TW202107421A - 用於操縱地形偵測和迴避的系統和方法 - Google Patents

用於操縱地形偵測和迴避的系統和方法 Download PDF

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Abstract

物件偵測和迴避方法包含接收一指定時空區內包括一控制運載工具的運載工具之時間基準位置和狀態資料，其中該些運載工具具有在該指定時空區內之初始位置。接收與該時空區重疊之一所關注空間區的地形資料。根據資料不確定性和解析度，為該時空區內之每一運載工具以及該所關注空間區中地形周圍之空間緩衝區計算一軌跡窗口。為該控制運載工具計算自一時間基準初始位置至一目的地點之多個同倫相異路徑，其中該些路徑保持該控制運載工具距其他運載工具之該軌跡窗口以及地形和障礙物之該些緩衝區至少一最小指定距離。然後，根據該些路徑中之一者對該控制運載工具進行路線選擇。

Description

用於操縱地形偵測和迴避的系統和方法
本發明大體而言係關於運載工具之路線選擇，以維持運載工具之分離並迴避障礙物。更特定而言，本發明係關於在運載工具的分離中自動整合地形和障礙物迴避。
將無人飛行系統（UAS）整合至國家空域系統（NAS）中，需要保持暢通無阻（Remain Well Clear）。特定而言，在與其他運載工具維持分離同時迴避地形和靜止障礙物對於低海拔地區的操作（諸如市區操作或基礎設施檢查）而言為主要關注的問題。
運轉中之飛機和其他運載工具可能會遇到許多移動和靜止障礙。移動障礙物包括其他飛機、成群的鳥類和天氣系統。靜止障礙物包括自然物件（諸如地形）和人造物件（諸如塔樓和建築物）。由於預期的和意外的障礙，可能需要沿著其飛行路徑移動的飛機實施暫時航線修改。飛機的操作員可能試圖執行航向改變，以維持遵守預定到達時間，同時遵守有關速度、海拔、安全性和乘客舒適度的限制。
除其他飛機外，飛機的操作者可能亦必須考慮地形和固定障礙物。
說明性實施例提供一種用於物件迴避之電腦實施方法。該方法包含接收指定時空區內包括控制運載工具的運載工具之時間基準位置和狀態資料，其中運載工具具有在指定時空區內之初始位置。接收所關注空間區的地形和障礙物資料，其中所關注空間區之一部分與指定時空區之一部分重疊。為指定時空區內之每一運載工具計算機率性軌跡窗口。根據地形和障礙物資料不確定性和解析度計算在所關注空間區中之地形和障礙物周圍的空間緩衝區。然後為控制運載工具計算自時間基準初始位置至目的地點之多個同倫相異路徑，其中路徑保持控制運載工具距其他運載工具之軌跡窗口以及地形和障礙物之緩衝區至少最小指定距離。然後，根據該些路徑中之一者對該控制運載工具進行路線選擇。
另一說明性實施例提供一種物件迴避系統，該物件迴避系統包含控制運載工具及連接至該控制運載工具的電腦。電腦包含匯流排系統，連接至匯流排系統的儲存裝置，其中該儲存裝置儲存程式指令及連接至該匯流排系統的多個處理器，其中該多個處理器執行該些程式指令以：接收指定時空區內包括控制運載工具的運載工具之時間基準位置和狀態資料，其中運載工具具有在指定時空區內之初始位置；接收所關注空間區的地形和障礙物資料，其中所關注空間區之一部分與指定時空區之一部分重疊；為指定時空區內之每一運載工具計算機率性軌跡窗口；根據地形和障礙物資料不確定性和解析度計算在所關注空間區中之地形和障礙物周圍的空間緩衝區；為控制運載工具計算自時間基準初始位置至目的地點之多個同倫相異路徑，其中路徑保持控制運載工具距其他運載工具之軌跡窗口以及地形和障礙物之緩衝區至少最小指定距離；及根據路徑中之一者對控制運載工具進行路線選擇。
另一說明性實施例提供一種用於物件迴避之電腦程式產品。該電腦程式產品包含非揮發性電腦可讀儲存媒體，該非揮發性電腦可讀儲存媒體具有與其一起體現之程式指令，該些程式指令可由多個處理器執行以促使電腦執行以下步驟：接收指定時空區內包括控制運載工具的運載工具之時間基準位置和狀態資料，其中運載工具具有在指定時空區內之初始位置；接收所關注空間區的地形和障礙物資料，其中所關注空間區之一部分與指定時空區之一部分重疊；為指定時空區內之每一運載工具計算機率性軌跡窗口；根據地形和障礙物資料不確定性和解析度計算在所關注空間區中之地形和障礙物周圍的空間緩衝區；為控制運載工具計算自時間基準初始位置至目的地點之多個同倫相異路徑，其中路徑保持控制運載工具距其他運載工具之軌跡窗口以及地形和障礙物之緩衝區至少最小指定距離；及根據路徑中之一者對控制運載工具進行路線選擇。
該些特徵、功能和益處可以在本發明之各種實施例中獨立地實現，或可以結合在其他實施例中，在該些其他實施例中，可以參考以下描述和附圖來看到更多細節。
說明性實施例認識並考慮到地形和障礙物迴避同時維持與其他運載工具的分離對於在較低海拔下且特定而言在城市空中交通（Urban Air Mobility）環境中的操作變得更加重要。
說明性實施例認識並考慮到在達到決策點之前需要向控制運載工具（例如，一飛機）提供導航和航向資訊。
說明性實施例認識並考慮到沿著飛機飛行路徑，所關注物件可能位於飛機與沿著飛機的預期飛行路徑的飛機之前的點之間。
飛機可以遵循至少一個同倫相異行程區域，在本文中被稱為「寬路徑」。可以基於飛機的機動特性和其他飛機的所關注機率性區域來計算飛機的時間基準初始位置與目的地點之間的複數個寬路徑。分離管理系統接收並篩選關於控制飛機以及該控制飛機試圖迴避的其他飛機的飛機與空域資訊。可以相對於時間和可能的位置判定和監視每一飛機的軌跡窗口。分離管理系統判定何時可能發生軌跡重疊，且可以為控制運載工具重新進行路線選擇。
虛擬預測雷達（VPR）螢幕可以顯示控制運載工具之複數個軌跡路徑，且可以包括時間環（time ring），該些時間環預測運載工具在三­維空間加時間中的位置。基於控制運載工具的機動性特性和速度，可以對控制運載工具施加約束。當預測第二運載工具與VPR交集時，可以沿著軌跡路徑子集產生多個寬路徑，以維持控制運載工具與第二運載工具的分離。
同倫相異行程區域（寬路徑）、分離管理系統、虛擬預測雷達，及其支援方法和系統進一步詳細地描述在2011年11月15日的美國專利第8,060,295號「自動化分離管理器」中。
說明性實施例認識並考慮到計算飛機的寬路徑的方法考慮在控制飛機周圍的時間基準空域內的其他飛機，但在產生路線選項時未解決操縱地形和地面障礙物的問題。
說明性實施例認識並考慮到，VPR機動流形提供關於相對於控制運載工具的位置方面的以該控制運載工具為中心的交通資訊表示，而地形資料典型地以全局方式表示，例如在緯度、經度網格點上的高程。因此，在提供與地形、障礙物和交通的同時分離時，需要將可能以不同座標表示或維持在不同資料結構中的地形和運載工具資訊進行整合的方法。
說明性實施例提供了一種方法和系統，用於將地形和障礙物考慮因素包括在VPR資料結構中以進行分隔管理和物件迴避。地形資料維持在空間分區資料結構中，諸如八叉樹或矩形3D網格狀結構，其經映射至VPR資料結構。機動流形亦經映射至地形表示，且判定地形與機動流形交集之位置。
說明性實施例提供了一種自動分離系統，其為控制運載工具維持VPR形式的機動流形，該機動流形連續地監視時空區中之相關交通位置，從而表示VPR中的交通。分離管理系統包括八叉樹模組，用於在空間分區資料結構中維護地形和障礙物資訊，其範圍涵蓋了時空區。分離管理系統將VPR映射至含有地形和障礙物資訊的空間分區，從而將VPR中之地形和障礙物位置連同交通資訊一起編碼。分離管理系統在迴避交通、地形和諸如建築物或塔樓的障礙的VPR中產生複數個寬路徑。
