CN114355978A - 一种无人机低空飞行管理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种无人机低空飞行管理方法，包括登记注册、可行性判断、最优航路规划、航路审批、飞行数据监测等步骤，通过对无人航空器低空飞行的全流程管理，能够依旧用户请求自动规划航路，从而保障无人机在低空空域的安全飞行，大幅度提高空域利用效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种低空空域管理方法，尤其涉及一种无人机低空飞行管理系统。
背景技术
低空无人航空器的管理，将是低空经济得以发展的基础。但是现有低空管理的手段仍有许多不足，如何确保无人航空器低空飞行的安全、可靠、可监测、可控制，依旧本行业亟需解决的难题。现有的无人机管控手段中，有些是通过划定特定航路，要求无人机只能在特定航路上完成飞行任务，这种做法限制了低空空域资源的释放；有些则是由无人机驾驶者自己规划航道，这种规划方式缺乏安全性和合理性，当无人机数量较多时，航路容易发生交叉而引起安全事故。
发明内容
本发明提供一种无人机低空飞行管理方法，通过对无人航空器低空飞行的全流程管理，能够依旧用户请求自动规划航路，从而保障无人机在低空空域的安全飞行，大幅度提高空域利用效率。
本发明通过以下方式实现：
一种无人机低空飞行管理方法，包括以下步骤：
S1：用户在客户端注册登记无人机信息并发起飞行任务申请；
S2：管理端接收飞行任务申请信息并进行可行性判断；
S3：进行最优航路规划，对符合飞行要求的申请予以通过审批并将规划完成的最优航路传送给客户端；
S4：客户端接收审批信息并获取对应航路；
S5：无人机依据规划的航路进行飞行，并实时向管理端传送飞行数据；
S6：管理端对无人机飞行数据进行监测，对无人机实时飞行状态和最优航路进行可视化呈现；
S7：客户端完成飞行后向管理端发送飞行完成报告，结束飞行；
所述无人机信息至少包括无人机飞行速度、无人机续航路程；
所述飞行任务申请至少包括起飞时间、降落时间、无人机起飞地点、降落地点；
所述最优航路以起飞地点、降落地点之间的最短飞行距离为原则，以禁飞区域、气象条件、其他无人机航路为约束条件；
所述飞行状态和最优航路在地理信息系统上进行可视化呈现。
进一步的，所述S2中，管理端在接受飞行任务申请后，对飞行任务申请进行可行性判断，判断条件包括：
S21判断起飞地点与降落地点的直线距离是否超过无人机续航路程，如果是则进入下一步，否则予以驳回；
S22判断依据无人机注册的飞行速度，在起飞时间和降落时间的时间范围内的飞行距离是否不小于起飞地点与降落地点的直线距离；如果是则进入下一步，否则予以驳回；
S23依据气象预报信息，设置禁飞条件，判断起飞时间和降落时间的时间范围内气象预报信息是否符合禁飞条件，实则予以驳回，否则进入下一步。
进一步的，所述S3通过以下步骤进行最优航路规划：
S31基于三维地理信息系统，划分出飞行管理区域；
S32在飞行管理区域边界内设置若干节点，相邻节点通过连线两两连接，形成航路底图；
S33匹配无人机飞行高度层；
S34形成约束条件，符合约束条件的连线和节点，予以标记为不可用；
S35以与选点起飞地点和降落地点距离最短的节点为最优航路规划的起飞点和降落点，计算两点之间连线连接组成的最短路径，形成最优航路；
S36判断形成的最优航路距离加上无人机升降高度层的总距离是否不大于无人机续航路程，是则进入下一步，否则予以驳回；
S37在规划完成的最优航路两侧添加保护区，保护区覆盖的连线和节点，标记为不可用。
进一步的，所述最优航路包含经度、纬度和高程信息。
进一步的，所述S34中，所述约束条件包括禁飞区域，所述禁飞区域基于三维地理信息系统划分。
进一步的，在S6中，管理端将无人机完成飞行的连线和节点，取消不可用标记。
进一步的，所述S6中，最优航路通过以下方式进行可视化呈现：
