本發(fā)明屬于空中交通管理領(lǐng)域，涉及一種飛行計(jì)劃調(diào)配工具及方法，特別是一種無人機(jī)飛行計(jì)劃預(yù)先調(diào)配工具及方法。

背景技術(shù)：

1、本部分提供的僅僅是與本公開相關(guān)的背景信息，其并不必然是現(xiàn)有技術(shù)。

2、無人機(jī)飛行計(jì)劃預(yù)先調(diào)配是科學(xué)規(guī)劃無人機(jī)飛行時(shí)刻、在計(jì)劃階段解決空域使用沖突的有效手段，是空中交通管理、低空飛行服務(wù)、指揮控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。常見的飛行計(jì)劃調(diào)配方法有先到先服務(wù)、按任務(wù)優(yōu)先級調(diào)配、總延誤最小等。有的技術(shù)以飛行計(jì)劃成本最低為調(diào)配目標(biāo)，建立無人機(jī)飛行計(jì)劃預(yù)先調(diào)配模型，生成無沖突的時(shí)刻表；有的技術(shù)將飛行計(jì)劃中的飛行作業(yè)區(qū)域或飛行航線與空域柵格關(guān)聯(lián)，確定飛行計(jì)劃的綜合優(yōu)先級，建立柵格化空域下基于綜合優(yōu)先級的低空空域分配模型，實(shí)現(xiàn)飛行計(jì)劃預(yù)先調(diào)配。無人機(jī)飛行任務(wù)多樣化、飛行需求多元化等特征顯著，空中物流、應(yīng)急救援等不同場景具有差異化的飛行計(jì)劃調(diào)配要求；現(xiàn)有技術(shù)調(diào)配目標(biāo)較少，且對不同運(yùn)營人所屬無人機(jī)之間的不同飛行間隔要求考慮較少。目前尚缺少一種適合計(jì)劃階段根據(jù)多元化調(diào)配目標(biāo)實(shí)現(xiàn)無人機(jī)飛行計(jì)劃快速預(yù)先調(diào)配的簡易方法。

3、系統(tǒng)工具方面，現(xiàn)有無人機(jī)運(yùn)行管理系統(tǒng)或低空飛行服務(wù)系統(tǒng)等相關(guān)系統(tǒng)工具具備一定的飛行計(jì)劃申請與審批、信息服務(wù)、無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃等功能，在無人機(jī)飛行計(jì)劃預(yù)先調(diào)配方面功能不足，難以滿足無人機(jī)大流量、高密度飛行以及無人機(jī)公共航路運(yùn)行管理的空管保障需要。目前尚缺少一種通用性、可移植性、嵌入性較強(qiáng)的無人機(jī)飛行計(jì)劃預(yù)先調(diào)配工具。

4、低空空中交通管理、無人機(jī)交通管理等方面的技術(shù)和裝備水平整體上處于初步發(fā)展階段，面對無人機(jī)公共航路網(wǎng)、無人機(jī)交通體系的發(fā)展需求，仍存在較大的研究和應(yīng)用潛力。因此，需要一種新的技術(shù)方案以解決上述技術(shù)問題。

5、需要說明的是，在上述背景技術(shù)部分公開的信息僅用于加強(qiáng)對本公開的背景的理解，因此可以包括不構(gòu)成對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種無人機(jī)飛行計(jì)劃預(yù)先調(diào)配工具及方法。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種無人機(jī)飛行計(jì)劃預(yù)先調(diào)配工具及方法，其中，所述工具，包括：

3、信息輸入模塊、目標(biāo)約束生成模塊、調(diào)配模型建立模塊、調(diào)配方案生成模塊和調(diào)配方案發(fā)布模塊；其中，

4、所述信息輸入模塊，用于接收各類信息，包括：無人機(jī)的航路、起降點(diǎn)、飛行計(jì)劃、飛行間隔和無人機(jī)飛行計(jì)劃預(yù)先調(diào)配的目標(biāo)要求；

5、所述目標(biāo)約束生成模塊，用于根據(jù)所述信息輸入模塊接收的各類信息，生成無人機(jī)飛行計(jì)劃預(yù)先調(diào)配的目標(biāo)約束；

