CN107516437A - 无人机空中运行安全管控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机空中运行安全管控系统及方法，包括无人机，具有唯一生产编号，生产编号用于识别无人机身份，绑定用户身份实现实名制；无线电台，用于管控区域内的远距离通信中继；无人机地面管控中心，用于控制无人机在管控区域内规范飞行，接收来自管控区域内的无人机的起飞认证和跨区域飞行认证并获取无人机身份信息和飞行信息，无人机地面管控中心能够基于飞行信息对无人机进行安全管控；操作遥控器，操控无人机飞行，接收和发送来自无人机的飞行信息和无人机地面管控中心的指示信息；并设置数据加密功能据，在一定程度上防止无人机安全系统被破解或被黑客操控。

Description

无人机空中运行安全管控系统及方法

技术领域

本发明涉及安全管控领域，尤其涉及一种无人机空中运行安全管控系统及方法。

背景技术

无人驾驶飞机通常简称为“无人机”，由用户通过无线遥控设备和无人机中的飞行控制模块相互通信，以操纵无人机飞行。和载人飞机相比，无人机通常更适用于人类不愿意处理的任务，在艰难的环境中作业，以及在危险的情况下可以避免对人身安全造成威胁。无人机主要来自于军事应用，现如今，无人机已经扩展到商业，科学，娱乐，农业和其他应用领域中，例如警务工作和监视任务，物资运送，航空摄影，农业植保和无人机驾驶比赛等。现在民用无人机的数量大大超过了军用无人机的数量。

现有无人机在空中飞行时，仅由用户通过遥控设备进行操纵，而没有其他的管控系统对无人机进行管理。在空中交通管理中，无人机的自主飞行易造成空中交通混乱，且对大量无人机的监控并不容易，非法操作、违规飞行现象屡见不鲜。我国现行空管体系急需一套行之有效的无人机空中交通监控系统和管理办法，实现空中交通管理部门动态管控无人机活动，掌握主动权，有效提供空中交通服务。从而为我国无人机的发展提供有力保障。

发明内容

本发明提供一种无人机空中运行安全管控系统及方法，用于解决现有技术中缺乏有效的无人机空中运行安全管控问题，实现对无人机进行低成本、高效率安全管控，减少无人机安全事故发生。

本发明实施例一方面提供一种无人机空管系统，包括：

无人机，具有唯一生产编号，所述生产编号用于识别无人机身份，绑定用户身份实现实名制；

无线电台，用于管控区域内的远距离通信中继；

无人机地面管控中心，用于控制所述无人机在管控区域内规范飞行，接收来自所述管控区域内的所述无人机的起飞认证和跨区域飞行认证并获取所述无人机身份信息和飞行信息，进而以使得所述无人机地面管控中心能够基于所述飞行信息对所述目标无人机进行安全管控；

操作遥控器，接收和发送来自所述无人机飞行信息和所述无人机地面管控中心的指示信息；

所述无人机，包括：北斗定位模块，飞行控制模块，区域检测模块，安全认证模块，地理围栏模块；

所述飞行控制模块与所述北斗定位模块连接，用于确定所述无人机的位置信息，并将所述位置信息发送给所述飞行控制模块；

所述飞行控制模块与所述区域检测模块连接，用于所述无人机所在各级区域的自主相关认证和自主飞行控制；

所述安全认证模块与所述飞行控制模块连接，用于控制所述无人机的合法安全飞行；

所述地理围栏模块与所述飞行控制模块连接，用于控制所述无人机在禁飞区和临时禁飞区的自主悬停或撤离；

所述通讯模块与所述安全认证模块、所述无人机地面管控中心连接，用于传输加密数据，当所述无人机地面管控中心想要传输数据给所述无人机时，传输数据先通过所述无人机内部的所述通信模块进行接收，再由所述通信模块将数据传递给所述安全认证模块进行解密等操作，所述安全认证模块再将处理好的数据传递给所述控制模块。

