[发明专利]无人机失控或失去动力故障状态坠地伤人风险评估方法

说明书

一种无人机失控或失去动力故障状态坠地伤人风险评估方法。其包括建立无人机失控或失去动力故障状态下的坠地航迹预测模型；设定边界条件；计算出无人机坠地点的位置坐标；计算出无人机坠地速度和坠地动能；计算出地面人员伤亡率，并以此为量化指标，评估无人机在步骤3)中获得的无人机坠地点处的风险等步骤。本发明具有如下有益效果：在建立失效坠地航迹预测模型过程中考虑了无人机失效或失去动力状态的精确运动学行为，同时在设定预测边界条件过程中，考虑了失效初始位置误差和失效初始速度误差，能够更加精确地预测出无人机坠地点和坠地动能，本方法可为无人机坠地伤人风险量化评估提供更为有效的支撑。

技术领域

本发明属于无人机技术领域，特别是涉及一种无人机失控或失去动力故障状态坠地伤人风险评估方法。

背景技术

对无人机坠地致伤区域的预测和坠地动能的估算是评估其坠地伤人风险的关键环节。目前的研究大多通过对无人机失效航迹的建模实现坠地区域预测，主要建模方法有经验估算法和建模分析法。其中，经验估算法依据无人机的重量、尺寸及类别，参考载人飞机或无人机历史失事数据，估算无人机失效后的航迹和受影响区域。经验估算法又可进一步分为基于航空器重量和基于航空器尺寸及类型的两种方法。建模分析法主要依据空气动力学模型和运动学模型预测坠落航迹，计算无人机失效后的受影响区域范围。

现有技术存在两个主要问题，其一是尚未有针对无人机失控或失去动力故障状态的无人机失效坠地航迹预测模型；其二是尚未有考虑失效边界条件误差的模型，包括初始失效位置误差和失效初始速度误差。

但是作为失效航迹建模的输入，首先需要确定其初始失效位置和失效初速度及相关误差，并以此为失效边界条件。目前技术缺乏对此研究。无人机在失效坠落前初始位置对预测输出的精确性影响重大，直接关系到地面人员的风险。因此，有必要开展基于航迹预测的无人机失控或失去动力故障状态坠地伤人风险评估方法研究。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供了一种无人机失控或失去动力故障状态坠地伤人风险评估方法。

为了达到上述目的，本发明提供的无人机失控或失去动力故障状态坠地伤人风险评估方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)建立无人机失控或失去动力故障状态下的坠地航迹预测模型；

2)设定无人机失控或失去动力故障状态下的边界条件；

3)将步骤2)确定的无人机失控或失去动力故障状态下的边界条件代入步骤1)建立的无人机失控或失去动力故障状态下的坠地航迹预测模型中，计算出无人机坠地点的位置坐标，并分析坠地点处的误差分布；

4)将步骤2)确定的无人机失控或失去动力故障状态下的边界条件代入步骤1)建立的无人机失控或失去动力故障状态下的坠地航迹预测模型中，计算出无人机坠地速度和坠地动能；

5)根据步骤4)获得的无人机坠地动能，结合地面遮蔽物保护系数和人员伤亡的能量阈值，计算出地面人员伤亡率，并以此为量化指标，评估无人机在步骤3)中获得的无人机坠地点处的风险。

在步骤1)中，所述的无人机失控或失去动力故障状态下的坠地航迹预测模型为：

式中：m为无人机质量，单位为kg；g为重力加速度，单位为m/s²；x、y、h分别为纵向、侧向和高度方向的位移，单位为m；t为无人机坠落时间，单位为s；D_x、D_y、D_h分别为纵向、侧向和高度方向的空气阻力，单位为N；

将空气阻力用无人机迎风面积和空气阻力系数展开，式(1)可表示成式(2)：