基于无人机集群的战场伤员搜索方法与系统

技术领域

本发明实施例涉及战场搜索救援技术领域，尤其涉及一种基于无人机集群的战场伤员搜索方法与系统。

背景技术

自然灾害以及战争等事件因其突发性或复杂性，容易造成较多的人员伤亡。目前，伤员搜救工作需要耗费大量的人力和物力，伤员搜救时间较长，降低了伤员的救治效率。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例期望提供一种基于无人机集群的战场伤员搜索方法与系统；能够提高伤员搜索效率，准确感知伤员伤情。

本发明实施例的技术方案是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种基于无人机集群的战场伤员搜索系统，所述系统包括：以领导者-跟随者方式编队的无人机集群以及地面接收控制站；其中，

所述无人机集群包括用于感知伤员的第一无人机群以及用于提供初步救治的第二无人机群；所述第一无人机群中的每个无人机分别搭载不同类型的传感器，且所述第一无人机群用于在战场环境中利用各种类型传感器之间的信息融合以感知目标伤员并采集所述目标伤员的生命状态数据；以及，将所述目标伤员的生命状态数据传输至地面接收控制站；所述第二无人机群中的无人机搭载补给，且所述第二无人机群用于将所搭载的补给投放至所述目标伤员；

所述地面接收控制站，用于基于接收到的所述生命状态数据判断所述目标伤员的伤情。

第二方面，本发明实施例提供了一种基于无人机集群的战场伤员搜索方法，所述方法包括：

通过所述无人机集群中的第一无人机群在战场环境中利用各种类型传感器之间的信息融合以感知目标伤员并采集所述目标伤员的生命状态数据；

通过所述无人机集群中的第一无人机群将所述目标伤员的生命状态数据传输至地面接收控制站；

通过所述无人机集群中的第二无人机群将所搭载的补给投放至所述目标伤员；

通过所述地面接收控制站基于接收到的所述生命状态数据判断所述目标伤员的伤情。

本发明实施例提供了基于无人机集群的战场伤员搜索方法与系统；利用携带有多种类型传感器的集群式多无人机协同的方式进行战场伤员的搜寻工作，提高伤员的搜寻效率与准确度，进而提升伤员在复杂战场环境下的存活率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于无人机集群的战场伤员搜索系统的组成示意框图；

图2为本发明实施例提供的第一无人机群的编队方式示意图；

图3为本发明实施例提供的一种基于无人机集群的战场伤员搜索系统的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种基于无人机集群的战场伤员搜索方法的流程示意图。

具体实施方式

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。

面对错综复杂的战场环境，需要投入更多的人力去进行伤员搜寻与救治；而随着传感器技术的发展，越来越多类型的传感器(比如红外线、可见光、声音振动、气味、生物雷达等类型传感器)被应用在战场环境中以执行伤员搜寻与救治任务。但是目前常规方案中，均采用单一类型传感器执行这类任务，导致很难满足在越来越复杂的战场环境中进行伤员搜寻和定位的需求，也很难对伤员的伤情进行初步的感知。

基于此，本发明实施例期望提供一种基于无人机集群的战场伤员搜索方案，能够利用携带有多种类型传感器的集群式多无人机协同的方式进行战场伤员的搜寻工作，提高伤员的搜寻效率与准确度，进而提升伤员在复杂战场环境下的存活率。

有鉴于此，参见图1，其示出了本发明实施例提供的一种基于无人机集群的战场伤员搜索系统1，该系统1可以包括：以领导者-跟随者方式编队的无人机集群10以及地面接收控制站11；其中，所述无人机集群10包括用于感知伤员的第一无人机群101以及用于提供初步救治的第二无人机群102；在一些示例中，所述无人机集群10所包括的无人机可以优选为四旋翼无人机。对于所述第一无人机群101中的每个无人机分别搭载不同类型的传感器，且所述第一无人机群101可以用于在战场环境中利用各无人机所搭载的各种类型传感器之间的信息融合以感知目标伤员并采集所述目标伤员的生命状态数据；以及，将所述目标伤员的生命状态数据传输至地面接收控制站11；所述第二无人机群102中的无人机可以搭载包括有急救药品以及生活必需品的补给，从而当第一无人机群101在战场环境中感知到目标伤员之后，将所搭载的补给投放至所述目标伤员；

所述地面接收控制站11，用于基于接收到的所述生命状态数据判断所述目标伤员的伤情，从而便于处于战场后方的人员针对目标伤员制定相应的救助计划。

对于图1所示的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述第一无人机群101包括至少3台无人机，以图2所示的3台无人机为例，可以分别搭载可见光传感器、红外线传感器以及生物雷达传感器；在图2中，实现单向箭头表示其编队的飞行方向，在图2中，

