[发明专利]基于低空空域限制条件的无人机飞行网络建模方法

说明书

本发明属于低空空域规划及管理领域，具体公开了一种基于低空空域限制条件的无人机飞行网络建模方法，用以对低空空域的限制因素进行建模描述，构建无人机的飞行栅格网络，为无人机飞行路径规划技术、无人机冲突预警告警及冲突规避技术提供技术支持。该方法首先构建地形环境栅格网络，基于数字高程模型对地形环境限制进行栅格化，并建立栅格网中任意点的高程求解方法；其次构建空域限制环境栅格网络，并建立航迹点与限制空域、航段与限制空域、限制空域与限制空域之间的拓扑关系，从而基于低空空域限制条件，实现无人机飞行网络建模。

技术领域

本发明涉及低空空域规划及管理领域，尤其涉及一种基于低空空域限制条件的无人机飞行网络建模方法。

背景技术

随着我国低空空域的改革和逐步开放以及技术的快速发展，无人机的应用范围越来越广泛，已遍布全国各地以及各行各业，低空空域使用需求日趋旺盛，随之带来的一系列低空空域安全问题也备受关注，充分利用有限的低空资源、保证低空飞行的安全已成为亟待解决的重要课题。

低空空域是各类航空器尤其是无人机的活动空间，是与无人机运行紧密相关的客观条件，如何对低空空域进行建模描述，对无人机态势监视、路径规划、危险预警告警等具有重要意义。目前，对低空空域的建模描述主要是伴随着解决飞行路径规划问题时建立一个二维平面模型或三维空间模型，并没有针对空域、地形的限制等系统地对低空空域进行建模描述。

发明内容

为建立完整完善无人机低空运行环境，切实有效地描述低空空域、地形的限制，本发明提供了一种基于低空空域限制条件的无人机飞行网络建模方法，为无人机管控平台的搭建提供理论支持。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于低空空域限制条件的无人机飞行网络建模方法，首先提取低空空域的运行环境特征数据，包括地形环境，限制区、危险区、禁飞区、净空区等空域环境(以下简称限制空域)，然后对地形、限制空域分别建模描述，包括以下步骤：

步骤一、提取地形环境特征要素，基于数字高程模型对地形环境进行栅格化，即将空间区域划分成相同的正方形栅格单元；

步骤二、将栅格顶点坐标经纬高转化为三维空间坐标，即从大地坐标系转化为世界坐标系；

其中，N为地球椭球面卯酉圈的曲率半径，e为椭球的椭圆第一偏心率，a为地球长半轴，b为短半轴，a＝6378137±2(m)，b＝6356752.314(m)；

步骤三、基于数字高程模型将其高程数值匹配为栅格顶点的高程值，利用高程内插法计算栅格网内任意点的高程值，具体步骤如下：

(1)判断选取插值点K与栅格顶点的关系；

(2)插值点K在栅格边界上时，采用最近邻插值法计算插值点高程；

(3)插值点K在栅格边界内时，采用双线性内插法计算插值点高程。

步骤四、提取限制空域环境特征要素，建立空限制域信息数据库；

步骤五、构建限制空域的四维空间要素结构，并将限制空域进行栅格化；

步骤六、构建航迹点与限制空域之间的拓扑网络结构关系，具体步骤如下：

(1)航迹点a_i∈Ω_j，此航迹点在限制空域Ω_j内；

(2)航迹点此航迹点在限制空域Ω_j外。

步骤七、构建航段与限制空域之间的拓扑网络结构关系，具体步骤如下：

(1)航段此航段与限制空域Ω_j不相交；