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航空学报 2024年第19期45卷 263-285页

作者：谢华韩斯特尹嘉男纪晓辉杨逸晨南京航空航天大学空中交通管理系统全国重点实验室南京210016 南京航空航天大学通用航空与飞行学院南京210016 南京航空航天大学民航学院南京210016

针对复杂城市环境下无人机集群飞行面临的多机耦合制约、冲突风险频发和运行效率低下等难题,提出了城市低空无人机飞行计划协同推演与最优调配方法。首先,面向无人机“个体”,考虑无人机与城市静态环境目标之间的冲突问题,构建了基于概... 详细信息

针对复杂城市环境下无人机集群飞行面临的多机耦合制约、冲突风险频发和运行效率低下等难题,提出了城市低空无人机飞行计划协同推演与最优调配方法。首先,面向无人机“个体”,考虑无人机与城市静态环境目标之间的冲突问题,构建了基于概率风险地图的无人机三维路径规划方法,实现了无人机飞行计划“初始生成”;然后,面向无人机“群体”,考虑无人机与无人机之间的冲突问题,构建了无人机飞行计划多类型冲突协同推演模型,设计并度量了冲突发生率、冲突风险等级和栅格占用比例等冲突特征指标;最后,设计了调整飞行路径、飞行速度、飞行时间等多元化调配策略,建立了基于多元策略自适应配置的无人机飞行计划优化调配模型,验证了所提方法的优化性能和参数敏感性,实现了不同交通密度场景下城市低空无人机飞行计划的优化调配。实验表明,所提方法可在有效控制风险成本和时间成本的基础上,将飞行计划冲突降低96.2%,对于40架以内的无人机运行场景,可得到完全无冲突的飞行计划,而100架以内的无人机最低飞行冲突解脱率可控制在95%以上。所提方法是科学有效的,可为复杂城市低空无人机飞行活动安全和高效管理提供理论基础和方法指导。

关键词：城市低空无人机空中交通管理飞行计划冲突探测与解脱运筹优化

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城市低空无人机冲突风险评估方法研究

城市低空无人机冲突风险评估方法研究

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作者：牟思妍南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着科学技术的快速发展和市场需求的持续扩大,民用无人机数量不断增加,空域内的无人机冲突风险评估问题亟待解决。本文主要面向城市低空空域,研究城市低空无人机冲突风险评估指标和评估模型,旨在量化空域整体风险,为城市低空空域安全... 详细信息

随着科学技术的快速发展和市场需求的持续扩大,民用无人机数量不断增加,空域内的无人机冲突风险评估问题亟待解决。本文主要面向城市低空空域,研究城市低空无人机冲突风险评估指标和评估模型,旨在量化空域整体风险,为城市低空空域安全管控工作提供基础。首先,本文从基本概念、影响因素和研究假设三个方面阐述城市低空无人机冲突风险评估方法研究基础,明确了城市低空、冲突风险、冲突可能性和冲突严重度四个相关概念,从安全综合管理四要素“人、机、环、管”的角度出发,分析城市低空无人机冲突风险影响因素,总结研究所需假设。然后,面向城市低空空域,研究无人机冲突风险评估关键指标,分别从冲突可能性和冲突严重度两个维度建立风险评估指标体系,依据信息含量最大、冗余信息最小、普适性等指标筛选原则建立无人机冲突风险评估关键指标筛选模型,搭建城市低空无人机运行仿真系统进行仿真试验,筛选出垂直轨迹误差分布、相对速度大小、平均冲突时长和冲突解脱难度四项兼具代表性和独立性的关键指标。最后,建立城市低空无人机冲突风险评估模型。使用平均分配法计算指标权重,建立基于优劣解距离法的评估模型,进行仿真验证,评估结果显示该模型计算得到的风险评估值可在一定程度上反映空域风险。为提高评估值准确性,改进模型赋权方法,结合层次分析法、CRITIC权重法和信息量权重法三种赋权方法确定指标权重,建立基于改进优劣解距离法的评估模型,进行多组仿真验证,评估结果显示该模型仍具有一定的局限性,当飞行量小于80时,评估结果准确性降低。据此,以飞行量80为权重变化临界点,建立基于改进优劣解距离法的动态变权评估模型,进行多组仿真验证,评估结果显示该模型与前两个评估模型相比在评估城市低空无人机冲突风险时更具准确性和合理性,评估结果能够有效反映空域风险状态和变化趋势。

关键词：城市低空无人机冲突风险评估指标评估模型

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复杂城市低空无人机安全风险评估与三维路径规划

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安全与环境学报 2024年第7期24卷 2490-2507页

