本发明涉及无人机，尤其是涉及一种无人机数据采集系统、控制方法、装置、设备及介质。
背景技术：
1、分布式波束成形作为一种独特的节能技术，其采用协作通信的方式，让两个或多个信息源同时传输同一条消息，并控制其传输的相位，使信号在预定的目的地得以有效组合。而且，由于无人机具备移动灵活性，它能够迅速飞近目标设备，从而减少收发端的传播距离。因此，基于无人机辅助的分布式数据采集系统应运而生。
2、射频无线能量传输技术作为一种无线供能技术，其通过可控、便携的方式为低功耗无线设备提供能量。无线能量传输，作为射频传输的一种，可以与无线通信系统结合应用。通过联合设计，无线能量传输技术和无线通信技术得以整合，可以构成无线供能通信网络。无线供能通信网络的特点使其非常适合解决物联网的能量供应和数据采集问题。而且，无人机因其移动灵活性，可以通过快速接近目标设备来缩短收发端的传播距离，从而提高射频无线能量传输的效率，扩大供电覆盖范围。因此，基于无人机辅助的无线供能通信网络被提出。
3、现有的基于无人机辅助的分布式数据采集系统，无人机作为数据中心固定悬浮在空中，并没有联合无人机的飞行轨迹进行研究，系统性能欠佳，而且没能为地面节点供能以提高系统的可持续性。现有的基于无人机辅助的无线供能通信网络，地面设备都是独立发送数据给无人机，使得每个设备通信的范围比较小。而且，上述两种无线数据采集系统都没有考虑到无人机自身的能量消耗和补充。因此，针对以上缺点，亟需对现有基于无人机辅助的数据采集系统进行创新性改进。
技术实现思路
1、本发明提供一种无人机数据采集系统、控制方法、装置、设备及介质，以解决现有的无人机数据采集系统可持续性较差，且通讯范围受限的技术问题，通过设计能够对无人机本体进行充电的无人机数据采集系统，并设计能够优化无人机的轨迹和地面无线资源配置的控制方法，不仅能提高地面节点的能量效率，扩大通信范围，还能提高数据采集和无人机工作的可持续性，推进了无人机数据采集系统的智能化控制进程。
2、为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种无人机数据采集系统，包括无人机本体、补给站和至少一组地面站；
3、所述地面站，包括多个地面节点，每组所述地面站中的所有所述地面节点用于利用收集到的来自所述无人机本体的能量，通过分布式波束成形技术，向所述无人机本体发送数据；
4、所述无人机本体，用于通过射频无线能量传输技术，向每组所述地面站的所有所述地面节点传输电能，以及采集每组所述地面站的数据；
5、所述补给站，用于当所述无人机本体位于电能补给点时，向所述无人机本体传输电能。
6、作为其中一种优选方案，所述补给站为激光充电器。
7、本发明另一实施例提供了一种无人机数据采集系统的控制方法，应用于如上所述的无人机数据采集系统中，所述无人机数据采集系统的控制方法包括：
8、在所述无人机本体飞行至预设的高度位置时，获取由各个所述地面节点发送的位置信息和能量约束信息，其中，所述能量约束信息为所述地面节点发送数据的能量消耗不超过收集到的来自所述无人机本体的能量的约束条件；
9、基于预设的悬停点寻找算法对所述位置信息和所述能量约束信息进行处理，得到理想状态下所述无人机本体的多个悬停点信息和每个所述地面节点的功率分配信息，其中，所述理想状态为忽略所述无人机本体的能量消耗和忽略所述无人机本体从一个位置到另一个位置的飞行时间，每个所述悬停点信息均包括悬停点和悬停时间；
10、基于所述悬停点、所述无人机本体的飞行起止点和所述无人机本体的电能补给点，采用旅行商算法进行处理，得到所述无人机本体的最短飞行路径；
11、至少基于所述悬停时间和所述最短飞行路径，确定所述无人机本体的目标飞行路径，其中，所述目标飞行路径包括所述无人机本体在各个所述悬停点和所述电能补给点的悬停时长；
12、至少基于所述最短飞行路径和所述无人机本体的任务总时长，采用离散化处理得到每组所述地面站的数据传输时间；
13、至少基于所述目标飞行路径和所述数据传输时间，采用连续凸近似方法得到每个时刻所有所述地面节点的实际功率分配信息；
14、在所述无人机本体执行任务的过程中，基于所述目标飞行路径，对所述无人机本体进行飞行控制，以及基于所述实际功率分配信息对所述地面节点进行功率控制。
15、作为其中一种优选方案，所述至少基于所述最短飞行路径和所述无人机本体的任务总时长，采用离散化处理得到每组所述地面站的数据传输时间，包括：
16、基于所述最短飞行路径、所述无人机本体的任务总时长和所述无人机本体的最大飞行速度，确定所述无人机本体的总悬停时长；
17、对所述任务总时长进行离散化处理，并基于离散化处理后的结果和所述总悬停时长，得到每组所述地面站的数据传输时间。
18、作为其中一种优选方案，所述至少基于所述目标飞行路径和所述数据传输时间，采用连续凸近似方法得到每个时刻所有所述地面节点的实际功率分配信息，包括：
19、至少基于所述离散化处理后的结果、所述目标飞行路径和每组所述地面站的数据传输时间，构建以每个所述地面节点的功率分配信息和每组所述地面站接收到来自所述无人机本体的能量下限值为决策变量的功率分配方程，其中，所述功率分配信息为主要变量，所述能量下限值为辅助变量；
20、采用连续凸近似方法对所述功率分配方程进行优化求解，得到每个时刻所有所述地面节点的实际功率分配信息。
21、本发明另一实施例提供了一种无人机数据采集系统的控制装置，应用于如上所述的无人机数据采集系统中，所述无人机数据采集系统的控制装置包括：