所述搭载可见光传感器的第一无人机101-1作为领导者无人机，在所述无人机集群10中除所述第一无人机101-1以外的其他无人机为跟随者无人机；

对于第一无人机101-1，用于根据所感知的可见光数据获取战场环境，以及根据所述可见光数据基于视觉搜寻所述目标伤员；

所述搭载红外线传感器的第二无人机101-2，用于根据红外图像在所述战场环境中搜寻所述目标伤员；

所述搭载生物雷达传感器的第三无人机101-3，用于采集处于所述战场环境内的所述目标伤员的生命状态数据。

除此之外，对于图1所示的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述第一无人机群101所包括的无人机之间通过近距离传输链路传输数据，如图2中虚线的双向箭头所示；基于此，所述第一无人机101-1，还用于将基于视觉搜寻到的所述目标伤员的所在区域传输至所述第二无人机101-2以及所述第三无人机101-3；

所述第二无人机101-2，还用于利用红外图像在所述第一无人机传输的所述目标伤员所在区域内精确搜寻所述目标伤员，并将精确搜寻到所述目标伤员的所在区域传输至所述第三无人机101-3；

所述第三无人机101-3，用于根据所述基于视觉搜寻到的所述目标伤员的所在区域以及精确搜寻到所述目标伤员的所在区域确定采集区域，并朝向所述采集区域采集所述目标伤员的生命状态数据。

对于上述两个实现方式中所阐述的第一无人机101-1，具体来说，第一无人机101-1可以根据可见光数据，比如图片等数据获取战场环境的总体态势，并且利用可见光数据基于视觉搜寻目标伤员。在一些可选的示例中，第一无人机101-1还可以搭载能够对采集到的可见光数据进行数据处理并分析的图像处理器，从而基于设定的关于人体识别或人脸识别的图形处理算法从可见光数据中识别战场环境内的目标伤员。在另一些可选的示例中，第一无人机101-1也可以搭载能够与战场后方的地面接收控制站11进行通信的通信装置，从而将采集到的可见光数据，比如图片等传输至地面控制站11，通过地面控制站11的相关人员人工从图片中识别到目标伤员。

对于上述两个实现方式所阐述的第二无人机101-2，具体来说，由于战斗人员通常采用与环境相适应的隐蔽手段在战场中进行隐蔽，所以，在战斗人员隐蔽的情况下，仅单凭可见光数据无法准确的识别目标伤员。基于此，还需要第二无人机101-2所搭载的红外线传感器通过红外图像在所述战场环境中搜寻所述目标伤员，可以理解地，通过红外图像搜寻能够在基于可见光数据的视觉搜寻的基础上，对采集数据进行融合，从而克服了单一传感器搜寻过程中的局限性，提升目标伤员的搜寻效率以及准确度。

对于上述两个实现方式所阐述的第三无人机101-3，具体来说，第三无人机101-3还可以搭载有提供远距离无线通信(LoRa，Long Range)无线通信链路的通信装置，从而可以在采集到目标伤员的生命状态数据后，将该生命状态数据利用LoRa无线通信链路传输至位于战场后方的地面接收控制站11。在一些示例中，第三无人机101-3可以在第一无人机101-1和/或第二无人机101-2搜寻到目标伤员后，除了可以通过控制飞行姿态以使生物雷达传感器朝向所述采集区域采集所述目标伤员的生命状态数据以外，还可以将所搭载的生物雷达传感器投递到目标伤员所在的地面区域，从而使得生物雷达传感器更为靠近目标伤员，提升采集到的生命状态数据的准确性。在一些示例中，生物雷达传感器优选型号为JC122-3.3UA6，可经配置为发射不对称的宽波束信号；以及，当正常人呼吸时，采集所述目标伤员呼吸时胸腔针对发射信号进行反射所产生回波信号；以及，将采集到的回波信号经过放大与滤波处理获得理想的所述目标伤员的生命体征信号。进一步来说，所述生物雷达传感器具有极其灵敏的感知能力，其所覆盖的感知范围参数包括：水平角度范围为-40°至+40°；垂直角度范围为-16°至+16°；等效于胸腔扩张幅度的轴向距离小于6米m。而且生物雷达传感器具有外形小巧、低功耗，适于电池供电环境的特点，极好的符合了利用无人机搜寻伤员时，对硬件装置的体积小、低功耗的要求。

对于图1所示的技术方案，在一些实现方式中，基于图2所示的第二无人机群101的编队结构，参见图3，所述第二无人机群102包括至少一台搭载有补给的第四无人机102-1以及至少一台备份无人机102-2；其中，