所述无人机地面管控中心，包括：可视化监控界面，无人机身份信息系统，无人机飞行信息系统，无人机空域申请系统，无人机安全认证系统，无人机违规处理系统；其中：

所述实时可视化监控界面用于，直观监管所述无人机的飞行状态，飞行路径趋势预测；

所述无人机身份信息系统用于，存储和快速查找所述无人机的型号、生产编号以及购买用户的身份信息；

所述无人机飞行信息系统用于，存储和快速查找所述无人机的历史飞行记录；

所述无人机空域申请系统用于：登记存储和快速查找所述无人机的限制区域飞行申请记录，包括：批准的飞行空域、批准的飞行开始和结束时刻；

所述无人机安全认证系统用于：所述无人机在监管区域内的起飞安全认证和跨区域飞行安全认证；

所述无人机违规处理系统用于，所述无人机违规时的管控任务，包括向所述操作遥控器发送警告信息，控制违规飞行的所述无人机规范飞行。

本发明实施例另一方面提供一种无人机空中运行安全管控方法，包括：

所述无人机空中运行安全管控系统建立在所述无人机管控区域，既减小了所述无人机与所述无人机地面管控中心的传输距离又实现了低成本有效监管；

所述限制空域和所述禁飞空域设置飞行缓冲区，为所述跨区域飞行安全认证提供缓冲时间；

所述无人机开机自主向所述无人机地面管控中心发送位置信息，所述无人机地面管控中心根据所述位置信息判断所述无人机是否需要起飞安全认证；

若判断结果为是，则所述操作遥控器需要向所述无人机地面管控中心发送起飞安全认证；

所述无人机地面管控中心只需要管控所述限制空域和所述禁飞空域内的所述无人机飞行，包括：各级限制空域的飞行违规警告和控制；所述禁飞空域的自主悬停或撤离；跨区域飞行时，在飞行缓冲区的认证与控制；

本发明实施例提供的无人机空中运行安全管控系统及方法，可以对管控区域内的无人机是否需要起飞安全认证作出判断，对需要认证且通过的无人机进行可视化监管，根据接收到的实时飞行信息确定是否飞行违规以及跨区域飞行，对于违规飞行无人机，发送控制指令或警告信息，对于跨区域飞行无人机进行安全认证，通过管控无人机区域性起飞和安全飞行，实现了无人机空中运行的安全管控。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。

图1为本发明实施例一提供的无人机空中运行安全管控系统的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的无人机的结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的无人机地面管控中心的结构示意图；

图4为本发明实施例二提供的无人机空中运行安全管控方法的流程图；

图5为本发明实施例二中步骤304的具体实现方式的流程图；

图6为本发明实施例一提供的无人机传输加密数据构成图；

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

图1为本发明无人机空中运行安全管控系统结构示意图，如图1所示，无人机空中运行安全管控系统包括无人机1，无人机地面管控中心2，操作遥控器3以及无线电台4；

其中，无人机具有唯一生产编号，该编号用于无人机和无人机购买用户建立所属关系，实现无人机购买实名制；

无线电台，用于管控区域内的远距离通信中继；

无人机地面管控中心，用于控制所述无人机在管控区域内规范飞行，接收来自所述管控区域内的无人机的起飞认证和跨区域飞行认证并获取所述无人机身份信息和飞行信息，进而以使得所述无人机地面管控中心能够基于所述飞行信息对所述目标无人机进行安全管控；

操作遥控器，接收和发送来自所述无人机飞行信息和所述无人机地面管控中心的指示信息。所述无人机与所述无人机地面管控中心的传输数据进行加密处理；

图2为本发明实施例一中无人机的结构示意图。如图2所示，为实现无人机安全管控，本发明各实施例中的无人机均包括北斗定位模块101，飞行控制模块102，区域检测模块103，地理围栏模块104，安全认证模块105以及通讯模块106；

其中，北斗定位模块101与飞行控制模块102连接，用于确定所述无人机的位置信息，并将所述位置信息发送给所述飞行控制模块；飞行控制模块102与区域检测模块103连接，用于检测所述无人机飞行所在区域，可飞空域，限制空域或者禁飞空域；安全认证模块105与飞行控制模块102连接，用于所述无人机未通过安全认证时，无人机地面管控中心从操作遥控器夺回无人机控制权，无人机通过安全认证时，无人机地面管控中心释放无人机控制权；地理围栏模块104与飞行控制模块102连接，用于控制无人机在禁飞区和临时禁飞区的自主悬停或撤离；通讯模块106与安全认证模块105、无人机地面管控中心107连接，用于传输加密数据，当所述无人机地面管控中心想要传输数据给所述无人机时，传输数据先通过所述无人机内部的所述通信模块进行接收，再由所述通信模块将数据传递给所述安全认证模块进行解密等操作，所述安全认证模块再将处理好的数据传递给所述控制模块。