現在將注意力轉向諸圖。圖1為分離管理系統中之路線選擇決策的系統100的方塊圖的說明。系統100包括控制運載工具102、電腦104、應用程式106、障礙物108、障礙物110、障礙物112、寬路徑114、寬路徑116、寬路徑118、初始位置120、目的地點122、決策邊界124和路線選擇流形126。
控制運載工具102可為一飛機，包括固定翼飛機、直升機、滑翔機、氣球、飛艇或無人飛機。控制運載工具102亦可以為船艇，包括船舶或潛艇。控制運載工具102亦可以為陸基運載工具。
電腦104可以為通用電腦。電腦104可以位於控制運載工具102上。電腦104亦可以位於地面位置，例如在空中交通控制中心。電腦104可以為一起工作以實現目標的多個電腦，包括位於不同實體位置的電腦。
應用程式106在電腦104上執行，且可以執行本文中所提供的關於設定控制運載工具102之操作者在其中做出關於航向的決策的時間和空間邊界的動作。在實施例中，應用程式106的各部分可以在多於一個電腦104上執行，該電腦可以位於多於一個位置或在多於一架飛機或其他運載工具上。
障礙物108、障礙物110和障礙物112可以包括飛機、氣球、滑翔機、可以為靜止的或運動中的無人飛行載具。障礙物108、障礙物110、障礙物112亦可以包括成群的鳥類、天氣系統以及控制運載工具102希望迴避的靜止或運動中的任何其他物件。障礙物108、障礙物110和障礙物112亦可以為陸基，且可以為自然物件，諸如例如包含山脈的地形，或可以為人造的，例如通信塔、建築物或禁飛區。在海上實施例中，障礙物108、障礙物110和障礙物112可以為其他船舶、潛艇、浮標、地形（無論是否潛入水中）以及天氣系統。
寬路徑114、寬路徑116和寬路徑118為同倫相異行程區域。可以基於控制運載工具102的機動特性以及障礙物108、障礙物110和障礙物112（包括其他飛機）的所關注機率性區域，在控制運載工具102的時間基準位置與參考點之間計算寬路徑114、寬路徑116和寬路徑118。寬路徑114、寬路徑116和寬路徑118包含路線選擇（機動）流形126中含有的最大簡單連接區域，其中對於該區域中之每一點，存在含有該點的用於控制運載工具102的可行路線，該可行路線始於時間基準的初始位置120，並在目的地點122結束。若用於控制運載工具102的路線滿足排程要求和約束且在實體上係可能的，則該路線為可行的。
初始位置120、目的地點122和路線選擇流形126可以形成空間和時間上自開始狀態至結束狀態的可能路徑的聯集，該些路徑滿足控制運載工具102的機動和操作約束並迴避障礙物108至112。機動和操作約束可以包括速度、海拔度、安全性和乘客舒適度。
決策邊界124為時間和空間中的至少一者中的簡單點連通集。為了維持可行路徑，在到達沿決策邊界124的點時，控制運載工具102必須位於轉換為叉形選項的路徑上，包括寬路徑114、寬路徑116和寬路徑118中的一或多個或起始改變航向至不同寬路徑，該不同寬路徑轉換為寬路徑114，寬路徑116和寬路徑118中之一者。應注意，說明性實施例可以在無決策邊界的情況下實施。可以在時間0做出寬路徑的選擇，而無意切換到另一寬路徑，從而避免需要決策邊界124。
圖1中所示出的說明性實施例並不意味著暗示對可以實施不同的說明性實施例的方式的實體或架構限制。除了和/或代替所說明的部件，可以使用其他組件。在一些說明性實施例中，某些組件可能為不必要的。同樣，區塊經呈現以說明一些功能組件。當在不同的說明性實施例中實施時，此等區塊中之一或多者可以組合和/或劃分為不同的區塊。
圖2為提供根據說明性實施例的具有變化的不確定性程度之飛機之安全分離窗口的示意圖的圖。提供圖2係出於說明目的，且描繪在分離管理系統中欲考慮的不確定性，本發明的系統和方法可以基於該不確定性。圖2中所示出的組件經加索引至圖1中所示出的組件。圖2中所示出之控制飛機202對應於圖1所示出之控制運載工具102。圖2中所示出之參考飛機208對應於圖1中所示出之障礙物108。圖2為示出具有變化的不確定性程度的飛機的安全隔離窗口的示意圖。
圖2描繪了兩個單獨的場景，經標記為200a和200b。控制飛機202和參考飛機208各自具有軌跡窗口（機率性位置區）。控制飛機202具有軌跡窗口R1，該軌跡窗口R1表示來自計劃軌跡路徑的導航不確定性。軌跡窗口R1可以由環境條件（例如，風、空氣質量等）儀器的限制和/或公差或影響飛機軌跡的其他因素導致。由子集軌跡窗口R1表示的導航不確定性典型地較小，且可以假定其隨時間大約恆定。控制飛機202的第二軌跡窗口R2由控制飛機202的可能的軌跡定義為時間的函數，其中R2的半徑表示距直線路徑的距離。例如，可操縱的飛機可能具有非常大R2，因為該飛機可以在相對較短的距離內執行劇烈的機動，而機動性較差的飛機可能具有更窄的R2值。一般而言，R2值定義飛機的最大操縱不確定性，且R2區域的特徵為隨時間快速增長。
參考飛機208亦具有軌跡窗口206，該軌跡窗口206將其可能的軌跡和位置定義為時間函數。
場景200a描繪控制飛機202的不希望情況，因為控制飛機202之軌跡窗口R2太寬，以致於其未為機動提供足夠的空間來迴避各別軌跡窗口R2和206的交集。在此等情況下，控制飛機202和參考飛機208可能處於高干擾風險。
說明性實施例減小了軌跡窗口控制飛機202，從而擴大控制飛機202與參考飛機208之間的潛在分離區域。
方案200b描繪用於控制飛機202的安全分離的條件，因為軌跡窗口R3更窄使得控制飛機202和參考飛機208將安全地通過。說明性實施例使用機率性曲線來將軌跡窗口R2減小至場景200b中所說明的最小安全距離軌跡窗口R3。舉例而言，軌跡窗口R3可以表示控制飛機202的軌跡的百分之九十八的信賴區間。與場景200a相反，場景200b不包括控制飛機202之軌跡窗口R3與參考飛機208之軌跡窗口206的交集，從而在兩個飛機之間產生安全的分離距離。說明性實施例在實施分離管理器以控制空域時使用相關飛機的軌跡窗口R3。
在圖2之段200c中進一步描述不同的軌跡窗口R1、R2和R3。如上文所提及，R1代表較小的導航不確定性，典型地由環境條件、儀器限制和/或公差引起，且隨時間大約恆定。R2反映了最大機動不確定性，表示運載工具未來可能機動並隨著項目時間快速增長的前瞻區域。R3代表最接近方法的最小安全距離。儘管R2大於R3的一般關係為一致的，但熟習此項技術者將瞭解，R1、R2和R3的半徑可能與段200c非常不同。
再次參考圖1，路線選擇流形126可以含有關於飛行員、地面控制人員和其他人員的不確定性區域的資訊，且亦可以含有關於圖1的控制運載工具102和障礙物108的軌跡窗（例如，R2、R3）的資訊。系統100亦包括決策邊界124，該決策邊界124提供簡單的點連通集，在到達該邊界時，控制運載工具102的操作者必須做出關於航向的決策，同時仍要遵守先前建立的約束條件，該些約束條件可以包括關於不確定性和軌跡窗口的資訊。
虛擬預測雷達（VPR）為一種資料結構，其表示機動/路線選擇流形，同時考慮控制飛機前方預看/時空區內其他飛機的軌跡窗口以及控制飛機的機動約束。
圖3A和圖3B為提供根據說明性實施例的用於具有變化的不確定性程度之地形之安全隔離窗口的示意圖的圖。提供圖3A和圖3B用於說明目的，且描繪在地形迴避系統中欲考慮的不確定性，本發明內容的系統和方法可基於該不確定性。圖3A和圖3B中所示出的組件經加索引至圖1中所示出之組件。圖2中所示出之控制飛機302對應於圖1所示出之控制運載工具102。圖3A中所示出的地形特徵304對應於圖1中所示出的障礙物108。圖3A和圖3B為示意圖，示出具有變化不確定性程度的地形安全隔離窗口。
