一种基于AIXM数据的直升机路径规划方法技术

本发明专利技术公开了一种基于AIXM数据的直升机路径规划方法，涉及直升机路径规划技术领域，包括：根据直升机起点、终点坐标，通过文件检索和时间检索从直升机航线的AIXM数据集提取有效的障碍物数据；将直升机起点、终点坐标，以及有效的障碍物数据中的障碍物坐标，由WGS84坐标系投影到通用墨卡托格网系统坐标系，然后建立障碍物碰撞判断的直升机包围盒，并结合直升机性能限制，采用改进A星算法计算直升机路径规划节点集；将直升机路径规划节点集中的所有节点坐标重新投影到WGS84坐标系，转换为KML文件。本发明专利技术可实现数据与卫星图像结合，达成数据可视化效果。本发明专利技术生成的直升机路径的节点少，降低了直升机转弯的频率，同时保证了航路与障碍物之间的安全距离。与障碍物之间的安全距离。与障碍物之间的安全距离。

【技术实现步骤摘要】
一种基于AIXM数据的直升机路径规划方法


[0001]本专利技术涉及直升机路径规划
，具体而言，涉及一种基于AIXM数据的直升机路径规划方法。

技术介绍

[0002]直升机路径规划一直是国内外研究的热点，在三维路径规划方面，众多学者提出了不同的算法。但是目前对于通航方面的直升机研究大多数仅涉及无人机的路径规划，对于直升机的路径规划的研究较少。关于直升机的路径规划问题常采用遗传算法、蚁群算法、粒子群算法、A*算法以及人工势场等方法进行研究，其中遗传算法存在局部搜索能力不足、蚁群算法存在容易偏离优质解的问题，而A*算法是直升机路径规划领域目前比较成熟、应用较多的一种算法。并且由于现有的关于直升机路径规划的方法在进行路径规划的过程中需要提前获取全局精确信息，要求对地形条件完成可知，但是目前国内外研究学者采用的障碍物数据大多数为公开的地理信息数据，但在航空情报服务中需要考虑航空资料汇编和航行情报通告两者中所提及到的障碍物数据。并且大多考虑减少飞行时间、飞行距离进行路径规划，对于路径规划结果的可视化效果较差。
[0003]航空情报交换模型(Aeronautical Information Exchange Model，AIXM)是实现航空情报管理(AIM)进行数据信息交换的关键技术，AIXM本质上是可扩展语言(eXtensible Markup Language，XML)文件，使用XML文件特性为航空信息数字化提供标准规范，AIXM涵盖了机场及直升机机场数据、导航设施、终端区飞行程序、航路结构、空域、空中交通管制和NOTAM服务、交通限制、障碍物数据等航空情报所有的领域，AIXM的使用对AIM的发展具有重要作用。但目前航空情报领域内尚未有关于AIXM障碍物数据集的应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术在于提供一种基于AIXM数据的A星算法改进与直升机路径规划方法，采用了航空情报交换模型的障碍物数据集作为算法的底层数据，对通航直升机进行路径规划减少直升机路径的节点，从而降低直升机的转弯频率，并实现数据与卫星图像结合，达成数据可视化效果。
[0005]为了缓解上述的问题，本专利技术采取的技术方案如下：
[0006]一种基于AIXM数据的直升机路径规划方法，包括以下步骤：
[0007]S1、根据直升机起点、终点坐标，通过文件检索和时间检索从AIXM障碍物数据集提取有效的准确的障碍物数据；
[0008]S2、将直升机起点、终点坐标，以及有效的障碍物数据中的障碍物坐标，由WGS84坐标系投影到通用墨卡托格网系统坐标系，然后建立障碍物碰撞判断的直升机包围盒，并结合直升机性能限制，改进A星算法计算直升机路径规划节点集；
[0009]S3、将直升机路径规划节点集中的所有节点坐标重新投影到WGS84坐标系，转换为KML文件，实现数据与卫星图像结合，达成数据可视化效果。
[0010]在本专利技术的一较佳实施方式中，文件检索包括以下步骤：
[0011]S111、确定搜索范围，根据直升机起点、终点坐标和搜索半径确定搜索范围(x3,y3,x4,y4)，构建搜索范围的地理范围的最小外包矩形；
[0012]S112、根据障碍物数据集中<gml:boundedby>标签所提供的障碍物数据的地理范围(x1,y1,x2,y2)，构建障碍物数据集的最小外包矩形；
[0013]S113、将搜索范围的最小外包矩形和障碍物数据集的最小外包矩形进行比较，得到比较结果，比较结果为障碍物数据与搜索范围有重叠，或搜索范围在障碍物数据中，即筛选出可能对航线有影响的障碍物，并将此数据作为算法的底层数据。
[0014]在本专利技术的一较佳实施方式中，步骤S113中，若障碍物数据与搜索范围有重叠，则满足公式：
[0015]a1＝1(x4＜x1＜x3)
[0016]a2＝1(x4＜x2＜x3)
[0017]a3＝1(y4＜y1＜y3)
[0018]a4＝1(y4＜y2＜y3)
[0019]a1+a2+a3+a4≥2
[0020]若搜索范围在障碍物数据中，则满足公式：
[0021]a1＝1(x2≤x3≤x1)
[0022]a2＝1(x2≤x4≤x1)
[0023]a3＝1(y2≤y3≤y1)
[0024]a4＝1(y2≤y4≤y1)
[0025]a1+a2+a3+a4＝4。
