基于三字段证书的低空航路准入方法、系统、设备及介质

本公开涉及低空无人机运行技术管理与物联网协同保障，尤其涉及一种利用蜂窝基站、远程识别接收器、wi-fi/ble/lora网关、边缘节点及可信日志设施，对无人机候选航路及其出发时刻进行监测能力、控制接管能力和审计能力联合校验的基于三字段证书的低空航路准入方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、物流、巡检、应急响应和环境监测等低空任务正在从孤立试飞转向共享城市、园区和走廊空域中的重复运行。在对任务进行准入判断时，需要在起飞前确定飞行器在候选航路的占用时隙内是否具有符合要求的监测能力、异常发生后是否能在限定时延内获得控制接管机会，以及是否具备形成可信审计记录的服务条件。

2、异构基础设施可提供的能力并不等价：远程识别接收器可能只能观察而不能下发控制指令；蜂窝链路可能支持命令与控制，但不一定形成可信第三方审计记录；边缘网关可以本地记录事件，却未必覆盖完整航路。若仅以单一连接状态或平均覆盖率表征上述服务，可能无法区分监测、控制接管与可信审计三类能力，也可能遗漏其中某一类能力不足。

3、平均覆盖率还难以表征连续能力缺失的时序结构。例如，十个分散的未覆盖时隙与十个连续的未覆盖时隙可以具有相同平均覆盖率，但二者对应的最长连续监测盲区不同。因此，需要面向候选航路-出发时刻对，将异构基础设施服务按能力类别投影至连续占用时隙，分别评价连续监测盲区、控制接管等待和审计服务可用程度，并在相应资源约束下给出可解释的准入结果。

技术实现思路

1、一、发明目的

2、本公开旨在针对异构物联网基础设施所提供的监测、控制接管和可信审计能力不等价，以及统一连接指标难以同时表征连续监测盲区、控制接管等待和审计服务可用程度的问题，在任务出发前以能力类别和连续占用时隙为基础，对候选航路-出发时刻对进行可解释的联合准入判断。

3、二、技术方案

4、为解决上述技术问题，本公开提供一种基于三字段证书的低空航路准入方法，包括：获取低空飞行任务的任务请求、低空走廊图、候选出发窗口、时间索引的异构物联网基础设施地图，以及监测阈值、控制接管阈值、审计阈值、能耗约束和期限约束；将所述异构物联网基础设施提供的服务划分为监测、控制接管和可信审计三类能力；构建候选航路-出发时刻对，确定每一候选航路-出发时刻对的非空占用时隙集合和时空轨迹，并形成逐时隙的监测能力、控制接管能力和审计能力可用性序列；在时间扩展状态图中沿所述占用时隙集合维护连续监测能力缺失计数器和连续控制接管能力缺失计数器，剪除更新后的相应计数器超过对应阈值的状态转移，并在处理完最后一个占用时隙后删除末端连续控制接管能力缺失计数器大于零的终止状态；在剪枝后的时间扩展状态图中按照审计缺失量、能耗约束和期限约束进行路径搜索，对搜索得到的完整候选计算最长连续监测盲区、最坏接管等待时间和审计记录完整度，生成以所述最长连续监测盲区、最坏接管等待时间和审计记录完整度作为三个核心校验字段的三字段证书；仅在所述三个核心校验字段分别满足对应阈值，且能耗约束和期限约束均满足时将相应候选确定为可放行候选，并对未放行候选输出违反原因及相应处置结果。

5、所述“三字段”是指最长连续监测盲区、最坏接管等待时间和审计记录完整度三个核心校验字段；出发时刻、候选航路、监测冗余裕量及违反原因可以作为关联信息记录于证书，但不作为所述三个核心校验字段。

6、在启用监测冗余评价的实施方式中，可以将具有多类能力的物理设施拆分为对应的虚拟能力源，保留共同部署标识和适用的共同失效标识，并根据共同失效关系建立共同失效组；对于具有完整监测评价窗口的候选，按照独立观测失效模式或者共同失效模式计算监测冗余裕量，并在相应独立性条件和失效概率上界条件成立时启用单候选监测概率校验。

7、在多任务共享容量实施方式中，仅对已经通过所述三个核心校验字段、能耗约束和期限约束校验的候选执行共享容量校验；针对相应共享资源，按照共享资源及其占用时隙汇总拟放行候选的资源需求，在每个任务至多选择一个候选且任一共享资源在任一相应占用时隙的汇总资源需求不超过对应共享容量的条件下，确定放行集合。