圖3A和圖3B描繪了三個單獨的場景，經標記為300a、300b和300c。控制飛機302的機動需要考慮T1，其表示地形量測值不確定性。地形量測值表示網格緯度和經度位置以及高程。T1在緩衝區306中典型地經充分理解且得到考慮。
控制飛機302的機動亦需要考慮T2a延伸超出由T1不確定性判定的緩衝區。T2a表示由於地形資料的粗略解析度所致的不確定性，且可能會取決於地形特性而廣泛變化，且由於缺少量測資料而可能未很好地瞭解。地形特徵304表示由於粗略量測解析度而未提供量測資料的地點的地形高程。
控制飛機302具有軌跡不確定性T2b，其考慮由於上升氣流和風況（尤其在山區地形中）所致的控制飛機302的行為的不確定性，且取決於天氣、典型的循環型樣、地形類型和飛機類型而變化。
與圖2中之場景200a中的參考飛機208類似，在300a中所示出之場景導致以下風險：短距離傳感器未偵測到地形特徵304，直至控制飛機302進行機動以迴避該地形特徵為時已晚。
在場景300b中，軌跡路徑R3建立至緩衝區306的最小安全距離。在所有風況下，所有類型的地形皆無固定最小值。某些地區和類型的地形具有典型的已知風況。在場景300b中，增加緩衝區306以考慮已知風況和地形類型。
在場景300c中，控制飛機302切換至較高地形解析度308（若可用），以考慮危險的地形類型。緩衝區由於增加地形資料解析度而減小，但仍然考慮風況。
圖3B之段300d描述完整緩衝區T4，該緩衝區由與地形相關聯的不確定性T1、T2a、T2b連同在給定地形類型和風況的情況下的最小安全接近距離T3組成。場景300b和300c描繪不包括T3的部分緩衝區。應理解，軌跡路徑R3至少囊括T3。
圖4為描繪根據說明性實施例的用於地形操縱以及偵測和迴避（DAA）的系統的方塊圖。系統400將關於飛機和地形資料的資訊整合在控制運載工具的預看區域內。飛機系統402中之每一飛機系統404具有位置406和計劃路徑408，該位置和計劃路徑可用於由多個系統存取。
本地資料庫和/或地形伺服器410在給定當前位置、計劃路徑和參數定義的局部區域的情況下提供地形資料和更新以進行更新。可以包括機載地形和障礙物資料庫，以加快對地形和障礙物資料的存取。與DAA系統通信的遠端地形伺服器亦可以代替機載資料庫或與車載資料庫結合使用。
地形參數包括地形解析度412和用於地形更新的區域大小414。地形參數可以即時更新，或可以取決於操作需要和實施方案進行固定。用於更新的區域大小414取決於用於地形的指定預看區域，其可能大於闖入者（即，其他運載工具）的區域。預看區域取決於主權速度，與計劃的允許偏差，迴避時段以及超出迴避時段的緩衝區。
飛機和地形資料經饋送至DAA系統416，DAA系統416包含複合追蹤器418、警報系統420以及輸入和通信管理422。輸入和通信管理422向迴避子系統424提供與主權狀態、飛行計劃、地形、警報、預測軌跡和迴避碰撞有關的資訊。
空間分區管理器426維持空間分區參數。地形管理器428將地形資訊維持在空間分區432中。在多解析度分區的狀況下，地形管理器428可以抽取或細化所接收地形資料以用於以各種解析度表示以與控制運載工具的機動流形的解析度相容。在單個解析度分區的狀況下亦可能發生此情況，其中所接收地形資料與分區解析度不匹配。地形管理器428亦維持輔助資料結構，充當高程分類器。
軌跡管理器430維持主權和闖入者預測軌跡，且在所預測軌跡維持在分區中的情況下用預測軌跡更新空間分區432。
空間分區432為用於高效表示、維護和存取資訊的資料結構，其中空間構造中之位置為相關的。空間分區可用於維護關於空域交通的資訊，此在交通繁忙之區域中特別有用。
空間分區432表示空間分區單元、與每一分區單元相關聯的資訊、分區參數以及用於高效分區搜索的結構，該結構通常為樹形結構。空間分區432用於維護相關地形資料並將地形資料映射至VPR 434。
在給定控制飛機的主權預測軌跡的情況下，VPR 434產生VPR資料，並表示VPR闖入預測軌跡中的闖入者。根據此資料，VPR會產生迴避寬路徑，諸如圖9中所示出的寬路徑914、916、918。
VPR空間分區鏈接器436提供將空間分區432映射至VPR 434中的能力，且反之亦然。VPR 434以方位角、範圍、高程和時間的形式提供以主權為中心的空域表示。空間分區432典型地為基於緯度、經度和高度的地形的矩形表示，例如如圖6中所示出。因此，VPR 434和空間分區432具有具有不同座標系的不同資料結構。VPR空間分區鏈接器436可以將VPR單元映射至空間分區單元，或將VPR寬路徑單元映射至空間分區單元和高度分類器。
寬路徑細化器440在給定地形和障礙物資料以及度量資訊的情況下細化寬路徑，且可以回應於其他運載工具的位置和狀態資料的改變或地形和障礙物資料的改變來計算新的寬路徑。導引選項438將包括重新路線選擇選項的寬路徑資訊轉換成用於輸出的表示以及諸如定位點選項/帶的其他表示。導引輸出器442將導引資訊放入至所需輸出格式。
圖5為描繪根據說明性實施例的疊加在空間分區座標系之投影上的VPR座標系的圖。具體地，圖5說明疊加在投影空間分區上方之VPR座標系的一層，其中Z座標為恆定的。
VPR 520表示控制飛機前方之時空區。空間分區510表示與時空區至少部分重疊的所關注空間區。所關注空間區和時空區彼此重疊的部分可能僅包含每一各別區或整個區的子段。
如在圖5中可以看出，在此視圖中，空間分區510在X-Y平面中呈現矩形柵格形式。空間分區中之單元由X維度512和Y維度514界定。VPR 520採取自初始0點開始的徑向網格的形式，該初始0點亦表示控制飛機的位置。vx 方向向量522位於0處且平行於空間分區510的X方向指向。類似地，vY 方向向量524位於0處且平行於空間分區510的X方向指向。
應注意，為了便於說明，圖5描繪空間分區510和VPR 520兩者的單個平面。空間分區510和VPR 520兩者皆可以包含沿著Z軸的多個層，如下文所解釋。
圖6描繪根據說明性實施例的單解析度空間分區的一部分。空間分區600表示為包含複數個單元602的矩形3D網格狀結構。像元602由沿X 604、Y 606和Z 608軸線的各別座標定義，從而可以在所示出單元內以三維表示地形特徵610。地形資料可以三角測量格式以規則間隔緯度和經度X-Y網格點處之高程值形式提供至DAA系統。
圖6中所描繪的實例性空間分區600為單解析度，其中僅採用單個大小的單元。
圖7描繪根據說明性實施例的多解析度空間分區的一部分。在此實例中，空間分區700經表示為八叉樹，其中每一單元702具有八個子單元712。父單元702和子單元712表示不同級別的解析度。如下文所解釋，地形資料解析度的程度會影響將其與VPR資料組合的方式。
圖8描繪根據說明性實施例的四維（4D）VPR的多個層。圖8為便於說明的簡化表示。在此視圖中，4D VPR 800包含兩個VPR層802和804。如所示出，飛機810當前正在以由VPR層802表示之海拔處行進。如在圖8中可見，與VPR層802相比，VPR層804經截形。此截形考慮到飛機810在爬升以到達VPR層804的海拔時必須覆蓋的水平距離。
說明性實施例將空間分區和VPR的資料結構彼此映射，並尋找資料結構之間的交集。可以根據地形特徵的存在來最佳化或變更VPR中表示的寬路徑。
