[0038] 以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述发实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
[0039] 本发明提供基于无人机的电动汽车电能补充系统，其包括无人机、电动汽车和经由通信网络与所述无人机、电动汽车相连的后台控制中心。所述电动汽车包括：电能检测装置，用于检测所述电动汽车的实时电能；车顶固定装置，用于固定所述无人机；充电平台，用于所述无人机停靠并进行电能传输；对位装置，用于对准所述电动汽车的电能接收线圈和所述无人机的电能发射线圈；第一通信装置，用于与所述无人机的近距离数据交互；和第一控制装置，所述第一控制装置与所述电能检测装置、车顶固定装置、充电平台、第一通信装置和对位装置相连。所述无人机包括：第二控制装置，用于控制无人机起飞、行进、降落和悬停；储能装置，用于携带电能；定位跟踪装置，用于对电动汽车进行定位和跟踪；第二通信装置，用于与所述电动汽车的近距离数据交互；距离探测器，用于探测所述无人机与所述电动汽车充电平台之间的距离。
[0040] 在具体实施中，所述无人机、电动汽车通过通信网络与所述后台控制中心进行通信连接，所述通信网络可选自移动通信网络、光纤通信网络和卫星通信网络中的任一种。
[0041] 在具体实施中，所述所述第一通信装置、第二通信装置包括NFC通信装置、蓝牙通信装置、红外通信装置、无线WiFi通信装置中的任一种。作为优选方案，可将所述第一通信装置设为NFC通信装置，将所述第二通信装置设为NFC通信装置。具体地，NFC是一种近距离连接协议，提供各种设备间安全、迅速而自动的通信，与无线通信中的其他连接方式相比，NFC是一种近距离的私密通信方式。
[0042] 在具体实施中，所述后台控制中心包括信息处理单元和存储单元，所述存储单元存储有与所述电动汽车、无人机的数据交互信息，所述信息处理单元根据这些数据交互信息向所述电动汽车、无人机发送指令。
[0043] 在具体实施中，所述电动汽车的第一控制装置可为集成有嵌入式芯片的控制模块，用于对接收的数据信息进行处理并向其他装置发送控制指令。
[0044] 在具体实施中，所述电动汽车还包括一自动断电装置，在所述无人机为所述电动汽车充电过程中，当所述电能检测装置检测到电动汽车电池容积达到其容积上限时，触发所述自动断电装置，断开充电电路，防止对电池过充造成电池损害。
[0045] 在具体实施中，所述电能检测装置为能检测出电能变化信息的传感器。
[0046] 在具体实施中，所述电动汽车的车顶固定装置可设置为气囊。
[0047] 在具体实施中，所述对位装置包括超声波探头、电机和控制器。所述电机包括使接收线圈左右方向平移的X轴电机和使接收线圈前后方向平移的Y轴电机，所述接收线圈上以阵列方式设置多个超声波探头，所述超声波探头探测所述无人机的发射线圈的位置，所述控制器依据所述超声波探头探测的位置信息控制所述x轴电机、y轴电机的平移，以使所述无人机的电能发射线圈与所述电动汽车的电能接收线圈对准，提高电能传输效率。
[0048] 在具体实施中，所述电能检测装置检测所述电动汽车电池的剩余电能，将表示剩余电能的剩余电能信号发送给所述第一控制装置，所述第一控制装置通过所述第一通信装置向所述后台控制中心发送充电请求；在所述无人机为所述电动汽车充电过程中，所述电能检测装置检测电池容积，当所述电动汽车的电池达到其电池容积时，触发所述自动断电装置。
