[发明专利]无人机低空公共航路网设计方法

权利要求书

1.一种无人机低空公共航路网设计方法，其特征在于，所述方法包括：

获取规划区域内无人机低空飞行环境数据，所述无人机低空飞行环境数据包括：地形数据、低空气候数据、空域政策数据和低空移动通信信号空间分布数据；

根据所述无人机低空飞行环境数据得到无人机空港布局信息，所述无人机空港布局信息包括：多个无人机空港的选址站点及各所述无人机空港的服务范围；

根据所述无人机空港布局信息、所述无人机低空飞行环境数据和蚁群算法得到多条三维航路；

根据多条所述三维航路形成无人机低空公共航路网；

所述根据所述无人机空港布局信息、所述无人机低空飞行环境数据和蚁群算法得到多条三维航路，具体包括：

根据各所述无人机空港的服务范围和预设的航路层级确定每个航路层级包括的每条三维航路中的两个所述无人机空港；

根据一条三维航路的两个所述无人机空港和对应的规划区域内无人机低空飞行环境数据构建无人机低空飞行环境数学模型；

对经数字化的所述无人机低空飞行环境数学模型在预设飞行高度上进行水平切片，得到所述预设飞行高度上的数字化的二维低空环境数学模型；

基于蚁群算法在所述数字化的二维低空环境数学模型中进行二维路径搜索，得到二维航路，其中，在所述蚁群算法中，搜索空间由以起始节点和终止节点间连线做可变距离的缓冲形成，缓冲距离从初始值以1个搜索步长逐渐增加直至所述搜索空间内有最优航路解；

根据所述二维航路和基准地形数据，得到一条三维航路；

遍历所有航路层级的各条三维航路中的两个所述无人机空港，得到多条三维航路；

所述构建无人机低空飞行环境数学模型的过程为：

首先，构建无人机低空飞行空间初始模型：假设第i个航点坐标为(x_i，y_i，z_i)，则该低空飞行空间初始模型的数学为：

其中，x_i为经度，y_i为纬度，z_i为高度，x_min、x_max、y_min和y_max表示规划空间平面范围，该规划空间平面范围覆盖两个无人机空港的选址站点，f_1i(x_i，y_i)为第i个航点所在位置的基准地形高度，f_2i(x_i，y_i)为第i个航点所在位置的通信最大高度；

所述第i个航点所在位置的基准地形高度为：

其次，对无人机低空飞行空间初始模型中约束无人机安全飞行的要素进行数学建模，完成构建无人机低空飞行环境数学模型；

所述约束无人机安全飞行的要素主要包括：山峰约束要素、高层建筑约束要素、低空气候约束要素和空域政策限制区约束要素；

所述山峰约束要素数学模型为：

式中z₁(x，y)为山峰的高程函数，x为山峰在x轴方向的坐标，y为山峰在y轴方向的坐标，(x_j，y_j)为第j个山峰的中心坐标，H_j为基准地形高度，a和b分别是第j个山峰沿x轴和y轴方向的衰减量，控制坡度；

所述高层建筑约束要素数学模型表示为：

z₂(x，y)＝H_j，

其中，z₂(x，y)为高层建筑的高程函数，x为高层建筑在x轴方向的坐标，y为高层建筑在y轴方向的坐标，(x_j，y_j)为第j个高层建筑的中心坐标，H_j为第j个高层建筑的高度，R为高层建筑的占地半径；

所述低空气候约束要素数学模型为：

d_ij＝(x-x_j)²+(y-x_j)²

其中，z₃(x，y)为低空气候影响区域的高度函数，x为低空气候影响区域在x轴方向的坐标，y为低空气候影响区域在y轴方向的坐标，H为航路规划区域高度上限，(x_j，y_j)第j个低空气候影响区的中心坐标，d_ij为第i个航点到第j个气候影响区的距离，d_min为该气候影响区的核心区，在所述核心区内无人机的损毁概率为1，d_max为受到大气影响的最大半径；

所述空域政策限制区约束要素数学模型为：

其中，z₄(x，y)为第j个限制区的影响曲面，(x_j，y_j)为第j个限制区的中心坐标，R为该限制区的占地半径。