8、具体地，第一方面，本公开提供一种基于三字段证书的低空航路准入方法，包括：

9、步骤s1，数据与约束获取：

10、获取低空飞行任务的任务请求、低空走廊图、候选出发窗口和时间索引的异构物联网基础设施地图，并获取监测阈值、控制接管阈值、审计阈值、能耗约束以及期限约束；

11、步骤s2，能力分类：

12、根据所述异构物联网基础设施地图，将所述异构物联网基础设施提供的服务划分为监测、控制接管和可信审计三类能力；

13、步骤s3，候选构建与能力投影：

14、构建候选航路-出发时刻对，确定每一候选航路-出发时刻对的时空轨迹和非空占用时隙集合，将所述三类能力按照所述候选航路-出发时刻对在相应位置和时隙的服务可用状态投影至所述时空轨迹，形成逐时隙的监测能力、控制接管能力和审计能力可用性序列；

15、步骤s4，连续风险剪枝：

16、在时间扩展状态图中，沿每一候选航路-出发时刻对的所述占用时隙集合维护连续监测能力缺失计数器和连续控制接管能力缺失计数器，根据逐时隙的相应能力可用状态对相应计数器进行清零或者递增，剪除更新后的相应计数器超过监测阈值或者控制接管阈值的状态转移，并在处理完最后一个占用时隙后删除末端连续控制接管能力缺失计数器大于零的终止状态；

17、步骤s5，三字段证书生成：

18、在剪枝后的时间扩展状态图中，按照审计缺失量、能耗约束和期限约束进行路径搜索，对搜索得到的完整候选计算最长连续监测盲区、最坏接管等待时间和审计记录完整度，生成以所述最长连续监测盲区、最坏接管等待时间和审计记录完整度作为三个核心校验字段的三字段证书；

19、步骤s6，准入决策与处置输出：

20、仅在所述最长连续监测盲区不大于所述监测阈值、所述最坏接管等待时间不大于所述控制接管阈值、所述审计记录完整度不低于所述审计阈值，且能耗约束和期限约束均满足时，将相应候选确定为可放行候选；在实际搜索返回并按照原始指标定义和原始约束复核的可放行候选中确定放行结果；对未放行的候选或者在实际检查范围内未找到可放行候选的任务，记录违反原因，并输出改道、调整出发时刻、增设临时设施或者拒绝当前任务放行的处置结果；

21、其中，所述原始指标包括按照候选航路-出发时刻对的非空占用时隙集合和逐时隙能力可用性序列，计算的最长连续监测盲区、最坏接管等待时间和审计记录完整度；所述原始约束包括：监测阈值、控制接管阈值、审计阈值、能耗约束和期限约束。

22、具体地，第二方面，本公开提供一种基于三字段证书的低空航路准入系统，包括数据与约束获取模块、能力分类模块、候选构建与能力投影模块、连续风险剪枝模块、三字段证书生成模块以及准入决策与处置输出模块，各模块用于执行前述方法中相应的数据处理、路径搜索、证书生成和准入处置功能。

23、具体地，第三方面，本公开提供一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使所述处理器执行上述第一方面所述的方法。

24、具体地，第四方面，本公开提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上述第一方面所述的方法。

25、三、有益效果

26、根据所采用的具体实施方式，本公开可以具有以下一种或多种有益效果：

27、（1）实现航路与出发时刻的联合评价

28、本公开将准入对象确定为候选航路-出发时刻对，使基础设施能力评价同时对应航路的空间位置和任务的实际占用时隙，能够识别同一几何航路因出发时刻不同而产生的服务能力差异，避免仅依据几何路径存在作出放行判断。

29、（2）区分异构设施的不同服务能力

30、本公开将设施服务划分为监测、控制接管和可信审计三类能力，并分别形成逐时隙可用性序列，使各设施按照其能够提供的服务参与校验，避免将观察能力、控制链路和可信日志服务压缩为单一连接质量而掩盖能力缺项。

31、（3）分别约束三类准入指标

32、本公开分别计算最长连续监测盲区、最坏接管等待时间和审计记录完整度，并将三者作为三字段证书的三个核心校验字段，分别与对应阈值比较，不通过加权合成为可相互补偿的单一分值。证书中记录的出发时刻、候选航路、监测冗余裕量和违反原因属于关联信息，不改变“三字段”的含义；其中，审计记录完整度依据出发前的审计服务可用时隙比例评价，不将预测的服务能力等同于已经核验实际飞行日志。