[0049] 在具体实施中，所述充电平台为无线充电平台，所述无线充电平台内设电能接收线圈，所述无人机降落在所述无线充电平台上，利用无线感应电能传输原理，将储存在所述无人机内的电能通过其电能发送线圈传输至所述电能接收线圈。在实际应用中，所述充电平台还包括保护装置和升降装置，所述保护装置与所述第一控制装置相连，当所述第一控制装置接收到所述电动汽车、无人机的身份认证匹配完成信息，控制所述保护装置打开以将所述充电平台展示出来，然后控制所述升降装置的工作模式，使所述充电平台沿垂直向上方向上升一定距离，便于所述无人机无障碍地降落在所述充电平台上。
[0050] 在具体实施中，所述定位跟踪装置进一步包括摄像头和视频图像处理单元。所述摄像头获取视频图像，所述视频图像处理单元对图像进行预处理，通过图像滤波技术提高图像质量，然后对运动的目标电动汽车进行检测分类提取，最后对提取的目标电动汽车进行定位跟踪。进一步地，可利用光流法、帧差法、背景差法等进行运动的目标电动汽车的检测，利用形状特征法或运动特征法进行目标电动汽车特征的提取和分类，可通过基于区域的方法、基于特征的方法、基于变形模板的方法或基于模型的方法来实现视频图像的跟踪。作为优选方案，可采用基于区域的跟踪算法进行目标电动汽车的跟踪，即将当前帧检测到的目标电动汽车与前一帧中的目标电动汽车进行匹配，从而达到连续跟踪的目的。
[0051] 在具体实施中，所述距离探测器为雷达探测器。当无人机行进至所述目标电动汽车上空时，通过所述雷达探测器探测无人机与目标电动汽车之间的距离以及目标电动汽车的速度，所述无人机根据探测到的速度和距离通过第二控制装置调整自身的速度和工作模式，使所述无人机在与目标电动汽车速度一致时降落在所述电动汽车充电平台上。
[0052] 在具体实施中，所述无人机的储能装置携带有：为所述电动汽车进行补充的电能和所述无人机自身往返于服务站之间的电能。所述储能装置为蓄电池，所述电动汽车发送充电请求后，所述后台控制中心处理充电请求并向所述无人机发送充电指令，所述充电指令至少包括电动汽车的位置和速度信息，所述无人机携带蓄电池行进至所述电动汽车上空，并降落在所述电动汽车上对其进行电能传输。在实际应用中，所述电动汽车在发送充电请求时，可以请求输送能达到所述电动汽车电池容积上限的电能，或者请求输送足以让所述电动汽车行进至前方下一个服务站的电能，所述电动汽车车主可以根据车辆需求自行选择。
[0053] 在具体实施中，所述无人机的第二控制装置控制所述动力装置、起落装置的工作模式，使所述无人机能够起飞、行进和降落。所述无人机的第二控制装置可为集成有嵌入式芯片的控制模块，用于处理所述后台控制中心、电动汽车发来的信息和无人机自身探测返回的信息，并控制无人机自身的工作模式。所述无人机还具有动力装置、起落装置和避障检测装置，所述无人机的第二控制装置根据所述避障检测装置检测到的障碍物信息进行分析计算，并控制所述动力装置和起落装置的工作模式，使所述无人机成功避开障碍物，避免所述无人机与障碍物的碰撞。在实际应用中，所述避障检测装置为红外线传感器、超声波传感器、激光传感器或视觉传感器中任一种。所述避障检测装置检测到前方障碍物信息，如，障碍物的高度、宽度、与无人机的距离、无人机当前行进速度等，将所述障碍物信息发送给所述第二控制装置，所述第二控制装置计算分析得到避障飞行路线，并控制所述动力装置和起落装置的工作模式，使所述无人机沿所述避障飞行路线行进，避免所述无人机与障碍物碰撞而受到损坏。作为优选方案，所述避障探测器可为超声波传感器，所述超声波传感器沿多个方向设置在所述无人机上，这样的设置既可在无人机行进时监控周围障碍物，又可在无人机起飞、下降和降落的时候避免速度太快碰到障碍物或地面。
[0054] 在具体实施中，利用所述基于无人机的电动汽车电能补充系统进行电能补充的方法包括：
