作业无人机。