S61基于OSGEarth构建的地理信息系统，加载飞行管理区域的地理信息图层，所述地理信息图层包括但不限于水系图层，路网图层，行政区划图层，植被图层，地形地貌图层，等高线图层，土地分类图层，poi信息点图层；
S62以规划的最优航路为中心轴，形成安全通道，所述安全通道上端面和下端面与航路的距离不小于无人机上侧和下侧的安全间距；所述安全通道左端面和右端面与航路的距离不小于无人机左侧和右侧的安全间距；
S63将安全通道均匀划分为若干安全网格；
S64所述安全通道以颜色标记。
进一步的，所述S6中，管理端实时获取无人机位置信息，包括经度、纬度、高程、速度；并在地理信息系统标记无人机位置。
进一步的，所述S6中，当无人机位置标记不在安全通道范围时，管理端发出预警提醒。
进一步的，所述S4飞行数据包括但不限于无人机经度、纬度、高度、速度、航向信息。
本发明具备以下有益效果：
1. 通过客户端，实现无人机自主注册、飞行计划自主申请；
2. 通过在管理端设置飞行计划判断条件，自主审核无人机飞行计划合理性，提高审批效率；
3. 通过管理端规划无人机飞行航路，确保无人机飞行安全；
4. 通过管理端实时监测无人机飞行状态，对飞行航路和无人机实时位置进行可视化呈现，提高无人机管理效率；
5. 当无人机偏离飞行位置时，发出预警，确保无人机飞行安全；
6. 及时无人机的航路，释放空域资源，提高空域资源的利用率。
附图说明
图1为航路底图示意图；
图2为最优航路规划示意图；
图3为安全通道示意图。
具体实施方式
一种无人机低空飞行管理方法，包括以下步骤：
S1：用户在客户端注册登记无人机信息并发起飞行任务申请；
S2：管理端接收飞行任务申请信息并进行可行性判断；
S3：进行最优航路规划，对符合飞行要求的申请予以通过审批并将规划完成的最优航路传送给客户端；
S4：客户端接收审批信息并获取对应航路；
S5：管理端对无人机飞行数据进行监测，对无人机实时飞行状态和最优航路进行可视化呈现；
S6：客户端完成飞行后向管理端发送飞行完成报告，结束飞行；
所述无人机信息至少包括无人机飞行速度、无人机续航路程、空飞重量、最大载重；
所述飞行任务申请至少包括起飞时间、降落时间、无人机起飞地点、降落地点；
所述飞行状态和最优航路在地理信息系统上进行可视化呈现。
所述S2中，管理端在接受飞行任务申请后，对飞行任务申请进行可行性判断，判断条件包括：
S21判断起飞地点与降落地点的直线距离是否超过无人机续航路程，如果是则进入下一步，否则予以驳回；
S22判断依据无人机注册的飞行速度，在起飞时间和降落时间的时间范围内的飞行距离是否不小于起飞地点与降落地点的直线距离；如果是则进入下一步，否则予以驳回；
S23依据气象预报信息，设置禁飞条件，判断起飞时间和降落时间的时间范围内气象预报信息是否符合禁飞条件，实则予以驳回，否则进入下一步。
具体的，气象禁飞条件包括雨、雪、雾、台风等天气状况。
所述S3通过以下步骤进行最优航路规划：
S31基于三维地理信息系统，划分出飞行管理区域；
S32在飞行管理区域边界内设置若干节点1，相邻节点通过连线2两两连接，形成航路底图；
节点的数量可以依据实际管理需要设置，节点越多，节点间距越小，则精细度越高。
如图1所示，在本实施例中，节点均匀分布在飞行管理区域中。
S33匹配无人机飞行高度层；
系统中，可以根据不同类型无人机设置不同飞行高度层，形成飞行规范。
比如空机重量不超过15千克且最大起飞重量不超过25千克，具备符合空域管理要求的空域保持能力和可靠被监视能力，全程可以随时人工介入操作的无人驾驶航空器，设置为小型无人机，分配飞行高度层在真高150米的空域。
最大起飞重量在25千克到150千克之间的无人驾驶航空器，设置为中型无人机，分配飞行高度在真高500米的空域。
最大起飞重量超过150千克的无人驾驶航空器，设置为大型无人机，分配的飞行高度在真高1500米的空域。
本实施例中，以中型无人机为例，则管理端在读取该无人机的注册信息及飞行任务申请后，将其分配在500米高程的空域进行航路规划。
