一种面向低空空域的动态分配管理方法

本发明涉及一种面向低空空域的动态分配管理方法，属于低空空域管理。

背景技术：

1、随着低空经济的蓬勃发展，对现有低空空域管理模式构成了严峻挑战。当前，管理方式主要沿用针对高空民航的静态空域划设理念，即预先划定固定空域结构长期使用。这种模式在面对海量、异构、高动态的低空飞行器时，凸显出空域资源利用效率低下、系统缺乏动态适应性以及管理粒度粗糙难以实现精细化管理等固有缺陷。

2、首先，静态划设的空域单元之间存在刚性隔离，无法根据实时任务需求灵活调整。无飞行任务时空域资源大量闲置，而突发需求又无法得到满足，导致空域孤岛现象，难以支撑低空高密度运行。其次，低空运行环境复杂多变，突发气象、临时禁飞等事件频发。静态管理模式响应迟缓，无法实现空域结构的近实时重构，既难以有效规避运行风险，也无法支持应急响应任务，成为提升效率与安全的关键瓶颈。并且，现有模式难以有效区分和应对不同性能、不同任务类型飞行器的混合运行。缺乏对空域进行分层、分级的差异化管控手段，容易导致管理策略一刀切，制约了运行活力与安全的平衡。

3、尽管业界已开始探索动态空域管理，但现有研究多停留在简单几何划分层面，未能与空域内在运行特性深度耦合，且缺乏一套融合动态分配与分层分级管理的完整技术体系。因此，亟需发明一种全新的低空动态空域管理方法，以实现空域资源的实时智能分配与弹性管理，从根本上提升利用效率、增强系统韧性，并为低空经济的安全规模化发展提供技术支撑。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：提供一种面向低空空域的动态分配管理方法，旨在解决低空空域静态管理模式资源利用率低、缺乏动态适应性的问题。

2、本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

3、一种面向低空空域的动态分配管理方法，包括如下步骤：

4、步骤s1，确定待分配的目标低空空域范围及时间段，采用三维时空网格化理论，将目标低空空域在经度、纬度、高度和时间四个维度上进行离散化，构建参数化与语义化的动态空域单元；

5、步骤s2，根据飞行计划数据、ads-b监视数据、数值天气预报数据及空域限制通告数据生成实时空域态势图，将目标低空空域分配问题建模为带约束的多目标空域分配优化模型；

6、步骤s3，基于待分配的目标低空空域的性能需求分析，将目标低空空域在垂直方向上划分为多个功能层，包括起降与敏捷作业层、常规巡航层和高速通道层，将各功能层的间隔要求和容量限制加入步骤s2建立的模型中；

7、步骤s4，引入功能层匹配度量技术，将飞行器被分配的动态空域单元与飞行器性能和任务类型所对应的期望功能层之间的一致性作为优化目标项，加入步骤s2建立的模型中；同时，在约束条件中加入分层准入约束，飞行器只能使用其对应的授权功能层的动态空域单元；

8、步骤s5，引入模糊综合评价理论，建立动态空域单元风险评级模型，对各动态空域单元的风险等级进行评估和更新；基于各动态空域单元所属的风险等级，将最小化总风险作为优化目标项，加入步骤s2建立的模型中；

9、步骤s6，在步骤s2-步骤s5的基础上，采用改进遗传算法对带约束的多目标空域分配优化模型的目标函数进行求解，得到目标低空空域各动态空域单元的动态分配结果。

10、本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

11、1、本发明通过将连续空域离散化为参数化的动态空域单元（dsu），并建立用时分配、闲时释放的动态机制，从根本上消除了静态空域划设导致的空域孤岛与资源闲置问题。结合多目标优化算法的近实时智能分配，能够根据瞬息万变的运行需求精准匹配空域资源，显著提高了空域单元周转率与整体交通吞吐量。

12、2、本发明通过数字孪生环境对分配方案进行仿真推演，预先排除冲突隐患；利用基于统计过程控制（spc）的实时监控与一致性检查，对飞行偏差进行早期预警和快速干预；并通过闭环反馈优化安全参数。此外，基于模糊综合评价的动态风险分级管理，实现了从一刀切式管控到基于实时风险的精准、差异化管控的转变，极大提升了系统的风险预见与主动防御能力。

13、3、本发明面对低空环境中飞行计划、气象条件、空域限制等多源动态因素，展现出卓越的适应性。基于滚动时域优化框架和实时数据注入，能够快速响应突发情况（如恶劣天气、紧急任务），近实时地重构空域分配方案。这种动态弹性确保了在扰动事件下，系统仍能维持高效、有序运行，具备了传统静态模式无法比拟的系统韧性。

14、4、本发明通过垂直分层、水平分级的立体化管理策略，实现了空域资源的精细化管理。垂直方向上，根据不同性能飞行器的运行需求划分功能层，减少了运行干扰，提升了交通流效率；水平方向上，根据实时风险实施差异化管控强度，在保障安全的前提下，为低风险运行赋予了更大灵活性。这种协同管理机制，有效平衡了安全、效率与运行自由度之间的矛盾。

15、5、本发明通过构建数据驱动的闭环管理系统，打破了传统管理模式中决策与评估相互割裂的局限。系统能够自动采集运行数据、计算关键绩效指标（kpi）、并利用机器学习模型分析模型参数与性能间的映射关系，进而自动调整优化目标的权重、安全间隔阈值等核心参数。

1.一种面向低空空域的动态分配管理方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的面向低空空域的动态分配管理方法，其特征在于，所述步骤s1的具体过程如下：

3.根据权利要求2所述的面向低空空域的动态分配管理方法，其特征在于，所述步骤s11的具体过程如下：

4.根据权利要求2所述的面向低空空域的动态分配管理方法，其特征在于，所述步骤s2中，带约束的多目标空域分配优化模型的目标函数包括：

5.根据权利要求4所述的面向低空空域的动态分配管理方法，其特征在于，所述步骤s2中，带约束的多目标空域分配优化模型的约束条件包括：

6.根据权利要求1所述的面向低空空域的动态分配管理方法，其特征在于，所述步骤s3中，起降与敏捷作业层适用于飞行器起飞、降落和低空敏捷作业，飞行器速度低于50节；常规巡航层适用于飞行器常规巡航飞行，飞行器速度在50-100节之间；高速通道层适用于飞行器高速飞行，飞行器速度高于100节；

7.根据权利要求1所述的面向低空空域的动态分配管理方法，其特征在于，所述步骤s5中，选取交通流量密度、气象条件、接近障碍物距离及监控覆盖率作为各动态空域单元的风险评价指标；设定三个风险等级：低风险、中风险和高风险；

8.根据权利要求4所述的面向低空空域的动态分配管理方法，其特征在于，所述步骤s6中，采用改进遗传算法进行求解过程中，随机生成初始种群，初始种群满足每个飞行任务在每个时间片有且仅有一个动态空域单元，且每个飞行任务相邻时间片的动态空域单元相邻；

9.一种计算机设备，包括存储器、处理器，以及存储在所述存储器中并能够在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至8任一项所述的面向低空空域的动态分配管理方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8任一项所述的面向低空空域的动态分配管理方法的步骤。