针对复杂城市环境内低空无人机飞行安全与效率亟待提升的问题,提出了复杂城市低空无人机安全风险评估与三维路径规划方法。首先,设计了无人机越界冲突率、缓冲空域占比指标,建立了无人机地理围栏安全缓冲间距优化模型,对最佳缓冲间距和... 详细信息

针对复杂城市环境内低空无人机飞行安全与效率亟待提升的问题,提出了复杂城市低空无人机安全风险评估与三维路径规划方法。首先,设计了无人机越界冲突率、缓冲空域占比指标,建立了无人机地理围栏安全缓冲间距优化模型,对最佳缓冲间距和栅格粒度进行了标定;然后,构建了由人口密度层、遮蔽层和障碍层构成的无人机风险地图,建立了弹道下降和失控滑行两种模式下的无人机对地风险评估模型,生成了精细化、组合化的城市低空概率风险地图;最后,综合利用地理围栏、概率风险地图和跳点搜索算法,对无人机三维路径进行了初始规划和优化重构。结果表明:弹道下降模式的伤亡风险是失控滑行下降模式的5~75倍;与A*算法相比,跳点搜索算法有效减少了飞行路径的转弯数量,缩短了求解时长,更适合规划无人机飞行路径;与不采用风险地图的方法相比,基于风险地图的无人机路径规划减少了50%的较高风险节点,相应的路径长度仅增加了7.2%和11.4%,整体路径节点的伤亡风险明显降低。研究成果可为复杂城市低空无人机飞行计划制定及安全运行监管提供理论依据和方法支撑。

关键词：安全系统学城市低空无人机(UAV) 地理围栏安全评估路径规划跳点搜索算法

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基于需求的城市低空无人机航路网络构建方法

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武汉理工大学学报（交通科学与工程版） 2024年第4期48卷 609-615页

作者：张洪海于文娟周锦伦钟罡南京航空航天大学民航学院南京211106

针对城市低空无人机运行需求不断增加的问题,综合考虑城市区域交通需求、空域环境以及无人机性能等限制条件,以最小化网络节点、最大化覆盖需求点和需求量为目标,提出了一种城市低空无人机航路网络构建方法.建立网络节点生成模型和航路... 详细信息

针对城市低空无人机运行需求不断增加的问题,综合考虑城市区域交通需求、空域环境以及无人机性能等限制条件,以最小化网络节点、最大化覆盖需求点和需求量为目标,提出了一种城市低空无人机航路网络构建方法.建立网络节点生成模型和航路网络构建模型;通过改进的greedy算法生成网络节点;结合使用k近邻(k-Nearest Neighbor,K-NN)和Prims算法构建无人机航路网络;选取上海地区物流业务需求量数据进行仿真验证,并运用复杂网络相关指标分析所构建的航路网络性能.结果表明:本文提出的城市低空无人机航路网络构建方法可以同时实现干线和支线航路网络的构建,且干线航路网络实现了网络全连通,还可以结合无人机任务需求设置网络节点实现航路网络灵活规划.

关键词：无人机低空空域划设城市低空航路网路

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基于Voronoi图最近邻协商的多机协同追捕方法

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哈尔滨工程大学学报 2023年第2期44卷 284-291页

作者：张云赫苏立晨董云帆刘瑜李宇萌北京航空航天大学电子信息工程学院北京100191 北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京电子工程总体研究所北京100854 清华大学信息科学技术学院北京100084

为了应对低空空域下频发的无人机“黑飞”事件,本文采用了以协同追捕为代表的柔性反制思路,然而由于低空运行环境复杂、任务快变、约束多元,传统最优控制方法难以有效适用,因此,研究了多对多场景下的多无人机协同追捕问题,建立了基于Vor... 详细信息

为了应对低空空域下频发的无人机“黑飞”事件,本文采用了以协同追捕为代表的柔性反制思路,然而由于低空运行环境复杂、任务快变、约束多元,传统最优控制方法难以有效适用,因此,研究了多对多场景下的多无人机协同追捕问题,建立了基于Voronoi图的多无人机协同追捕模型,并证明了基于面积最小化的追捕策略的鲁棒性。进而,考虑环境障碍、信息非完备的约束条件,提出了基于最近邻协商的多机协同追捕方法,仿真结果验证了所提出的协同追捕策略的高效性和鲁棒性,为多无人机协同追捕问题提供了理论与技术支撑。

关键词： “黑飞”无人机协同追捕 Voronoi图追逃博弈最近邻协商约束条件城市低空柔性反制

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