S34形成约束条件，符合约束条件的连线和节点，予以标记为不可用；
标记为不可用的连线和节点，在路线规划的时候将视其为不存在。
S35以与选点起飞地点和降落地点距离最短的可用节点为最优航路规划的起飞点和降落点，计算两点之间连线连接组成的最短路径，形成最优航路；
由于客户端选取的起飞地点和降落地点，并不一定都会与节点重合，因此需要选择距离最近的可用节点作为航路起点进行修正。
可采用dijskra、SPFA、Bellman-Ford、Floyd 、Floyd-Warshall、Johnson算法中的一种。
S36判断形成的最优航路距离加上无人机升降高度层的总距离是否不大于无人机续航路程，是则进入下一步，否则予以驳回；
S37在规划完成的最优航路两侧添加保护区，保护区覆盖的连线和节点，标记为不可用。
保护区的大小可以根据不同机型进行设置，在本实施例中，无人机的保护区为设置为航路左右两侧各150米的间距，如图2所示，在该无人机飞行时段中，保护区覆盖的连线和节点，标记为不可用。
所有标记为不可用的连线和节点（即图2中禁飞区和保护区覆盖到的节点和连线），在有重叠时段的其他无人机的最优航路规划时，将会避开所有不可用的连线和节点。
系统让无人机用户自主注册，并对飞行计划申请；注册信息在传送到管理端后，管理端通过可行性判断，确认无人机准飞条件；通过最优航路规划，确保当多架无人机在同一时间段执行飞行任务时，航路不会交叉碰撞。每条规划的最优航路，与完成该航路飞行的无人机信息唯一绑定。
现有的无人机管理系统，多数是限定设计好了航路或航道，无人机只能在航道中飞行；而本发明提供的方案，可以让无人机用户自由选择无人机起飞点和降落点，实现低空空域的真正释放。
所述最优航路包含经度、纬度和高程信息。
所述S34中，所述约束条件包括禁飞区域，所述禁飞区域基于三维地理信息系统划分。
禁飞区域可以包括禁飞区、机场、高铁等法规禁止区域，或者人群密集区、行政办公地区等区域。
在S5中，管理端将无人机完成飞行的连线和节点，取消不可用标记。
管理端监测到无人机在规划航路上已经完成飞行的连线和节点，取消不可用标记。从而实现航路的实时回收。及时释放低空空域资源给其他无人机使用。
所述S6中，最优航路通过以下方式进行可视化呈现：
S61基于OSGEarth构建的地理信息系统，加载飞行管理区域的地理信息图层，所述地理信息图层包括但不限于水系图层，路网图层，行政区划图层，植被图层，地形地貌图层，等高线图层，土地分类图层，poi信息点图层；
S62以规划的最优航路3为中心轴，形成安全通道4，所述安全通道上端面和下端面与航路的距离不小于无人机上侧和下侧的安全间距；所述安全通道左端面和右端面与航路的距离不小于无人机左侧和右侧的安全间距；
安全间距可以根据无人机机型不同而设置，在本实施例中，无人机的安全间距为150米。
S63将安全通道均匀划分为若干安全网格；
S64所述安全通道以颜色标记。
所述S6中，管理端实时获取无人机实时位置信息，包括经度、纬度、高程、速度；并在地理信息系统标记无人机位置。
所述S6中，当无人机实时位置标记不在安全通道范围时，管理端发出预警提醒。
通过可视化监测，管理者可以实时查看无人机是否在安全范围内飞行，如果无人机实时位置不在安全通道范围内，出现偏航，则发出预警并通知客户端。
同时，管理端可以实时根据无人机偏航的位置节点，实时计算出到达降落点的新的最优航路并发送给客户端，告知无人机驾驶员，从而让偏航的无人机可以及时飞到安全的航路。
所述S4飞行数据包括但不限于无人机经度、纬度、高度、速度、航向信息。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
Claims (10)
1.一种无人机低空飞行管理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：用户在客户端注册登记无人机信息并发起飞行任务申请；
