一種無人機地面站系統(tǒng)技術(shù)方案

公開了一種無人機地面站系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)通信模塊、遠程控制模塊、數(shù)據(jù)庫模塊和虛擬儀表模塊，其特征在于還包括3D?GIS導(dǎo)航模塊，并且通過數(shù)據(jù)庫模塊的地形高程數(shù)據(jù)和衛(wèi)星圖片來渲染三維地球，結(jié)合接收到的機載系統(tǒng)的飛行信息，來監(jiān)視無人機的飛行狀態(tài)和飛行航跡，以及對無人機進行航跡規(guī)劃。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種基于無人機平臺的火災(zāi)探測系統(tǒng)，尤其涉及，具體地說，是涉及一種包括3D GIS導(dǎo)航模塊的無人機地面站系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
隨著無人直升機的快速發(fā)展，越來越多地被民用和國防等諸多領(lǐng)域應(yīng)用。地面站作為整個無人直升機系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)也在不斷的更新和發(fā)展。嵌入地理信息系統(tǒng)(geographical information system GIS)到地面站，利用GIS強大空間數(shù)據(jù)處理和三維可視化技術(shù)，提高地面站的信息化水平，增強可視化優(yōu)勢，成為無人直升機地面站設(shè)計的目標。GIS是一種將空間位置與屬性數(shù)據(jù)結(jié)合在一起的決策支持系統(tǒng)，是將地球科學(xué)與屬性數(shù)據(jù)相結(jié)合的一種大型集成系統(tǒng)。它具有信息系統(tǒng)的各種特點，作為獲取、處理、管理和分析地理空間數(shù)據(jù)的重要工具，近年來得到廣泛的關(guān)注和迅猛的發(fā)展。同時基于3D GIS技術(shù)也得到了飛速的發(fā)展，己經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于三維數(shù)字城市、資源管理、環(huán)境評價、區(qū)域規(guī)劃等諸多方面。直升機在實際飛行過程中，地面站實時顯示出大量的飛行數(shù)據(jù)，地面操作人員借助計算機能快速判斷并做出反應(yīng)，及時地參與無人機的控制，這對于無人機的飛行操縱安全至關(guān)重要。基于3D GIS的無人直升機地面站系統(tǒng)在計算機可視化方而的優(yōu)勢，很好地實現(xiàn)了無人直升機的監(jiān)控導(dǎo)航，自主起降，航路規(guī)劃，航跡顯示，航跡同放等功能，形成一個實時、快速、直觀的地面監(jiān)控系統(tǒng)。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題之一是提供一種基于3D GIS的無人直升機地面站系統(tǒng)。一種無人機地面站系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)通信模塊、遠程控制模塊、數(shù)據(jù)庫模塊和虛擬儀表模塊，還包括3D GIS導(dǎo)航模塊，并且通過數(shù)據(jù)庫模塊的地形高程數(shù)據(jù)和衛(wèi)星圖片來渲染三維地球，結(jié)合接收到的機載系統(tǒng)的飛行信息，來監(jiān)視無人機的飛行狀態(tài)和飛行航跡，以及對無人機進行航跡規(guī)劃。一種無人機地面站系統(tǒng)，使用bil格式的高程數(shù)據(jù)和DDS柵格數(shù)據(jù)相結(jié)合的形式，通過DDS柵格數(shù)據(jù)結(jié)合地形的高程數(shù)據(jù)來渲染三維地球模型。一種無人機地面站系統(tǒng)，實時航跡實現(xiàn)由無人機地面站實時接收機載系統(tǒng)的飛行方位信息，將這些方位信息存儲在一個列表中，每個方位加載所對應(yīng)標記物在軌跡跟蹤層顯示出來，最后通過Update函數(shù)來實現(xiàn)軌跡的實時更新。一種無人機地面站系統(tǒng)，航跡規(guī)劃通過在三維地圖上直接通過鼠標移動得到所在點的經(jīng)緯度信息，結(jié)束畫航線后將航線規(guī)劃得到的方位信息保存起來發(fā)送到無人機的機載系統(tǒng)。一種無人機地面站系統(tǒng)，提供了多圖層的訪問與控制，航跡跟蹤層與其它層一樣，相互之間都是獨立的，可獨立顯示。一種無人機地面站系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫模塊將地理信息和測控信息分開存儲，以實現(xiàn)3D GIS數(shù)據(jù)管理和地面站系統(tǒng)的離線數(shù)據(jù)同放。