[發(fā)明專利]一種基于空域網(wǎng)格化的無(wú)人機(jī)動(dòng)態(tài)地理圍欄規(guī)劃方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010909173.0
• 申請(qǐng)日: 2020-09-02
• 公開（公告）號(hào): CN112116830B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 湯新民;顧俊偉;鄭鵬程;李騰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G08G5/00
• 分類號(hào): G08G5/00;G06K9/62;G06F17/18
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 徐紅梅

本發(fā)明公開了一種基于低空空域網(wǎng)格化的無(wú)人機(jī)動(dòng)態(tài)地理圍欄規(guī)劃方法，包括考慮無(wú)人機(jī)實(shí)際航跡隨機(jī)性特性，對(duì)無(wú)人機(jī)飛行計(jì)劃進(jìn)行柔性航跡預(yù)測(cè)；結(jié)合無(wú)人機(jī)柔性航跡預(yù)測(cè)結(jié)果，進(jìn)行動(dòng)態(tài)地理圍欄縱向長(zhǎng)度尺寸設(shè)計(jì)；對(duì)目標(biāo)空域范圍內(nèi)的歷史航跡數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并對(duì)空域進(jìn)行均勻網(wǎng)格化處理與編號(hào)；定義影響低空空域復(fù)雜性的關(guān)鍵指標(biāo)，采用核K?均值聚類方法對(duì)空域網(wǎng)格進(jìn)行聚類分析實(shí)現(xiàn)低空空域復(fù)雜性分級(jí)度量結(jié)果；結(jié)合低空空域網(wǎng)格復(fù)雜度，進(jìn)行動(dòng)態(tài)地理圍欄動(dòng)態(tài)地理圍欄橫向范圍規(guī)劃。本方法首次提出一套完整的無(wú)人機(jī)動(dòng)態(tài)地理圍欄規(guī)劃方法并將其運(yùn)用到低空空域空中交通管理中，有效提高低空空域的利用率，有利于緩解低空空域資源緊張問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及空中交通規(guī)劃管理技術(shù)，特別是涉及一種基于空域網(wǎng)格化的無(wú)人機(jī)動(dòng)態(tài)地理圍欄規(guī)劃方法。

背景技術(shù)

隨著民用無(wú)人機(jī)應(yīng)用的不斷深入和無(wú)人機(jī)市場(chǎng)的快速擴(kuò)大，未來(lái)低空空域的運(yùn)行管理將面臨巨大的挑戰(zhàn)。低空空域資源緊缺和分配不當(dāng)將帶來(lái)許多問(wèn)題，一方面，關(guān)于低空空域的空中交通管理方式，采用傳統(tǒng)管理模式下劃分隔離空域方式或規(guī)劃靜態(tài)地理圍欄方式，都是較為粗放型的管理模式，在部分因經(jīng)濟(jì)或地理因素所導(dǎo)致的較繁忙空域資源將無(wú)法滿足需求。另一方面，由于低空空域的航空器種類、機(jī)型大小以及飛行方式各種各樣，導(dǎo)致低空空域的管理模式無(wú)法照搬運(yùn)輸航空空域的扇區(qū)劃分管制模式。因此關(guān)于低空空域的空中交通管理模式應(yīng)該結(jié)合其自身特點(diǎn)，針對(duì)空域資源緊缺，無(wú)人機(jī)之間潛在沖突等問(wèn)題進(jìn)行合理規(guī)劃。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種基于空域網(wǎng)格化的無(wú)人機(jī)動(dòng)態(tài)地理圍欄規(guī)劃方法，解決現(xiàn)有的劃設(shè)隔離空域或靜態(tài)地理圍欄規(guī)劃等低空空中交通管理方式所帶來(lái)的低空空域資源緊張以及利用率低下等實(shí)際問(wèn)題。

技術(shù)方案：本發(fā)明的基于低空空域網(wǎng)格化的無(wú)人機(jī)動(dòng)態(tài)地理圍欄規(guī)劃方法，包括以下步驟：

S1、考慮無(wú)人機(jī)實(shí)際航跡隨機(jī)性特性，對(duì)無(wú)人機(jī)飛行計(jì)劃進(jìn)行柔性航跡預(yù)測(cè)；

S2、結(jié)合無(wú)人機(jī)柔性航跡預(yù)測(cè)結(jié)果，進(jìn)行動(dòng)態(tài)地理圍欄縱向長(zhǎng)度尺寸設(shè)計(jì)；

S3、對(duì)目標(biāo)空域范圍內(nèi)的歷史航跡數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并對(duì)空域進(jìn)行均勻網(wǎng)格化處理與編號(hào)；

S4、定義影響低空空域復(fù)雜性的關(guān)鍵指標(biāo)，采用核K-均值聚類方法對(duì)空域網(wǎng)格進(jìn)行聚類分析實(shí)現(xiàn)低空空域復(fù)雜性分級(jí)度量結(jié)果；

S5、結(jié)合低空空域網(wǎng)格復(fù)雜度，進(jìn)行動(dòng)態(tài)地理圍欄橫向范圍規(guī)劃。

進(jìn)一步的，步驟S1具體為：

首先考慮無(wú)人機(jī)性能及飛行計(jì)劃數(shù)據(jù)，綜合推算出水平軌跡、高度剖面以及速度剖面，從而獲得無(wú)人機(jī)初始4D航跡；在此基礎(chǔ)上，考慮無(wú)人機(jī)實(shí)際航跡隨機(jī)特性，即風(fēng)速的不確定性和指示空速的不穩(wěn)定性導(dǎo)致實(shí)際的平均地速與計(jì)算得到的結(jié)果產(chǎn)生的差異；

假設(shè)無(wú)人機(jī)在巡航階段的指示空速V_TAS和風(fēng)速V_WS均服從正態(tài)分布，其中指示空速風(fēng)速其概率密度函數(shù)分別為：

結(jié)合正態(tài)分布的特點(diǎn)和平均地速的表達(dá)式可知平均地速V_GS服從正態(tài)分布，即且其概率密度函數(shù)為：

由此推算出無(wú)人機(jī)在某航段上的平均空速實(shí)際取值在μ±3σ的范圍內(nèi)，即

進(jìn)一步的，步驟S2具體為：

在飛行習(xí)慣和風(fēng)速的綜合影響下，無(wú)人機(jī)在t時(shí)刻的平均地速在[μ_GS-3σ_GS,μ_GS+3σ_GS]范圍內(nèi)，則對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)地理圍欄的縱向長(zhǎng)度為：