22、信息获取模块，用于在所述无人机本体飞行至预设的高度位置时，获取由各个所述地面节点发送的位置信息和能量约束信息，其中，所述能量约束信息为所述地面节点发送数据的能量消耗不超过收集到的来自所述无人机本体的能量的约束条件；
23、悬停点寻找算法模块，用于基于预设的悬停点寻找算法对所述位置信息和所述能量约束信息进行处理，得到理想状态下所述无人机本体的多个悬停点信息和每个所述地面节点的功率分配信息，其中，所述理想状态为忽略所述无人机本体的能量消耗和忽略所述无人机本体从一个位置到另一个位置的飞行时间，每个所述悬停点信息均包括悬停点和悬停时间；
24、旅行商算法模块，用于基于所述悬停点、所述无人机本体的飞行起止点和所述无人机本体的电能补给点，采用旅行商算法进行处理，得到所述无人机本体的最短飞行路径；
25、目标飞行路径确定模块，用于至少基于所述悬停时间和所述最短飞行路径，确定所述无人机本体的目标飞行路径，其中，所述目标飞行路径包括所述无人机本体在各个所述悬停点和所述电能补给点的悬停时长；
26、数据传输时间确定模块，用于至少基于所述最短飞行路径和所述无人机本体的任务总时长，采用离散化处理得到每组所述地面站的数据传输时间；
27、连续凸优化模块，用于至少基于所述目标飞行路径和所述数据传输时间，采用连续凸近似方法得到每个时刻所有所述地面节点的实际功率分配信息；
28、飞行控制模块，用于在所述无人机本体执行任务的过程中，基于所述目标飞行路径，对所述无人机本体进行飞行控制，以及基于所述实际功率分配信息对所述地面节点进行功率控制。
29、作为其中一种优选方案，所述数据传输时间确定模块，包括：
30、总悬停时长确定单元，用于基于所述最短飞行路径、所述无人机本体的任务总时长和所述无人机本体的最大飞行速度，确定所述无人机本体的总悬停时长；
31、离散化处理单元，用于对所述任务总时长进行离散化处理，并基于离散化处理后的结果和所述总悬停时长，得到每组所述地面站的数据传输时间。
32、作为其中一种优选方案，所述连续凸优化模块，包括：
33、方程构建单元，用于至少基于所述离散化处理后的结果、所述目标飞行路径和每组所述地面站的数据传输时间，构建以每个所述地面节点的功率分配信息和每组所述地面站接收到来自所述无人机本体的能量下限值为决策变量的功率分配方程，其中，所述功率分配信息为主要变量，所述能量下限值为辅助变量；
34、优化求解单元，用于采用连续凸近似方法对所述功率分配方程进行优化求解，得到每个时刻所有所述地面节点的实际功率分配信息。
35、本发明又一实施例提供了一种终端设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的无人机数据采集系统的控制方法。
36、本发明再一实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其中，所述计算机可读存储介质所在设备执行所述计算机程序时，实现如上所述的无人机数据采集系统的控制方法。
37、相比于现有技术，本发明实施例的有益效果在于以下所述中的至少一点：
38、（1）设计了一种全新的无人机数据采集系统，包括无人机本体、补给站和至少一组地面站，其中，在能源方面，无人机本体能够对各组地面站中的地面节点进行下行射频能量传输，而补给站又能对无人机本体进行能量传输，从而形成完善的能源传输链，保证无人机本体和地面节点的性能；在通讯方面，多个地面节点基于分布式波束成形技术上行向无人机本体进行数据传输，从而在保证可持续性的同时，进一步提高了数据采集的全面性。
39、（2）根据上述无人机数据采集系统的特点，设计对应的控制方法，综合考虑无人机本体、地面节点和补给站的三个维度因素，对无人机的控制进行优化，以分别实现对无人机的飞行轨迹的优化控制，对无人机的数据采集进行优化控制，对地面的无线资源进行优化控制，从而不仅能提高地面节点的能量效率，扩大通信范围，还能提高数据采集和无人机工作的可持续性，推进了无人机数据采集系统的智能化控制进程。
1.一种无人机数据采集系统，其特征在于，包括无人机本体、补给站和至少一组地面站；
2.如权利要求1所述的无人机数据采集系统，其特征在于，所述补给站为激光充电器。
3.一种无人机数据采集系统的控制方法，应用于如权利要求1~2任一项所述的无人机数据采集系统中，其特征在于，所述无人机数据采集系统的控制方法包括：
4.如权利要求3所述的无人机数据采集系统的控制方法，其特征在于，所述至少基于所述最短飞行路径和所述无人机本体的任务总时长，采用离散化处理得到每组所述地面站的数据传输时间，包括：
5.如权利要求4所述的无人机数据采集系统的控制方法，其特征在于，所述至少基于所述目标飞行路径和所述数据传输时间，采用连续凸近似方法得到每个时刻所有所述地面节点的实际功率分配信息，包括：
6.一种无人机数据采集系统的控制装置，应用于如权利要求1~2任一项所述的无人机数据采集系统中，其特征在于，所述无人机数据采集系统的控制装置包括：
7.如权利要求6所述的无人机数据采集系统的控制装置，其特征在于，所述数据传输时间确定模块，包括：
8.如权利要求7所述的无人机数据采集系统的控制装置，其特征在于，所述连续凸优化模块，包括：
9.一种终端设备，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求3至5中任意一项所述的无人机数据采集系统的控制方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其中，所述计算机可读存储介质所在设备执行所述计算机程序时，实现如权利要求3至5中任意一项所述的无人机数据采集系统的控制方法。
