基于 Android 的無人機共享與管理平臺設計與應用

　目前，我國大多數(shù)地方仍然是無人機普通經(jīng)營模式，無人機主要以個人經(jīng)營為主。參考“共享單車”的模式設計無人機共享服務平臺，可以實現(xiàn)無人機作業(yè)遠程監(jiān)控與共享，解決無人機無活可接以及無人機主找機難的局面。隨著物聯(lián)網(wǎng)平臺的建設和傳感器技術(shù)的發(fā)展，對于無人機的共享，越來越具有可行性，手機端與無人機數(shù)據(jù)終端相連接，實時監(jiān)測無人機飛行情況，但并沒有完成無人機的共享。文章設計了基于Android的無人機共享平臺實現(xiàn)無人機、機主及管理部門對無人機數(shù)據(jù)的共享及管理，提高無人機使用效率，加速無人機的發(fā)展。

　　1.設計方案

　　1.1系統(tǒng)需求分析

　　共享管理系統(tǒng)要實現(xiàn)的主要功能有：①無人機信息管理；②無人機作業(yè)管理；③無人機定位；④無人機預約租賃服務；⑤數(shù)據(jù)上傳。該系統(tǒng)根據(jù)應用對象的不同分為無人機主客戶端和后臺管理端，其整體架構(gòu)如圖1所示。

　　

　　1.2控制系統(tǒng)設計方案

　　通過GPS定位模塊獲取所在地點的經(jīng)緯度值并發(fā)送到服務器中與高德地圖匹配，使用服務器與手機端相連接并在手機端顯示。在手機端將數(shù)據(jù)發(fā)送到服務器后，服務器進行相應的處理并做出響應，將需要保存的信息存放在服務器數(shù)據(jù)庫中，以便下次調(diào)用。該無人機共享平臺使用Javascript語言進行開發(fā)，運用交互UI模式對小程序界面進行設計，通過高德地圖等軟件的API搭建該小程序的GIS，從服務器上獲取無人機的GPS定位信息并顯示在小程序界面上。設計方案如圖2所示。

　　

　　2.控制系統(tǒng)硬件設計

　　控制系統(tǒng)主要硬件為GPS實時定位模塊、定位模塊選用MC20，它是一款超小尺寸GSM/GPRS/GNSS模塊。采用有源天線設計，并且模塊在有GPRS網(wǎng)絡的情況下，支持AGPS輔助功能，加速GPS定位。本定位設備采用高性能的STM32單片機（STM32F103C8T6）作為控制中心，連接GPS模塊、GPRS模塊、存儲模塊、報警功能模塊和電源模塊，并綜合考慮無人機的使用情況擴展相應功能。設備能夠?qū)崿F(xiàn)GPS模塊采集位置數(shù)據(jù)，通過UART傳輸?shù)絾纹瑱C，然后將數(shù)據(jù)儲存到存儲模塊，并通過GPRS模塊以TCP/IP協(xié)議將數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)控中心服務器。報警功能模塊是為了防止無人機未經(jīng)允許被盜用而設計的，存儲模塊主要為了后續(xù)開發(fā)而增加的。其主要功能模塊如圖3所示，無人機控制電路如圖4所示。

　　

　　

　　3.系統(tǒng)軟件設計

　　本系統(tǒng)調(diào)用高德地圖提供的API接口，實現(xiàn)了實時地圖顯示、定位、路徑規(guī)劃、導航等功能。無人機可根據(jù)共享地圖提供的這些功能快速確定到達終點的路線。系統(tǒng)主要功能包括訂單管理、無人機共享和租賃以及路徑規(guī)劃，定位與路徑規(guī)劃程序流程圖如圖5所示。

　　

　　3.1無人機和UI界面

　　根據(jù)上述系統(tǒng)的需求分析，基于AndroidStudio集成開發(fā)工具開發(fā)了無人機共享和租賃平臺的小程序，其UI界面如圖6所示，圖6（a）顯示了不同無人機的相關(guān)信息，包括無人機的類型、使用價格、剩余臺數(shù)、使用時長等信息通過上下滑動屏幕可以顯示更多關(guān)于不同類型的無人機的信息。圖6（b）則顯示了不同無人機的詳細信息，包括無人機的使用范圍、使用難度、大眾歡迎程度和使用價格等，方便了機主對無人機的使用。

　　

　　3.2無人機定位及地圖界面

　　圖7（a）是接入無人機共享小程序中的高德地圖，可定位各個無人機的位置。圖中黑色小圓點顯示當前無人機主所在位置。通過地圖的準確定位功能可以找到附近的無人機。點擊立即使用，出現(xiàn)掃碼界面即可實現(xiàn)對無人機的使用。圖7（a）中的右側(cè)圖標中，從上到下依次為復位功能、報修功能以及個人用戶的登錄，方便機主使用。在使用無人機過程中出現(xiàn)損壞，點擊報修按鈕，即可進入報修界面，報修界面如圖7（b）所示。利用報修功能，方便對無人機的管理，避免無人機因故障等原因而造成無人機的遺失。

　　

　　3.3無人機使用計時界面

　　圖8是無人機計時功能UI界面，無人機主在用戶端登錄個人賬號即可與自己所在區(qū)域內(nèi)無人機通信和定位，同時記錄使用無人機時間，從而計算此次的消費金額。經(jīng)測試，該無人機共享平臺可實現(xiàn)2s內(nèi)無人機GPS定位位置顯示，并在規(guī)定時間內(nèi)完成預約，實現(xiàn)后臺功能與前端頁面能有效交互，測試過程中無人機共享與管理平臺各功能正常運行。該系統(tǒng)界面操作簡單，能高效完成指定任務。

　　

　　4.結(jié)語

　　本項目從無人機共享服務的應用性需求出發(fā)，采用Javascript語言進行無人機共享與管理平臺系統(tǒng)的開發(fā)。該共享平臺分別建立機主客戶端和后臺管理客戶端，實現(xiàn)無人機的科學共享及信息共享，促進無人機使用的傳統(tǒng)模式邁向“互聯(lián)網(wǎng)+”的模式，讓使用者和無人機之間能快速、準確傳遞信息，實現(xiàn)無人機資源的合理配置和高效使用，從整體上提高無人機共享管理水平。該系統(tǒng)界面美觀，利于功能拓展，有較強的應用前景，并能為基于大數(shù)據(jù)的無人機管理系統(tǒng)提供研究基礎。

　　作者：宋佳龍 段超然 鄭涵鈺 蔣 梵 錢 偉 王迎斌 （三峽大學機械與動力學院）

　　本文刊發(fā)于《中國高新科技》雜志2020年第23期