一种无人机场面运行调度方法及应用技术

本发明专利技术涉及无人机场面调度技术领域，提供了一种无人机场面运行调度方法及应用，所述方法包括：S1、垂直起降场场面建模：根据垂直起降场起降点、等待点、停机位的布局，构建场面网络拓扑图，结合起降点并根据机场场面网络图构建无人机滑行路线网；S2、机场场面资源分配建模：建立无人机滑行道避让策略，在满足约束条件的前提下，以所有无人机总调度时间最短为优化目标，构建无人机资源分配模型；S3、机场场面运行容量评估：交通流仿真，对机场场面的运行容量进行评估。本发明专利技术通过机场场面建模、场面交通流建模、设计智能化算法分配机场场面资源，控制无人机滑入和滑出时间，减少进离场延误时间，达到提高场面运行效率的目的。达到提高场面运行效率的目的。达到提高场面运行效率的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机场面运行调度方法及应用


[0001]本专利技术涉及无人机场面调度
，特别涉及一种无人机场面运行调度方法及应用，适用于垂直起降复合翼无人机。

技术介绍

[0002]无人机作为正在迅速发展的新兴产业，未来可应用于物流配送、应急救援、交通勘测、森林防护等各种场景。其中进行垂直起降的固定翼以及多旋翼无人机解决了无人机对起降场地的要求，同时具备飞行距离长、速度快、高度高的优点，大量应用于无人作业场景中。在场面运行阶段，与传统滑跑型航空器不同，垂直起降无人机不包括跑道运行阶段。当前无人机由起降区域至停机位(机库)之间的路线由人工遥控完成，无人机仅需自动执行从起飞区域起飞或降落至降落区域，这样的方式仅适用于少量架次的起降。未来无人机规模化运行时，高密度的起降会大幅降低机场场面运行效率，造成飞行延误。制定客观、准确、科学的场面运行调度策略是在有限的机场场面资源下提高运行效率以及扩大运行容量的有效方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种无人机场面运行调度方法及应用，具备规划路线、提高场面运行效率的优点，解决了
技术介绍
提出的问题。
[0004]本专利技术采用如下技术方案：
[0005]一方面，本专利技术提供了一种无人机场面运行调度方法，用于垂直起降复合翼无人机，包括以下步骤：
[0006]S1、机场场面建模：根据机场场面的停机位、起降点及等待点的设定信息，得到机场场面网络图，并根据所述机场场面网络图构建无人机滑行路线网；
[0007]S2、机场场面资源分配建模：建立无人机滑行道避让策略，根据机场的约束条件，在满足所述约束条件的前提下，以所有无人机总调度时间最短为优化目标，构建无人机资源分配模型；
[0008]S3、机场场面运行容量评估：对于给定的无人机到达流和出发流，使用步骤S1生成的所述无人机滑行路线网，和步骤S2生成的无人机资源分配模型，在所述机场场面网络图上进行交通流仿真，对机场场面的运行容量进行评估。
[0009]如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S1具体为：
[0010]S1.1所述机场场面网络图由点和边组成，所述点起降点、等待点和停机位组成，所述边为两个所述点之间的直线段或圆弧段，即无人机需在场面进行移动的路线，具体包括停机位与等待点的连线段，以及等待点与临近的起降点的连线段；
[0011]S1.2生成无人机滑行路线网。设垂直起降场网络拓扑图T＝(V,E,P)，V为节点的集合，E为边的集合，P为权重集合。以垂直起降场拓扑图中每条边的距离作为边的权重，得到邻接矩阵V[i][j]和权值矩阵P[i][j]表达式为：
[0012][0013][0014]以任意停机位和起降点之间的最短距离和交叉点数量最少为目标，两点间至少有一条路线为约束，生成垂直起降场场面滑行路线网。
[0015]如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S2中，所述无人机滑行道避让策略包括：
[0016]对头冲突：对头冲突发生在同一链路上相向而行的无人机；根据先到先服务(FCFS)规则，让另一架无人机等待，进而获得对头冲突的延误时间；
[0017]交叉冲突：交叉冲突发生在不同链路的交叉点处；根据存在潜在交叉冲突的两架无人机通过同一交叉点的时间间隔是否满足最小时间间隔标准和优先级，确定需要停止等待的无人机(优先级低的)，进而获得交叉冲突的延误时间；
[0018]追尾冲突：追尾冲突发生在同一个链路上同向而行的无人机；根据无人机的尾流间隔，按照最大间隔ΔL，结合链路长度L和ΔL的大小关系，设置虚拟节点，进而避免追尾冲突的产生。
[0019]如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S2中，无人机资源分配模型如下：
[0020]S2.1选择决策变量：决策变量包括起降点选择变量、路径节点选择变量、无人机进入路线第m个节点的时间变量、存在交叉冲突的判断变量、存在对头冲突的判断变量及存在追尾冲突的判断变量；
[0021]S2.2确定约束条件：约束条件包括初始状态限制约束、路径约束、滑行速度限制、滑行冲突限制、起降点限制、起降点对无人机型号的约束、同一起降点所分配的前后无人机满足的时间间隔约束、起降等待无人机数量约束；