圖9為根據說明性實施例的顯示寬路徑之虛擬預測雷達的圖。圖9中所示出的組件經加索引至圖1中所示出的組件。圖9中所示出之控制飛機902對應於圖1中所示出之控制運載工具102。圖9中所示出的障礙物908、障礙物910、障礙物912對應於圖1中所示出的障礙物108、障礙物110、障礙物112。圖9中所示出的寬路徑914、寬路徑916、寬路徑918對應於圖1中所示出的寬路徑114、寬路徑116、寬路徑118。圖9中所示出的初始始發點920和目的地點922分別對應於圖1中所示的時間基準初始位置120和目的地點122。圖9亦描繪與圖1中描繪的組件不對應的數個組件。圖9描繪兩個額外障礙物，障礙物928和障礙物930。
4D-VPR 900亦包括時間環，出於討論目的，其中兩個標記為時間環932和時間環934。雖然在圖9中被描繪成環，但時間環932和時間環934可能不以環狀方式成形且可以採取各種形狀。運載工具在特定時間到達特定點的機率性亦可以與時間環932和時間環934中的至少一個相關聯。時環932、934可採用各種尺寸，以便反映給定時間的控制運載工具902的位置的不確定性。時間環932、934本身不是系統或方法的組成部分，而是時間邊界的表示。當控制運載工具902離開初始起點920並沿目的地點922的方向移動時，控制運載工具902越過可能由圖1之應用程式106設定的邊界，包括時間環932和時間環934。可以使用時間環932、934計算直至期望控制運載工具902到達寬路徑914、寬路徑916和寬路徑918的任何組合的發散點為止的時間。時環932、934在判定障礙物908、910、912的位置時亦很有用，尤其是在障礙物處於運動中時。
圖10為根據說明性實施例結合地形資料顯示寬路徑的虛擬預測雷達的圖。類似於圖9中的4D-VPR 900，4D-VPR 1000包括三個迴避飛機的障礙物1008、1010、1012、1028和1030的寬路徑1014、1016和1018。VPR 1000亦併入地形資料，該資料指示地形特徵與單元1040、1042、1044、1046、1048、1050和1052中的機動流形交集。
參考圖11，由於在單元1040至1052中識別的地形障礙的存在，已自VPR 1000移除寬路徑1018，留下寬路徑1014和1016作為控制飛機1002的唯一剩餘寬路徑，以迴避在時間基準初始位置1020與目的地點1022之間的飛機和地形障礙物兩者。
在說明性實施例中，在為控制飛機計算寬路徑之前，將地形資料映射至VPR。在另一說明性實施例中，在將地形資料映射至VPR之前計算出控制飛機的寬路徑，且然後根據地形資料根據需要進行變更。當地形資料具有比VPR更高的解析度時，為了減輕處理負載，此後一實施例更合適。
圖12為描繪根據說明性實施例的用於將地形資訊整合至VPR物件迴避中的處理流程的流程圖。可以藉由圖4中所示的迴避子系統424來實施過程1200。在過程1200中，在找到寬路徑之前將地形資料添加至VPR。此方法適用於地形資料具有較低解析度的情況。
過程1200開始於接收控制飛機的主權狀態更新（步驟1202）。此可以包括位置和飛行計劃更新（若有）。迴避子系統判定當前地形範圍是否足夠（步驟1204）。若地形範圍不足夠，則迴避系統請求地形資訊，以指示所要範圍（步驟1206）。接收地形資訊（步驟1208），且系統判定新資料的邊界（步驟1210）。此可能需要在地形伺服器中僅提供預定的資訊組集，其可能包括當前資料和新資料兩者。
然後，系統判定是否將模式設設定為遞增地添加地形資訊（步驟1212）。若未將模式設定為遞增添加地形，則用所有新的地形資料更新空間分區（步驟1214）。
若將模式設定為遞增地添加地形，則系統然後判定當前分區地形資訊是否覆蓋潛在VPR範圍（步驟1216）。若地形資訊不覆蓋VPR範圍，則用所需的地形資料更新分區（步驟1218）。
然後，系統判定是否存在闖入者警報（步驟1220）。若無闖入者警報，則過程返回到步驟1202以接收更新的主權狀態資料。
若存在警報，則系統將闖入者添加至VPR（步驟1222），且根據其各別機率性軌跡窗口判定是否存在與VPR交集的闖入者（步驟1224）。若無任何闖入者與VPR交集，則過程返回至步驟1202。
若闖入者與VPR交集，則迴避子系統將地形資料添加至VPR（步驟1226）。上述情形可以藉由將空間分區單元列映射至VPR來完成，如下文更詳細的揭示。
在將地形資料映射至VPR之後，迴避系統在VPR中找到迴避地形資料中之闖入者和地形特徵兩者的寬路徑（步驟1228）。上述情形係根據其他飛機的機率性軌跡窗口，圍繞地形特徵和障礙物計算出的空間緩衝區（基於資料不確定性和解析度）以及控制運載工具操縱能力和約束條件來完成。寬路徑保持控制運載工具距其他運載工具的軌跡窗口以及地形和障礙物的緩衝區之間至少最小指定距離。
在判定寬路徑之後，自寬路徑資訊產生所要輸出格式（步驟1230），且輸出迴避導引（步驟1232）。
圖13為描繪根據說明性實施例的用於將地形資訊整合至VPR寬路徑中的處理流程的流程圖。過程1300與過程1200的不同之處在於，首先判定寬路徑，然後根據需要進行細化以適應地形資料。過程1300適用於地形為高解析度以便減少處理負載的情況。若VPR分區比地形分區粗略得多，則此程序為較佳的。
過程1300開始於接收控制飛機的主權狀態更新（步驟1302）。此可以包括位置和飛行計劃更新（若有）。迴避子系統判定當前地形範圍是否足夠（步驟1304）。若地形範圍不足夠，則迴避系統請求地形資訊，以指示所要範圍（步驟1306）。接收地形資訊（步驟1308），且系統判定新資料的邊界（步驟1310）。此可能需要在地形伺服器中僅提供預定的資訊組集，其可能包括當前資料和新資料兩者。
然後，系統判定是否將模式設設定為遞增地添加地形資訊（步驟1312）。若未將模式設定為遞增添加地形，則用所有新的地形資料更新空間分區（步驟1314）。
若將模式設定為遞增地添加地形，則系統然後判定當前分區地形資訊是否覆蓋潛在VPR範圍（步驟1316）。若地形資訊不覆蓋VPR範圍，則用所需的地形資料更新分區（步驟1318）。
然後，系統判定是否存在闖入者警報（步驟1320）。若無闖入者警報，則過程返回到步驟1302以接收更新的主權狀態資料。
若存在警報，則系統將闖入者添加至VPR（步驟1322），且判定是否存在與VPR交集的闖入者（步驟1324）。若無任何闖入者與VPR交集，則過程返回至步驟1302。
若存在與VPR交集的闖入者，則迴避子系統首先在VPR中找到迴避闖入者的寬路徑（步驟1326）。在判定寬路徑之後，系統將地形資料添加至寬路徑（步驟1328）。上述情形可以藉由將VPR單元映射至空間分區來完成。
若路徑在任何階段被地形阻擋，則系統將其標記為不可通行並移動至下一條路徑（步驟1330）。系統找到迴避在現有寬路徑內之地形的寬路徑（步驟1332）。在判定可通行的寬路徑之後，自寬路徑資訊產生所要輸出格式（步驟1330），且輸出迴避導引（步驟1336）。
圖14A和圖14B為說明根據說明性實施例的用於將地形資料映射至VPR的過程的流程圖。過程1400藉由找到相應資料結構之間的交集將地形資料映射至VPR，且反之亦然。過程1400首先判定空間分區中X範圍之最小值/最大值和Y範圍之最小值/最大值，此界定控制飛機前方之期望區域中包括的空間分區的範圍（步驟1402）。處理1400可以使用分區中之X列或Y列進行。本實例假定使用X列。
接下來，將分區當前Z層值設定為與最小VPR層交集的層（步驟1404），且判定當前Z層中是否存在可能的地形交集（步驟1406）。若無任何可能的交集，則該過程將當前Z層值設定為下一Z層（步驟1408）並檢查地形交集。