[0055] 1)电动汽车的电能检测装置在检测到车辆电量不足时，通过第一控制装置向后台控制中心发送充电请求，所述后台控制中心接收、处理所述充电请求并向无人机发送充电指令，所述充电指令包括电动汽车的位置和速度信息。所述充电请求包括车辆身份信息、车辆型号、电能需求、当前车速、当前位置和行驶方向。所述车辆身份信息为所述电动汽车通过所述后台控制中心认证通过并存储在其数据库内的数据信息，这样能保证认证通过后的电动汽车在有充电需求的时候，能优先得到所述后台控制中心的支持并及时获得电能补充；所述车辆型号为电动汽车的长度、高度、宽度、出厂日期等参数，确定所述车辆型号有助于所述无人机准确降落在目标电动汽车上；所述电能需求为所述电动汽车请求补充的电能的量，所述无人机根据所述电能需求决定携带的电能的量；所述电动汽车发送充电请求后，在所述无人机降落之前将其车速控制在发送充电请求时的当前车速，这样有助于所述后台控制中心基于成本最优原则，准确判断所述无人机需要携带的电能以及需要将哪个服务站的无人机派送出去等，避免携带电能过多造成所述无人机负荷过重，或携带电能过少造成电动汽车充电需求不能满足或所述无人机无法返回服务站等，还可以避免将距离目标电动汽车更远的无人机派送出去，造成资源浪费；所述当前位置、行驶方向进一步帮助所述后台控制中心准确派送合适的无人机进行电能补充。所述后台控制中心根据所述充电请求为所述电动汽车匹配相应的无人机。
[0056] 2)所述无人机通过第二通信装置接收充电指令，由第二控制装置控制无人机的工作模式，并通过定位跟踪装置对电动汽车进行定位跟踪，控制所述无人机行进至所述电动汽车上空。所述充电指令包括电动汽车的位置和速度信息，所述无人机携带电能通过第二控制装置控制自身工作模式，并通过定位跟踪装置对电动汽车进行定位跟踪、行进至所述电动汽车上空；所述后台控制中心选定相匹配的无人机后，将所述无人机的身份认证信息发送给所述电动汽车，同时将所述电动汽车的身份认证信息发送给所述无人机，以便于所述电动汽车、无人机在近距离时通过无线通信进行数据交互，相互识别身份认证信息，实现身份匹配。在进行身份匹配时，所述电动汽车向所述无人机发送携带所述无人机身份信息的指令，所述无人机向所述电动汽车发送携带所述电动汽车身份信息的指令，所述无人机、电动汽车的身份信息为唯一的，保证所述电动汽车与所述无人机能正确匹配。所述无人机的型号、可携带电能等信息预先存储在所述后台控制中心的数据库内，所述后台控制中心根据所述电动汽车的充电请求，为所述电动汽车匹配相应规格的无人机，给所述无人机发送控制指令，所述无人机的第二控制装置接收控制指令，控制所述无人机的工作模式，通过定位跟踪装置使所述无人机起飞并行进至所述电动汽车上空。所述无人机在行进过程中，通过超声波传感器检测行进前方的障碍物信息，所述第二控制装置对所述障碍物信息进行分析计算，得到避障飞行路线，所述第二控制装置控制所述无人机切换工作模式，使其成功避开障碍物，避免所述无人机与障碍物碰撞造成损坏。
[0057] 3)所述无人机与所述电动汽车通过所述第一通信装置、第二通信装置进行数据交互，实现身份匹配，匹配成功后，所述电动汽车打开充电平台；当所述无人机通过所述定位跟踪装置行进至所述电动汽车上空后，所述定位跟踪装置通过摄像头拍摄所述电动汽车的车顶图像，并将所述车顶图像反馈给所述无人机第二控制装置，所述无人机确认自身处于所述电动汽车上方，所述无人机第二控制装置通过NFC通信装置发送身份认证信息，所述身份认证信息为后台控制中心发送给所述无人机的所述电动汽车身份认证信息，所述电动汽车确认所述身份认证信息并反馈所述无人机的身份认证信息，所述无人机确认所述电动汽车发送的身份认证信息，身份认证匹配完成，所述电动汽车接收到身份匹配完成指令后，其第一控制装置控制所述充电平台展示出来并向上升起。
