一种航空飞行器的飞行路径规划系统技术方案

一种航空飞行器的飞行路径规划系统，包括：地理信息采集模块，用于从地理信息系统中提取可飞行范围内的地理信息；气象信息采集模块，用于从气象信息系统中提取可飞行范围内的气象信息；多层地图生成模块，用于根据可飞行范围内的地理信息和气象信息生成多层规划地图；每层地图信息包括该层地图中每个通行节点的通行类型和通行代价倍率；路径规划模块，用于根据飞行起始点和目标点的位置基于所述多层规划地图，采用改进的路径规划算法计算从起始点到目标点的最优路径，得到规划好的航空飞行器的飞行路径；存储单元，用于存储规划好的航空飞行器的飞行路径；显示单元，用于显示航空飞行器从起始点到目标点的飞行路径。空飞行器从起始点到目标点的飞行路径。空飞行器从起始点到目标点的飞行路径。

【技术实现步骤摘要】
一种航空飞行器的飞行路径规划系统


[0001]本专利技术涉及路径规划
，尤其涉及一种航空飞行器的飞行路径规划系统。

技术介绍

[0002]阻碍通行类障碍是一种无法直接通过的障碍，包含自然式障碍，如悬崖、山峰等；人为式障碍，如建筑物、道路管制等，对于这类障碍唯一的通行办法只能是绕行，这样同样会增加通行的路径成本。减缓通行类障碍是一种会显著降低通行快速性的障碍，包含自然式障碍，如河流、泥沼等，人为式障碍，如速度限制、流量限制等，这类障碍会降低通行效率，甚至是改变通行方法，如由陆路变为水路。尤其，当减缓通行类的代价增加过大时，减缓通行类可以近似看作阻碍通行类中的一部分，因为其也形成了必须绕行的结果。
[0003]在现有的飞行路径确定方法中仅仅考虑了阻碍通行类障碍，即在遇到障碍时均需要进行“绕路”处理，缺少了减缓通行类障碍的相关考虑，当引入减缓通行类障碍时，“绕路”所增加的代价可能远远超过“跨越”复杂障碍的代价；同时现有的路径确定方法均限制在二维平面内，即不考虑高度维度或层次维度信息，如在现实中表现为没有上升或下降、在虚拟世界中表现为缺少Z轴信息，即高度信息，维度信息的缺失必然会降低路径规划的灵活性和最优性。

