一种面向城市空中交通的模块化无人机机场规划方法技术

本发明专利技术涉及面向城市空中交通的模块化无人机机场规划方法，包括步骤：确定预留的停机坪数量、公共航线数量；确定起降通道数量，根据无人机尺寸确定停机坪尺寸，初始化无人机机场；在终端区设计最终进近圈、等待高度层、降落高度层、起飞高度层、起飞通道、紧急降落层。本方案的终端区进离场和停机坪设置具有高效的可拓展性，支持无人机起降快速调整，公共航线流量动态调整，支持多条公共航线中多架无人机同时起降，适应不同的吞吐容量需求，促进了城市空中交通的安全使用和高效运行。市空中交通的安全使用和高效运行。市空中交通的安全使用和高效运行。

【技术实现步骤摘要】
一种面向城市空中交通的模块化无人机机场规划方法


[0001]本专利技术涉及无人机交通安全
，特别涉及一种面向城市空中交通的模块化无人机机场规划方法。

技术介绍

[0002]目前在城市空域飞行的无人机其容流瓶颈多集中在起降进离场阶段。虽然已有学者针对无人机机场进行设计，但其旨在适应和服务特定的无人机产品，仅允许无人机进行单次单架起降，不满足城市空中交通场景下物流无人机大容量、高吞吐的使用需求，这严重制约了小型货运无人机的发展进程。因此，需要考虑真实物流场景，设计具有物资存储、中转、配送等能力的大容量、高吞吐物流终端机场结构。并且，现有的终端区的进离场引导控制方案主要针对的是固定翼通航飞机及直升机，鲜有针对高吞吐物流无人机终端区设计的进离场控制策略。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于设计物流无人机大容量、高吞吐的使用需求的机场控制策略，提供一种面向城市空中交通的模块化无人机机场规划方法。
[0004]为了实现上述专利技术目的，本专利技术实施例提供了以下技术方案：
[0005]一种面向城市空中交通的模块化无人机机场规划方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1，确定预留的停机坪数量、公共航线数量；
[0007]步骤2，确定起降通道数量，根据无人机尺寸确定停机坪尺寸，初始化无人机机场；
[0008]步骤3，在终端区设计最终进近圈、等待高度层、降落高度层、起飞高度层、紧急降落层。
[0009]所述步骤1具体包括以下步骤：确定公共航线数量为n条，则具有n个模块，每个模块包含一个或多个停机坪，各个模块包含的停机坪数量相等或不等。
[0010]所述步骤2中，确定起降通道数量的步骤，包括：获取各项吞吐能力数值：
[0011]（1）
[0012]（2）
[0013]（3）
[0014]其中，t
window
表示时间窗口；C
surf 表示在时间窗口t
window
条件下无人机机场的表面容量；C
apr
表示在时间窗口t
window
内无人机机场能保障的无人机最大起飞数量；C
dep
表示在时间窗口t
window
内无人机机场能保障的无人机最大降落数量；N
park
表示停机坪数量；N1表示起飞通道数量；N2表示降落通道数量，与模块数量n相等；t
park
表示无人机在停机坪装载货物所耗费的时间；t
apr
表示无人机从起飞通道中进行起飞所占用起飞通道的时间；t
dep
表示无人机从降落通道中进行降落所占用降落通道的时间；
[0015]选取最大起飞数量C
apr
和最大降落数量C
dep
，将二者中较小值作为无人机机场的最
大保障架次C
apr/dep
；初始化无人机最大起飞数量C
apr
与最大降落数量C
dep
相等，通过式（2）、（3）计算得到起飞通道数量N1。
[0016]所述步骤2中，确定起降通道数量的步骤，还包括：
[0017]对预留的停机坪数量进行调整：
[0018]当，将C
apr/dep
赋值给C
surf
，由式（1）计算得到停机坪数量N
park
；
[0019]当，不做调整。
[0020]所述步骤2中，根据无人机尺寸确定停机坪尺寸，初始化无人机机场的步骤，包括：
[0021]设无人机水平尺寸为2r，对应机体圆柱半径为r，高度为2h，计算得到外接球半径R为：
[0022][0023]设计单个停机坪的半径尺寸为R；无人机的单个旋翼的桨直径为D，相邻停机坪中心点之间的间隔为2(R+D)。
