【摘 要】
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随着无人机市场不断扩大,无人机碰撞风险问题日益突出。本文主要面向智慧城市无人机运行场景,分别针对自由空域与固化空域,提出了相应的无人机与无人机、无人机与建筑物安全间隔标定方法。首先,本文从空域类型、基本概念、飞行模型与研究假设四个方面,阐述了无人机安全间隔研究基础,提出了自由空域、固化空域两种城市无人机空域类型,明确了碰撞区域、空中碰撞、碰撞概率等无人机安全间隔相关概念,以无人机机体圆柱最小外接椭
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随着无人机市场不断扩大,无人机碰撞风险问题日益突出。本文主要面向智慧城市无人机运行场景,分别针对自由空域与固化空域,提出了相应的无人机与无人机、无人机与建筑物安全间隔标定方法。首先,本文从空域类型、基本概念、飞行模型与研究假设四个方面,阐述了无人机安全间隔研究基础,提出了自由空域、固化空域两种城市无人机空域类型,明确了碰撞区域、空中碰撞、碰撞概率等无人机安全间隔相关概念,以无人机机体圆柱最小外接椭球定义无人机碰撞区域参数,提出了基于卫星测高数据的建筑物碰撞区域自动建模方法,建立了面向多种模式的无人机基本飞行模型,总结了本文研究所需假设。然后,面向自由空域,提出了基于随机航向的无人机安全间隔标定方法。以M600 Pro无人机为例,得出M600 Pro之间的纵向、横向、垂直安全间隔分别为26m、14m、10m,并以同样方法,给出Phantom 4、Inspire 2等五种常见无人机机型的安全间隔标定结果。研究结果表明,无人机与建筑物的安全间隔和建筑物半径之间具有线性关系,根据安全间隔标定结果,建议在自由空域中不具备充分避障能力的无人机尽量在建筑物上方通过保持垂直间隔的方式运行。最后,面向固化空域,提出了基于航迹误差的无人机安全间隔标定方法。分别针对无人机与无人机椭球形碰撞区域、无人机与建筑物圆柱形碰撞区域,提出了基于拉盖尔多项式近似与单变量条件逼近的无人机碰撞概率快速求解算法,并通过随机数值试验验证了算法的有效性。以M600 Pro无人机为例,得出M600 Pro同速飞行时的纵向、横向、垂直间隔分别为42m、14m、3m。交叉飞行时,最近点（CPA）水平间隔随交叉角变化而变化,当交叉角为90°时,M600 Pro的CPA水平间隔为13.5m。以同样方法,实现了面向固化空域的五种常见无人机机型安全间隔标定。研究结果表明,在固化空域中,无人机与建筑物安全间隔和建筑物半径之间同样具有线性关系,当建筑物半径为10m时,建筑物保护区半径为26m左右。
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