一种无人机集群系统
技术领域
本发明涉及无人机群控技术领域，具体为一种无人机集群系统。
背景技术
无人机是无人驾驶飞机的简称，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞行器，它具有体积小、造价低、使用方便、对作战环境要求低等优点，与普通驾驶飞机相比，无人机更适合危险的任务。无人机频繁被应用于侦察，情报收集，跟踪和通讯等领域，进入21世纪以来，无人机除了在军事领域的应用之外，也开始广泛应用于救援领域。而由于无人机在搜救方面的出色表现及其独特的优点，使得它在各类突发事故和安全隐患现场，在执行巡查、侦测、现场救援指挥等任务上面大放光彩，被誉为“空中的机器人”。但是，现有的无人机鲜有将无人机集控技术应用在军事救灾领域的，并且缺少可以定位目标火源进行精准投放灭火弹的功能。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种无人机集群系统，该无人机集群系统适用于军事救灾，长机能够对目标火源精准投放灭火弹，僚机负责监测长机的周围环境并对长机进行安全防护。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种无人机集群系统，包括长机和至少一个僚机，还包括地面站，所述长机和僚机均与地面站通讯连接，用于将现场的情况传送至地面站进行实时监控，所述长机包括第一视觉检测机构和灭火弹投放机构，所述僚机包括第二双目深度相机，用于监测所述长机的周围环境情况以生成危险提示信息并将所述危险提示信息实时传送至所述长机，所述长机用于根据接收到的所述危险提示信息设定飞行路径；所述灭火弹投放机构包括第一控制器、灭火弹发射器和第一角度调节机构，所述第一视觉检测机构用于生成灭火弹投放区域信息并将所述灭火弹投放区域信息传送至第一控制器，所述第一控制器用于根据接收到的所述灭火弹投放区域信息对第一角度调节机构进行调节以使所述灭火弹发射器的发射口的发射角度与灭火弹投放区域相匹配；
所述第一视觉检测机构包括第三控制器、火焰检测模块和第一双目深度相机，所述火焰检测模块包括第二控制器、红外热像仪和彩色摄像机，所述红外热像仪和彩色摄像机分别用于将其采集的红外图像和彩色图像传递至所述第二控制器进行处理，所述火焰检测模块包括火焰检测策略，所述第二控制器包括第一对比单元，所述第一对比单元包括火焰数据库，所述火焰数据库内存储有多种火焰数据，所述火焰数据包括不同燃烧物的火焰颜色数据以及同一种燃烧物在不同火焰温度下的火焰颜色数据，所述火焰检测策略配置为第二控制器将其接收到的红外图像和彩色图像传输至第一对比单元，所述第一对比单元结合火焰数据库进行特征对比生成第一图像对比信息并传输至第二控制器，所述第二控制器配置有第二偏差阈值，所述火焰检测策略还包括将所述第一图像对比信息内小于第二偏差阈值的区域定义为火焰区域，所述火焰检测模块将火焰区域信息传递给第三控制器；
所述第一双目深度相机用于检测所述火焰区域内是否存在燃油桶目标，所述第三控制器包括燃油桶数据库和第一目标识别策略，所述燃油桶数据库内存储有多种燃油桶的形状特征和颜色特征，所述第一双目深度相机用获取所述火焰区域的特征图像以生成第一图像信息并传送至所述第三控制器，所述第三控制器包括第二对比单元，所述第二对比单元结合燃油桶数据库进行特征对比生成第二图像对比信息并传输至第三控制器，所述第三控制器配置有第三偏差阈值，所述第一目标识别策略还包括将所述第二图像对比信息内小于第三偏差阈值的区域定义为燃油桶区域；
所述第一视觉检测机构配置有灭火弹投放策略，所述灭火弹投放策略包括将处于所述火焰区域内部且位于燃油桶区域外部的部分定义为灭火弹投放区域。
