一种无人机及其智慧路灯系统
阅读说明：本技术 一种无人机及其智慧路灯系统 (Unmanned aerial vehicle and wisdom street lamp system thereof ) 是由 何斌 李丰 朱忠攀 李刚 王志鹏 周艳敏 徐寿林 于 2020-06-19 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种无人机及其智慧路灯系统,包括多个智慧路灯和多个无人机,所述智慧路灯包括灯杆,以及设于灯杆上的微基站、第一定位模块、边缘计算模块和无人机起降台,所述无人机为球型无人机,且其上设有通信模块、第二定位模块和机载摄像头,以及LED灯带,所述LED灯带设于无人机的外表面,所述无人机起降台的表面设有用于指引无人机降落的视觉标靶,内部设有用于为无人机供电的无线充电装置；所述无人机与待降落依靠第一定位模块和第二定位模块,以及视觉标靶进行降落定位。与现有技术相比,本发明具有扩展无人机功能并提高无人机降落效率等优点。(The invention relates to an unmanned aerial vehicle and a smart street lamp system thereof, which comprise a plurality of smart street lamps and a plurality of unmanned aerial vehicles, wherein each smart street lamp comprises a lamp post, a micro base station, a first positioning module, an edge calculation module and an unmanned aerial vehicle take-off and landing platform, which are arranged on the lamp post; unmanned aerial vehicle relies on first locating module and second locating module with waiting to descend to and the vision target is descended the location. Compared with the prior art, the unmanned aerial vehicle landing system has the advantages of expanding the functions of the unmanned aerial vehicle, improving the landing efficiency of the unmanned aerial vehicle and the like.)
技术领域
本发明涉及智慧城市领域，尤其是涉及一种球形无人机及其智慧路灯系统。
背景技术
智慧路灯是智慧城市概念下的产物。智慧城市系统构建平台复杂，而城市拥有数量众多的路灯，是较密集的城市基础设施，便于信息的采集和发布，所以智慧路灯是较佳的一个落脚点。
它通过集成传感器，采集城市的信息，在未来将产生智慧城市所需的各种大数据。数据上传到云端，在云端形成大数据。这些数据可与政府内部的交通系统，警务管理系统，财政管理系统和采购管理系统进行交互，为智慧城市的大数据应用提供多种数据支持。
智慧路灯是以照明灯杆为载体，集成了音视频监控设备、无线基站、 WIFI/LORA/NB-IOT热点、多媒体屏幕、充电桩以及天气、环境等各种传感器的新型智能设备。
例如中国专利CN110887026A公开了一种智慧路灯、系统及其应用的追踪系统、方法。智慧路灯包括：通信模块；通信模块用于与至少一个飞行器建立通信连接，以向至少一个飞行器发送追踪信号，使至少一个飞行器根据追踪信号追踪至少一个指定目标，将智慧路灯与飞行器结合，可广泛应用于交通管理、治安管理、自然灾害管理等诸多领域，通过智慧路灯发送追踪信号，并使飞行器跟踪指定目标，极大程度上扩大了智慧路灯对指定目标的追踪范围。但是普通的旋翼无人机在应用时存在一些缺陷，主要集中在：1、停靠速度慢，2、由于飞行的高度和场所的环境比较复杂，旋翼可能发生碰撞，容易造成损坏。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种无人机及其智慧路灯系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种无人机及其智慧路灯系统，包括多个智慧路灯和多个无人机，
