[发明专利]一种多目标约束的低空无人机航路规划设计方法

说明书

本发明公开了一种多目标约束的低空无人机航路规划设计方法，属于民航延误分析技术领域。首先基于城市低空需求设置初始航路点与航路网络，随后引入冲突约束、三区约束、通行需求约束等约束，通过移动航路点与重构航路网络，以实现空域容量、运行成本、运行安全性等多目标函数最优，从而针对不同低空环境设计出相应的无人机低空航路网络。

技术领域

本发明属于无人机航路规划技术领域，根据需求构建航路点与初始航路网络，设置多个约束条件，通过移动航路点与重构航路网络，实现多目标函数最优，进而设计无人机低空航路网络。

背景技术

UTM场景下关城市低空无人机的相关研究以飞行规划为主，而航路网络规划较少。由于城市低空空域的连续性与复杂性，为减轻复杂度，目前构建空域环境研究较多采用网格法(Grid)建立低空无人机低空飞行空域环境，网格化表示将三维地理信息映射到网格中，首先将空域环境划分为网格块，然后根据网格内包含的航点(通信点、机场、临时降落区、降落等待区等)、限制区和通信、导航和监视能力，将网格分为障碍网格和自由网格。

自此，空域环境由自由网格和障碍网格构成，并形成一个连通图。这样，航路规划问题就转化成对自由网格的规划问题，即在该连通图上寻找从起始网格到终点网格的规避障碍物的最优路径。

UTM场景下的航空网络的主要特点有：低空无人机航路网络，它相比于传统的飞行器，具有以下的特征，首先是由于是城市低空，障碍物分布更加复杂。其次是城市无人机节点更加分散，而且相比于传统飞行器已知机场，需要先确定节点位置。最后是无人机密度高，动态变化情况显著，对于模型实时性要求比较高，可能在不同时段，航路网络要做相应的调整。因此需要一种多目标约束的低空无人机航路规划设计方法实现航路网络的设置。

发明内容

本发明提供了一种多目标约束的低空无人机航路规划设计方法，根据需求构建航路点与初始航路网络，设置多个约束条件，通过移动航路点与重构航路网络，实现多目标函数最优，进而设计无人机低空航路网络。

本发明提供的多目标约束的低空无人机航路规划设计方法，步骤如下：

步骤1：确定航路网络作用的区域。

步骤2：确定区域内有效空域。

步骤3：提取有效区空域内的城市轮廓。

步骤4：城市轮廓中构建节点。

步骤5：构建航路连边，形成初始航路网络。

步骤6：引入约束条件，确定多目标函数，优化无人机中心位置与连边，构建满足约束条件且多目标函数达到最优的航路网络。

本发明的优点在于：

1、本发明多目标约束的低空无人机航路规划设计方法，解决了未来无人机在城市上空的管理问题，相较于其他航路优化的适用范围，本发明结合城市低空特点与无人机特性，对城市低空加以分类区分，并融合安全性、经济性、可靠性对航路做综合优化。

2、本发明多目标约束的低空无人机航路规划设计方法，实现了根据需求点确定初始航路网络，随后在初始航路网络的基础上实现多目标优化航路网络，两部分相互影响相互作用，较为完整的实现了航路网络从无到有的规划以及优化。

附图说明

图1为本发明多目标约束的低空无人机航路规划设计方法流程图。

图2为本发明多目标约束的低空无人机航路规划设计方法中城市轮廓提取示意图。

图3为本发明多目标约束的低空无人机航路规划设计方法中城市需求点示意图。

图4为本发明多目标约束的低空无人机航路规划设计方法中无人机中心位置选取方式示意图。