一种基于飞行安全的救援航空器路径规划方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于飞行安全的救援航空器路径规划方法及系统。该方法包括：获取受灾区域的地形环境；基于救援约束条件，对受灾区域的地形环境进行三维建模，得到环境三维模型；救援约束条件包括救援航空器性能和低空飞行规则；获取以救援效率最大为优化目标的救援模型；基于环境三维模型和救援模型，在飞行约束条件内，采用蚁群算法进行路径规划，得到从出发点到受灾区域中目标点的参考路径；对参考路径进行平滑处理，得到救援飞行器的飞行路径。本发明专利技术可以提高路径规划的效率，加快救援速度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于飞行安全的救援航空器路径规划方法及系统
本专利技术涉及路径规划领域，特别是涉及一种基于飞行安全的救援航空器路径规划方法及系统。
技术介绍
近年来，各类灾害在世界各国频有发生，而灾害发生后往往由于救灾物资运送不及时，难以准确快速的展开救援，导致灾害影响进一步加剧。根据救援航空器的众多特性可以参加救灾物资的运送工作。如何安全、高效地完成救灾物资的运送，提升应急救援能力，需要对救援航空器的飞行路径进行规划。当自然灾害发生时，特别是在山区，航空器是最重要的救援手段。但是由于复杂低空应急救援飞行的特殊性，地形障碍等不确定因素的干扰，航空应急救援将面临救援风险大、救援效率低等问题。此外，路径规划技术的关键还在于路径规划算法的选择和使用，传统的搜索算法是在二维空间中进行，无法充分有效地利用地形信息使得救援航空器无法对障碍物进行有效回避。而常规的三维路径规划算法信息存储量大，计算过程复杂，从而难以直接进行全局规划，导致路径规划效率低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于飞行安全的救援航空器路径规划方法及系统，以提高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于飞行安全的救援航空器路径规划方法，其特征在于，包括：/n获取受灾区域的地形环境；/n基于救援约束条件，对所述受灾区域的地形环境进行三维建模，得到环境三维模型；所述救援约束条件包括救援航空器性能和低空飞行规则；/n获取以救援效率最大为优化目标的救援模型；/n基于所述环境三维模型和所述救援模型，在飞行约束条件内，采用蚁群算法进行路径规划，得到从出发点到受灾区域中目标点的参考路径；/n对所述参考路径进行平滑处理，得到所述救援飞行器的飞行路径。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于飞行安全的救援航空器路径规划方法，其特征在于，包括：
获取受灾区域的地形环境；
基于救援约束条件，对所述受灾区域的地形环境进行三维建模，得到环境三维模型；所述救援约束条件包括救援航空器性能和低空飞行规则；
获取以救援效率最大为优化目标的救援模型；
基于所述环境三维模型和所述救援模型，在飞行约束条件内，采用蚁群算法进行路径规划，得到从出发点到受灾区域中目标点的参考路径；
对所述参考路径进行平滑处理，得到所述救援飞行器的飞行路径。


2.根据权利要求1所述的基于飞行安全的救援航空器路径规划方法，其特征在于，所述获取受灾区域的地形环境，具体包括：
从ALOS卫星下载所述受灾区域的地形信息；
从所述受灾区域的地形信息中提取高程信息，生成高程网格格式的地形数据；
利用三次卷积对所述地形数据进行内插，得到地形环境数据。


3.根据权利要求1所述的基于飞行安全的救援航空器路径规划方法，其特征在于，所述基于救援约束条件，对所述受灾区域的地形环境进行三维建模，得到环境三维模型，具体包括：
获取所述救援约束条件；所述救援约束条件包括：最小直飞距离、最大爬升/俯冲角和飞行高度限制；
基于所述救援约束条件，根据所述受灾区域的地形环境，确定三维地形环境范围和栅格尺寸；
根据所述三维地形环境范围和栅格尺寸进行三维建模，得到环境三维模型。


4.根据权利要求1所述的基于飞行安全的救援航空器路径规划方法，其特征在于，所述飞行约束条件包括：救援航空器的最小直飞距离约束、转弯点约束、地形障碍约束和安全距离约束；
所述救援航空器的最小直飞距离约束为：L(pi,pi+1)≥Dmin1≤i≤N；其中，L(pi,pi+1)为第i个航迹点和第i+1个航迹点之间的直飞距离，pi为救援航空器的第i个航迹点，pi+1为救援航空器的第i+1个航迹点，Dmin为最小直飞距离；
所述救援航空器的转弯点约束为：其中，HOR为飞行环境水平规划范围，Hn飞行环境水平划分间隔数量，L(pi-1,pi)为第i-1个航迹点和第i个航迹点之间的直飞距离；
所述救援航空器的地形障碍约束为：其中，pipi+1为第i个航迹点至第i+1个航迹点的路径，Nnof为不可行节点，Nf为可行节点。
所述救援航空器的安全距离约束为：S(Fk,Nnof)≥SI；其中，S(Fk,Nnof)为救援航空器Fk与不可行节点之间的距离，SI为救援航空器与不可行节点之间的安全距离。


5.根据权利要求1所述的基于飞行安全的救援航空器路径规划方法，其特征在于，所述基于所述环境三维模型和所述救援模型，在飞行约束条件内，采用蚁群算法进行路径规划，得到从出发点到受灾区域中目标点的参考路径，具体包括：
初始化相关参数；所述相关参数包括：起始点、目标点、最大迭代次数、蚁群数量、初始信息素浓度和蚂蚁初始点；
对于第i次迭代的第k只蚂蚁，根据第k只蚂蚁当前位置，确定下一位置的可行节点集合；
基于所述节点集合中每一个节点的信息素浓度，确定下一位置点，得到所述第k只蚂蚁当前位置点到下一位置点的路径段；
更新所述第k只蚂蚁的当前位置，依次得到从起始点至目标点的所有路径段，得到所述第k只蚂蚁对应的初始路径；
基于所述救援模型，更新所述第k只蚂蚁对应的初始路径上每个位置点的信息素浓度；
更新当前第k只蚂蚁，返回根据第k只蚂蚁当前位置，确定下一位置的可行节点集合的步骤，依次得到所述第i次迭代中每只蚂蚁的初始路径；
更新历史最优路径和历史最差路径；所述历史最优路径为历史路径中长度最短的路径，所述历史最差路径为历史路径中长度最长的路径；
更新当前...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾洪舟，刘全义，何鑫，胡茂绮，杨鑫，张健萍，熊升华，
申请(专利权)人：中国民用航空飞行学院，
类型：发明
国别省市：四川;51