基于5G互联网的无人机集群数据传输系统

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体是基于5G互联网的无人机集群数据传输系统。

背景技术

无人机是指无需驾驶员直接操纵，可通过自主或远程控制完成飞行行为的空中机器人系统。无人机可在超出人类所能承受的危险和恶劣环境中使用。在过去的几十年中，无人机技术取得了极大进展，各种类型的无人机纷纷研制成功，性能逐步提高并已经成功地应用于部分军用及民用领域。无人机自主化是无人机的发展趋势，势必推动无人机更广泛、更深层次的应用；

在指定区域内使用无人机集群执行任务时，由于指定区域内的环境和无人机集群内各个无人机的飞行过程中，存在碰撞风险和轨迹偏离风险，如何规避无人机集群中的无人机发生碰撞风险，是我们需要解决的问题，为此，现提供基于5G互联网的无人机集群数据传输系统。

发明内容

本发明的目的在于提供基于5G互联网的无人机集群数据传输系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：基于5G互联网的无人机集群数据传输系统，包括监控中心，所述监控中心通信连接有数据采集模块、数据处理模块以及数据分析模块；

所述数据采集模块用于获取无人机在运行过程中的状态数据；

所述数据处理模块用于对数据采集模块所获得的数据进行处理，获得无人机的轨迹偏离系数和无人机在不同情况下的碰撞风险系数；

所述数据分析模块用于对无人机是否会发生轨迹偏离和碰撞风险进行分析。

进一步的，所述数据采集模块获取无人机集群中每个无人机的状态数据的过程包括：

利用5G通信技术，构建局域通信网络，并将无人机与通信网络进行通信连接；根据局域通信网络的覆盖范围，建立局域地图；

实时获取无人机的通信信号，并根据无人机的通信信号确定无人机的所在位置，并将无人机的所在位置映射至局域地图内，获取无人机在局域地图内的当前位置的坐标，获取无人机的飞行速度和飞行高度。

进一步的，所述局域地图的建立过程包括：

建立二维坐标系，并将局域通信网络的覆盖范围映射至二维坐标系内；

根据覆盖范围内的地形地貌，在二维坐标系内生成各个位置的海拔高度，从而获得局域地图。

进一步的，所述数据处理模块对数据采集模块所获得的数据进行处理的过程包括：

设置若干个飞行预设路线，并将所设置的飞行预设路线映射至局域地图内，对无人机匹配一条飞行预设路线；

根据无人机在飞行过程中的飞行高度和飞行位置，获得无人机的轨迹偏离系数；

将飞行预设路线上任一位置的海拔高度，将无人机的飞行高度与飞行预设路线上任一位置的海拔高度进行对比，将其中无人飞行高度低于海拔高度的位置进行标记，并获得无人机的第一碰撞风险系数；

当同一飞行预设轨迹上匹配有至少两架无人机时，根据无人机之间的飞行速度和距离，获得第二碰撞风险系数记为；

当不同的飞行预设轨迹存在交叉点时，获得在对应的飞行预设轨迹上交叉点所在位置的海拔高度差；

设置海拔高度差阈值，将海拔高度差不大于海拔高度差阈值的交叉点标记为碰撞风险点；

获取对应的飞行预设轨迹上各个无人机到达碰撞风险点所需要的时长，以及对应的飞行预设轨迹上各个无人机到达碰撞风险点的时间差，将所获得时间差记为第三碰撞风险系数。

进一步的，所述数据分析模块对无人机是否会发生轨迹偏离和碰撞风险进行分析的过程包括：

设置偏离系数阈值；

将轨迹偏离系数与偏离系数阈值进行对比，根据对比结果判断无人机的飞行轨迹是否发生偏离，并在发生偏离后生成轨迹偏离预警信息；

设置碰撞风险系数阈值；

则将所获得的第一碰撞风险系数、第二碰撞风险系数以及第三碰撞风险系数分别与碰撞风险系数阈值进行对比，并获得对比结果，根据对比结果生成对应的预警信息，并将预警信息发送至监控中心。

进一步的，监控中心在接收到第一预警信息后，根据第一预警信息，对无人机的飞行高度进行重新调整；

当接收到第二预警信息或第三预警信息后，通过调节无人机的飞行速度，对无人机进行调整；

当监控中心接收到轨迹偏离预警信息时，则对无人机进行调整，使其飞行轨迹回归至飞行预测轨迹内。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过对无人机的飞行状态数据进行处理，再结合无人机集群所在区域的环境，对其是否可能发生轨迹偏离，以及对无人机-环境、无人机-无人机之间是否可能发生碰撞进行分析，并在无人机可能发生碰撞和轨迹偏移后，生成对应的预警信息，利用5G通信网络的快速通信的特性，使得预警信息能够快速的发送至监控中心，并由监控中心通过5G通信网络对无人机的飞行过程进行调整，从而使得无人机集群中的无人机发生轨迹偏离和存在碰撞风险时，及时得到调整，消除隐患，同时也提高了对无人机集群的控制效率。

附图说明

图1为本发明的原理图。

具体实施方式

如图1所示，基于5G互联网的无人机集群数据传输系统，包括监控中心，所述监控中心通信连接有数据采集模块、数据处理模块以及数据分析模块；

需要进一步说明的是，在具体实施过程中，所述数据采集模块由若干个运行数据采集终端和视频数据采集终端组成，分别设置在不同的无人机内，所述运行数据采集终端用于获取无人机在运行过程中的状态数据，所述视频数据采集终端用于根据需求拍摄视频数据；