S2：管理端接收飞行任务申请信息并进行可行性判断；
S3：进行最优航路规划，对符合飞行要求的申请予以通过审批并将规划完成的最优航路传送给客户端；
S4：客户端接收审批信息并获取对应航路；
S5：无人机依据规划的航路进行飞行，并实时向管理端传送飞行数据；
S6：管理端对无人机飞行数据进行监测，对无人机实时飞行状态和最优航路进行可视化呈现；
S7：客户端完成飞行后向管理端发送飞行完成报告，结束飞行；
所述无人机信息至少包括无人机飞行速度、无人机续航路程；
所述飞行任务申请至少包括起飞时间、降落时间、无人机起飞地点、降落地点；
所述最优航路以起飞地点、降落地点之间的最短飞行距离为原则，以禁飞区域、气象条件、其他无人机航路为约束条件；
所述飞行状态和最优航路在地理信息系统上进行可视化呈现。
2.根据权利要求1所述管理方法，其特征在于，所述S2中，管理端在接受飞行任务申请后，对飞行任务申请进行可行性判断，判断条件包括：
S21判断起飞地点与降落地点的直线距离是否超过无人机续航路程，如果是则进入下一步，否则予以驳回；
S22判断依据无人机注册的飞行速度，在起飞时间和降落时间的时间范围内的飞行距离是否不小于起飞地点与降落地点的直线距离；如果是则进入下一步，否则予以驳回；
S23依据气象预报信息，设置禁飞条件，判断起飞时间和降落时间的时间范围内气象预报信息是否符合禁飞条件，实则予以驳回，否则进入下一步。
3.根据权利要求1所述管理方法，其特征在于，所述S3通过以下步骤进行最优航路规划：
S31基于三维地理信息系统，划分出飞行管理区域；
S32在飞行管理区域边界内设置若干节点，相邻节点通过连线两两连接，形成航路底图；
S33匹配无人机飞行高度层；
S34形成约束条件，符合约束条件的连线和节点，予以标记为不可用；
S35以与选点起飞地点和降落地点距离最短的节点为最优航路规划的起飞点和降落点，计算两点之间连线连接组成的最短路径，形成最优航路；
S36判断形成的最优航路距离加上无人机升降高度层的总距离是否不大于无人机续航路程，是则进入下一步，否则予以驳回；
S37在规划完成的最优航路两侧添加保护区，保护区覆盖的连线和节点，标记为不可用。
4.根据权利要求3所述管理方法，其特征在于，所述最优航路包含经度、纬度和高程信息。
5.根据权利要求3所述管理方法，其特征在于，所述S34中，所述约束条件包括禁飞区域，所述禁飞区域基于三维地理信息系统划分。
6.根据权利要求3所述管理方法，其特征在于，在S6中，管理端将无人机完成飞行的连线和节点，取消不可用标记。
7.根据权利要求1所述管理方法，其特征在于，所述S6中，最优航路通过以下方式进行可视化呈现：
S61基于OSGEarth构建的地理信息系统，加载飞行管理区域的地理信息图层，所述地理信息图层包括但不限于水系图层，路网图层，行政区划图层，植被图层，地形地貌图层，等高线图层，土地分类图层，poi信息点图层；
S62以规划的最优航路为中心轴，形成安全通道，所述安全通道上端面和下端面与航路的距离不小于无人机上侧和下侧的安全间距；所述安全通道左端面和右端面与航路的距离不小于无人机左侧和右侧的安全间距；
S63将安全通道均匀划分为若干安全网格；
S64所述安全通道以颜色标记。
8.根据权利要求7所述管理方法，其特征在于，所述S6中，管理端实时获取无人机位置信息，包括经度、纬度、高程、速度；并在地理信息系统标记无人机位置。
9.根据权利要求8所述管理方法，其特征在于，所述S6中，当无人机位置标记不在安全通道范围时，管理端发出预警提醒。
10.根据权利要求1所述管理方法，其特征在于，所述S4飞行数据包括但不限于无人机经度、纬度、高度、速度、航向信息。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220415 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |