复杂城市环境下无人机路网模型研究

作     者：胡小兵 杨常澍 周隽 HU Xiao-bing;YANG Chang-shu;ZHOU Jun

作者机构：中国民航大学体系安全与智能决策实验室天津300300 中国民航大学中欧航空工程师学院天津300300 

出 版 物：《交通运输系统工程与信息》 (Journal of Transportation Systems Engineering and Information Technology)

年 卷 期：2023年第23卷第4期

页      面：251-261页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0701[理学-数学] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：中央高校基本科研业务费专项资金(3122023012) 天津市应用基础研究多元投入基金重点项目(21JCQNJC00790)。 

主　　题：航空运输 路网模型 三维可视图 无人机 路径规划 改进涟漪扩散算法 

摘      要：针对复杂城市环境下无人机路径规划问题,采用三维可视图法研究路网模型。首先,在考虑无人机飞行安全裕度的前提下,将城市密集而不规则的障碍物环境进行变形重组,再以不同的水平和竖直间隔对障碍物外表面进行离散化的节点采集,并构建基于三维可视图的复杂城市低空路网模型。其次,为降低无人机之间的潜在冲突和碰撞风险,引入无人机机动保护区的概念,进一步缩减路网规模,优化路网结构。最后,结合无人机性能和平稳飞行的要求,以最大航向角改变量作为主要限制条件,以最小化路径长度为目标,提出改进的涟漪扩散算法进行求解。仿真结果表明:三维可视图中的采点间隔直接决定了路网模型中节点和链接的数量,并对最优路径与规划时间具有显著影响;1000组仿真实验表明,考虑机动保护区后,最短路径的平均长度相较于无机动保护区时增长了不足1%,而计算耗时降低了近70%。仿真实验验证,通过引入无人机机动保护区和航向角改变量的限制,能够有效降低路网规模,提升运算效率,并有利于获得平滑的路径,降低无人机的潜在碰撞风险。