引言
无人机的广泛应用已经成为现实。然而，随着无人机数量的逐渐增加，如何保证无人机之间的安全与协调成为一个重要的问题。为了解决这个问题，我们可以利用 MAVSDK（MAVLink 的软件开发工具包）来设计一个无人机空中交通管理系统（UAS Traffic Management, UTM）。本文将介绍如何利用 MAVSDK 开发这样的系统。
系统设计
1. 数据传输与通信
UTM 系统需要实时地接收无人机的位置、速度和其他相关数据。通过 MAVSDK 提供的接口，我们可以与无人机建立通信连接，并获取所需的信息。可以使用以下代码示例建立与无人机的连接：
import asyncio
from mavsdk import System
async def connect_to_drone():
drone = System()
await drone.connect(system_address="udp://:14540")
async for state in drone.core.connection_state():
if state.is_connected:
print("已连接到无人机")
break
# 系统已连接，进行进一步的操作
await asyncio.sleep(1)
asyncio.ensure_future(connect_to_drone())
2. 空中交通管理
为了实现空中交通管理，UTM 系统需要实时监测无人机的位置与速度，并在必要时下达指令以协调不同无人机之间的运动。
MAVSDK 提供了一系列的服务，用于获取无人机的位置、速度、航向等信息。例如，要获取无人机当前的位置坐标（经纬度），可以使用以下代码示例：
async def get_position(drone):
async for position in drone.telemetry.position():
print(f"当前无人机位置：{position.latitude_deg}, {position.longitude_deg}")
async def main():
await connect_to_drone()
await get_position(drone)
asyncio.ensure_future(main())
在获得了无人机的位置信息之后，我们可以根据一定的逻辑来判断是否需要对无人机进行干预，例如：
- 如果无人机离预定航线过远，则下达警告指令；
- 如果无人机与其他无人机的距离过近，并且可能引发碰撞风险，则下达避让指令。
3. 航线规划与路径优化
UTM 系统还需要能够进行航线规划和路径优化，以确保无人机之间的运动轨迹是安全的、高效的。
我们可以使用 MAVSDK 中的 mission 模块来设计航线并发送给无人机。例如，以下代码示例展示了如何指定无人机沿着一系列航点飞行：
from mavsdk import System
async def upload_mission(drone):
mission_items = [MissionItem(47.398170327054473,
8.545649021863965,
10,
5,
True,
float('nan'),
float('nan'),
MissionItem.CameraAction.NONE,
float('nan'),
float('nan')),
MissionItem(47.398241338125118,
8.546053127834532,
10,
5,
False,
float('nan'),
float('nan'),
MissionItem.CameraAction.NONE,
float('nan'),
float('nan'))]
mission_plan = MissionPlan(mission_items)
await drone.mission.upload_mission(mission_plan)
# 与无人机建立连接
drone = System()
await drone.connect(system_address="udp://:14540")
await upload_mission(drone)
为了提高路径的安全性和效率，还可以使用优化算法对航线进行优化，比如避免障碍物、减少路径长度等。
结论
利用 MAVSDK 进行无人机空中交通管理系统的设计，可以有效地监控无人机位置与速度，并进行协调与优化。通过 MAVSDK 提供的接口，我们可以方便地实现与无人机的通信与控制。未来，随着无人机应用场景的不断扩大，空中交通管理系统的设计将变得更加重要。
本文来自极简博客，作者：黑暗猎手，转载请注明原文链接：利用MAVSDK进行无人机空中交通管理系统设计
