一种基于安全代价评估的无人机航路规划方法技术

一种基于安全代价评估的无人机航路规划方法。其包括对无人机飞行空域的地面投影进行栅格化，获得多个正方形栅格；以栅格安全因子定量化描述栅格中无人机的飞行风险；构建基于栅格安全因子和无人机航路距离的航路规划总成本代价期望函数；以航路规划总成本代价期望函数作为蚁群算法的目标函数而对蚁群算法进行改进，利用改进蚁群算法进行迭代计算，最终获得航路安全与航路成本双重优化后的期望飞行路径等步骤。本发明专利技术可使规划的无人机航路具备地面人员安全屏障的作用。更进一步在战略阶段减缓无人机坠毁伤人事故的严重后果，做到风险缓解的前移。

【技术实现步骤摘要】
一种基于安全代价评估的无人机航路规划方法
本专利技术属于无人机航路规划
，特别是涉及一种基于安全代价评估的无人机航路规划方法。
技术介绍
无人机航路规划是指在特定约束条件下,寻找从起始点到目标点并满足无人机性能指标的最优或可行的航路。现有无人机航路规划技术有两类，其一是基于展开数值算法的无人机路径规划研究，如仿生或粒子群等智能算法；其二是基于图形算法的路径规划研究，如Voronoi图和Laguerre图等。现有技术包括基于蚁群和遗传算法等智能仿生算法展开无人机路径规划研究、基于万有引力搜索算法和粒子群等不同算法规划无人机路径、以及各类无人机静态和动态实时避障路径规划。虽然现有无人机航路规划方法比较多，但尚未有一种航路规划方法能够有效地将无人机飞行对地面人员造成的安全风险考虑在内，使无人机的飞行航路具备安全属性，尽量减少因无人机飞行造成的地面人员伤亡。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种基于安全代价评估的无人机航路规划方法。为了达到上述目的，基于安全代价评估的无人机航路规划方法包括按顺序本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于安全代价评估的无人机航路规划方法，其特征在于：所述的基于安全代价评估的无人机航路规划方法包括按顺序进行的下列步骤：/n1)对无人机飞行空域的地面投影进行栅格化，获得多个正方形栅格；/n2)以栅格安全因子定量化描述上述栅格中无人机的飞行风险；/n3)构建基于步骤2)获得的栅格安全因子和无人机航路距离的航路规划总成本代价期望函数；/n4)以上述航路规划总成本代价期望函数作为蚁群算法的目标函数而对蚁群算法进行改进，利用改进蚁群算法进行迭代计算，最终获得航路安全与航路成本双重优化后的期望飞行路径。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于安全代价评估的无人机航路规划方法，其特征在于：所述的基于安全代价评估的无人机航路规划方法包括按顺序进行的下列步骤：
1)对无人机飞行空域的地面投影进行栅格化，获得多个正方形栅格；
2)以栅格安全因子定量化描述上述栅格中无人机的飞行风险；
3)构建基于步骤2)获得的栅格安全因子和无人机航路距离的航路规划总成本代价期望函数；
4)以上述航路规划总成本代价期望函数作为蚁群算法的目标函数而对蚁群算法进行改进，利用改进蚁群算法进行迭代计算，最终获得航路安全与航路成本双重优化后的期望飞行路径。


2.根据权利要求1所述的基于安全代价评估的无人机航路规划方法，其特征在于：在步骤1)中，所述的对无人机飞行空域的地面投影进行栅格化是将地面投影构成的二维空间划分成多个正方形栅格；栅格的边长由无人机的类型、设计尺寸确定；
无人机的类型分为固定翼无人机和多旋翼无人机；
对于固定翼无人机，栅格的设计尺寸为Lgrid＝max(LUAV+2Rperson,WUAV+2Rperson)，其中，LUAV为固定翼无人机的翼展，WUAV为固定翼无人机的机长，Rperson为人体平均半径；
对于多旋翼无人机，栅格的设计尺寸为Lgrid＝DUAV+2Rperson，其中，DUAV为多旋翼无人机的翼展直径。


3.根据权利要求1所述的基于安全代价评估的无人机航路规划方法，其特征在于：在步骤2)中，所述的栅格安全因子定义为栅格内无人机地面撞击事故的发生概率和无人机地面撞击事故严重程度的乘积s；
其中无人机地面撞击事故的发生概率选取的量化指标是每飞行小时无人机地面撞击事故的发生概率PU；
无人机地面撞击事故严重程度选取的量化指标是无人机每飞行小时地面撞击事故伤亡人数Nf；其中无人机每飞行小时地面撞击事故伤亡人数Nf可以表示为受事故影响的地面人数Ne和无人机每飞行小时地面撞击事故中人员伤亡率Pf的乘积，其计算公式为：
Nf＝Pf×Ne(1)
那么栅格安全因子的计算公式为：
s＝PU×Pf×Ne(2)
将上述受事故影响的地面人数Ne用地面撞击事故的影响区域面积Ag与事故发生区域人口密度ρ的乘积表示，那么式(2)可以表示为：
s＝PU×Pf×Agρ(j)(3)。


4.根据权利要求3所述的基于安全代价评估的无人机航路规划方法，其特征在于：所述无人机每飞行小时地面撞击事故中人员伤亡率Pf的计算方法：
无人机每飞行小时地面撞击事故中栅格j的人员伤亡率Pf(j)＝的计算公式为：



式中：PS(j)为栅格j中地面遮蔽物的保护系数，其值与栅格内各类地面遮蔽物的类型及其栅格面积有关，计算公式如式(5)所示；n为校正因子，取



式中：h为表1中地面遮蔽物的类型；为地面遮蔽物h的保护系数；Sh为栅格j中地面遮蔽物h的面积；Sj为栅格j的面积；
表1为不同地面遮蔽物的类型及其保护系数；
表1、地面遮蔽物的类型及其保护系数



α为当地面遮蔽物的保护系数PS＝6时，人员伤亡率为50％所需的冲击能量，取100kJ；β为当地面遮蔽物的保护系数PS趋向于0时人员伤亡的能量阈值，取34J；Ei为地面撞击事故发生时的无人机动能，记为其中Vi取1.4倍设计...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩鹏，张冰玉，赵嶷飞，
申请(专利权)人：中国民航大学，
类型：发明
国别省市：天津;12