近些年来,我国自然灾害以及各类公共安全事故频发。各类事故灾难、公共社会安全等突发事件不时袭扰着国人,这已成为影响我国社会和谐稳定以及经济繁荣发展的重大制约因素。航空救援具有快速、高效、受地理空间限制少等优势,成为社会各界高度关注和重视的对象。随着我国国民经济的迅猛发展和低空空域改革的大力推进,特别是《低空空域管理使用规定》的发布,低空飞行将迎来一个全新的发展阶段。如何在密集的复杂低空飞行环境中,安全、及时和高效地实施低空应急救援已经成为迫切需要研究的重要前沿课题。本文研究旨在面向复杂的低空环境及其密集的飞行态势,集中系统研究复杂低空飞行环境下救援飞行航迹规划问题。本文研究工作主要包括:(1)研究了复杂低空救援飞行影响因素综合评价问题,构建了基于模糊层次分析法的复杂低空救援飞行综合评价模型。复杂低空救援主要目标是救援飞行的安全性、及时性和高效性。然而,在以飞行数量、飞行任务、空域占用时间、航空器类型等方面的多样、复杂为特点的密集多样飞行环境中,如何评价复杂低空救援飞行,系统评估救援飞行的内外部环境,全面掌握救援飞行的综合态势,对于提高救援飞行效率、增强救援保障能力具有重要的指导意义。因此,基于对复杂低空救援飞行的全面分析,剖析在航空器运行状态时变的复杂低空环境下,影响低空救援飞行的各类因素,构建复杂低空救援飞行评价指标体系。采用模糊综合评价方法,建立了复杂低空救援飞行综合评价模型,度量分析各类因素对复杂低空救援飞行的影响程度,找出影响低空救援飞行航迹规划的主要因素,为复杂低空救援飞行航迹规划模型的建立提供理论依据。(2)研究了复杂低空救援飞行航迹预先规划问题,分别基于二维、三维空域栅格构建低空救援航迹预先规划模型。在复杂低空密集多样飞行环境中,如何在兼顾安全的同时,及时、快速地到达救援目的地,是救援飞行航迹规划的首要目标。由于复杂低空应急救援飞行目视飞行规则的特殊性,现有航迹规划方法难以完全适用于复杂低空救援飞行航迹规划中。因此,基于复杂低空救援飞行安全影响机理分析,兼顾救援飞行的安全性、救援实施的高效性等多重准则,综合地理环境、空域特点、安全态势、施救单位、事故地点、施救的航空器性能等影响要素和多元约束,针对低空救援飞行平飞阶段和起飞、降落阶段特点,开展复杂低空救援飞行航迹预先规划方法研究:①基于二维空域栅格的复杂低空救援航迹预先规划方法研究。以实施救援飞行的总时间最短为目标,考虑受限空域、航段距离、转弯点、安全间隔等约束,构建基于二维空域栅格的复杂低空救援航迹预先规划模型。该模型设计使用蚁群优化算法进行求解;②基于三维空域栅格的复杂低空救援航迹预先规划方法研究。在考虑恶劣天气、复杂地形、救援航空器性能以及低空飞行规则等多重约束后,在三维空域的栅格划分基础上,构建复杂低空救援航迹预先规划模型。该模型使用改进的启发式A*算法搜索单个航空器的最优预先规划航迹,并通过救援航空器地面等待策略和基于救援任务优先级避让策略实现多航空器无冲突的预先航迹规划。(3)研究了复杂低空救援飞行航迹动态规划问题,构建了基于Multi-Agent的复杂低空救援四维航迹动态规划模型。考虑到飞行航迹的可行性、航空器性能和因恶劣天气影响等导致的复杂低空信息的动态变化,以及低空救援飞行所采取的目视飞行规则,提出了基于栅格的冲突探测算法,并采取调整航向的策略进行冲突解脱,将请求航迹的航向采用方向代码编码,利用遗传算法进行选择、交叉、变异,实现二维平面内多航空器无冲突的动态航迹规划。基于上文(2)提出的多准则、多约束的复杂低空救援飞行航迹预先规划模型,引入复杂低空动态变化信息,在三维动态航迹规划基础上,加入时间维度,充分考虑低空救援航空器在飞行过程中的爬升和下降机动,构建基于Multi-Agent四维航迹动态规划模型。该模型利用改进了蚁群优化算法进行求解,并通过仿真验证了在复杂恶劣天气影响下,救援航空器能够实时动态地调整最佳航迹并以最小的延误飞抵救灾目的地,从而最大限度地满足了低空救援的及时性要求,达到了复杂低空救援航迹的动态规划目标。