所述智慧路灯包括灯杆，以及设于灯杆上的微基站、第一定位模块、边缘计算模块和无人机起降台，
所述无人机为球型无人机，且其上设有通信模块、第二定位模块和机载摄像头，以及LED灯带，所述LED灯带设于无人机的外表面，所述无人机起降台的表面设有用于指引无人机降落的视觉标靶，内部设有用于为无人机供电的无线充电装置；
所述无人机与待降落的智慧路灯建立通讯并发送降落请求，在智慧路灯回复智慧路灯后，依靠第一定位模块和第二定位模块，无人机自主导航控制飞行到灯杆邻近区域，通过机载摄像头搜索视觉标靶，基于视觉反馈的无人机降落控制算法生效，控制无人机在灯杆停机坪降落，降落后，由所述无线充电装置为无人机进行充电，并在接收到第一指令后，点亮LED灯带。
所述微基站为5G微基站，所述通信模块为5G通信模块。
所述智慧路灯还包括WiFi/LoRa/NB-IOT模块，多个智慧路灯的 WiFi/LoRa/NB-IOT模块、微基站和第一定位模块多在覆盖区域形成无线自组织网络，提供定位导航以及网络服务。
所述智慧路灯上还设有监控摄像头，所述无人机接收各智慧路灯的监控摄像头采集的图像信息，并进行数据融合。
所述智慧路灯上还设有LED侧挂式显示屏、智能音柱和应急报警装置，进一步的，显示屏展示无人机的型号、充电时长、剩余电量等信息，无人机工作及故障状态；智能音柱具备自然语音处理能力，自然人通过按下应急报警装置，通过语音启动无人机，并下达工作任务。
所述无人机的外壳为网状六边形球形结构，底部设置起落架，所述LED灯带在显示电机的控制下旋转，利用视觉暂留效应，达到LED旋转显示屏的效用。
所述无人机起降台还包括用于固定无人机的失电型永磁吸盘，当无人机降落后，所述失电型永磁吸盘启动并固定无人机，当无人机需要起飞时，所述失电型永磁吸盘关闭。
所述智慧路灯上还设有监测环境风向、风速、温度、湿度、气压、噪声、PM2.5、 PM10在内的环境数据的环境监测模块，上述监测信息为无人机飞行提供环境参数，以及无人机产生的噪声分贝。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)将无人机与智慧路灯结合的同时实现深度融合，智慧路灯可以给无人机充电，无人机可以辅助智慧路灯实现环境渲染作为一种景观，同时提高了无人机的起降性能。
2)通过灯杆集群构建自组织通讯定位网络，为无人机提供导航定位信息，并进行任务发布；灯杆本体设计停机坪，内置失电型永磁吸盘，表面覆盖视觉靶标，实现无人机精准稳固停靠。
3)灯杆停机坪内置无线充电模块，解决无人机续航难题，配合货运无人机解决快递最后一公里精准投递。
4)设计球形LED POV显示无人机，满足个性定制的无人机编队灯光表演需求。
附图说明
图1为本发明智慧路灯的结构示意图；
图2为球形无人机结构示意图；
图3为无人机起降台示意图；
图4为系统的组成示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一种无人机及其智慧路灯系统，包括多个智慧路灯和多个无人机，
如图1所示，智慧路灯包括灯杆，以及设于灯杆上的微基站、第一定位模块、边缘计算模块和无人机起降台，
如图2所示，无人机为球型无人机，且其上设有通信模块、第二定位模块和机载摄像头，以及LED灯带，LED灯带设于无人机的外表面，无人机起降台的表面设有用于指引无人机降落的视觉标靶，内部设有用于为无人机供电的无线充电装置；
无人机与待降落的智慧路灯建立通讯并发送降落请求，在智慧路灯回复智慧路灯后，依靠第一定位模块和第二定位模块，无人机自主导航控制飞行到灯杆邻近区域，通过机载摄像头搜索视觉标靶，基于视觉反馈的无人机降落控制算法生效，控制无人机在灯杆停机坪降落，降落后，由无线充电装置为无人机进行充电，并在接收到第一指令后，点亮LED灯带。在无人机降落过程中，无人机通过机载摄像头识别视觉靶标，计算无人机相对于起落台的相对位姿，实时反馈到无人机机载电脑，控制无人机精准降落。