[0026]在本专利技术的一较佳实施方式中，时间检索算法流程为：根据障碍物数据的UUID关联障碍物实体的时间属性及输入查询时间点，筛选出在此时间点有效的障碍物数据，将有效的障碍物数据中临时时间片所描述的属性信息替换到基线时间片对应属性标签中，若有效的障碍物数据只存在基线时间片或者只存在临时时间片，则选取其最大序列号和最大校正号对应的时间片属性信息。
[0027]在本专利技术的一较佳实施方式中，步骤S2具体包括以下步骤：
[0028]S21、将直升机起点、终点坐标，以及有效的障碍物数据中的障碍物坐标，由WGS84坐标系投影到通用墨卡托格网系统坐标系；
[0029]S22、将直升机起点坐标设为直升机当前节点坐标，并放入空数组openlist；
[0030]S23、以X轴为运动的前进正方向，按照以下公式计算直升机的九个移动方向向量{f1,f2,f3,f4,f5,f6,f7,f8,f9}：
[0031]f1＝(1,0,0)
[0032]f2＝(1,tanθ,0)
[0033]f3＝(1,
‑
tanθ,0)
[0034]f4＝(1,0,tanα1)
[0035]f5＝(1,0,
‑
tanα2)
[0036][0037][0038][0039][0040]式中，α1、α2为直升机爬升角度和下降角度，θ为直升机转弯角度；
[0041]S24、计算直升机的移动步长d；
[0042]S25、将直升机的九个移动方向向量{f1,f2,f3,f4,f5,f6,f7,f8,f9}与直升机移动步长d相乘，并与直升机当前所在节点坐标相加，得到直升机当前节点的九个相邻节点；
[0043]S26、建立碰撞判断的直升机包围盒，基于碰撞判断的直升机包围盒从直升机当前节点的九个相邻节点中找到直升机路径节点，构成直升机路径节点集；
[0044]S27、将直升机路径节点集放入openlist，判断openlist是否为空，若为空，则调整直升机起点、终点坐标，跳转至步骤S1，否则继续步骤S28；
[0045]S28、从openlist中找出估价函数值最小的直升机路径节点，用它替换直升机当前节点；
[0046]S29、如果直升机当前节点为直升机终点，则输出路径规划节点数组closelist中所有节点，即得到直升机路径规划节点集，如果直升机当前节点不是直升机终点，则将直升机当前节点放入路径规划节点数组closelist，并从ope本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于AIXM数据的直升机路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据直升机起点、终点坐标，通过文件检索和时间检索从AIXM的障碍物数据集中提取有效的障碍物数据；S2、将直升机起点、终点坐标，以及有效的障碍物数据中的障碍物坐标，由WGS84坐标系投影到通用墨卡托格网系统坐标系，然后建立障碍物碰撞判断的直升机包围盒，并结合直升机性能限制，改进A星算法计算直升机路径规划节点集；S3、将直升机路径规划节点集中的所有节点坐标重新投影到WGS84坐标系，转换为KML文件。2.根据权利要求1所述基于AIXM数据的直升机路径规划方法，其特征在于，文件检索包括以下步骤：S111、根据直升机起点、终点坐标和搜索半径确定搜索范围(x3,y3,x4,y4)，构建搜索范围的最小外包矩形；S112、根据障碍物数据集中<gml:boundedby>标签所提供的障碍物数据的地理范围(x1,y1,x2,y2)，构建障碍物数据集的地理范围的最小外包矩形；S113、将搜索范围的最小外包矩形和障碍物数据集的地理范围的最小外包矩形进行比较，得到比较结果，比较结果为障碍物数据与搜索范围有重叠，或搜索范围在障碍物数据中。3.根据权利要求2所述基于AIXM数据的直升机路径规划方法，其特征在于，步骤S113中，若障碍物数据与搜索范围有重叠，则满足公式：a1＝1(x4＜x1＜x3)a2＝1(x4＜x2＜x3)a3＝1(y4＜y1＜y3)a4＝1(y4＜y2＜y3)a1+a2+a3+a4≥2若搜索范围在障碍物数据中，则满足公式：a1＝1(x2≤x3≤x1)a2＝1(x2≤x4≤x1)a3＝1(y2≤y3≤y1)a4＝1(y2≤y4≤y1)a1+a2+a3+a4＝4。4.根据权利要求3所述基于AIXM数据的直升机路径规划方法，其特征在于，时间检索包括：根据障碍物数据的UUID关联障碍物实体的时间属性及输入查询时间点，筛选出在此时间点有效的障碍物数据，将有效的障碍物数据中临时时间片所描述的属性信息替换到基线时间片对应属性标签中，若有效的障碍物数据只存在基线时间片或者只存在临时时间片，则选取其最大序列号和最大校正号对应的时间片属性信息。5.根据权利要求4所述基于AIXM数据的直升机路径规划方法，其特征在于，步骤S2具体包括以下步骤：S21、将直升机起点、终点坐标，以及有效的障碍物数据中的障碍物坐标，由WGS84坐标系投影到通用墨卡托格网系统坐标系；
S22、将直升机起点坐标设为直升机当前节点坐标，并放入空数组op...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖欣，梁昌盛，朱美玲，李思宁，曾纪炜，张恒嫣，冯嘉宇，周继华，任畅，鲁力，
申请(专利权)人：中国民用航空飞行学院，
类型：发明
国别省市：