若當前Z層中可能存在地形交集，則該過程將當前X列值設定為最小Y範圍的列交集，並判定當前列中是否存在可能的地形交集（步驟1410）。若無任何交集，則將當前的X列值設定至下一列（步驟1412），並再次檢查可能的地形交集。
若找到與當前X列的可能地形交集，則該過程隨後將當前單元值C設定為與彼Z層中最小X範圍交集的列單元，並判定是否存在與彼單元可能的地形交集（步驟1414）。若未找到任何交集，則將C設定為X列中之下一單元（步驟1416），然後檢查其地形交集。
若針對當前單元C偵測到可能的地形交集，則該過程將判定與C的當前X-Y維度交集的VPR向量範圍（由範圍R和角度6界定）（步驟1418）。
當前VPR元層值經設定為與當前單元C交集的VPR層（步驟1420）。對於與C交集的每一VPR單元（R, 6），若最大地形位準（加上緩衝區）等於或大於最小VPR層，則彼VPR單元經標記為阻塞（步驟1422）。
然後，該過程判定在具有交集的層上方是否存在另一分區Z層（步驟1424）。若存在另一Z層，則將C設定為當前層之正上方的單元（步驟1426），且將VPR層再次向上調整（步驟1420）。本質上，當在單元中找到地形交集時，過程1400判定地形特徵前進多高，直至空域暢通為止。
若無更多的空間劃分層，則過程1400判定在同一X列中是否存在另一單元（步驟1428）。若存在另一小區，則為X列中之下一單元設定值C（步驟1430），且再次判定與彼小區交集的VPR範圍（步驟1418）。
若在X列中無更多的單元，則過程1400判定在彼Z層中是否存在另一列（步驟1432）。若無任何更多列，則過程結束。
若存在另一列，則將當前列之值設定為下一列（步驟1434），且檢查此下一列的可能地形交集（步驟1436）。若該列中無任何地形交集，則過程結束。
若在下一列中存在可能的地形交集，則過程1400返回至步驟1414，並將當前單元C設定為最小X範圍的單元交集，並判定是否存在與彼單元的地形交集。過程1400繼續直至在指定的預看區域中未發現地形交集。
現在轉向圖15，根據說明性實施例描繪資料處理系統的說明。圖15中之資料處理系統1500為可以用於實施說明性實施例的資料處理系統的實例，例如圖1之電腦104，或本文中所揭示的任何其他模組或系統或過程。在此說明性實例中，資料處理系統1500包括通信組構1502，其在處理器單元1504、記憶體1506、持久性儲存器1508、通信單元1510、輸入/輸出（I/O）單元1512和顯示器1514之間提供通信。
處理器單元1504用於執行可以經載入至記憶體1506中之軟體的指令。取決於特定的實施方案，處理器單元1504可以為多個處理器、多處理器核心或某種其他類型的處理器。如本文中關於項目所使用的，多個意指一或多個項目。此外，可以使用多個異質處理器系統來實施處理器單元1504，在該些異質處理器系統中主處理器與次級處理器一起存在於單個晶片上。作為另一說明性實例，處理器單元1504可以為含有相同類型的多個處理器的對稱多處理器系統。
記憶體1506和持久性儲存器1508為儲存裝置1516的實例。儲存裝置為能夠臨時地和/或永久地儲存資訊的任何硬體，該資訊係諸如例如但不限於資料、功能形式的程式碼和/或其他合適的資訊。在此等實例中，儲存裝置1516亦可以被稱為電腦可讀儲存裝置。在此等實例中，記憶體1506可以為例如隨機存取記憶體或任何其他合適的揮發性或非揮發性儲存裝置。持久性儲存器1508可以採取各種形式，此取決於特定的實施方案。
舉例而言，持久性儲存器1508可以含有一或多個組件或裝置。例如，持久性儲存器1508可以為硬碟機、快閃記憶體、可重寫光碟、可重寫磁帶或以上的某種組合。持久性儲存器1508使用的媒體亦可以為可抽換的。舉例而言，可抽換硬碟機可用於持久性儲存器1508。
在此等實例中，通信單元1510提供與其他資料處理系統或裝置的通信。在此等實例中，通信單元1510為網路介面卡。通信單元1510可以經由使用實體和無線通信鏈路中之一或兩者來提供通信。
輸入/輸出（I/O）單元1512允許與可以連接至資料處理系統1500的其他裝置進行資料的輸入和輸出。舉例而言，輸入/輸出（I/O）單元1512可以提供用於經由鍵盤、滑鼠和/或一些其他合適的輸入裝置的使用者輸入的連接。此外，輸入/輸出（I/O）單元1512可以將輸出發送至印表機。顯示器1514提供一種用以向使用者顯示資訊的機制。
用於作業系統、應用程式和/或程式的指令可以位於儲存裝置1516中，其經由通信組構1502與處理器單元1504通信。在此等說明性實例中，指令以功能形式位於持久性儲存器1508上。該些指令可以經載入至記憶體1506中以由處理器單元1504執行。處理器單元1504可以使用電腦實施指令來執行不同實施例的處理，該些電腦實施指令可以位於諸如記憶體1506的記憶體中。
該些指令被稱為程式碼、電腦可用程式碼或電腦可讀程式碼，其可以由處理器單元1504中的處理器讀取和執行。不同實施例中之程式碼可以體現在不同的實體或電腦可讀儲存媒體上，諸如記憶體1506或持久性儲存器1508。
程式碼1518以功能形式位於電腦可讀媒體1520上，該電腦可讀媒體1520可以選擇性地抽換，且可以載入至資料處理系統1500上或傳送至資料處理系統1500以由處理器單元1504執行。在此等實例中，程式碼1518和電腦可讀媒體1520形成電腦程式產品1522。在一個實例中，電腦可讀媒體1520可以為電腦可讀儲存媒體1524或電腦可讀信號媒體1526。電腦可讀儲存媒體1524可以包括例如光碟或磁碟，該光碟或磁碟被插入或放置在作為持久性儲存器1508的一部分的硬碟機或其他裝置中，以傳送至為持久性儲存器1508的一部分的諸如硬碟機的儲存裝置上。電腦可讀儲存媒體1524亦可以採用連接至資料處理系統1500的持久性儲存器的形式，諸如硬碟機、隨身碟或快閃記憶體。在一些情況下，電腦可讀儲存媒體1524可能無法自資料處理系統1500抽換。
替代地，可以使用電腦可讀信號媒體1526將程式碼1518傳送至資料處理系統1500。電腦可讀信號媒體1526可以為例如含有程式碼1518之傳播資料信號。舉例而言，電腦可讀信號媒體1526可以為電磁信號、光信號和/或任何其他合適類型的信號。此等信號可以經由諸如無線通信鏈路、光纖纜線、同軸纜線、電線和/或任何其他合適類型的通信鏈路之類的通信鏈路來傳輸。換言之，在說明性實例中，通信鏈路和/或連接可以為實體或無線的。
在一些說明性實施例中，程式碼1518可以經由電腦可讀信號媒體1526自另一裝置或資料處理系統經由網路下載至持久性儲存器1508，以在資料處理系統1500內使用。例如，儲存在伺服器資料處理系統中之電腦可讀儲存媒體中之程式碼可以經由網路自伺服器下載至資料處理系統1500。提供程式碼1518之資料處理系統可以為伺服器電腦，用戶端電腦或其他能夠儲存和傳輸程式碼1518的裝置。
針對資料處理系統1500說明的不同組件並不意味著對可以實施不同實施例的方式提供架構限制。可以在資料處理系統中實施不同的說明性實施例，該資料處理系統包括除了或代替針對資料處理系統1500而說明的組件之外的組件。圖15中所示出的其他組件可以與所示出說明性實例不同。可以使用能夠運行程式碼的任何硬體裝置或系統來實施不同的實施例。作為一個實例，資料處理系統可以包括與無機成分整合的有機成分和/或可以完全由除人類以外的有機成分組成。例如，儲存裝置可以由有機半導體組成。
在另一說明性實例中，處理器單元1504可以採取具有被製造或組態用於特定用途的電路的硬體單元的形式。此類型的硬體可以執行操作，而無需將程式碼自儲存裝置載入至記憶體中以經組態以執行操作。