微基站为5G微基站，通信模块为5G通信模块。无人机起降台与球形无人机的感知系统和控制系统通过5G连接，获取无人机工作状态，同时基于智慧路灯原点构建笛卡尔坐标系，实时追踪无人机位置。
无线充电装置对于停落于上的无人机，通过5G与无人机通讯，无人机电源电量信息通过5G微基站传递到灯杆上的总控，根据目前点亮决定是否启动无线充电装置为无人机充电。
智慧路灯还包括WiFi/LoRa/NB-IOT模块，多个智慧路灯的WiFi/LoRa/NB-IOT 模块、微基站和第一定位模块多在覆盖区域形成无线自组织网络，提供定位导航以及网络服务。无人机与待降落灯杆通过WiFi/LoRa/NB-IOT建立实时通讯链路，实时传输无人机与灯杆的相对位姿，并发布任务信息
智慧路灯上还设有监控摄像头，无人机接收各智慧路灯的监控摄像头采集的图像信息，并进行数据融合。
智慧路灯上还设有LED侧挂式显示屏、智能音柱和应急报警装置，可用于智慧安防、智能社区、精准广告投放等应用，进一步的，显示屏展示无人机的型号、充电时长、剩余电量等信息，无人机工作及故障状态；智能音柱具备自然语音处理能力，自然人通过按下应急报警装置，通过语音启动无人机，并下达工作任务。
无人机的外壳为网状六边形球形结构，底部设置起落架，，无人机采用双垂直桨叶提供升力，双侧向桨叶抵消旋转扭矩，控制无人机朝向，圆形的LED灯带，在POV(Persistance Of Vision)显示电机的控制下旋转，利用视觉暂留效应，达到 LED旋转显示屏的效用。
无人机起降台还包括用于固定无人机的失电型永磁吸盘，当无人机降落后，失电型永磁吸盘启动并固定无人机，当无人机需要起飞时，失电型永磁吸盘关闭。
智慧路灯上还设有监测环境风向、风速、温度、湿度、气压、噪声、PM2.5、 PM10在内的环境数据的环境监测模块，上述监测信息为无人机飞行提供环境参数，以及无人机产生的噪声分贝。
智慧路灯可通过智能音柱，利用WiFi/LoRa/NB-IOT通讯向球形无人机平台发布任务，控制单个或集群无人机执行规定任务。
设计的球形无人机结如图2所示，无人机主体固定在横跨球形结构的轴承上，轴承可在POV显示电机的驱动下旋转，无人机上的两个垂直放置的电机带动桨叶提供球形无人机所需升力，辅助电机电机带动侧向桨叶，以抵消无人机上升桨叶引起的旋转扭矩。外部框架为六边形构成的球形网状结构，该网状结构内侧以旋转轴承为固定点，安装有圆形的LED灯带，机载电脑控制POV显示电机，使得灯带可绕轴承做可控旋转，同时灯带的led单元在机载电脑编码序列控制下，实现动态可控色彩。
如图3所示，无人机起降台的构成是，其中左侧为停机坪表面视觉靶标，为正六边形形状，底色为红色；六边形中心为直径较小的白色圆形，外侧为白色的圆环形，以及两条对称平行的长方形白色条带，且垂直与正六边形的上边沿；图3右侧为停机坪托盘内部设计，其中每个小方格代表一个线圈，所有交流线圈通过控制板连接，加交变激励电流产生磁吸附力，断电失去磁吸附力；六边形最外侧的“围栏线”表示包含停机坪区域的线圈，在无线充电控制器作用下，在停机坪上方区域产生电场，用于无人机充电。
如图4所示，无人机与智慧路灯数据交互方法是：智慧路灯与无人机通过无线WiFi/LoRa/NB-IOT连接，灯杆中控根据停机坪状态(充电状态、停靠状态、无机状态)控制磁力吸盘以及无线充电控制器，实现无人机无线充电以及吸附稳固停靠。在无人机发出停靠请求时，灯杆中控通过WiFi/LoRa/NB-IOT接收停靠请求，根据停机坪状态，发出是否响应，若响应停靠，则该无人机和此灯杆配对进入无人机降落流程。在无人机降落过程开始时，无人机获取目标灯杆GPS定位，机载电脑与飞行控制单元控制无人机飞抵目标灯杆邻近区域；此时，无人机记载相机环视目标区域，识别灯杆停机坪视觉靶标，根据视觉特征计算无人机与灯杆停机坪精确位姿，无人机飞控根据实时相对位姿控制无人机在停机坪精准停靠；随后，无人机发出“降落完成”指令，灯杆中控控制磁力吸盘产生吸附力，实现稳固停靠。最后，对无人机开启无线充电，充电完成后，无人机反馈信号到灯杆中控，无线充电控制器终止充电。
融合GPS与视觉靶标的无人机精准定位，其方法是：首先根据灯杆GPS定位信息，无人机结合自生GPS定位，飞抵待停靠灯杆附近；随后无人机相机识别灯杆视觉靶标，基于视觉特征计算灯杆与无人机相对位姿。
以上描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。