[0024]所述步骤3中，所述最终进近圈包括第一最终进近圈、第二最终进近圈，所述第二最终进近圈的高度等于第一最终进近圈，等待高度层的高度低于第二最终进近圈；
[0025]所述第一最终进近圈斜飞下滑至等待高度层的角度为30度，所述第二最终进近圈斜飞至等待高度层的角度为20度；所述等待高度层上设置若干虚拟块，且将虚拟块划分为与模块相对应的n个区域。
[0026]所述第二进近圈与等待高度层之间的水平高度差为5D，设虚拟块的数量等于最大降落数量C
dep
，等待高度层的半径为，第一最终进近圈的半径为，第二最终进近圈的半径为。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0028]本方案的终端区进离场和停机坪设置具有高效的可拓展性，支持无人机起降快速调整，公共航线流量动态调整，支持多条公共航线中多架无人机同时起降，适应不同的吞吐容量需求，促进了城市空中交通的安全使用和高效运行。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0030]图1为本专利技术方法流程图；
[0031]图2（a）为单停机坪场景；
[0032]图2（b）为四停机坪场景；
[0033]图2（c）为另一种四停机坪场景；
[0034]图3（a）为无人机碰撞盒示意图；
[0035]图3（b）为无人机碰撞盒的俯视图
[0036]图3（c）为无人机碰撞盒正视图；
[0037]图4（a）为本专利技术实施例终端区各层示意图；
[0038]图4（b）为本专利技术实施例等待高度层的虚拟块区域划分示意图；
[0039]图5为本专利技术实施例降落高度层栅格化示意图；
[0040]图6（a）为单个起飞通道场景；
[0041]图6（b）为多个起飞通道场景；
[0042]图7为本专利技术实施例起飞通道区域俯视图，图7中的（a）为一个起飞通道时的起飞通道区域俯视图，图7中的（b）为两个起飞通道时的起飞通道区域俯视图，图7中的（c）为三个起飞通道时的起飞通道区域俯视图。
[0043]附图标记
[0044]第一最终进近圈1
‑
1，第二最终进近圈1
‑
2，等待高度层2，虚拟块2
‑
1，降落高度层3，起飞高度层4，起飞通道5，停机坪6。
具体实施方式
[0045]下面将结合本专利技术实施例中附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向城市空中交通的模块化无人机机场规划方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，确定预留的停机坪数量、公共航线数量；步骤2，确定起降通道数量，根据无人机尺寸确定停机坪尺寸，初始化无人机机场；步骤3，在终端区设计最终进近圈、等待高度层、降落高度层、起飞高度层、起飞通道、紧急降落层。2.根据权利要求1所述的一种面向城市空中交通的模块化无人机机场规划方法，其特征在于：所述步骤1具体包括以下步骤：确定公共航线数量为n条，则具有n个模块，每个模块包含一个或多个停机坪，各个模块包含的停机坪数量相等或不等。3.根据权利要求2所述的一种面向城市空中交通的模块化无人机机场规划方法，其特征在于：所述步骤2中，确定起降通道数量的步骤，包括：获取各项吞吐能力数值：（1）（2）（3）其中，t
window
表示时间窗口；C
surf 表示在时间窗口t
window
条件下无人机机场的表面容量；C
apr
表示在时间窗口t
window
内无人机机场能保障的无人机最大起飞数量；C
dep
表示在时间窗口t
window
内无人机机场能保障的无人机最大降落数量；N
park
表示停机坪数量；N1表示起飞通道数量；N2表示降落通道数量，与模块数量n相等；t
park
表示无人机在停机坪装载货物所耗费的时间；t
apr
表示无人机从起飞通道中进行起飞所占用起飞通道的时间；t
dep
表示无人机从降落通道中进行降落所占用降落通道的时间；选取最大起飞数量C
apr
和最大降落数量C
dep
，将二者中较小值作为无人机...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈舟，李诚龙，黄龙杨，郑远，胡潇瀚，顾文勇，
申请(专利权)人：中国民用航空飞行学院，
类型：发明
国别省市：