33、（4）直接识别连续能力缺失

34、本公开通过能力可用时清零、能力缺失时递增的计数器更新方式，直接记录当前连续缺失段的长度。连续监测能力缺失计数器对应最长连续监测盲区；对于由后续可用接管时隙终止的控制接管能力缺失段，其缺失时隙数等于从该缺失段首个时隙至下一可用接管时隙的等待时隙数；对于延伸至候选末端的控制接管能力缺失段，最坏接管等待时间按照约定为正无穷。由此，剪枝计数与证书指标使用同一占用时隙边界和时隙差计量口径。

35、（5）剪除超限转移并校验航路末段

36、本公开在连续能力缺失计数器超过相应阈值时删除对应状态转移，使后续搜索不再扩展已确定连续风险超限的分支；通过在首个占用时隙前初始化计数器、逐一处理全部占用时隙，并删除末端仍缺少控制接管能力的终止状态，避免漏检首末时隙或将航路结束后的服务误计为候选内的接管机会。

37、（6）分层处理连续风险与累计资源

38、本公开先以计数器处理连续风险，再在固定出发时刻和固定航路时长的搜索域中，将审计比例要求转换为有整数上限的累计审计缺失量约束，与能耗约束共同处理，并以终止时间校验期限要求，使连续风险、累计资源和完成期限分别采用与其性质相适应的校验方式。

39、（7）在适用条件内控制搜索代价并保持原始约束

40、本公开对能够准确编码的双整数资源采用动态规划，在同一扩展状态内删除资源消耗和主路径代价均被支配的标签；对于仅有一项待处理累计资源约束且正代价下界等条件满足的搜索域，采用仅缩放主路径代价的单资源搜索，在所述条件下控制返回代价的近似范围，同时保持原始资源上限不变；采用有界非支配枚举时逐一复核返回候选，确保搜索方式的变化不被用于放宽准入条件，搜索结论限定于实际检查范围。

41、（8）减少乐观服务质量估计的直接影响

42、本公开在采用置信下界判定的实施方式中，以服务质量估计值的置信下界与对应阈值比较，只有达到阈值的能力源才计入可用序列，减少将偏乐观的服务质量估计直接作为确定可用状态的情况，为后续连续风险和证书指标计算提供保守判定依据。

43、（9）避免窗口内共同失效组的重复计数

44、本公开根据站点、回传链路、供电来源或者运营主体等共同失效关系建立分组，并在整个监测评价窗口内对提供过可用观测的组去重，使同组多个能力源或者同组跨多个时隙的观测不被重复计为多个独立冗余单元，避免逐时隙组数累加造成共同失效模式下的冗余高估；组间统计独立性仍按相应概率模型的条件判定。

45、（10）将监测冗余计算接入证书和候选选择

46、本公开在独立观测失效模式下统计窗口内可用源-时隙观测数量，在共同失效模式下统计窗口内不同共同失效组数量，并将各完整窗口统计值中的最小值作为监测冗余裕量，作为关联信息写入三字段证书。在需要比较监测冗余裕量时，仅比较具有完整评价窗口、已经确定该裕量且采用相同失效模式的候选；所述裕量不属于三字段证书的三个核心校验字段，对不存在完整评价窗口的短航路不赋予裕量数值。

47、（11）在明确失效假设下约束监测超限风险

48、本公开在源-时隙观测独立失效或者组窗口失效事件在组间独立、且相应失效概率上界成立的条件下，根据评估时域和单候选风险上限确定各完整监测窗口所需的最低观测数量或者组数量，将名义监测能力校验与失效条件下的稳健性校验结合；该风险约束对应单个候选，不因分组标识不同而推定统计独立，也不直接扩张为多任务联合风险保证。

49、（12）实现共享容量校验和有依据的差异化处置

50、本公开先以三个核心校验字段、能耗约束和期限约束校验候选自身，再在多任务实施方式中，按照共享资源及其占用时隙汇总拟放行候选的资源需求，并在每个任务至多选择一个候选且各项汇总需求不超过对应共享容量的条件下确定放行集合，由此区分候选自身不合格与候选自身合格但共享容量不足两类原因。改道或者调整出发时刻仅采用已经完成相应校验的替代候选；临时设施写入更新后的基础设施地图后重新校验；在实际检查范围内未找到可放行候选时记录原因和检查范围。