图3为本发明实施例一中无人机地面管控中心的结构示意图。如图3所示，无人机地面管控中心包括：可视化监控界面201，无人机身份信息系统202，无人机飞行信息系统203，无人机安全认证系统204，无人机空域申请系统205，无人机违规处理系统206；其中：

可视化监控界面201用于直观监管所述无人机飞行状态，飞行路径趋势预测，显示无人机飞行高度，速度，位置等飞行信息。

无人机身份信息系统202用于存储和快速查找所述无人机的型号、生产编号以及购买用户的身份信息，无人机地面管控中心可以通过无人机身份信息系统查找到对应无人机的型号、无人机重量、无人机升限、非视距飞行能力等参数、购买用户联系方式、身份证号，以便于无人机用户建立联系。

无人机飞行信息系统203用于存储和快速查找所述无人机历史飞行记录，保留一定期间内的无人机飞行路线，飞行时间，飞行信息，飞行违规记录等，以备需要时回看无人机飞行记录。

无人机安全认证系统204用于所述无人机在监管区域内的起飞安全认证和跨区域飞行安全认证，并对认证信息进行存储，方便查找调用。

无人机空域申请系统205用于登记和快速查找确认所述无人机的限制区域飞行申请记录，包括：无人机批准的飞行空域、批准的飞行开始和结束时刻。

无人机违规处理系统206用于无人机违规时的管控任务，包括向操作遥控器发送警告信息，控制违规飞行的无人机规范飞行。

图4为本发明实施例二无人机空中运行安全管控方法的流程示意图。本实施例的执行主体为无人机地面管控中心，负责无人机的安全管控。如图4所示，该方法包括：

步骤301、在监管区域内无人机开机自动向地面管控中心发送起飞位置；

步骤302、基于起飞区域判断无人机是否需要起飞安全认证，在可飞行空域和非管控空域中，无人机不需要起飞安全认证就可以通过操作遥控器控制无人机飞行；在限制空域和禁飞空域内，无人机起飞时需要通过操作遥控器向所述无人机地面管控中心发送起飞安全认证，若认证通过，则可以通过操作遥控器控制无人机飞行，若认证未通过，则无人机地面管控中心将夺回无人机控制权，并向操作遥控器发送提示信息：在此区域内飞行需要提前申请。其中：起飞安全认证包括：所述无人机的型号、生产编号以及购买用户的身份信息的核实和无人机的所述限制区域飞行申请记录的验证；

步骤303、认证无人机身份通过后无人机地面管控中心对无人机进行实时画面监控，基于接收到的无人机实时飞行信息，包括：无人机飞行高度，飞行速度，飞行经纬度以及飞行时间来判断无人机是否处于违规飞行状态并根据判断结果对无人机进行管控。

其中，违规类型，包括：飞行速度违规，飞行高度违规以及飞行位置违规。

可事例性的将限制空域依据高度划分为三个级别：150米一下为一级限制空域，300米以下为二级限制空域，300米以上为三级限制空域，对应的在一级限制空域，无人机地面管控中心对无人机飞行速度进行管控，若无人机飞行速度超过规定安全速度，则无人机地面管控中心向操作遥控器发送警告信息：无人机飞行速度违规或者控制无人机飞行速度在安全范围内；对应的在二级限制空域，无人机地面管控中心对无人机飞行高度进行管控，若无人机飞行高度超过规定安全高度，则则无人机地面管控中心向操作遥控器发送警告信息：无人机飞行高度违规或者控制无人机飞行高度在安全范围内；在三级空域，无人机地面管控中心向操作遥控器发送警告信息：无人机飞行位置违规，请撤离。