[0058] 4)所述无人机通过雷达探测器探测其与所述电动汽车充电平台之间的距离并控制其工作模式，使所述无人机降落在所述电动汽车充电平台上；所述无人机通过雷达探测器探测其与所述电动汽车充电平台之间的距离以及所述电动汽车的速度，所述无人机的第二控制装置调整自身的工作模式和行进速度，使所述无人机在与所述电动汽车速度一致时降落在所述电动汽车的充电平台上。
[0059] 5)所述电动汽车通过对位装置对准所述无人机与电动汽车的电能收发线圈，通过车顶固定装置固定所述无人机；所述无人机降落并在所述充电平台上后，所述电动汽车第一控制装置控制所述对位装置调整所述充电平板内的电能接收线圈，使得所述电能接收线圈与所述无人机的电能发送线圈对准，提高所述无人机向所述电动汽车进行电能传输的效率，所述无人机和电动汽车充电平台的电能收发线圈对准后，所述电动汽车第一控制装置控制所述车顶固定装置固定所述无人机。
[0060] 6)所述无人机第二控制装置通过所述储能装置对所述电动汽车传输电能；所述无人机被固定后，所述电动汽车第一控制装置向所述无人机发送充电已准备就绪的信息指令，所述无人机接收指令后，切换工作模式，所述第二控制装置控制所述储能装置通过电能发送线圈发送电能，所述电动汽车充电平板的电能接收线圈接收电能。
[0061] 实施例1
[0062] 在本实施例中，基于无人机的电动汽车电能补充系统通过系统APP来实现，所述系统APP内设有控制模块1、请求发送模块2、定位跟踪模块3、车顶固定模块4、对位模块5、显示模块6、语音模块7、通信模块8和距离探测模块9。所述控制模块1控制所述请求发送模块2、定位跟踪模块3、车顶固定模块4、对位模块5、显示模块6、语音模块7和通信模块8的运行。用户安装所述系统APP后，通过车内显示器可查找所述系统APP的图标，所述系统APP通过显示模块6显示其控制界面，用户可通过点击所述系统APP图标打开所述控制界面，或者直接通过语音控制所述系统APP运行，所述系统APP通过语音模块7对用户的语音指令进行转换和输出。
[0063] 所述电动汽车的电能检测装置检测到电池电能不足时，将电能不足信号发送给所述控制模块1，所述控制模块1通过所述语音模块7输出指令，提示车主是否需要发送充电请求指令，在车主同意发送指令后，所述请求发送模块2向后台控制中心发送充电请求。所述后台控制中心处理充电请求并向所述无人机发送充电指令，所述充电指令至少包括电动汽车的位置和速度信息，所述无人机携带行进至所述电动汽车上空，所述定位跟踪模块3接收所述无人机的定位跟电能踪信息并可将所述信息通过所述显示模块6显示在所述控制界面上。所述无人机通过所述通信模块8与所述电动汽车进行数据交互，进行身份信息识别，实现身份匹配，匹配成功后，所述无人机通过所述距离探测模块9探测其离所述电动汽车充电平台的距离和所述电动汽车的速度，并控制所述无人机的工作模式和速度，使得所述无人机在与所述电动汽车速度一致时降落在所述电动汽车充电平台上，所述对位模块5进行电能收发线圈的对位，对位完成后，所述车顶固定模块4控制所述车顶固定装置固定所述无人机，所述控制模块1发送可以接受电能补充的指令，所述无人机切换工作模式，控制所述无人机向所述电动汽车传输电能。所述电能传输情况可通过显示模块6显示在所述控制界面上。电能补充开始和结束时，所述语音模块7均进行语音提示。所述通信模块8可以是NFC通信模块。
[0064] 对于在光伏公路上行驶的电动汽车来说，在日照充足、太阳能转化效率高的条件下，所述光伏公路的光伏电源足以供应所述电动汽车的供电需求，但是在梅雨季节或日照不足、太阳能转化效率低的条件下，所述光伏电源不足以供应电动汽车的供电需求，所述电动汽车可通过所述系统APP发送充电请求来进行电能补充，从而保证电动汽车的用电需求，且随时随地可发送充电请求，提高了用户的使用体验。
[0065] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案。
