[發明專利]一種多目標約束的低空無人機航路規劃設計方法

在審

• 申請號: 202010746683.0
• 申請日: 2020-07-29
• 公開（公告）號: CN111915932A
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 曹先彬;杜文博;李思遠;張明遠
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G08G5/00
• 分類號: G08G5/00
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 周長琪

本發明公開了一種多目標約束的低空無人機航路規劃設計方法，屬于民航延誤分析技術領域。首先基于城市低空需求設置初始航路點與航路網絡，隨后引入沖突約束、三區約束、通行需求約束等約束，通過移動航路點與重構航路網絡，以實現空域容量、運行成本、運行安全性等多目標函數最優，從而針對不同低空環境設計出相應的無人機低空航路網絡。

技術領域

本發明屬于無人機航路規劃技術領域，根據需求構建航路點與初始航路網絡，設置多個約束條件，通過移動航路點與重構航路網絡，實現多目標函數最優，進而設計無人機低空航路網絡。

背景技術

UTM場景下關城市低空無人機的相關研究以飛行規劃為主，而航路網絡規劃較少。由于城市低空空域的連續性與復雜性，為減輕復雜度，目前構建空域環境研究較多采用網格法(Grid)建立低空無人機低空飛行空域環境，網格化表示將三維地理信息映射到網格中，首先將空域環境劃分為網格塊，然后根據網格內包含的航點(通信點、機場、臨時降落區、降落等待區等)、限制區和通信、導航和監視能力，將網格分為障礙網格和自由網格。

自此，空域環境由自由網格和障礙網格構成，并形成一個連通圖。這樣，航路規劃問題就轉化成對自由網格的規劃問題，即在該連通圖上尋找從起始網格到終點網格的規避障礙物的最優路徑。

UTM場景下的航空網絡的主要特點有：低空無人機航路網絡，它相比于傳統的飛行器，具有以下的特征，首先是由于是城市低空，障礙物分布更加復雜。其次是城市無人機節點更加分散，而且相比于傳統飛行器已知機場，需要先確定節點位置。最后是無人機密度高，動態變化情況顯著，對于模型實時性要求比較高，可能在不同時段，航路網絡要做相應的調整。因此需要一種多目標約束的低空無人機航路規劃設計方法實現航路網絡的設置。

發明內容

本發明提供了一種多目標約束的低空無人機航路規劃設計方法，根據需求構建航路點與初始航路網絡，設置多個約束條件，通過移動航路點與重構航路網絡，實現多目標函數最優，進而設計無人機低空航路網絡。

本發明提供的多目標約束的低空無人機航路規劃設計方法，步驟如下：

步驟1：確定航路網絡作用的區域。

步驟2：確定區域內有效空域。

步驟3：提取有效區空域內的城市輪廓。

步驟4：城市輪廓中構建節點。

步驟5：構建航路連邊，形成初始航路網絡。

步驟6：引入約束條件，確定多目標函數，優化無人機中心位置與連邊，構建滿足約束條件且多目標函數達到最優的航路網絡。

本發明的優點在于：

1、本發明多目標約束的低空無人機航路規劃設計方法，解決了未來無人機在城市上空的管理問題，相較于其他航路優化的適用范圍，本發明結合城市低空特點與無人機特性，對城市低空加以分類區分，并融合安全性、經濟性、可靠性對航路做綜合優化。

2、本發明多目標約束的低空無人機航路規劃設計方法，實現了根據需求點確定初始航路網絡，隨后在初始航路網絡的基礎上實現多目標優化航路網絡，兩部分相互影響相互作用，較為完整的實現了航路網絡從無到有的規劃以及優化。

附圖說明

圖1為本發明多目標約束的低空無人機航路規劃設計方法流程圖。

圖2為本發明多目標約束的低空無人機航路規劃設計方法中城市輪廓提取示意圖。

圖3為本發明多目標約束的低空無人機航路規劃設計方法中城市需求點示意圖。

圖4為本發明多目標約束的低空無人機航路規劃設計方法中無人機中心位置選取方式示意圖。