所述运行数据采集终端获取无人机集群中每个无人机的状态数据的过程包括：

利用5G通信技术，构建局域通信网络，并将无人机与通信网络进行通信连接；

将连接至局域通信网络内的所有无人机记为无人机集群；

根据局域通信网络的覆盖范围，建立局域地图；

需要进一步说明的是，在具体实施过程中，所述局域地图的建立过程包括：

建立二维坐标系，并将局域通信网络的覆盖范围映射至二维坐标系内；其中二维坐标系的横坐标为X，纵坐标为Y；

根据覆盖范围内的地形地貌，在二维坐标系内生成各个位置的海拔高度，从而获得局域地图；

对无人机集群内的每个无人机分别进行标号，记为i；

实时获取无人机的通信信号，并根据无人机的通信信号确定无人机的所在位置，并将标号为i的无人机的所在位置映射至局域地图内，获取无人机在局域地图内的当前位置的坐标；

获取标号为i的无人机的飞行速度和飞行高度，并将标号为i的无人机的飞行速度和飞行高度分别标记为FV

所述数据处理模块用于对数据采集模块所获得的数据进行处理，具体处理过程包括：

设置若干个飞行预设路线，并将所设置的飞行预设路线映射至局域地图内；需要进一步说明的是，在具体实施过程中，飞行预设路线包括飞行位置和飞行高度；

对无人机集群中的无人机匹配一条飞行预设路线；需要进一步说明的是，在具体实施过程中，同一条飞行预设路线可以同时匹配一个或多个无人机；

根据无人机在飞行过程中的飞行高度和飞行位置，获得无人机的轨迹偏离系数，并将标号为i的无人机的轨迹偏离系数记为GP

将无人机的实时位置映射至局部地图内，并获得标号为i的无人机在局部地图内的所在位置的坐标，将其坐标记为（X

获取与该无人机相匹配的飞行预设路线上距离无人机所在位置最近的一点，并将该点坐标记为（X

则标号为i的无人机的轨迹偏离系数

将所获得的无人机的轨迹偏离系数发送至数据分析模块；

将飞行预设路线上任一位置的海拔高度，并将任一位置的海拔高度记为HB

则将HB

则获得无人机的第一碰撞风险系数为P1X，其中P1X=JL/FV

当同一飞行预设轨迹上匹配有至少两架无人机时，则对同一条飞行预设轨迹上的无人机进行标号，记为j，其中j=1，2，……，m，其中m≥2；需要进一步说明的是，在具体实施过程中，对无人机的标号顺序按照无人机在飞行预设轨迹上的位置顺序进行标号，当无人机在飞行预设轨迹上的位置顺序发生变化时，则其对应的标号也随之变化；

则将标号为j的无人机的飞行速度记为FV

分别获取标号为j的无人机与同一飞行预设轨迹上的标号为j+1的无人机之间的距离，并将其记为FJ

则获得标号为j的无人机与其他无人机之间的第二碰撞风险系数，将第二碰撞风险系数记为P2X，其中P2X=FJ/（FV

将所获得的第二碰撞风险系数发送至数据分析模块；

当不同的飞行预设轨迹存在交叉点时，则将对应的飞行预设轨迹进行标记，并获得在对应的飞行预设轨迹上交叉点所在位置的海拔高度差；

设置海拔高度差阈值，将海拔高度差不大于海拔高度差阈值的交叉点标记为碰撞风险点；

获取对应的飞行预设轨迹上各个无人机到达碰撞风险点所需要的时长；需要进一步说明的是，在具体实施过程中，无人机到达碰撞风险点所需要的时长通过无人机当前所在位置与碰撞风险点之间的距离以及无人机当前飞行速度可以获得；

获取对应的飞行预设轨迹上各个无人机到达碰撞风险点的时间差，将所获得时间差记为第三碰撞风险系数，将第三碰撞风险系数记为P3X；

将所获得的时间差发送至数据分析模块。

所述数据分析模块用于对无人机是否发生轨迹偏离以及是否会发生碰撞风险进行分析，具体过程包括：

设置偏离系数阈值，将偏离系数阈值记为G0；

则当GP

设置碰撞风险系数阈值，将碰撞风险系数阈值记为PY；

则将所获得的第一碰撞风险系数、第二碰撞风险系数以及第三碰撞风险系数分别与碰撞风险系数阈值进行对比，并获得对比结果，即

当P1X＜PY时，则生成第一预警信息，并将第一预警信息发送至监控中心，反之则不作任何操作；

当P2X＜PY时，则生成第二预警信息，并将第二预警信息发送至监控中心，反之则不作任何操作；

当P3X＜PY时，则生成第三预警信息，并将第三预警信息发送至监控中心，反之则不作任何操作；

需要进一步说明的是，在具体实施过程中，对应的预警信息包括对应的无人机及其状态数据；

需要进一步说明的是，在具体实施过程中，监控中心在接收到第一预警信息后，根据第一预警信息，对无人机的飞行高度进行重新调整；

当接收到第二预警信息或第三预警信息后，通过调节无人机的飞行速度，对无人机进行调整，从而避免无人机发生碰撞风险；

当监控中心接收到轨迹偏离预警信息时，则对无人机进行调整，使其飞行轨迹回归至飞行预测轨迹内。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。