步骤304、基于飞行位置信息判断无人机是否跨区域飞行并根据判断结果对无人机进行管控。限制空域和禁飞空域设置飞行缓冲区，为跨区域飞行安全认证提供缓冲时间；

跨区域飞行包括无人机从可飞行空域飞向所述限制空域；无人机从可飞行空域飞向禁飞空域；无人机从限制空域飞向禁飞空域；

具体的，步骤401、跨区域飞行需要检测无人机是否从可飞行空域飞向限制空域或从可飞行空域飞向禁飞空域从限制空域飞向禁飞空域；

步骤402、在限制空域和禁飞空域的缓冲区，地面管控中心向遥控器发送提示跨区域飞行认证信息或向无人机发送控制指令控制无人机飞行操作；管控方式具体如下：

可飞空域飞限制空域无认证快到限制空域边界：当无人机从可飞空域起飞时，不需要起飞安全认证，在飞行过程中向限制空域飞入时，在接近限制空域缓冲区外围100米时，无人机地面管控中心向无人机发送警告信息：前方即将为限制区域，若继续飞行需起飞安全认证，如果到达缓冲区内时无人机地面管控中心仍未接受到认证通知，则无人机地面管控中心向遥控器发送信息：禁止继续飞行，并端夺回无人机控制权，控制无人机飞离限制区域的缓冲区。

可飞空域飞限制空域有认证快到限制空域边界：当无人机从可飞空域起飞时，不需要身份认证，在飞行过程中向限制空域飞入时，在接近限制空域缓冲区外围100米时，无人机地面管控中心向无人机发送警告信息：前方即将为限制区域，若继续飞行需起飞安全认证，如果到达缓冲区内时无人机地面管控中心接收到认证通知并认证无人机通过，则无人机在无人机地面管控中心监控下可继续飞行。否则无人机地面管控中心夺回无人机控制权。

限制空域飞禁飞空域时快到禁飞空域边界：当无人机在限制空域飞行时已经认证过身份信息，在到达禁飞空域的缓冲区外围100米时，无人机地面管控中心向无人机发送警告信息：前方为禁飞区，请自动撤离。若无人机继续飞行进入缓冲区后，无人机地面管控中心发送警告信息禁止继续飞行并夺回无人机控制权，控制无人机减速悬停或者撤离。

可飞空域飞禁飞空域时快到禁飞空域边界：当无人机从可飞空域起飞时，不需要身份认证，在飞行过程中向禁飞空域飞入时，在接近禁飞空域缓冲区外围100米时，无人机地面管控中心向无人机发送警告信息：前方为禁飞区，请自动撤离。若无人机继续飞行进入缓冲区后，无人机地面管控中心发送警告信息禁止继续飞行并夺回无人机控制权，控制无人机减速悬停或者撤离。

对于禁飞空域的无人机安全管控：无人机在该区域内实现自主悬停或者撤离操作，从源头防止了禁飞空域违规飞行的发生。

特别地，可以设置临时禁飞空域，对于一段期间召开重要会议、领导视察等场所地区，需设置临时禁飞空域，以防不法分子利用无人机进行非法暴力行动，防患于未然，在会议召开后或者领导视察结束又放开该空域管理，对于临时禁飞空域的无人机安全管控要求与禁飞空域要求一致。

图6为设计加密数据构成图，如图6所示，无人机地面管控中心传递给无人机的数据由三部分构成，加密段头、数据本体、校验段尾，加密段头的作用为存储无人机加密方式，由1字节组成。数据本体的作用为存放加密处理后得到的数据，由4字节组成。校验段尾的作用是存放校验码；

加密段头是由8位2进制数组成，其前两位为是否加密的标志位，后六位为加密算法的代码。无人机在接收到数据时，根据加密标志位决定是否进行解密处理，根据后六位加密算法代码决定使用何种方式进行解密。无人机发送数据时的情况基本相同。

加密算法存储在服务器端及无人机的安全认证模块中。加密算法由C语言编写而成，其主要作用为将通信数据进行加密、解密。

无人机接收到数据后的处理：无人机获得安全认证后，可以对加密数据进行解密，当获得安全认证的无人机接收到数据时，先对段头的数据进行处理，判别其是否为加密数据。如是，则按照加密算法代码对应的加密算法对数据进行解密并传递给控制模块。如不是加密数据或者未获得安全认证的无人机接收到数据时，则直接放弃数据。