6、所述調(diào)配模型建立模塊，用于根據(jù)所述目標(biāo)約束生成模塊生成的所述無人機(jī)飛行計(jì)劃預(yù)先調(diào)配的目標(biāo)約束，建立無人機(jī)飛行計(jì)劃預(yù)先調(diào)配的目標(biāo)規(guī)劃模型；

7、所述調(diào)配方案生成模塊，用于求解所述調(diào)配模型建立模塊建立的所述無人機(jī)飛行計(jì)劃預(yù)先調(diào)配的目標(biāo)規(guī)劃模型，生成無人機(jī)飛行計(jì)劃預(yù)先調(diào)配方案；

8、所述調(diào)配方案發(fā)布模塊，用于發(fā)布所述調(diào)配方案生成模塊生成的所述無人機(jī)飛行計(jì)劃預(yù)先調(diào)配方案。

9、進(jìn)一步的，所述工具還包括：服務(wù)器、工作站、綜合信息接入設(shè)備；其中，

10、所述服務(wù)器，用于對所述的各類信息進(jìn)行運(yùn)算、存儲(chǔ)和管理；

11、所述工作站，用于進(jìn)行圖形圖像處理、數(shù)據(jù)運(yùn)算和人機(jī)交互；

12、所述綜合信息接入設(shè)備，作為所述工具的信息輸入接口。

13、本發(fā)明還提出一種無人機(jī)飛行計(jì)劃預(yù)先調(diào)配方法，使用上述工具實(shí)現(xiàn)，包括以下步驟：

14、步驟1，接收各類信息，包括：無人機(jī)的航路、起降點(diǎn)、飛行計(jì)劃、飛行間隔以及無人機(jī)飛行計(jì)劃預(yù)先調(diào)配的目標(biāo)要求；其中，無人機(jī)飛行計(jì)劃預(yù)先調(diào)配的目標(biāo)要求包括目標(biāo)內(nèi)容和目標(biāo)優(yōu)先級；

15、步驟2，根據(jù)步驟1接收的各類信息，生成無人機(jī)飛行計(jì)劃預(yù)先調(diào)配的目標(biāo)約束；

16、步驟3，根據(jù)步驟2生成的無人機(jī)飛行計(jì)劃預(yù)先調(diào)配的目標(biāo)約束，建立無人機(jī)飛行計(jì)劃預(yù)先調(diào)配的目標(biāo)規(guī)劃模型；

17、步驟4，求解步驟3建立的無人機(jī)飛行計(jì)劃預(yù)先調(diào)配的目標(biāo)規(guī)劃模型，生成無人機(jī)飛行計(jì)劃預(yù)先調(diào)配方案；

18、步驟5，發(fā)布步驟4生成的無人機(jī)飛行計(jì)劃預(yù)先調(diào)配方案，完成所述無人機(jī)飛行計(jì)劃預(yù)先調(diào)配。

19、進(jìn)一步的，步驟2所述的生成無人機(jī)飛行計(jì)劃預(yù)先調(diào)配的目標(biāo)約束，具體包括以下步驟：

20、步驟2-1，根據(jù)步驟1接收的各類信息，提取各目標(biāo)的優(yōu)先級；

21、步驟2-2，根據(jù)步驟2-1提取的優(yōu)先級，將各目標(biāo)按照其優(yōu)先級由大到小排序如下：

22、p1＞＞p2＞＞…pu…＞＞pu

23、其中，pu為目標(biāo)u(u＝1,2,…,u)的優(yōu)先級，u為目標(biāo)總數(shù)，＞＞表示該符號(hào)左邊的目標(biāo)優(yōu)先級大于右邊的目標(biāo)優(yōu)先級；