一種無人機地面站系統(tǒng)，在手動控制模式時，無人機直接由操作人員通過遙控設(shè)備發(fā)出控制命令，遙控設(shè)備以電臺作為通信媒介向無人機發(fā)射信號，無人機機做出反應(yīng)并通過機載系統(tǒng)用無線網(wǎng)絡(luò)把各種實時的飛行數(shù)據(jù)以及圖像，視頻等數(shù)據(jù)發(fā)送給地面站。一種無人機地面站系統(tǒng)，在切換到自動控制模式時，地面站設(shè)置好飛行參數(shù)，無線網(wǎng)絡(luò)將控制參數(shù)發(fā)送到機載系統(tǒng)，飛機根據(jù)參數(shù)命令完成飛行任務(wù)，同時在飛行過程中實時的向地而控制站反饋各種飛行狀態(tài)信息，地面站根據(jù)實時飛行狀態(tài)及時做出控制命令的修改。本專利技術(shù)的其他優(yōu)點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本專利技術(shù)的實踐中得到教導(dǎo)。本專利技術(shù)的目標和其他
優(yōu)點可以通過下面的說明書，權(quán)利要求書，以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。附圖說明附圖用來提供對本專利技術(shù)的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本專利技術(shù)的實施例共同用于解釋本專利技術(shù)，并不構(gòu)成對本專利技術(shù)的限制。在附圖中：圖1是無人直升機系統(tǒng)總體框架圖；圖2是地面站系統(tǒng)軟件框架圖；圖3是UDP數(shù)據(jù)通信方式原理圖；圖4是World Wind Java軟件框架圖；圖5是WorldWindJava SDK數(shù)據(jù)處理和渲染框架圖。具體實施方式以下將結(jié)合附圖及實施例來詳細說明本專利技術(shù)的實施方式，借此對本專利技術(shù)如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達成技術(shù)效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。需要說明的是，只要不構(gòu)成沖突，本專利技術(shù)中的各個實施例以及各實施例中的各個特征可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本專利技術(shù)的保護范圍之內(nèi)。無人直升機總體系統(tǒng)架構(gòu)無人直升機控制系統(tǒng)的總體架構(gòu)由機載系統(tǒng)和地面站系統(tǒng)兩部分組成。機載系統(tǒng)包括飛行控制計算機、傳感系統(tǒng)、GPS接收模塊組成；地面站系統(tǒng)包括遙控設(shè)備和便攜式PC機。系統(tǒng)的總體框架如圖1所示。無人直升機在進行自主導(dǎo)航控制時，為了降低自動控制失控時的危險性，有兩種控制模式：手動控制模式和自動控制模式。在手動控制模式時，無人直升機直接由專業(yè)人員通過遙控設(shè)備發(fā)出控制命令，遙控設(shè)備以電臺作為通信媒介向無人直升機發(fā)射信號，無人直升機機做出反應(yīng)并通過機載系統(tǒng)
用無線網(wǎng)絡(luò)把各種實時的飛行數(shù)據(jù)以及圖像，視頻等數(shù)據(jù)發(fā)送給地面站：在切換到自動控制模式下，地面站設(shè)置好飛行參數(shù)，無線網(wǎng)絡(luò)將控制參數(shù)發(fā)送到機載系統(tǒng)，飛機根據(jù)參數(shù)命令完成飛行任務(wù)，同時在飛行過程中實時的向地面控制站反饋各種飛行狀態(tài)信息，地面站根據(jù)實時飛行狀態(tài)及時做出控制命令的修改。地面站系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)整個地面站系統(tǒng)運行于基站的便攜式計算機上，使用Java作為程序的開發(fā)語，進行而向?qū)ο竽K化程序設(shè)計，軟件實現(xiàn)結(jié)構(gòu)上清晰合理，易于維護升級。同時Java語高是一種交叉平臺的語言，跨平臺能力強，地面站可以方便地移植到其它系統(tǒng)平臺的小型便攜式計算機上。地面站軟件框架如圖2所示。系統(tǒng)采用圖形界而，提供一個良好而便于操作的用戶接口。系統(tǒng)通過事件或者消息驅(qū)動，來實現(xiàn)人機交互，可以非常方便地進行設(shè)置和操作。整個地面站控制包含數(shù)據(jù)通信、遠程控制、數(shù)據(jù)庫、虛擬儀表和3D GIS導(dǎo)航5大模塊。