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无人驾驶交通工具路线管理系统
    【技术领域】

    本公开总地涉及无人驾驶交通工具(unmanned vehicle)，更具体而言涉及无人驾驶交通工具路线管理系统及其操作方法。

    背景技术

    无人驾驶交通工具一般指的是被配置为在未载有飞行员或驾驶员的情况下操作的一类交通工具。对无人驾驶交通工具的控制可以由远程配置的交通工具控制系统来提供，该系统向无人驾驶交通工具发送命令，用于操纵无人驾驶交通工具的操作。交通工具控制系统可以从无人驾驶交通工具接收可视的或者各种类型的遥测信息，以使得人类用户能够从交通工具控制系统做出响应性动作。在空中行进的无人驾驶交通工具一般被称为无人驾驶空中交通工具(UAV)，而那些在地上或水中行进的则一般被称为无人驾驶表面交通工具(USV)。

    【发明内容】

    根据一个实施例，一种用于无人驾驶交通工具的路线管理系统包括与无人驾驶交通工具控制系统和无人驾驶交通工具通信的网络节点。该网络节点可操作来向无人驾驶交通工具发送多个初始路点，在无人驾驶交通工具已经到达这些初始路点中的相应一个或多个之后，向无人驾驶交通工具发送一个或多个行驶中路点，并且在无人驾驶交通工具中利用所述一个或多个行驶中路点替换所述初始路点中的一个或多个，使得存储在无人驾驶交通工具中的路点总数量不超过指定数量。

    本公开的一些实施例可提供许多技术优点。一些实施例可受益于这些优点中的一些或全部，或者不受益于这些优点。例如，路线管理系统的一个实施例可以使得能够实现路点数目比无人驾驶交通工具本地提供的多的路线。已知的无人驾驶交通工具被设计为最多存储指定数量的路点。通过在行驶期间利用额外的路点替换先前到达的路点，无人驾驶交通工具控制系统可以给予无人驾驶交通工具的路点的数目实质上可被扩展到任何数量。

    本领域的普通技术人员可以很容易确定其他技术优点。

    【附图说明】

    根据结合附图理解的详细描述，将清楚对本公开的实施例的更完整理解，附图中：

    图1是示出根据本公开教导的路线管理系统的一个实施例的框图；

    图2是示出图1的路线管理系统可执行的一系列动作的流程图；

    图3A至3C示出了图1的路线管理系统可管理的路线的地理布局的一个示例，其中行驶中路点(in-flight waypoint)被成组地发送到无人驾驶交通工具；并且

    图4A至4C示出了图1的路线管理系统可管理的路线的地理布局的另一示例，其中行驶中路点被一次一个地发送到无人驾驶交通工具。

    【具体实施方式】

    为使得交通工具控制系统和无人驾驶交通工具之间能够通信，已经开发了若干种消息传递协议。一种特定的消息传递协议是标准化协定(STANdardization AGreement，STANAG)4586协议。标准化协定4586协议已经被北大西洋公约组织(NATO)开发出来，以促进成员国之间的无人驾驶交通工具协同工作能力。另一类消息传递协议是由美国国防部开发的无人驾驶系统联合体系结构(JAUS)。虽然许多无人驾驶交通工具已被开发来结合这两种协议使用，但是在任一种消息传递协议中存在重大差异，使得被配置用于结合一种协议使用的无人驾驶交通工具一般与使用另一种协议的系统不兼容。

    两种协议之间的一个差别在于交通工具控制系统管理路线的方式。路线一般指的是无人驾驶交通工具在任何特定任务期间所采取的途径或路径，并且可包括若干个路点，其中每一个表示沿着该途径的一特定目的地。使用无人驾驶系统联合体系结构协议的无人驾驶交通工具与具有标准化协定4586接口的无人驾驶交通工具相比通常利用相对较少的路点，因此可能不适合于结合使用标准化协定4586协议的交通工具控制系统使用。即，尝试利用遵从标准化协定4586的交通工具控制系统控制遵从无人驾驶系统联合体系结构可能因为交通工具控制系统所管理的过量路点而被禁止。

    图1示出了可提供对此问题以及其他问题的解决方案的无人驾驶交通工具路线管理系统10的一个实施例。无人驾驶交通工具路线管理系统10一般包括网络节点12，其耦合到无人驾驶交通工具控制系统14并与无人驾驶交通工具16通信。无人驾驶交通工具控制系统14被配置为利用具有若干个路点20的路线18来控制无人驾驶交通工具16所行进的途径。如下文中将更详细描述的，网络节点12可包含用于临时存储路点20的路点缓冲器22，以使得存储在无人驾驶交通工具16中的路点20的数目不超过指定的数量。