所述第四无人机102-1，用于将所搭载的补给投放至所述目标伤员所在区域；

所述备份无人机102-2，用于当所述无人机集群10中的其他任一台无人机出现故障时，替换并执行所述出现故障的无人机的任务。

对于上述实现方式，具体来说，第四无人机102-1可以在第一无人机101-1以及第二无人机101-2搜寻到目标伤员之后，直接将包括急救药品以及生活必需品之类的补给投放至目标伤员。除此之外，第四无人机102-1也可以搭载有与地面接收控制站12进行LoRa无线通信的通信装置，当地面接收控制站12基于第三无人机101-3所反馈的生命状态数据进行目标伤员的状态判定之后，基于判定结果所反馈的投放指令向目标伤员投放补给；举例来说，地面接收控制站12基于第三无人机101-3所反馈的生命状态数据判定目标伤员为轻微伤，那么可以仅需要对该目标伤员投放急救药品就能够让目标伤员完成自行救治；此时，地面接收控制站12可以向第四无人机102-1反馈仅投放急救药品的指令，第四无人机102-1基于该指令仅需要向该目标伤员投放急救药品，而无需投放生活必需品。

可以理解地，根据第一无人机101-1、第二无人机101-2、第三无人机101-3以及第四无人机102-1，其实就已经能够组成一个执行战场伤员救治任务的无人机编队。但是，对于上述实现方式，具体来说，备份无人机102-2在执行战场伤员救治任务过程中可以作为其他无人机的替补，当前述无人机中的任一台出现故障时，出现故障的无人机可以向整个无人机集群10内的所有无人机广播故障信息，故障信息中可以包括出现故障的无人机标识，还可以包括该出现故障的无人机执行任务时所对应的用途；当备份无人机102-2收到该故障信息之后，可以基于故障信息中的无人机标识，替换该标识所指示的无人机并执行该出现故障的无人机执行任务所对应的用途，从而形成新的无人机编队。

对于以上所阐述的无人机集群10中的每一个无人机，均可以携带有定位装置，或者仅需要在领导者无人机上携带有定位装置，从而能够在搜寻到目标伤员后，将所在区域的定位信息传输至地面接收控制站11，所述定位装置可以优选为全球定位系统(GPS，Global Positioning System)与北斗双模定位模块，能够实现GPS和/或北斗定位系统进行定位。

对于图1所示的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述地面接收控制站11，还用于基于接收到的所述生命状态数据判断所述目标伤员的伤情后，向所述第二无人机群102发送投放指令，以使得所述第二无人机群102中搭载有补给的无人机将所搭载的补给投放至所述目标伤员所在区域。

对于上述实现方式，具体来说，地面接收控制站11可以设置在战场环境的后方，结合图3所示，可以包括用于接收无人机集群10中的各无人机通过远程无线链路传输相关数据以及向无人机集群10中的各无人机发送命令或指示的天线站121以及针对从无人机集群10中的各无人机接收到的传输数据进行数据处理以及分析的计算装置122。地面接收控制站11除了能够接收到生命状态数据以外，还能够接收到各传感器所返回的感知数据以及通过定位获取的位置信息，此时，位于地面控制站11的后方人员可以基于多传感器所感知到的数据与生命状态数据进行信息融合分析，从而能够更加精准地判断目标伤员的伤情，进而可以向当前处于目标伤员所在区域的无人机集群10下发后续的救助指令或者传感器数据采集指令。

基于前述技术方案相同的发明构思，参见图4，其示出了本发明实施例提供的一种基于无人机集群的战场伤员搜索方法，该方法可以应用于前述图1或图2所示的基于无人机集群的战场伤员搜索系统1，该方法可以包括：