例如，當處理器單元1504採取硬體單元的形式時，處理器單元1504可以為電路系統、特殊應用積體電路（ASIC）、可程式化邏輯裝置或經組態以執行多個操作的某一其他合適類型的硬體。對於可程式化邏輯裝置，該裝置經組態以執行多個操作。該裝置可以在以後重新組態，或可以永久組態以執行多個操作。可程式化邏輯裝置的實例包括例如可程式化邏輯陣列、可程式化陣列邏輯、場可程式化邏輯陣列、場可程式化門陣列以及其他合適硬體裝置。在此類型之實施方案的情況下，可以省略程式碼1518，因為在硬體單元中實施用於不同實施例的處理。
在又一個說明性實例中，可以使用在電腦和硬體單元中找到的處理器的組合來實施處理器單元1504。處理器單元1504可以具有多個硬體單元和多個處理器，該些處理器經組態以運行程式碼1518。在此所描繪實例的情況下，一些過程可以以多個硬體單元來實施，而其他過程可以以多個處理器來實施。
作為另一實例，資料處理系統1500中之儲存裝置為可以儲存資料的任何硬體設備。記憶體1505、持久性儲存器1508和電腦可讀媒體1520為有形形式的儲存裝置的實例。
在另一實例中，匯流排系統可以用於實施通信組構1502，且可以由一或多個匯流排組成，例如系統匯流排或輸入/輸出匯流排。當然，可以使用提供在附接至匯流排系統的不同組件或裝置之間的資料傳送的任何適當類型的架構來實施匯流排系統。另外，通信單元可以包括一或多個用於傳輸和接收資料的裝置，例如數據機或網路適配器。此外，記憶體可以為例如記憶體1505或快取記憶體，諸如在通信組構1502中可能存在之介面和記憶體控制器集線器中找到。
資料處理系統1500亦可包括關聯記憶體1528。關聯記憶體1528可以與通信組構1502通信。關聯記憶體1528亦可以與儲存裝置1516通信或在一些說明性實施例中被認為係儲存裝置1516的一部分。雖然示出一個關聯記憶體1528，但可以存在額外關聯儲存器。
不同的說明性實施例可以採取完整的硬體實施例，完全軟體實施例或含有硬體和軟體元件兩者的實施例的形式。一些實施例以軟體實施，該軟體包括但不限於形式，諸如例如韌體、常駐軟體和微碼。
此外，不同實施例可採取可自電腦可用或電腦可讀媒體存取的電腦程式產品的形式，該電腦可用產品或電腦可讀媒體提供程式碼以供執行指令的電腦或任何裝置或系統使用或與其結合使用。出於本發明的目的，電腦可用或電腦可讀媒體通常可以為任何有形設備，其可以含有、儲存、傳達、傳播或傳輸由指令執行系統、設備或裝置使用或與其結合使用的程式。
電腦可用或電腦可讀媒體可以為例如但不限於電子、磁性、光學、電、紅外線或半導體系統，或傳播媒體。電腦可讀媒體的非限制性實例包括半導體或固態記憶體、磁帶、可抽換電腦磁片、隨機存取記憶體（RAM）、唯讀記憶體（ROM）、硬磁碟和光碟。光碟可能包括光碟-唯讀儲存器（CD-ROM）、光碟-讀取/寫入（CD-R/W）和DVD。
此外，電腦可用或電腦可讀媒體可以含有或儲存電腦可讀或可用程式碼，使得當電腦可讀或可用程式碼在電腦上執行時，此電腦可讀或可用程式碼的執行促使電腦經由通信鏈路傳輸另一電腦可讀或可用程式碼。此通信鏈路可以使用例如但不限於實體或無線的媒體。
一種適合於儲存和/或執行電腦可讀或電腦可用程式碼的資料處理系統將包括一或多個處理器，該些處理器經由諸如系統匯流排的通信組構直接或間接地耦合至記憶體元件。記憶體元件可以包括在程式碼之實際執行期間採用的本地記憶體、大容量儲存器，以及快取記憶體，該些快取記憶體提供至少一些電腦可讀或電腦可用程式碼之臨時儲存以減少可以在程式碼執行期間自大容量儲存器檢索程式碼的次數。
輸入/輸出或I/O裝置可以直接或通過中間I/O控制器耦合至系統。此等裝置可以包括例如但不限於鍵盤、觸控螢幕顯示器和指向裝置。不同的通信適配器亦可以耦合至系統，以使得資料處理系統能夠經由中間的專用或公共網路耦合至其他資料處理系統或遠端印表機或儲存裝置。數據機和網路適配器的非限制性實例僅為通信適配器的當前可用類型中之幾種。
如本文中所使用， 片語「多個」意指一或多個。片語「中之至少一者」當與項目清單一起使用時，意味著可以使用所列舉項目中之一或多者的不同組合，且可能僅需要清單中每一項目中之一者。換言之，「中之至少一者」意指可以自清單使用項目和項目數目的任何組合，但並非清單中之所有項目皆為必需的。該項目可以為特定的物件、事物或類別。
例如但不限於，「項目A、項目B或項目C中之至少一者」可以包括項目A、項目A與項目B或項目C。此實例亦可以包括項目A、項目B以及項目C，或項目B與項目C。當然，可以存在此等項目的任何組合。在一些說明性實例中，「中之至少一者」可以為例如但不限於項目A中之兩個；項目B中之一者；以及項目C中之十個；項目B中之四個和項目C中之七個；或其他合適的組合。
所描繪的不同實施例中之流程圖和方塊圖說明說明性實施例中之設備和方法的一些可能的實施方案的架構、 功能和操作。就此而言，流程圖或區塊圖中之每個區塊可以表示模組、區段、功能或操作或步驟的一部分中之至少一個。舉例而言，區塊中之一或多者可以實施為程式碼。
在說明性實施例的一些替代實施方案中，區塊中所述的一或多個功能可以不按圖中所述的次序發生。舉例而言，在一些狀況下，取決於所涉及的功能性，可以基本上同時執行連續示出的兩個區塊，或有時可以按相反次序執行該些區塊。此外，除了流程圖或方塊圖中之所說明區塊之外，亦可以添加其他區塊。
此外，本發明包含根據以下條項之實例：
條項1.一種用於物件迴避之電腦實施方法，該方法包含：由多個處理器接收一指定時空區內包括一控制運載工具的運載工具之時間基準位置和狀態資料，其中該運載工具具有在該指定時空區內之初始位置；由多個處理器接收一所關注空間區的地形和障礙物資料，其中該所關注空間區之一部分與該指定時空區之一部分重疊；由多個處理器為該指定時空區內之每一運載工具計算一機率性軌跡窗口；由多個處理器根據地形和障礙物資料不確定性和解析度計算在該所關注空間區中之地形和障礙物周圍的空間緩衝區；由多個處理器為該控制運載工具計算自一時間基準初始位置至一目的地點之多個同倫相異路徑，其中該些路徑保持該控制運載工具距其他運載工具之軌跡窗口以及地形和障礙物之緩衝區至少一最小指定距離；及由多個處理器根據該些路徑中之一者對該控制運載工具進行路線選擇。
條項2.如條項1之方法，其中根據該控制運載工具之機動能力和約束來計算該些同倫相異路徑。
條項3.如條項1或2之方法，其進一步包含：回應於其他運載工具之位置和狀態資料的改變，或地形和障礙物資料的改變，由多個處理器計算多個新同倫相異路徑；及由多個處理器沿著該些新路徑中之一者為該控制運載工具進行重新路線選擇。
條項4.如條項1至3中任一項之方法，其中該些地形和障礙物資料係以一三角測量格式表示。
條項5.如條項4之方法，其中該些地形和障礙物資料包含在規則間隔網格點處之高程資料。
條項6.如條項1至5中任一項之方法，其進一步包含在一四維虛擬預測雷達（4D-VPR）上顯示該些同倫相異路徑。
條項7.如條項6之方法，其中該4D-VPR指示運載工具、地形和障礙物在時間環上之交集。
條項8.如條項1至7中任一項之方法，其進一步包含：由多個處理器產生一空間分區；以及由多個處理器將用於該控制運載工具之一機動流形映射至該空間分區中。
條項9.如條項8之方法，其進一步包含由多個處理器抽取或細化地形和障礙物資料解析度以匹配機動流形解析度。
條項10.如條項1至9中任一者之方法，其中該些地形和障礙物資料由在該控制運載工具上之一資料庫或一非機載伺服器中之至少一者提供。