    无人驾驶交通工具控制系统14可以在任何合适的执行存储在存储器中的程序指令的计算系统上实现。在一个实施例中，无人驾驶交通工具控制系统14具有遵从标准化协定4586的接口，其中网络24是用户数据报协议(UDP)型的网络。具有标准化协定4586接口的无人驾驶交通工具控制系统14可以提供用于控制不同类型的无人驾驶交通工具16的公共接口。

    网络节点12可以利用执行存储在存储器中的计算机指令的处理器实现。网络节点12可包含任何适当的协议，用于与无人驾驶交通工具控制系统14和无人驾驶交通工具16通信。在一个实施例中，网络节点12可实现为依交通工具而定的模块(VSM)，其利用遵从标准化协定4586的协议与无人驾驶交通工具控制系统14通信。在另一实施例中，网络节点12可通过网络24(例如UDP/IP网络)与无人驾驶交通工具控制系统14通信。

    网络节点12可利用任何合适的无线协议与无人驾驶交通工具16通信。在一个实施例中，无人驾驶交通工具16使用的协议可以不同于无人驾驶交通工具控制系统14的本地协议。在另一实施例中，无人驾驶交通工具16可被配置为利用无人驾驶系统联合体系结构协议与网络节点12通信。使用无人驾驶系统联合体系结构协议的无人驾驶交通工具16可被配置为存储可在任何特定任务期间使用的指定数量的路点。

    包含路点缓冲器22的网络节点12的某些实施例可提供一个优点，即被配置为存储指定数量的路点的无人驾驶交通工具16可能能够利用比其指定路点数量更大数量的路点来执行任务。因为实现有标准化协定4586接口的无人驾驶交通工具控制系统14与使用无人驾驶系统联合体系结构接口的那些相比通常利用更大数量的路点来管理无人驾驶交通工具16的路线，所以使用无人驾驶系统联合体系结构接口的无人驾驶交通工具16可被配置为利用具有路点缓冲能力的网络节点12来与无人驾驶交通工具控制系统14一起使用。

    图2是示出网络节点12为了管理无人驾驶交通工具16的路线18可采取的一系列动作的一个实施例的流程图。在动作100中，启动该过程。可以通过向无人驾驶交通工具控制系统14、网络节点12和无人驾驶交通工具16施加电力并且执行任何有关引导操作来启动该过程。网络节点12还可从无人驾驶交通工具控制系统14接收具有若干路点20的路线18，并将此路线18临时存储于路点缓冲器22中。

    在动作102中，网络节点12可向无人驾驶交通工具16发送若干个初始路点20。路点20可以是无人驾驶交通工具16在其任务期间所要采取的路线18的初始部分，并且可以是不超过无人驾驶交通工具16的指定数量的任何数量。

    在动作104中，在无人驾驶交通工具16已经到达先前发送的路点20中的相应的一个或多个之后，网络节点12可向无人驾驶交通工具16发送一个或多个行驶中路点20。可以在无人驾驶交通工具16执行其任务的同时向其发送行驶中路点20。所发送的行驶中路点20的数目可以小于或等于无人驾驶交通工具16从其启动其任务起已经到达的路点20的数目。在动作106中，无人驾驶交通工具16可以利用行驶中路点20替换先前发送的路点20。通过替换先前已经到达的路点20，临时存储在无人驾驶交通工具16中的路点20的总数量不超过其指定数量。

    在动作108中，网络节点12可以选择发送更多路点20或者停止向无人驾驶交通工具16发送路点20。如果网络节点12选择发送更多路点20，则处理在动作104继续，其中一个或多个路点20再次被发送到无人驾驶交通工具16，用于替换先前发送的路点20。这样，可以利用无限数目的路点20管理无人驾驶交通工具16的路线18。在无人驾驶交通工具16的整个任务期间，前述过程继续。一旦无人驾驶交通工具16到达网络节点12所发送的最终路点20，该任务即完成，此时该过程在动作110中结束。

    图3A至3C示出了无人驾驶交通工具16上无人驾驶交通工具控制系统14可管理的路线18的地理布局的一个示例。该特定路线18具有20个路点20，无人驾驶交通工具16在其任务期间可以顺序地朝着这些路点行进。然而，无人驾驶交通工具16具有在任何一个时刻可存储的路点20的最大指定数量8。

    如图3A所示，路点20₁至20₈包括可以在无人驾驶交通工具16的任务即将启动之前或者刚刚启动之后被发送到无人驾驶交通工具16的初始路点20的群组26a。在一个实施例中，作为初始路点的序列中最后一个的路点20₈是徘徊路点(loiter waypoint)。徘徊路点一般指的是这样一类路点：无人驾驶交通工具16被指示保持在该路点处，直到由无人驾驶交通工具控制系统14给出进一步指示为止。例如，无人驾驶交通工具16可以执行绕圈模式，以便保持在徘徊路点20₈处。

