[发明专利]一种基于无人机编队飞行的区域监测系统及其运行方法

说明书

本发明公开了一种基于无人机编队飞行的区域监测系统及其运行方法。所述区域监测系统通过载有监测设备的无人机系统编队飞行可实现对固定目标区域的立体全天候、立体式实时监控。上述监测系统布置简单，机动性较强，同时可以提升监测效果并具有较高的安全性。

技术领域

本发明涉及无人机应用领域，特别是无人机编队飞行技术应用领域。

背景技术

目前，无人机技术突飞猛进，其应用领域亦在多元化拓展，在目前已应用领域也在多维度深入发展。无人机的应用领域主要分为军用领域和民用领域，其民用领域又可细分为工业级无人机和消费级无人机。在民用领域，工业级无人机以其安全性高、作业半径广、环境适应能力强等优势，在植保、地理测绘、应急救援、管线及电力巡线、治安维稳、海洋巡逻、区域警戒等领域已有广泛应用；消费级无人机在航拍、物流、编队特效展示等领域的技术也在朝着高精度、长续航方向持续发展。无人机技术的发展，特别是电动多旋翼无人机技术的蓬勃发展也为无人机迅速发展提供了良好基础，民用无人机的单机技术已日趋成熟，且应用领域也在不断拓展。但是，单个无人机载荷有限、续航时较短及可靠性欠缺，导致其应用领域大为受限，任务执行能力上限不高。

无人机单机平台技术的不断成熟对无人机编队飞行技术的不断发展成熟起到了积极的促进作用，伴随着5G技术的成熟及推广，无人机编队飞行的技术在工业产业、城市管理等领域的应用已崭露头角，无人机编队飞行技术的日益成熟不但保留了无人机激动灵活的特点，更是在相当程度上克服了无人机单机性能的不足，极大的提高了无人机系统的作业能力、扩大了其应用的场景和范围。

本发明涉及区域监测系统及方法便是基于无人机编队飞行技术在安防及监测领域创新型应用。目前，对于区域监测的实现主要依赖安防系统及设备的安装布设来实现。但是传统的安防系统存在诸多缺陷：

1.成本高：为有效增加安防监测的覆盖面积，所需高清摄像头、红外检测以及相关信息化设备数量较大，造成前期建造成本高；同时，设备多、综合布线复杂又衍生出后期维保成本相对较高的问题。

2.安全性差：首先，视频监控由于探测设备探测范围(如摄像机视角)及安装位置限制，其监测死角较多；其次，固定的探测设备易于被破坏，被动安全防控难以适应高级别安全防控要求。

3.机动性差：首先，传统安防系统布设需强电系统、弱电系统、探测硬件布设、存储设备安装等多方面综合建造调试，建造周期长，难以适应突发型区域监测需求；其次，传统安防系统一次布设，持续使用，由于设计阶段即决定了安防监测能力等级，无法适应区域安全等级提升时的监测需求。

国内已有多家无人机企业进行无人机安防巡逻方面的探索案例以解决传统安防监测系统的上述问题。如国内复亚智能提出了一种警用安防无人机全自动巡逻解决方案，其基于3D-GIS自主规划飞行航线，进而实现巡检任务自由设定，满足定时定点巡逻需求。但是类似方案仍存在较多问题，首先是续航时间短，目前无人机的续航时间一般为30分钟左右，续航时间本身就是限制无人机行业发展的技术瓶颈之一；其次是覆盖面小，因机载监测设备自身限制，其有效监测范围较小，无法实时动态监控目标区域；最后是容错能力差，由于单机的环境适应性及抗干扰性能力有限，其执行任务时容错能力相对较低。

为解决上述问题，本发明提出一种基于无人机编队飞行的区域监测系统及运行方法，通过多架安装有相关监测设备的无人机编队飞行来实现特定区域的全天候立体式监测。本发明属于无人机编队飞行在城市监测领域的创新型应用，且相对于传统区域监测系统，具有以下优势。

1.全天候监测。该系统无人机采用冗余设计，当出现低电量机时，启动换机机制，及时用冗余机替代低电量任务机；同时，低电量任务机在基站完成充电或换电后，成为新的冗余机。采用如此的循环机制，进而实现全天候无中断区域监测。

2.全方位立体式监测。利用无人机高空优势，对目前区域进行立体监控，并结合无人机编队巡航飞行，实现目前区域全覆盖实时动态监测。