[发明专利]基于低空风预测模型的安全航迹规划方法

权利要求书

1.一种基于低空风预测模型的安全航迹规划方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1，建立救援环境的三维网格，将网格中心点作为救援航空器的飞行路径节点，以航空器的垂直安全距离和侧向安全距离为准，对飞行路径节点进行筛选，得到可通行矩阵A；

步骤2，引入距离权重，得到带距离权重的邻接矩阵C；

步骤3，采用Dijkstra算法对带距离权重的邻接矩阵C求解最短路径，途经的节点即为最短航迹节点；

步骤4，利用基于地形坡度的低空风场预测方法得到每个最短航迹节点对应的风速和风向，结合航空器的航速和航向，从而得到航空器在各航迹节点的实际航迹；

步骤5，判断步骤4得到的实际航迹是否满足航空器飞行的垂直安全距离和侧向安全距离，若满足则不作处理，若不满足则进行航迹修正，最终得到低空救援安全航迹；

在步骤4中，利用基于地形坡度的低空风场预测方法得到每个最短航迹节点对应的风速和风向的过程是：

步骤41，确定风矢量参考点j及待求点i，确定地形基准面及其高程；

步骤42，计算每个待求点所在坡体的坡度，坡度由待求点i所在高度H_i以及该点与基准点在主要风向上的水平距离L_i共同确定，其中基准点指该点所在山坡的坡脚外延轮廓与主风向延长线的交点；

步骤43，根据待求点所在坡体坡度，采用不同方法计算风矢量：

若待求点所在坡体坡度小于0.2，则视为平原地区考虑，利用反距离权重插值法计算风速；具体如下：

式中的U_i^cal、V_i^cal代表待求点的水平风分量的计算值，代表观测点的水平风分量的记录值，U代表东西向的风分量，V代表南北向的风分量，W_j表示每个观测点j的权重，n为观测点的总数；

若待求点所在坡体坡度大于0.2且小于0.7，则视为缓坡地区考虑，若坡度大于0.7，则视为陡坡地区考虑；计算缓坡或陡坡地区的风矢量时，先用反距离权重插值法计算坡体山脚处风速，再利用相应的拟合函数计算坡体上的风速；

风向与参考点风向一致；

第一种拟合函数为：

f(x)＝a₁×sin(b₁×x×c₁)+a₂×sin(b₂×x×c₂)+a₃×sin(b₃×x×c₃) (3)

其中a₁＝47.53，b₁＝0.007575，c₁＝-1.14，a₂＝49.3，b₂＝0.01263，c₂＝0.1726，a₃＝22.4，b₃＝0.01541，c₃＝2.298，该拟合函数的决定系数R²＝0.9849，决定系数越接近1，则拟合效果越好，和方差SSE＝0.2809，均方根误差RMSE＝0.3748；

第二种拟合函数为：

f(x)＝d₁×sin(e₁×x×f₁)+d₂×sin(e₂×x×f₂)+d₃×sin(e₃×x×f₃) (4)

其中d₁＝139.8，e₁＝0.00383，f₁＝1.448，d₂＝125.7，e₂＝0.006422，f₂＝3.735，d₃＝28.76，e₃＝0.009827，f₃＝5.668，该拟合函数的决定系数R²＝0.9975，决定系数越接近1，则拟合效果越好，和方差SSE＝0.1287，均方根误差RMSE＝0.2537；

步骤44，基于步骤43求得的近地风速，根据航迹节点的海拔高度，采用指数律公式或对数律公式估算航迹节点所在高度的低空风速。