    路点20₉至路点20₁₂表示最初未被存储在无人驾驶交通工具16中的沿着路线18的其他路点，因为它们在无人驾驶交通工具16中则将超过指定的路点数量。即，因为将路点20₉至20₁₂存储在无人驾驶交通工具16中将会超过其指定路点数量，所以这些路点可以不与初始路点20₁至20₈同时被发送到无人驾驶交通工具。

    在图3B中，路点20₅至20₁₂构成可在无人驾驶交通工具16的任务期间被发送到它的行驶中路点的群组26b。在此图中，路点20₁至20₄表示在接收到行驶中路点的群组26b之前无人驾驶交通工具16先前已到达的路点。因为无人驾驶交通工具16已经到达了路点20₁至20₄，所以它们对于任务来说不再是所需的，并且可被从无人驾驶交通工具16中去除，以便容纳新的路点20₉至20₁₂。

    行驶中路点的群组26b可包括新路点以及重现路点(recursivewaypoint)。在此特定实施例中，路点20₉至20₁₂是新路点，因为它们先前未被发送到无人驾驶交通工具16。在一个实施例中，网络节点12还可向无人驾驶交通工具16发送重现路点20₅至20₈。重现路点一般指的是被发送到无人驾驶交通工具16的、先前已被接收到过的路点20。包含重现路点20的发送的某些实施例通过提供对沿路线18的路点20的冗余发送，可以实现增强的可靠性。因此，偶然的网络中断或失败的发送不会过度损害无人驾驶交通工具16完成其任务的能力。

    无人驾驶交通工具路线管理系统10可实现对具有比使用无人驾驶交通工具16的指定数量所本地允许的数目更大数目的路点20的路线18的管理。在一个实施例中，发送到无人驾驶交通工具16的行驶中路点20可以是实现供无人驾驶交通工具16执行的特定机动(maneuver)的子路线。例如，子路线可以是无人驾驶交通工具16要执行的特定的非圆形徘徊模式，例如数字8型徘徊模式或跑道型徘徊模式。在其他示例中，子路线可以是提供详细的着陆轨道的进场路线(approach route)或者指示无人驾驶交通工具16从期望的方向接近路点20的向量路线(vector route)。

    图3C示出了可被发送到无人驾驶交通工具16的行驶中路点的另一群组26c。行驶中路点的该特定群组26c可包括路点20₉至20₁₂以及20₁至20₄，使得无人驾驶交通工具16被指示为沿着先前限定的路线18反复行进。这些路点20可在无人驾驶交通工具16已到达路点20₉之后并且在无人驾驶交通工具16被安排到达路点20₄之前的任何时间被发送到无人驾驶交通工具16。可以看出，无人驾驶交通工具路线管理系统10可以在被配置为存储有限的指定数量路点的无人驾驶交通工具16上管理具有任何数目的路点20的路线。

    图4A至4C示出了网络节点12可管理路线18的另一实施例。在此特定实施例中，单个路点20可在到达每个后续路点20之后被发送到无人驾驶交通工具16。如前所述，路线18具有分别表示无人驾驶交通工具16要顺序到达的12个相应位置的12个路点20₁至20₁₂，并且无人驾驶交通工具16在任何一个时刻可存储的路点20的指定数量为4。在图4A中，路点20₁至20₄包括可在无人驾驶交通工具16的任务即将启动之前或刚刚启动之后被发送到无人驾驶交通工具16的若干个初始路点20。

    在图4B中，无人驾驶交通工具16先前已到达了路点20₁，此时不再需要此特定路点。因此，网络节点12可以向无人驾驶交通工具16发送新的路点20₅，路点20₅随后替换路点20₁。在一个实施例中，路点20₅可以在无人驾驶交通工具16到达路点20₁至20₄之间的任何时刻被发送到无人驾驶交通工具16。

    在图4C中，无人驾驶交通工具16先前已到达了路点20₂。即，无人驾驶交通工具16可朝着路点20₃、路点20₄或者路点20₅前进。在此情形下，网络节点12于是可向无人驾驶交通工具16发送路点20₆，使得路点20₂被路点20₆替换。先前描述的过程可以继续，直到无人驾驶交通工具16到达所有12个路点20为止。

    已经描述了可使得网络节点12能够进行增强的路线管理的无人驾驶交通工具路线管理系统10。在一个实施例中，网络节点12可以是在遵从标准化协定4586的无人驾驶交通工具控制系统14中配置的依交通工具而定的模块，其可操作来管理去往和来自无人驾驶交通工具16的消息的发送和接收。利用无人驾驶交通工具路线管理系统10，遵从标准化协定4586的无人驾驶交通工具控制系统14可操作来管理利用其他协议(例如无人驾驶系统联合体系结构协议)通信的无人驾驶交通工具的路线18。

    虽然已经详细示出和描述了若干个实施例，但是应认识到，在不脱离由所附权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下可以进行替换和更改。