以上所述为本发明的实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员而言，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种无人机空中运行安全管控系统，包括：无人机，具有唯一生产编号，所述生产编号用于识别无人机身份，绑定用户身份实现实名制；无线电台，用于管控区域内的远距离通信中继；无人机地面管控中心，用于控制所述无人机在管控区域内规范飞行，接收来自所述管控区域内的无人机的起飞认证和跨区域飞行认证并获取所述无人机身份信息和飞行信息，进而以使得所述无人机地面管控中心能够基于所述飞行信息对所述无人机进行安全管控；操作遥控器，操控所述无人机飞行，接收和发送来自所述无人机飞行信息和所述无人机地面管控中心的指示信息。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述无人机，包括：北斗定位模块，飞行控制模块，区域检测模块，安全认证模块，地理围栏模块，通讯模块；所述飞行控制模块与所述北斗定位模块连接，用于确定所述无人机的位置信息，并将所述位置信息发送给所述飞行控制模块；所述飞行控制模块与所述区域检测模块连接，用于所述无人机所在各级区域的自主相关认证和自主飞行控制；所述安全认证模块与所述飞行控制模块连接，用于控制所述无人机的合法安全飞行；所述地理围栏模块与所述飞行控制模块连接，用于控制所述无人机在禁飞区和临时禁飞区的自主悬停或撤离；所述通讯模块与所述安全认证模块、所述无人机地面管控中心连接，用于传输加密数据，当所述无人机地面管控中心想要传输数据给所述无人机时，传输数据先通过所述无人机内部的所述通信模块进行接收，再由所述通信模块将数据传递给所述安全认证模块进行解密等操作，所述安全认证模块再将处理好的数据传递给所述控制模块。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述无人机地面管控中心，包括：可视化监控界面，无人机身份信息系统，无人机飞行信息系统，无人机空域申请系统，无人机安全认证系统，无人机违规处理系统；其中：所述可视化监控界面用于，直观监管所述无人机飞行状态，飞行路径趋势预测；所述无人机身份信息系统用于，存储和快速查找所述无人机的型号、生产编号以及购买用户的身份信息；所述无人机飞行信息系统用于，存储和快速查找所述无人机历史飞行记录；所述无人机空域申请系统用于：登记存储和快速查找所述无人机的限制区域飞行申请记录，包括：批准的飞行空域、批准的飞行开始和结束时刻；所述无人机安全认证系统用于：所述无人机在监管区域内的起飞安全认证和跨区域飞行安全认证；所述无人机违规处理系统用于，所述无人机违规时的管控任务，包括向所述操作遥控器发送警告信息，控制违规飞行的所述无人机规范飞行。

4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述各级区域包括：所述无人机的飞行空域划分：无人机管控空域和非管控空域；其中：所述无人机管控空域包括：可飞行空域，限制空域和禁飞空域；所述限制空域，包括：一级限制空域，二级限制空域，三级限制空域。

5.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述起飞安全认证，包括：所述无人机的型号、生产编号以及购买用户的身份信息的核实，所述无人机的所述限制区域飞行申请记录的验证；所述跨区域飞行安全认证，包括：所述无人机从所述可飞行空域飞向所述限制空域安全认证；所述无人机从所述可飞行空域飞向所述禁飞空域安全认证；所述无人机从所述限制空域飞向所述禁飞空域安全认证。

6.一种无人机空中运行安全管控方法，包括：所述无人机空中运行安全管控系统建立在所述无人机管控区域，既减小了所述无人机与所述无人机地面管控中心的传输距离又实现了低成本有效监管；所述无人机开机自主向所述无人机地面管控中心发送位置信息，所述无人机地面管控中心根据所述位置信息判断所述无人机是否需要起飞安全认证；若判断结果为是，则所述操作遥控器需要向所述无人机地面管控中心发送起飞安全认证；所述无人机地面管控中心只需要管控所述限制空域和所述禁飞空域内的所述无人机飞行，包括：各级限制空域的飞行违规警告和控制；所述禁飞空域的自主悬停或撤离；跨区域飞行时，在飞行缓冲区的认证与控制。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述各级限制空域的飞行违规警告和控制，包括：在所述一级限制空域，管控所述无人机飞行速度，所述无人机飞行超过安全飞行速度，所述无人机地面管控中心向所述操作遥控器发送所述飞行速度违规警告或控制所述无人机减速；在所述二级限制空域，管控所述无人机飞行高度，所述无人机超过规定飞行速度，所述无人机地面管控中心向所述操作遥控器发送所述飞行高度违规警告或控制所述无人机降高；在所述三级限制空域，管控所述无人机飞行位置，所述无人机地面管控中心向所述操作遥控器发送所述飞行位置违规警告或控制所述无人机飞离此区域。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述飞行缓冲区，包括限制空域飞行缓冲区，禁飞空域飞行缓冲区；所述限制空域飞行缓冲区设置在所述限制空域外围100m范围；所述禁飞空域飞行缓冲区设置在所述禁飞空域外围100m范围。