條項11.一種目標迴避系統，其包含：一控制運載工具；一電腦，其連接至該控制運載工具，該電腦包含：一匯流排系統；以及一儲存裝置，其連接至該匯流排系統，其中該儲存裝置儲存程式指令；以及多個處理器，其連接至該匯流排系統，其中該多個處理器執行該些程式指令以執行如條項1至10中任一項之方法。
條項12.一種目標迴避系統，其包含：一控制運載工具；一電腦，其連接至該控制運載工具，該電腦包含：一匯流排系統；以及一儲存裝置，其連接至該匯流排系統，其中該儲存裝置儲存程式指令；以及多個處理器，其連接至該匯流排系統，其中該多個處理器執行該些程式指令以：接收指定時空區內包括控制運載工具的運載工具之時間基準位置和狀態資料，其中運載工具具有在指定時空區內之初始位置；接收所關注空間區的地形和障礙物資料，其中所關注空間區之一部分與指定時空區之一部分重疊；為指定時空區內之每一運載工具計算機率性軌跡窗口；根據地形和障礙物資料不確定性和解析度計算在所關注空間區中之地形和障礙物周圍的空間緩衝區；為控制運載工具計算自時間基準初始位置至目的地點之多個同倫相異路徑，其中路徑保持控制運載工具距其他運載工具之軌跡窗口以及地形和障礙物之緩衝區至少最小指定距離；及根據路徑中之一者對控制運載工具進行路線選擇。
條項13.如條項12之物件迴避系統，其中根據該控制運載工具之機動能力和約束來計算該些同倫相異路徑。
條項14.如條項12或13之物件迴避系統，其中該些處理器進一步執行程式指令以：回應於其他運載工具之位置和狀態資料的改變或地形和障礙物資料的改變而計算多個新同倫相異路徑；及沿著該些新路徑中之一者對該控制車輛進行重新路線選擇。
條項15.如條項12至13中任一項之物件迴避系統，其中該些地形和障礙物資料係以一三角測量格式表示。
條項16.如條項15之物件迴避系統，其中該些地形和障礙物資料包含在規則間隔網格點處之高程資料。
條項17.如條項12至16中任一項之物件迴避系統，其進一步包含一顯示系統，該顯示系統經組態以在一四維虛擬預測雷達（4D-VPR）上顯示該些同倫相異路徑。
條項18.如條項17之物件迴避系統，其中該4D-VPR指示運載工具、地形和障礙物在時間環上之交集。
條項19.如條項12至18中任一項之物件迴避系統，其中該些處理器進一步執行程式指令以：產生一空間分區；以及將用於該控制運載工具之一機動流形映射至該空間分區中。
條項20.如條項19之物件迴避系統，其中該些處理器進一步執行程式指令以抽取或細化地形和障礙物資料解析度以匹配機動流形解析度。
條項21.如條項12至20中任一項之目標迴避系統，進一步包含與該些處理器通信之一機載地形和障礙物資料庫或一非機載伺服器中之至少一者。
條項22.一種用於物件迴避之電腦程式產品，該電腦程式產品包含：一非揮發性電腦可讀儲存媒體，其具有與其一起體現之程式指令，該些程式指令可由多個處理器執行以促使該電腦執行如條項1至10中任一項之方法之步驟。
條項23.一種用於物件迴避之電腦程式產品，該電腦程式產品包含：一非揮發性電腦可讀儲存媒體，其具有與其一起體現之程式指令，該些程式指令可由多個處理器執行以促使該電腦執行以下步驟：接收一指定時空區內包括一控制運載工具的運載工具之時間基準位置和狀態資料，其中該些運載工具具有在該指定時空區內之初始位置；接收一所關注空間區之地形和障礙物資料，其中該所關注空間區之一部分與該指定時空區之一部分重疊；為該指定時空區內之每一運載工具計算一機率性軌跡窗口；根據地形和障礙物資料不確定性和解析度計算在所關注空間區中之地形和障礙物周圍的空間緩衝區；為該控制運載工具計算自一時間基準初始位置至一目的地點之多個同倫相異路徑，其中該些路徑保持該控制運載工具距其他運載工具之該些軌跡窗口以及地形和障礙物之該些緩衝區至少一最小指定距離；及根據該些路徑中之一者對該控制運載工具進行路線選擇。
條項24.如條項23之電腦程式產品，其中根據該控制運載工具之機動能力和約束計算該些同倫相異路徑。
條項25.如條項23或24之電腦程式產品，其中該些處理器進一步執行以下步驟：回應於其他運載工具之位置和狀態資料的改變或地形和障礙物資料的改變而計算多個新同倫相異路徑；及沿著該些新路徑中之一者對該控制運載工具進行重新路線選擇。
條項26.如條項23至25中任一項之電腦程式產品，其中該些地形和障礙物資料係以一三角測量格式表示。
條項27.如條項26之電腦程式產品，其中該些地形和障礙物資料包含在規則間隔網格點處之高程資料。
條項28.如條項23至27中任一項之電腦程式產品，其中該些處理器進一步執行以下步驟：在四維虛擬預測雷達（4D-VPR）上顯示該些同倫相異路徑。
條項29.如條項28之電腦程式產品，其中該4D-VPR指示運載工具、地形和障礙物在時間環上之交集。
條項30.如條項23至29中任一項之電腦程式產品，其中該些處理器進一步執行以下步驟：產生一空間分區；以及將用於該控制運載工具之一機動流形映射至該空間分區中。
條項31.如條項23至30中任一項之電腦程式產品，其中該些處理器進一步執行以下步驟：抽取或細化地形和障礙物資料解析度以匹配機動流形解析度。
條項32.如條項23至31中任一者之電腦程式產品，其中該些地形和障礙物資料由在該控制運載工具上之一資料庫或一非機載伺服器中之至少一者提供。
已出於說明和描述的目的呈現不同的說明性實施例的描述，且不意欲為窮盡性或限制於呈所揭示形式之實施例。對於熟習此項技術者而言，諸多修改和變型將為顯而易見的。此外，與其他說明性實施例相比，不同說明性實施例可以提供不同的特徵。選擇和描述所選擇之一或多個實施例以便最佳地闡釋實施例的原理、實際應用，並使得熟習此項技術者能夠理解具有各種修改的各種實施例的揭示內容，該些修改適用於所預期的特定用途。
100:系統 102:控制運載工具 104:電腦 106:應用程式 108:障礙物 110:障礙物 112:障礙物 114:寬路徑 116:寬路徑 118:寬路徑 120:初始位置 122:目的地點 124:決策邊界 126:路線選擇流形 200a:場景 200b:場景 200c:段 202:控制運載工具 206:軌跡窗口 208:參考飛機 300a:場景 300b:場景 300c:場景 300d:段 302:控制飛機 304:地形特徵 306:緩衝區 308:地形解析度 400:系統 402:飛機系統 404:飛機系統 406:位置 408:路徑 410:地形伺服器 412:地形解析度 414:地形更新 416:偵測和迴避（DAA）系統 418:複合追蹤器 420:系統 422:通信管理 424:迴避子系統 426:空間分區管理器 428:地形管理器 430:軌跡管理器 432:空間分區 434:VPR 436:VPR空間分區鏈接器 438:導引選項 440:寬路徑細化器 442:導引輸出器 510:空間分區 512:X維度 514:Y維度 520:VPR 522:方向向量 524:迴避子系統 600:空間分區 602:單元 604:X軸線 606:Y軸線 608:Z軸線 610:地形特徵 700:空間分區 702:父單元 712:子單元 800:VPR 802:VPR層 804:VPR層 810:飛機 900:4D VPR 902:控制運載工具 908:障礙物 910:障礙物 912:障礙物 914:寬路徑 916:寬路徑 918:寬路徑 920:初始位置 922:目的地點 928:障礙物 930:障礙物 932:多個時間環 932:時間環 934:多個時間環 1000:4D VPR 1002:控制飛機 1008:障礙物 1010:寬路徑 1012:寬路徑 1020:時間基準初始位置 1022:目的地點 1028:障礙物 