數(shù)據(jù)通信模塊數(shù)據(jù)通信模塊主要負責(zé)地面站與無人直升機機載系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)接收和發(fā)送，數(shù)據(jù)的收發(fā)采用UDP協(xié)議，在功能上保證實時性，但是UDP協(xié)議不能保證傳輸中沒有丟失信息，需要對每次發(fā)送的數(shù)據(jù)信息加上字頭和字尾校驗。地面站主要接收機載系統(tǒng)各個傳感器得到的飛行速度、航向、經(jīng)緯度、姿態(tài)和遙感設(shè)備得到的圖像視頻(經(jīng)過編碼壓縮后)數(shù)據(jù)；同時負責(zé)遠程控制模塊發(fā)送給機載系統(tǒng)的控制命令參數(shù)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)通信模塊的通信方式如圖3所示。遠程控制模塊遠程控制模塊主要負責(zé)將無人直升機機自主飛行的控制命令參數(shù)經(jīng)過一定的數(shù)據(jù)壓縮后通過UDP協(xié)議發(fā)送到無人機機載系統(tǒng)，在發(fā)送過程中需要校驗碼校驗，只有機載系統(tǒng)得到止確應(yīng)答后，才可能執(zhí)行自主飛行命令。數(shù)據(jù)庫模塊數(shù)據(jù)庫模塊在地面監(jiān)控站中發(fā)揮養(yǎng)非常重要的角色，本地監(jiān)控站采用Java語高編寫，很方便的實現(xiàn)了多線程技術(shù)，在數(shù)據(jù)存儲過程中采用單獨的線程，不僅可以提高地面監(jiān)控站的效率，而且可以保證地面站系統(tǒng)接收的數(shù)據(jù)信息完整。數(shù)據(jù)庫模塊數(shù)據(jù)庫選用開源的MySQL數(shù)據(jù)庫，將地理信息和測控信息分開存儲，以實現(xiàn)3D GIS數(shù)據(jù)管理和地面監(jiān)控站的離線數(shù)據(jù)同放，為實驗人員對前面的實驗結(jié)果進行更深層次的分析。虛擬儀表模塊虛擬儀表模塊實現(xiàn)各種飛行數(shù)據(jù)的儀表化，使用儀表來表達數(shù)據(jù)簡單直觀，增強了人機交互的能力，能更好的為地面站的操作員反饋飛機的飛行數(shù)據(jù)，例如姿態(tài)儀、偏航儀、高度儀本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種無人機地面站系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)通信模塊、遠程控制模塊、數(shù)據(jù)庫模塊和虛擬儀表模塊，其特征在于還包括3D?GIS導(dǎo)航模塊，并且通過數(shù)據(jù)庫模塊的地形高程數(shù)據(jù)和衛(wèi)星圖片來渲染三維地球，結(jié)合接收到的機載系統(tǒng)的飛行信息，來監(jiān)視無人機的飛行狀態(tài)和飛行航跡，以及對無人機進行航跡規(guī)劃。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種無人機地面站系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)通信模塊、遠程控制模塊、數(shù)據(jù)庫模塊和虛擬儀表模塊，其特征在于還包括3D GIS導(dǎo)航模塊，并且通過數(shù)據(jù)庫模塊的地形高程數(shù)據(jù)和衛(wèi)星圖片來渲染三維地球，結(jié)合接收到的機載系統(tǒng)的飛行信息，來監(jiān)視無人機的飛行狀態(tài)和飛行航跡，以及對無人機進行航跡規(guī)劃。2.如權(quán)利要求1所述的無人機地面站系統(tǒng)，其特征在于使用bil格式的高程數(shù)據(jù)和DDS柵格數(shù)據(jù)相結(jié)合的形式，通過DDS柵格數(shù)據(jù)結(jié)合地形的高程數(shù)據(jù)來渲染三維地球模型。3.如權(quán)利要求1所述的無人機地面站系統(tǒng)，其特征在于實時航跡實現(xiàn)由無人機地面站實時接收機載系統(tǒng)的飛行方位信息，將這些方位信息存儲在一個列表中，每個方位加載所對應(yīng)標記物在軌跡跟蹤層顯示出來，最后通過Update函數(shù)來實現(xiàn)軌跡的實時更新。4.如權(quán)利要求1所述的無人機地面站系統(tǒng)，其特征在于航跡規(guī)劃通過在三維地圖上直接通過鼠標移動得到所在點的經(jīng)緯度信息，結(jié)束畫航線后將航線規(guī)劃得到的方位信息保存...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張謙，
申請(專利權(quán))人：張謙，
類型：發(fā)明
國別省市：廣東;44