面向城市低空走廊的飞行汽车精细化航线生成方法及系统与流程

本申请涉及低空飞行器航线规划与城市空中交通，尤其涉及一种面向城市低空走廊的飞行汽车精细化航线生成方法及系统。

背景技术：

1、现有城市低空走廊飞行汽车航线生成方法存在多方面不足，包括：

2、1.现有方法多采用二维平面路径规划，未充分考虑城市三维建筑形态与不同高度层风场差异对飞行能耗与稳定性的影响，航线在城市楼宇间飞行时易遭遇狭管效应强风与背风区湍流，能耗高且飞行稳定性差；

3、2.现有方法的禁飞区避障多采用简单硬约束，仅将禁飞区内部设为不可通行，未在禁飞区边界设置安全缓冲距离与梯度化代价，导致航线过于贴近禁飞区边界，存在安全裕度不足的问题；

4、3.现有方法未考虑起降点的实时剩余容量与排队等待时间，航线规划时默认起降点可用，实际执行中常因起降点容量饱和导致空中盘旋等待或被迫备降，航线执行可行性差；

5、4.现有方法的路径平滑多采用简单折线或圆弧过渡，未结合飞行汽车的最大转弯曲率约束进行平滑，生成的航线存在曲率突变，飞行汽车无法精确跟踪；

6、5.现有方法缺乏在线动态重规划机制，飞行过程中出现突发禁飞区或起降点容量变化时无法及时调整航线，易导致任务失败或安全风险；

7、6.现有方法未考虑飞行汽车垂直起降模态与固定翼巡航模态的切换特性，全程采用单一动力学模型生成轨迹，模态切换点处轨迹不连续，实际执行中存在姿态突变风险。

8、因此，亟需一种方法，以解决上述至少一个问题。

技术实现思路

1、本申请提供了一种面向城市低空走廊的飞行汽车精细化航线生成方法及系统，旨在解决现有城市低空走廊飞行汽车航线生成方法存在多方面不足的问题。

2、第一方面，本申请实施例提供了一种面向城市低空走廊的飞行汽车精细化航线生成方法，所述方法包括：

3、加载城市低空走廊的静态禁飞区、三维建筑模型、实时气象风场与起降点容量多源数据，建立三维动态地图并划分基本网格单元；

4、计算每个网格单元的禁飞区避障代价、楼宇风场代价与起降点时序容量代价，融合生成多约束代价图，禁飞区避障代价将禁飞区内部网格设为不可通行，将安全缓冲距离内网格按指数型势场计算代价，楼宇风场代价按网格相对建筑位置分类计算能量代价与稳定性代价，起降点时序容量代价按排队论模型计算等待时间代价；

5、采用混合a*搜索算法在多约束代价图上搜索最优路径，采用b样条曲线对最优路径进行平滑处理，结合动态窗口法执行局部避障，生成时空轨迹点序列；检测到突发禁飞区或起降点容量低于预设阈值时，重新加载数据并执行航线重规划。

6、第二方面，本申请提供了一种面向城市低空走廊的飞行汽车精细化航线生成系统，所述系统包括：

7、数据加载单元，用于加载城市低空走廊的静态禁飞区、三维建筑模型、实时气象风场与起降点容量多源数据，建立三维动态地图并划分基本网格单元；

8、代价计算单元，用于计算每个网格单元的禁飞区避障代价、楼宇风场代价与起降点时序容量代价，融合生成多约束代价图，禁飞区避障代价将禁飞区内部网格设为不可通行，将安全缓冲距离内网格按指数型势场计算代价，楼宇风场代价按网格相对建筑位置分类计算能量代价与稳定性代价，起降点时序容量代价按排队论模型计算等待时间代价；

9、航线规划单元，用于采用混合a*搜索算法在多约束代价图上搜索最优路径，采用b样条曲线对最优路径进行平滑处理，结合动态窗口法执行局部避障，生成时空轨迹点序列；检测到突发禁飞区或起降点容量低于预设阈值时，重新加载数据并执行航线重规划。

10、本申请所提供的方法通过加载静态禁飞区与三维建筑模型与实时气象风场与起降点容量多源数据，融合到统一坐标系建立三维动态地图并划分基本网格单元，突破传统二维平面规划的局限，充分考虑城市三维空间约束与动态环境变化。

11、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

1.一种面向城市低空走廊的飞行汽车精细化航线生成方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加载城市低空走廊的静态禁飞区、三维建筑模型、实时气象风场与起降点容量多源数据，建立三维动态地图并划分基本网格单元，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算每个网格单元的禁飞区避障代价、楼宇风场代价与起降点时序容量代价，融合生成多约束代价图，包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述禁飞区避障代价将禁飞区内部网格设为不可通行，将安全缓冲距离内网格按指数型势场计算代价，楼宇风场代价按网格相对建筑位置分类计算能量代价与稳定性代价，起降点时序容量代价按排队论模型计算等待时间代价，包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用混合a*搜索算法在多约束代价图上搜索最优路径，包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述采用b样条曲线对最优路径进行平滑处理，包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述结合动态窗口法执行局部避障，生成时空轨迹点序列，包括：

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测到突发禁飞区或起降点容量低于预设阈值时，重新加载数据并执行航线重规划，包括：

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括基于飞行汽车垂直起降模态与巡航模态切换的精细化轨迹生成步骤：

10.一种面向城市低空走廊的飞行汽车精细化航线生成系统，用于实现如权利要求1-9中任一项所述的方法，其特征在于，包括：