1040:單元 1042:單元 1044:單元 1046:單元 1048:單元 1050:單元 1052:單元 1200:過程 1202:控制飛機步驟 1204:足夠步驟 1206:所要範圍步驟 1208:步驟 1210:新資料步驟 1212:地形資訊遞增步驟 1214:新地形資料步驟 1216:潛在VPR範圍步驟 1218:地形資料步驟 1220:闖入者警報步驟 1222:VPR步驟 1224:各別機率性軌跡窗口步驟 1226:VPR步驟 1228:地形資料步驟 1230:寬路徑資訊步驟 1232:輸出步驟 1300:過程 1302:控制飛機步驟 1304:足夠步驟 1306:所要範圍步驟 1310:新資料步驟 1312:地形資訊遞增步驟 1314:新地形資料步驟 1316:潛在VPR範圍步驟 1318:地形資料步驟 1320:闖入者警報步驟 1322:VPR步驟 1324:VPR步驟 1326:闖入者步驟 1328:寬路徑步驟 1330:寬路徑資訊步驟 1332:寬路徑步驟 1336:輸出步驟 1400:過程 1402:控制飛機步驟 1406:最小VPR層步驟 1406:當前Z層步驟 1408:下一Z層步驟 1410:當前列步驟 1412:下一列步驟 1414:單元步驟 1416:X列步驟 1418:C步驟 1420:VPR層與當前單元C交集步驟 1420:步驟 1422:步驟 1424:交集步驟 1426:當前一步驟 1428:相同X列步驟 1430:X列步驟 1432:Z層步驟 1434:下一列步驟 1436:可能地形交集步驟 1500:資料處理系統 1502:通信組構 1504:處理器單元 1505:記憶體 1506:記憶體 1508:持久性儲存器 1510:通信單元 1512:輸入/輸出I/O單元 1514:顯示器 1516:儲存裝置 1518:程式碼 1520:電腦可讀媒體 1522:電腦程式產品 1524:電腦可讀儲存媒體 1526:電腦可讀信號媒體 1528:關聯記憶體 R1:小導航不確定性 R2:最大機動不確定性 R3:最小安全最接近距離 T1:地形量測值不確定性 T2a:由於粗略地形特性所致的不確定性 T2b:控制飛機的行為的不確定性 T3:最小安全接近距離
被認為係說明性實施例之特性的新穎特徵在所附申請專利範圍中被提出。然而，當結合附圖閱讀時，藉由參考本發明之說明性實施例的以下詳細描述，將最佳理解說明性實施例及其較佳使用模式、進一步目的和特徵，其中：
[ 圖 1] 為根據說明性實施例的在分離管理系統中之路線選擇決策的系統的方塊圖；
[ 圖 2] 為提供根據說明性實施例的具有變化的不確定性程度之飛機之安全分離窗口的示意圖的圖；
[ 圖 3A 和圖 3B] 為提供根據說明性實施例的用於具有變化的不確定性程度之地形之安全隔離窗口的示意圖的圖；
[ 圖 4] 為描繪根據說明性實施例的用於地形操縱以及偵測和迴避（DAA）的系統的方塊圖；
[ 圖 5] 為描繪根據說明性實施例的疊加在空間分區座標系之投影上的VPR座標系的圖；
[ 圖 6] 描繪根據說明性實施例的單解析度空間分區的一部分；
[ 圖 7] 描繪根據說明性實施例的多解析度空間分區；
[ 圖 8] 描繪根據說明性實施例的4D VPR的多個層；
[ 圖 9] 為根據說明性實施例的顯示寬路徑（fat path）之虛擬預測雷達的圖；
[ 圖 10] 為根據說明性實施例的結合地形資料顯示寬路徑的虛擬預測雷達的圖；
[ 圖 11] 為根據說明性實施例的虛擬預測雷達的圖，該虛擬預測雷達顯示變更的寬路徑以考慮地形資料；
[ 圖 12] 為描繪根據說明性實施例的用於將地形資訊整合至VPR物件迴避中的處理流程的流程圖；
[ 圖 13] 為描繪根據說明性實施例的用於將地形資訊整合至VPR寬路徑中的處理流程的流程圖。
[ 圖 14A 和圖 14B] 為說明根據說明性實施例的用於將地形資料映射至VPR的過程的流程圖；及
[ 圖 15] 為根據說明性實施例的資料處理系統的說明。
100:系統
102:控制運載工具
104:電腦
106:應用程式
108:障礙物
110:障礙物
112:障礙物
114:寬路徑
116:寬路徑
118:寬路徑
120:初始位置
122:目的地點
124:決策邊界
126:路線選擇流形

Claims (12)

  1. 一種用於物件迴避之電腦實施方法，該方法包含： 由多個處理器接收一指定時空區（520）內包括一控制運載工具（102）的運載工具（402）之時間基準位置和狀態資料，其中該些運載工具具有在該指定時空區內之初始位置（406）； 由多個處理器接收一所關注空間區（510）之地形和障礙物資料，其中該所關注空間區之一部分與該指定時空區（520）之一部分重疊； 由多個處理器為該指定時空區內之每一運載工具計算一機率性軌跡窗口（206）； 由多個處理器根據地形和障礙物資料不確定性和解析度計算該所關注空間區（510）中之地形和障礙物周圍的空間緩衝區（T4）； 由多個處理器為該控制運載工具計算自一時間基準初始位置（1020）至一目的地點（1022）之多個同倫相異路徑（1014、1016），其中該些路徑保持該控制運載工具距其他運載工具之該些軌跡窗口以及地形和障礙物之該些緩衝區至少一最小指定距離；及 由多個處理器根據該些路徑中之一者對該控制運載工具進行路線選擇。
  2. 如請求項1之方法，其中根據該控制運載工具之機動能力和約束來計算該些同倫相異路徑（1014、1016）。
  3. 如請求項1之方法，其進一步包含： 由多個處理器回應於其他運載工具之位置和狀態資料的改變或地形和障礙物資料的改變而計算多個新同倫相異路徑；及 由多個處理器沿著該些新路徑中之一者對該控制運載工具進行重新路線選擇。
  4. 如請求項1之方法，其中該些地形和障礙物資料係以一三角測量格式（600）表示。
  5. 如請求項4之方法，其中該些地形和障礙物資料包含在規則間隔網格點（604、606）處之高程資料（608）。
  6. 如請求項1之方法，其進一步包含在一四維虛擬預測雷達（4D-VPR）（1000）上顯示該些同倫相異路徑。
  7. 如請求項6之方法，其中該4D-VPR指示運載工具、地形和障礙物在時間環（934）上之交集。
  8. 如請求項1之方法，其進一步包含： 由多個處理器產生一空間分區（432）；及 由多個處理器將用於該控制運載工具之一機動流形（126）映射至該空間分區中。
  9. 如請求項8之方法，其進一步包含由多個處理器抽取或細化地形和障礙物資料解析度以匹配機動流形解析度。
  10. 如請求項1之方法，其中該些地形和障礙物資料由在該控制運載工具上之一資料庫或一非機載伺服器（410）中之至少一者提供。
  11. 一種物件迴避系統（416），其包含： 一控制運載工具（102）； 一電腦（1500），其連接至該控制運載工具，該電腦包含： 一匯流排系統（1502）； 一儲存裝置（1516），其連接至該匯流排系統，其中該儲存裝置儲存程式指令（1518）；及 多個處理器（1504），其連接至該匯流排系統，其中該多個處理器執行該些程式指令以執行如請求項1至10中任一項之方法。
  12. 一種用於物件迴避之電腦程式產品，該電腦程式產品包含： 一非揮發性電腦可讀儲存媒體（1520），其具有與其一起體現之程式指令（1518），該些程式指令可由多個處理器（1504）執行以促使該電腦執行如請求項1至10中任一項之方法的步驟。
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