优选的，所述第一控制器用于接收所述灭火弹投放区域信息，所述第一控制器包括投弹策略，所述投弹策略配置有第一偏差阈值，所述投弹策略包括第一控制器根据所述灭火弹投放区域信息控制所述第一角度调节机构调节灭火弹发射器发射口的发射角度，当所述灭火弹发射器发射口的发射角度与灭火弹投放区域信息的偏差值小于第一偏差阈值时，第一控制器启动灭火弹发射器沿其发射口的发射角度发射灭火弹。
优选的，所述第一视觉检测机构还包括灭火弹投放优化策略，所述灭火弹投放优化策略包括第一阈值，将所述燃油桶区域外第一阈值范围的区域定义为边沿区域，所述灭火弹投放优化策略包括将投放区域和边沿区域存在交集的部分定义为灭火弹最佳投放区。
优选的，所述第二双目深度相机还包括第四控制器和敌机数据库，所述敌机数据库内存储有多种敌机的形状特征和结构特征，所述第二双目深度相机用于获取目标物的目标特征和目标距离，所述控制器利用所述目标特征与敌机数据库内存储的敌机形状特征和结构特征进行比对生成第一对比信息，所述第四控制器配置有危险等级判断策略，所述危险等级判断策略包括第一距离阈值、第二距离阈值、第一特征阈值和第二特征阈值；所述危险提示信息包括零危险等级、四级危险等级、三级危险等级、二级危险等级和一级危险等级；
所述危险等级判断策略包括当所述目标距离大于第一距离阈值且目标特征小于第一特征阈值时，设定为零危险等级；
当所述目标距离处于第一距离阈值和第二距离阈值之间且目标特征小于第一特征阈值，设定为四级危险等级；
当所述目标距离大于第一距离阈值且目标特征处于第一特征阈值和第二特征阈值之间时，设定为四级危险等级；
当所述目标距离处于第一距离阈值和第二距离阈值之间且目标特征处于第一特征阈值和第二特征阈值之间时，设定为三级危险等级；
当所述目标距离处于第一距离阈值和第二距离阈值之间且目标特征大于第二特征阈值时，设定为二级危险等级；
当所述目标特征处于第一特征阈值和第二特征阈值之间且目标距离小于第二距离阈值时，设定为二级危险等级；
当所述目标特征大于第二特征阈值且目标距离小于第二距离阈值时，设定为一级危险等级。
优选的，所述第四控制器还包括防护策略，所述僚机还包括防护装置，所述防护策略包括当依据危险等级判断策略判断出危险等级处于二级危险等级或三级危险等级时，启动防护装置对长机进行安全防护。
优选的，所述防护装置包括烟雾弹发射器和第二角度调节机构，所述第二角度调节机构用于调节所述烟雾弹发射器的发射角度，所述烟雾弹发生器用于对长机进行烟雾掩护。
优选的，所述第二角度调节机构配置有调节策略，所述调节策略包括僚机向长机发送启动防护信息，长机接收到所述启动防护信息后向所述僚机发送长机坐标位置，利用所述第四控制器获取目标特征坐标位置，将所述长机坐标位置与目标特征坐标位置的连线设定为最佳干扰路线，所述调节策略配置有第一偏角阈值，所述第二角度调节机构根据所述最佳干扰路线动态调节所述烟雾弹发射器的发射角度，所述调节策略包括当烟雾弹发射器的发射角度与所述最佳干扰路线的差值小于第一偏角阈值时，启动烟雾弹发射器。
优选的，所述第二角度调节机构还配置有防干扰策略，所述防干扰策略包括第二阈值，将所述长机坐标位置周围第二阈值范围内的区域定义为防干扰区域，所述烟雾弹发射器包括影响范围阈值，所述防干扰策略设置为使烟雾弹发射器的影响范围阈值不与防干扰区域产生交集。
优选的，所述第四控制器还包括攻击策略，所述僚机还包括攻击装置，所述攻击策略包括当依据危险等级判断策略判断出危险等级处于一级危险等级时，启动攻击装置对长机进行安全防护。
优选的，所述攻击装置包括榴弹发射器和第三角度调节机构，所述第三角度调节机构用于调节所述榴弹发射器的发射角度，所述榴弹发射器用于对目标物进行攻击。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明无人机集群系统包括长机和至少一个僚机，其中，长机包括第一视觉检测机构和灭火弹投放机构，灭火弹投放机构包括第一控制器、灭火弹发射器和第一角度调节机构，第一视觉检测机构用于生成灭火弹投放区域信息并将灭火弹投放区域信息传送至第一控制器，第一控制器用于根据接收到的灭火弹投放区域信息对第一角度调节机构进行调节以使灭火弹发射器的发射口的发射角度与灭火弹投放区域相匹配，因此能够实现对目标火源精准投放灭火弹，僚机负责监测长机的周围环境并对长机进行安全防护。
本发明的第一控制器包括投弹策略，投弹策略包括当灭火弹发射器发射口的发射角度与灭火弹投放区域信息的偏差值小于第一偏差阈值时，第一控制器启动灭火弹发射器沿其发射口的发射角度发射灭火弹，由此可以保证灭火弹投放在火焰区域，并且不会触及燃油桶以免发生碰撞产生位置偏差。
本发明的第二双目深度相机包括第四控制器和敌机数据库，敌机数据库内存储有多种敌机的形状特征和结构特征，所述第二双目深度相机用于获取目标物的目标特征和目标距离，第四控制器配置有危险等级判断策略，针对于不同的危险等级触发不同的安全防护措施，僚机包括攻击装置和防护装置，所述防护装置包括烟雾弹发射器，用于对长机进行烟雾掩护；攻击装置包括榴弹发射器，用于在对一级危险等级情况下对目标物进行攻击。
附图说明
图1为本发明一种无人机集群系统的连接结构示意图；
图2为本发明一种无人机集群系统中长机的结构示意图；
图3为本发明一种无人机集群系统中长机的正视结构示意图；
图4为本发明一种无人机集群系统中僚机的结构示意图；
图5为本发明一种无人机集群系统中长机内部的电路连接示意图；
图6为本发明一种无人机集群系统中僚机内部的电路连接示意图。
图中：1、长机；101、第一视觉检测机构；102、灭火弹投放机构；1021、第一角度调节机构；1022、灭火弹发射器；1011、火焰检测模块；1012、第一双目深度相机；2、僚机；201、第二双目深度相机；202、防护装置；2021、烟雾弹发射器；2022、第二角度调节机构；203、攻击装置；2031、榴弹发射器；2032、第三角度调节机构；3、地面站；4、第一旋翼；5、第二旋翼。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
如图1、图2、图3和图5所示，本发明提供的第一种实施例，一种无人机集群系统，一种无人机集群系统，包括长机1和至少一个僚机2，长机1上设有四个第一旋翼4，用于带动长机1进行起飞和悬停，还包括地面站3，所述长机1和僚机2均与地面站3通讯连接，用于将现场的情况传送至地面站3进行实时监控以及接收来自所述地面站3的执行命令，地面站3判断长机1和僚机2现在所述情况是否需要派出援机进行支援。
该实施例下，长机1包括第一视觉检测机构101和灭火弹投放机构102，所述僚机2包括第二双目深度相机201，用于监测所述长机1的周围环境情况以生成危险提示信息1并将所述危险提示信息实时传送至所述长机1，所述长机1用于根据接收到的所述危险提示信息设定飞行路径；所述灭火弹投放机构102包括第一控制器、灭火弹发射器1022和第一角度调节机构1021，所述第一视觉检测机构101用于生成灭火弹投放区域信息并将所述灭火弹投放区域信息传送至第一控制器，所述第一控制器用于根据接收到的所述灭火弹投放区域信息对第一角度调节机构1021进行调节以使所述灭火弹发射器1022的发射口的发射角度与灭火弹投放区域相匹配；将灭火弹发射器1022的发射口与需要灭火的区域进行对准，实现精准灭火。
所述第一视觉检测机构101包括第三控制器、火焰检测模块1011和第一双目深度相机1012，所述火焰检测模块1011包括第二控制器、红外热像仪和彩色摄像机，所述红外热像仪和彩色摄像机分别用于将其采集的红外图像和彩色图像传递至所述第二控制器进行处理，所述火焰检测模块1011包括火焰检测策略，所述第二控制器包括第一对比单元，所述第一对比单元包括火焰数据库，所述火焰数据库内存储有多种火焰数据，所述火焰数据包括不同燃烧物的火焰颜色数据以及同一种燃烧物在不同火焰温度下的火焰颜色数据，所述火焰检测策略配置为第二控制器将其接收到的红外图像和彩色图像传输至第一对比单元，所述第一对比单元结合火焰数据库进行特征对比生成第一图像对比信息并传输至第二控制器，所述第二控制器配置有第二偏差阈值，所述火焰检测策略还包括将所述第一图像对比信息内小于第二偏差阈值的区域定义为火焰区域，所述火焰检测模块1011将火焰区域信息传递给第三控制器；通过设置火焰检测策略，可以准确识别火焰区域。
所述第一双目深度相机1012用于检测所述火焰区域内是否存在燃油桶目标，所述第三控制器包括燃油桶数据库和第一目标识别策略，所述燃油桶数据库内存储有多种燃油桶的形状特征和颜色特征，所述第一双目深度相机1012用获取所述火焰区域的特征图像以生成第一图像信息并传送至所述第三控制器，所述第三控制器包括第二对比单元，所述第二对比单元结合燃油桶数据库进行特征对比生成第二图像对比信息并传输至第三控制器，所述第三控制器配置有第三偏差阈值，所述第一目标识别策略还包括将所述第二图像对比信息内小于第三偏差阈值的区域定义为燃油桶区域；
所述第一视觉检测机构101配置有灭火弹投放策略，所述灭火弹投放策略包括将处于所述火焰区域内部且位于燃油桶区域外部的部分定义为灭火弹投放区域，由此可以保证灭火弹可以准确投放在火焰区域，并且不会触及燃油桶以免发生碰撞产生位置偏差。所述第一控制器用于接收所述灭火弹投放区域信息，所述第一控制器包括投弹策略，所述投弹策略配置有第一偏差阈值，所述投弹策略包括第一控制器根据所述灭火弹投放区域信息控制所述第一角度调节机构1021调节灭火弹发射器1022发射口的发射角度，当所述灭火弹发射器1022发射口的发射角度与灭火弹投放区域信息的偏差值小于第一偏差阈值时，第一控制器启动灭火弹发射器1022沿其发射口的发射角度发射灭火弹。
本发明提供的长机1的第二种实施例，与第一种实施例的区别之处在于，所述第一视觉检测机构101还包括灭火弹投放优化策略，所述灭火弹投放优化策略包括第一阈值，将所述燃油桶区域外第一阈值范围的区域定义为边沿区域，所述灭火弹投放优化策略包括将投放区域和边沿区域存在交集的部分定义为灭火弹最佳投放区。由于燃油桶在火焰区域内位置不可测，可能会处于火焰区域的边沿位置，将燃油桶区域外第一阈值范围的区域定义为边沿区域，按照整个系统设定的阈值，将灭火弹投放在边沿区域可以保证灭火弹是不会触碰到燃油桶的，所以灭火弹不会触及燃油桶而产生位置偏差，当燃油桶处于火焰区域的边沿位置时，将灭火弹投向火势较大的一侧是比较合理的。
如图4所示，本发明提供的僚机2的第一种实施例，所述第二双目深度相机201还包括第四控制器和敌机数据库，所述敌机数据库内存储有多种敌机的形状特征和结构特征，所述第二双目深度相机201用于获取目标物的目标特征和目标距离，所述控制器利用所述目标特征与敌机数据库内存储的敌机形状特征和结构特征进行比对生成第一对比信息，所述第四控制器配置有危险等级判断策略，所述危险等级判断策略包括第一距离阈值、第二距离阈值、第一特征阈值和第二特征阈值；
所述危险等级判断策略包括当所述目标距离大于第一距离阈值且目标特征小于第一特征阈值时，设定为零危险等级；
当所述目标距离处于第一距离阈值和第二距离阈值之间且目标特征小于第一特征阈值，设定为四级危险等级；
当所述目标距离大于第一距离阈值且目标特征处于第一特征阈值和第二特征阈值之间时，设定为四级危险等级；
当所述目标距离处于第一距离阈值和第二距离阈值之间且目标特征处于第一特征阈值和第二特征阈值之间时，设定为三级危险等级；
当所述目标距离处于第一距离阈值和第二距离阈值之间且目标特征大于第二特征阈值时，设定为二级危险等级；
当所述目标特征处于第一特征阈值和第二特征阈值之间且目标距离小于第二距离阈值时，设定为二级危险等级；
当所述目标特征大于第二特征阈值且目标距离小于第二距离阈值时，设定为一级危险等级。
本发明中的僚机2采用激光雷达技术测量目标特征和目标距离，激光雷达，是一种集激光、全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)三种技术于一身的定位技术，是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，可用于获得数据并生成精确的DEM(数字高程模型)。这三种技术的结合，可以高度准确地定位激光束打在物体上的光斑，测距精度可达厘米级，使用激光雷达技术来测量目标物的距离具有定位快速、精准的特点。
本发明的长机1还包括GPS定位模块，用于按照预设路线进行自动巡航的功能，当按照预设路线完完成巡航后还可以自动返航，僚机2在长机1带领下，也可以是实现自动巡航和自动返航的功能。
由于当长机1识别到灭火区域后要进行定点悬停才可以实现灭火弹的准确投射，所述长机1内还设有气压计和超声波传感器，由于高度是会影响气压的变化的，所以气压计用于通过测量气压来判断长机距离地面的距离，通过超声波传感器测量长机1与僚机2之间的距离，通过气压计和超声波传感器的设置，可以实现定点悬停的功能。
如图6所示，所述第四控制器还包括防护策略，所述僚机2还包括防护装置202，所述防护策略包括当依据危险等级判断策略判断出危险等级处于二级危险等级或三级危险等级时，启动防护装置202对长机1进行安全防护；所述防护装置202包括烟雾弹发射器2021和第二角度调节机构2022，所述第二角度调节机构2022用于调节所述烟雾弹发射器2021的发射角度，所述烟雾弹发生器用于对长机1进行烟雾掩护；所述攻击装置203包括榴弹发射器2031和第三角度调节机构2032，所述第三角度调节机构2032用于调节所述榴弹发射器2031的发射角度，所述榴弹发射器2031用于对目标物进行攻击。所述第二角度调节机构2022配置有调节策略，所述调节策略包括僚机2向长机1发送启动防护信息，长机1接收到所述启动防护信息后向所述僚机2发送长机1坐标位置，利用所述第四控制器获取目标特征坐标位置，将所述长机1坐标位置与目标特征坐标位置的连线设定为最佳干扰路线，所述调节策略配置有第一偏角阈值，所述第二角度调节机构2022根据所述最佳干扰路线动态调节所述烟雾弹发射器2021的发射角度，所述调节策略包括当烟雾弹发射器2021的发射角度与所述最佳干扰路线的差值小于第一偏角阈值时，启动烟雾弹发射器2021。所述第二角度调节机构2022还配置有防干扰策略，所述防干扰策略包括第二阈值，将所述长机1坐标位置周围第二阈值范围内的区域定义为防干扰区域，所述烟雾弹发射器2021包括影响范围阈值，所述防干扰策略设置为使烟雾弹发射器2021的影响范围阈值不与防干扰区域产生交集。所述第四控制器还包括攻击策略，所述僚机2还包括攻击装置203，所述攻击策略包括当依据危险等级判断策略判断出危险等级处于一级危险等级时，启动攻击装置203对长机1进行安全防护。
工作原理：本发明的无人机集群系统包括长机1和僚机2，长机1包括第一视觉检测机构101，用于生成灭火弹投放区域信息并将灭火弹投放区域信息传送至第一控制器，第一控制器用于根据接收到的灭火弹投放区域信息对第一角度调节机构1021进行调节以使灭火弹发射器1022的发射口的发射角度与灭火弹投放区域相匹配，因此能够实现对目标火源精准投放灭火弹，僚机2负责监测长机1的周围环境并对长机1进行安全防护。第二双目深度相机201包括第四控制器和敌机数据库，敌机数据库内存储有多种敌机的形状特征和结构特征，所述第二双目深度相机201用于获取目标物的目标特征和目标距离，第四控制器配置有危险等级判断策略，针对于不同的危险等级触发不同的安全防护措施，僚机2包括攻击装置203和防护装置202，所述防护装置202包括烟雾弹发射器2021，用于对长机1进行烟雾掩护；攻击装置203包括榴弹发射器2031，用于在对一级危险等级情况下对目标物进行攻击。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