技术实现思路

[0004]鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种航空飞行器的飞行路径规划系统，用以解决现有路径规划方法仅考虑阻碍通行类障碍并且缺少高度信息，路径规划的灵活性低，不能准确找出最优路径的问题。
[0005]一方面，本专利技术实施例提供了一种航空飞行器的飞行路径规划系统，包括：
[0006]地理信息采集模块，用于从地理信息系统中提取可飞行范围内的地理信息；
[0007]气象信息采集模块，用于从气象信息系统中提取可飞行范围内的气象信息；
[0008]多层地图生成模块，用于根据可飞行范围内的地理信息和气象信息生成多层规划地图；每层地图信息包括该层地图中每个通行节点的通行类型和通行代价倍率；所述通行类型包括正常通行类型、减缓通行类型和阻碍通行类型；
[0009]路径规划模块，用于根据飞行起始点和目标点的位置基于所述多层规划地图，采用改进的路径规划算法计算从起始点到目标点的最优路径，得到规划好的航空飞行器的飞行路径；
[0010]存储单元，用于存储规划好的航空飞行器的飞行路径；
[0011]显示单元，用于显示航空飞行器从起始点到目标点的飞行路径。
[0012]基于上述技术方案的进一步改进，所述显示单元用于根据飞行路径中每个通行节点的位置信息将飞行路径融合在三维飞行场景中，显示融合后的三维飞行路径。
[0013]进一步地，多层地图生成模块包括：
[0014]层级分割模块，用于对可飞行范围的三维空间在垂直方向上进行分割，形成多个
分割层；
[0015]栅格划分模块，用于在每个分割层中进行栅格划分，一个栅格块为一个通行节点；
[0016]地图生成模块，用于根据每个通行节点对应的地理信息和气象信息标记每个通行节点的通行类型和通行代价倍率，得到多层规划地图。
[0017]进一步地，地图生成模块采用以下方式得到多层规划地图，包括：
[0018]若当前通行节点对应的地理信息中包含山体或建筑物，则将当前通行节点标记为阻碍通行类型；否则：
[0019]若当前通行节点对应的气象信息中包含云层，则根据云层的类型和云图信息确定当前通行节点的通行类型和通行代价倍率；
[0020]否则，将当前通行节点标记为正常通行类型。
[0021]进一步地，所述路径规划模块通过以下方式计算从起始点到目标点的最优路径：
[0022]S21、将起始点放入意向节点集合；
[0023]S22、在意向节点集合中选择总代价值最小的节点作为当前父节点，将当前父节点移动至已访问节点集合和规划节点集合；
[0024]S23、根据每个节点的通行类型和通行代价倍率，计算当前父节点的邻近节点中不在已访问节点集合中、且不是阻碍通行类的节点的总代价值；将当前父节点的邻近节点中不在已访问节点集合中、并且不是阻碍通行类的节点加入意向节点集合；其中，节点的总代价值为从起始点经父节点到达当前节点的途径代价值与从当前节点到达目标节点的预估代价值的和；
[0025]S24、若当前父节点的邻近节点中包含目标节点，则将目标节点移动至已访问节点集合和规划节点集合；在规划节点集合中，根据节点间的父子关系查找得到最优路径；
[0026]S25、否则，返回步骤S22。
[0027]进一步地，所述路径规划模块采用以下方式将当前父节点的邻近节点中不在已访问节点集合中、并且不是阻碍通行类的节点加入意向节点集合：
[0028]对当前节点的每个不在已访问节点集合中、并且不是阻碍通行类的邻近节点p
i
(x,y)：
[0029]若节点p
i
(x,y)不在意向节点集合中，则直接将节点p
i
(x,y)加入意向节点集合中，并记录节点p
i
(x,y)的总代价、途径代价、预估代价以及p
i
(x,y)的父节点为当前父节点；
[0030]若节点p
i
(x,y)已在意向节点集合，则若根据当前父节点计算的节点p
i
(x,y)的途径代价小于意向节点集合中记录的节点p
i
(x,y)的预估代价，则将意向节点集合中节点p
i
(x,y)的父节点更新当前父节点，并将p
i
(x,y)的总代价和途径代价分别更新为根据当前父节点计算的总代价和途径代价。
[0031]进一步地，
[0032]当邻近节点与目标节点在同一层时，通过以下公式计算预估代价当邻近节点与目标节点在同一层时，通过以下公式计算预估代价
[0033]当邻近节点与目标节点在不同层时，通过以下公式计算预估代价当邻近节点与目标节点在不同层时，通过以下公式计算预估代价
[0034]其中，D
m
＝|x
c
‑
x
e
|+|y
c
‑
y
e
|，λ表示跨越单位距离的代价值，(x
c
,y
c
)表示邻近节点的平面坐标，(x
e
,y
e
)表示目标节点的平面坐标，w1和w2表示权重系数，d表示层间切换代价，i表示邻近节点所在层的序号，j表示目标节点所在层的序号。
[0035]进一步地，
[0036]若邻近节点与父节点在同一层，通过以下公式计算途径代价若邻近节点与父节点在同一层，通过以下公式计算途径代价
[0037]若邻近节点与父节点在不同层，通过以下公式计算途径代价若邻近节点与父节点在不同层，通过以下公式计算途径代价
[0038]其中，表示位于第i层的父节点的途径代价，表示位于第j层的父节点的途径代价本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种航空飞行器的飞行路径规划系统，其特征在于，包括：地理信息采集模块，用于从地理信息系统中提取可飞行范围内的地理信息；气象信息采集模块，用于从气象信息系统中提取可飞行范围内的气象信息；多层地图生成模块，用于根据可飞行范围内的地理信息和气象信息生成多层规划地图；每层地图信息包括该层地图中每个通行节点的通行类型和通行代价倍率；所述通行类型包括正常通行类型、减缓通行类型和阻碍通行类型；路径规划模块，用于根据飞行起始点和目标点的位置基于所述多层规划地图，采用改进的路径规划算法计算从起始点到目标点的最优路径，得到规划好的航空飞行器的飞行路径；存储单元，用于存储规划好的航空飞行器的飞行路径；显示单元，用于显示航空飞行器从起始点到目标点的飞行路径。2.根据权利要求1所述航空飞行器的飞行路径规划系统，其特征在于，所述显示单元用于根据飞行路径中每个通行节点的位置信息将飞行路径融合在三维飞行场景中，显示融合后的三维飞行路径。3.根据权利要求1所述航空飞行器的飞行路径规划系统，其特征在于，多层地图生成模块包括：层级分割模块，用于对可飞行范围的三维空间在垂直方向上进行分割，形成多个分割层；栅格划分模块，用于在每个分割层中进行栅格划分，一个栅格块为一个通行节点；地图生成模块，用于根据每个通行节点对应的地理信息和气象信息标记每个通行节点的通行类型和通行代价倍率，得到多层规划地图。4.根据权利要求3所述航空飞行器的飞行路径规划系统，其特征在于，地图生成模块采用以下方式得到多层规划地图，包括：若当前通行节点对应的地理信息中包含山体或建筑物，则将当前通行节点标记为阻碍通行类型；否则：若当前通行节点对应的气象信息中包含云层，则根据云层的类型和云图信息确定当前通行节点的通行类型和通行代价倍率；否则，将当前通行节点标记为正常通行类型。5.根据权利要求1所述航空飞行器的飞行路径规划系统，其特征在于，所述路径规划模块通过以下方式计算从起始点到目标点的最优路径：S21、将起始点放入意向节点集合；S22、在意向节点集合中选择总代价值最小的节点作为当前父节点，将当前父节点移动至已访问节点集合和规划节点集合；S23、根据每个节点的通行类型和通行代价倍率，计算当前父节点的邻近节点中不在已访问节点集合中、且不是阻碍通行类的节点的总代价值；将当前父节点的邻近节点中不在已访问节点集合中、并且不是阻碍通行类的节点加入意向节点集合；其中，节点的总代价值为从起始点经父节点到达当前节点的途径代价值与从当前节点到达目标节点的预估代价值的和；S24、若当前父节点的邻近节点中包含目标节点，则将目标节点移动至已访问节点集合
和规划节点集合；在规划节点集合中，根据节点间的父子关系查找得到最优路径；S25、否则，返回步骤S22。6.根据权利要求5所述航空飞行器的飞行路径规划系统，其特征在于，所述路径规划模块采用以下方式将当前父节点的邻近节点中不在已访问节点集合中、并且不是阻碍通行类的节点加入意向节点集合：对当前节点的每个不在已访问节点集合中、并且不是阻碍通行类的邻近节点p
i
(x,y)：若节点p
i
(x,y)不在意向节点集合中，则直接将节点p

【专利技术属性】
技术研发人员：韩健，尉明军，王家琦，姜永明，
申请(专利权)人：北京机电工程研究所，
类型：发明
国别省市：