S401：通过无人机集群中的第一无人机群在战场环境中利用各种类型传感器之间的信息融合以感知目标伤员并采集所述目标伤员的生命状态数据；

S402：通过所述无人机集群中的第一无人机群将所述目标伤员的生命状态数据传输至地面接收控制站；

S403：通过所述无人机集群中的第二无人机群将所搭载的补给投放至所述目标伤员；

S404：通过所述地面接收控制站基于接收到的所述生命状态数据判断所述目标伤员的伤情。

在上述方案中，所述第一无人机群包括至少3台无人机，分别搭载可见光传感器、红外线传感器以及生物雷达传感器；

相应地，所述通过所述无人机集群中的第一无人机群在战场环境中利用各种类型传感器之间的信息融合以感知目标伤员并采集所述目标伤员的生命状态数据，包括：

通过搭载可见光传感器的第一无人机根据所感知的可见光数据获取战场环境，以及根据所述可见光数据基于视觉搜寻所述目标伤员；

通过搭载红外线传感器的第二无人机根据红外图像在所述战场环境中搜寻所述目标伤员；

通过搭载生物雷达传感器的第三无人机采集处于所述战场环境内的所述目标伤员的生命状态数据。

在上述方案中，述第一无人机群所包括的无人机之间通过近距离传输链路传输数据；相应地，所述方法还包括：

通过所述第一无人机将基于视觉搜寻到的所述目标伤员的所在区域传输至所述第二无人机以及所述第三无人机；

通过所述第二无人机利用红外图像在所述第一无人机传输的所述目标伤员所在区域内精确搜寻所述目标伤员，并将精确搜寻到所述目标伤员的所在区域传输至所述第三无人机；

通过所述第三无人机根据所述基于视觉搜寻到的所述目标伤员的所在区域以及精确搜寻到所述目标伤员的所在区域确定采集区域，并朝向所述采集区域采集所述目标伤员的生命状态数据。

在上述方案中，所述第二无人机群包括至少一台搭载有补给的第四无人机；

相应地，所述通过所述无人机集群中的第二无人机群将所搭载的补给投放至所述目标伤员，包括：

利用所述第四无人机将所搭载的补给投放至所述目标伤员所在区域。

在上述方案中，所述第二无人机群还包括至少一台备份无人机；相应地，所述方法还包括：

当所述无人机集群中的其他任一台无人机出现故障时，通过所述备份无人机替换并执行所述出现故障的无人机的功能。

在上述方案中，所述方法还包括：通过所述地面接收控制站基于接收到的所述生命状态数据判断所述目标伤员的伤情后，向所述第二无人机群发送投放指令，以使得所述第二无人机群中搭载有补给的无人机将所搭载的补给投放至所述目标伤员所在区域。

可以理解地，上述基于无人机集群的战场伤员搜索方法的示例性技术方案，与前述图1至图3所示的基于无人机集群的战场伤员搜索系统1属于同一构思，因此，上述基于无人机集群的战场伤员搜索方法的示例性技术方案中执行各步骤的主体以及未详细描述的细节内容，均可以参见前述基于图1至图3所示的基于无人机集群的战场伤员搜索系统1的描述。本发明实施例对此不做赘述。

在上述一或多个实例或示例中，所描述的功能可实施于，所描述功能可实施于硬件、软件、固件或其任何组合中。如果实施于软件中，那么可将功能作为一或多个指令或代码存储在计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体传输。计算机可读媒体可包含计算机数据存储媒体或通信媒体，通信媒体包含促进将计算机程序从一处传递到另一处的任何媒体。数据存储媒体可为可由一或多个计算机或一或多个处理器存取以检索用于实施本发明中描述的技术的指令、代码和/或数据结构的任何可用媒体。举例来说且非限制，此类计算机可读媒体可包括U盘、移动硬盘、RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁性存储装置，或可用于运载或存储呈指令或数据结构的形式的所要程序代码且可由计算机存取的任何其它媒体。并且，任何连接被恰当地称作计算机可读媒体。举例来说，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)或例如红外线、无线电和微波等无线技术从网站、服务器或其它远程源传输软件，那么同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或例如红外线、无线电和微波等无线技术包含于媒体的定义中。如本文中所使用，磁盘和光盘包含压缩光盘(CD)、激光光盘、光学光盘、数字多功能光盘(DVD)、软性磁盘和蓝光光盘，其中磁盘通常以磁性方式再现数据，而光盘利用激光以光学方式再现数据。以上各项的组合也应包含在计算机可读媒体的范围内。

代码可由一或多个处理器执行，所述一或多个处理器例如是一或多个数字信号处理器(DSP)、通用微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程逻辑阵列(FPGA)或其它等效的可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。因此，如本文中所使用的术语“处理器”和“处理单元”可指前述结构或适于实施本文中所描述的技术的任何其它结构中的任一者。另外，在一些方面中，本文中所描述的功能性可在经配置用于编码和解码的专用硬件和/或软件模块内提供，或者并入在组合式编解码器中。而且，所述技术可完全实施于一或多个电路或逻辑元件中。

本发明实施例的技术可实施于各种各样的装置或设备中，所述装置或设备包含无线手持机、集成电路(IC)或一组IC(即，芯片组)。本发明中描述各种组件、模块或单元是为了强调经配置以执行所公开的技术的装置的功能方面，但未必需要由不同硬件单元实现。实际上，如上文所描述，各种单元可结合合适的软件和/或固件组合在编码解码器硬件单元中，或者通过互操作硬件单元的集合来提供，所述硬件单元包含如上文所描述的一或多个处理器。

已描述了本发明的各种方面。这些和其它实施例在所附权利要求书的范围内。需要说明的是：本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。