通用航空、无人机产业迅猛发展,特别是随着低空领域的开放,飞行器数量不断增加,越来越多的飞行任务需要在低空甚至城市中完成,这使得空间管理的压力越来越大;另一方面,智能化战争将颠覆传统的战争模式,无人机集群作战将成为未来战争的重要组成部分。现有的空间管控应用系统是对象化的规划思路,难以满足大量空间对象的高效管理需求。网格化的管理方式以空间为研究基础,这种方式不考虑对象数量,而是考虑网格的占用情况,将计算问题变为查询问题,从原理上降低了对象化管理方式的复杂度,为空间管控问题提供了一种新的解决思路。论文以网格化的空间管理思路为基础,研究包括城市三维场景网格化建模与数据组织、三维非刚性网格编码与动态对象标识以及基于网格格点的无人机三维航迹规划,本文的创新点如下:1.针对现有建模方法存在计算效率低、数据冗余大等问题,建立统一的网格化框架,设计了多尺度网格化建模方法,以实现对不同数据形式的对象进行统一的网格化表达;在此基础上,针对三维数据组织效率低的问题,提出基于网格的数据组织方法,可以实现城市建构筑物等数据的高效索引和查询。实验表明:网格化方法可以实现不同类型数据的快速多尺度网格化建模,数据组织方法在不同查询区域、不同数据量的空间查询时,其效率和稳定性均优于Oracle Spatial,更加满足大数据量情况下对数据组织的需求。2.针对现有刚性网格剖分结构存在的问题,设计了一种非刚性网格编码方法,用同一套编码对网格的格元、格边、格点和格面同时编码,使任意相邻的八个网格均可以进行非刚性聚合;设计了格点化标识方法,增加了格点、格边和格面的标识能力,用于解决网格框架中动态对象的标识问题;研究了直线格点化方法和飞行冲突检测方法,用于检测规划航迹之间的飞行冲突。实验表明:相比于刚性网格化标识方法,基于格点的标识方法对目标的标识准确性更高,标识网格与对象的尺度更加匹配;相比于Bresenham算法,直线格点化方法对空间直线的贴合度更高,航迹偏离度更低;在飞行冲突检测时,相比计算检测法,本文方法采用查询检测的效率更高。3.针对传统A*网格算法存在对无人机定位不准确、航迹不可飞的问题,提出基于格点优化的A*算法,以实现网格化框架中的无人机三维航迹规划。该方法以网格格点为基础,通过搜索格点完成航迹规划,规划中考虑真实飞行的约束条件,设计了更优的航迹代价函数,以提升航迹在真实情况下的安全性与可飞性。实验表明:相比A*的网格算法,本文方法可以实现三维空间的避障和规划,且规划的航迹路程更短、路线更优。