[0022]S2.3在满足步骤S2.2所确定的约束条件下，以所有无人机总调度时间最短为优化目标，对每个无人机进行资源分配；所述资源分配包括无人机的起降点和滑行路径。
[0023]如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S3具体包括：
[0024]S3.1对于给定的无人机到达流和出发流，设置仿真时长和允许的延误水平；
[0025]S3.2根据步骤S1生成的无人机滑行路线网，及步骤S2构建的无人机资源分配模型，生成仿真交通流，确定每个无人机的目标位置和滑行路线，随着仿真时间的推移，不断重复无人机速度和位置的计算和更新，从而实现无人机个体的运动，当无人机抵达目标位置时，无人机消失，当所有生成的无人机都消失时或者仿真时间结束，仿真完毕；
[0026]S3.3输出每个无人机个体的滑行时间、无人机无冲突滑行速度曲线、完成滑行过程的无人机架次、所有无人机总调度时间；并依据输出结果对机场场面的运行容量进行评估。
[0027]如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S3中，交通流仿真采用NETLOGO软件进行。
[0028]另一方面，本专利技术还提供了一种上述的无人机场面运行调度方法的应用，通过多
次改变无人机到达流和出发流密度，并进行交通流仿真，获取最大到达流和出发流，完成无人机场面的理论容量评估。
[0029]另一方面，本专利技术还提供了一种上述的无人机场面运行调度方法的应用，对于设定的到达流和出发流，多次改变机场场面的停机位、起降点及等待点的设定，根据多次仿真结果，获得多个不同的无人机总调度时间；选取最小的无人机总调度时间所对应的无人机场面，对停机位、起降点及等待点的选择进行优化改进。
[0030]另一方面，本专利技术还提供了一种实现上述的无人机场面运行调度方法的信息处理终端。
[0031]另一方面，本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述的无人机场面运行调度方法。
[0032]本专利技术的有益效果为：本专利技术通过机场场面建模、场面交通流建模、设计智能化算法分配机场场面资源，控制无人机滑入和滑出时间，减少进离场无人机的延误时间，达到提高场面运行效率的目的。
[0033]说明书附图
[0034]图1所示为垂直起降场场面拓扑图示例。
[0035]图2所示为本专利技术实施例一种无人机场面运行调度方法的流程示意图。
具体实施方式
[0036]下文将结合具体附图详细描述本专利技术具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人机场面运行调度方法，用于垂直起降复合翼无人机，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1、机场场面建模：根据机场场面的停机位、起降点及等待点的设定信息，得到机场场面网络图，并根据所述机场场面网络图构建无人机滑行路线网；S2、机场场面资源分配建模：建立无人机滑行道避让策略，根据机场的约束条件，在满足所述约束条件的前提下，以所有无人机总调度时间最短为优化目标，构建无人机资源分配模型；S3、机场场面运行容量评估：对于给定的无人机到达流和出发流，使用步骤S1生成的所述无人机滑行路线网，和步骤S2生成的无人机资源分配模型，在所述机场场面网络图上进行交通流仿真，对机场场面的运行容量进行评估。2.如权利要求1所述的无人机场面运行调度方法，其特征在于，步骤S1具体为：S1.1所述机场场面网络图由点和边组成，所述点由起降点、等待点和停机位组成；所述边为两个所述点之间的直线段或圆弧段，具体包括停机位与等待点的连线段，以及等待点与临近的起降点的连线段；S1.2生成无人机滑行路线网；以垂直起降场拓扑图中每条边的距离作为边的权重，得到邻接矩阵和权值矩阵，以任意停机位和起降点之间的最短距离和交叉点数量最少为目标，两点间至少有一条路线为约束，生成垂直起降场场面滑行路线网。3.如权利要求1所述的无人机场面运行调度方法，其特征在于，步骤S2中，所述无人机滑行道避让策略包括：对头冲突：对头冲突发生在同一链路上相向而行的无人机；根据先到先服务规则，让另一架无人机等待，进而获得对头冲突的延误时间；交叉冲突：交叉冲突发生在不同链路的交叉点处；根据存在潜在交叉冲突的两架无人机通过同一交叉点的时间间隔是否满足最小时间间隔标准和优先级，确定需要停止等待的无人机，进而获得交叉冲突的延误时间；追尾冲突：追尾冲突发生在同一个链路上同向而行的无人机；根据无人机的尾流间隔，按照最大间隔ΔL，结合链路长度L和ΔL的大小关系，设置虚拟节点，进而避免追尾冲突的产生。4.如权利要求1所述的无人机场面运行调度方法，其特征在于，步骤S2中，无人机资源分配模型如下：S2.1选择决策变量：决策变量包括起降点选择变量、路径节点选择变量、无人机进入路线第m个节点的时间变量、存在交叉冲突的判断变量、存在对头冲突的判断变量及存在追尾冲突的判断变量；m为机场场...

【专利技术属性】
技术研发人员：李慧盈，魏雅川，张新伟，熊嵩，刘君泽，
申请(专利权)人：航天时代飞鹏有限公司，
类型：发明
国别省市：