24、步驟2-3，根據(jù)步驟2-2中的排序，依次為每個(gè)目標(biāo)生成目標(biāo)約束或絕對約束。

25、進(jìn)一步的，步驟2-3所述的為每個(gè)目標(biāo)生成目標(biāo)約束，表示如下：

26、

27、i＝1,2,…,i

28、u＝1,2,…,u

29、m＝1,2,…,m

30、

31、其中，所述目標(biāo)約束表示達(dá)到目標(biāo)值時(shí)無人機(jī)飛行計(jì)劃i中的飛行延誤允許發(fā)生正或負(fù)偏差，i為無人機(jī)飛行計(jì)劃總數(shù)，和分別為目標(biāo)u的正偏差變量和負(fù)偏差變量，u表示目標(biāo)總數(shù)，表示飛行計(jì)劃i中無人機(jī)過航路點(diǎn)m的調(diào)配后時(shí)刻，表示飛行計(jì)劃i中無人機(jī)過航路點(diǎn)m的計(jì)劃時(shí)刻，其中，將起降點(diǎn)合并為航路點(diǎn)，過該航路點(diǎn)的時(shí)刻即為起飛時(shí)刻或降落時(shí)刻，m為合并后的航路點(diǎn)數(shù)量與起降點(diǎn)數(shù)量之和，表示目標(biāo)u下飛行計(jì)劃i中無人機(jī)過航路點(diǎn)m的延誤系數(shù)。

32、進(jìn)一步的，步驟2-3所述的目標(biāo)u下飛行計(jì)劃i中無人機(jī)過航路點(diǎn)m的延誤系數(shù)，表示為：

33、

34、進(jìn)一步的，步驟2-3所述的為每個(gè)目標(biāo)生成絕對約束，表示如下：

35、

36、i＝1,2,…,i

37、u＝1,2,…,u

38、所述的絕對約束，表示達(dá)到目標(biāo)值tiu0時(shí)無人機(jī)飛行計(jì)劃i必須滿足的飛行延誤要求。

39、進(jìn)一步的，步驟3所述的建立無人機(jī)飛行計(jì)劃預(yù)先調(diào)配的數(shù)學(xué)模型，具體包括以下步驟：

40、步驟3-1，根據(jù)步驟2生成的無人機(jī)飛行計(jì)劃預(yù)先調(diào)配的目標(biāo)約束，建立無人機(jī)飛行計(jì)劃預(yù)先調(diào)配的目標(biāo)函數(shù)；

41、步驟3-2，根據(jù)步驟3-1建立的目標(biāo)函數(shù)，建立約束條件，所述約束條件包括：目標(biāo)約束、絕對約束和飛行間隔約束，其中，飛行間隔約束，表示如下：

42、

43、m＝1,2,…,m

44、所述飛行間隔約束，表示過任一航路點(diǎn)或從同一起降點(diǎn)起飛或從同一起降點(diǎn)降落的兩架無人機(jī)之間滿足飛行間隔要求，s表示兩架無人機(jī)之間的時(shí)間間隔；

45、步驟3-3，根據(jù)步驟3-1建立的目標(biāo)函數(shù)和步驟3.2建立的約束條件，建立無人機(jī)飛行計(jì)劃預(yù)先調(diào)配的目標(biāo)規(guī)劃模型。

46、進(jìn)一步的，步驟3-1所述的目標(biāo)函數(shù)，表示如下：

47、

48、其中，表示無人機(jī)飛行延誤與目標(biāo)要求的偏差最小化。

49、進(jìn)一步的，步驟3-3所述的無人機(jī)飛行計(jì)劃預(yù)先調(diào)配的目標(biāo)規(guī)劃模型，表示如下：

50、

51、s.t.

52、

53、i,j＝1,2,…,i

54、m＝1,2,…,m

55、u＝1,2,…,u

56、。

57、

58、有益效果：

59、1、本發(fā)明為低空飛行服務(wù)、城市空中交通管理、無人機(jī)指揮控制提供了一種實(shí)現(xiàn)工具，易于嵌入空管系統(tǒng)、低空飛行服務(wù)系統(tǒng)、無人機(jī)相關(guān)指揮控制系統(tǒng)中，為空管系統(tǒng)、低空飛行服務(wù)系統(tǒng)、無人機(jī)相關(guān)指揮控制系統(tǒng)等系統(tǒng)研發(fā)與升級提供技術(shù)支持；

60、2、本發(fā)明為無人機(jī)飛行計(jì)劃管理、飛行時(shí)刻管理以及公共航路管理提供了技術(shù)基礎(chǔ)，且實(shí)現(xiàn)方法簡單、快速、易于操作；

61、3、本發(fā)明為低空空中交通管理、無人機(jī)交通管理提供了技術(shù)依據(jù)。