基于网格码与三维元胞自动机的空域管理方法及平台与流程

本技术涉及数据处理，尤其涉及基于网格码与三维元胞自动机的空域管理方法及空域管理平台。

背景技术：

1、近年来，无人机和载人飞行器的数量呈爆炸式增长，尤其是在城市低空区域。这些飞行器的增加不仅为物流、交通、航拍等领域带来了便利，同时也给空域管理带来了巨大挑战。传统的空域管理方法已难以满足这些飞行器的高效、安全、有序的飞行需求。

2、一方面，随着人工智能、大数据、云计算等技术的快速发展，智能化和自动化成为航空领域的重要发展方向。无人机和载人飞行器的智能路径规划和导航、城市低空空域的智能管控等需求日益迫切。这些技术能够显著提高飞行器的运行效率和安全性，降低人为错误的风险。另一方面，空域资源是有限的，尤其是在城市低空区域。随着飞行器的增加，空域资源变得更为紧张。因此，如何科学、合理地划分空域，实现空域资源的优化配置和高效利用，成为亟待解决的问题。

3、基于此，需要一种新的空域管理方案。

技术实现思路

1、本技术提供了基于网格码与三维元胞自动机的空域管理方法及空域管理平台，以力图解决或者至少缓解上面存在的至少一个问题。

2、根据本技术的一个方面，提供了基于网格码与三维元胞自动机的空域管理方法，适于在空域管理平台中执行，空域管理平台与空域范围内的飞行器通信连接，且飞行器与视频采集设备、环境传感器、卫星通信连接，方法包括：根据空域范围及编码精度，构建三维元胞自动机模型，三维元胞自动机模型中每个元胞均包含一定的空间范围且互不重叠，且三维元胞自动机模型还包含指示元胞随时间变化的状态变化函数；接收来自飞行器的飞行状态参数及传感参数，飞行状态参数包括指示飞行器的飞行状态的多个参数，传感参数包括通过视频采集设备、环境传感器、卫星获取的指示飞行器周围环境的多个参数；将飞行状态参数及传感参数映射到三维元胞自动机模型，并确定各元胞的状态变化参数；利用状态变化函数对各元胞的状态变化参数进行处理，以分别更新各元胞的状态，状态指示所述元胞对应的空间范围是否适合飞行器飞行通过；基于各元胞的状态及网格码生成空域状态数据，作为指示空域状态的环境数据，以便于飞行器根据环境数据进行路径规划。

3、可选地，在根据本技术的方法中，根据空域范围及编码精度，构建三维元胞自动机模型，包括：以物理空间的经度、纬度、高度和编码精度为参数，将空域范围划分为连续的多个空间网格，且每个空间网格具有唯一的网格码；以每个空间网格作为一个元胞、与每个元胞相邻的其他26个元胞为元胞邻居、以空域范围为元胞空间，构建三维元胞自动机模型，其中，每个元胞包含网格码、时间戳、信息载荷，其中时间戳为元胞内各数据对应的时间信息，信息载荷包括：元胞的当前状态、历史状态及状态变化参数。

4、可选地，在根据本技术的方法中，将飞行状态参数及传感参数映射到三维元胞自动机模型，包括：基于飞行状态参数和传感参数的空间位置，结合网格码，分别确定对应的元胞；将飞行状态参数和传感参数分别映射到各自对应的元胞内。

5、可选地，在根据本技术的方法中，飞行状态参数包括：飞行器的姿态、速度、位置、高度、安全飞行边界及对应的时间信息；传感参数包括：来自视频采集设备的视频图像数据及其时空信息，来自环境传感器的环境数据及其时空信息，卫星数据及其时空信息，环境数据至少包括如下数据中的一个：风速、温度、湿度，其中，将飞行状态参数及传感参数映射到三维元胞自动机模型，包括：基于飞行器的位置和高度，确定对应的元胞，并将飞行状态参数映射到元胞；基于传感参数的时空信息，分别确定对应的至少一个元胞，并将传感参数分别映射到对应的元胞。

6、可选地，在根据本技术的方法中，状态变化参数包括：动力学因子，传感因子，管理指令，其中，确定各元胞的状态变化参数包括：基于各元胞内的飞行状态参数，确定各元胞的动力学因子，动力学因子指示元胞是否处于飞行预计覆盖范围；基于各元胞内的所述传感参数，确定各元胞的传感因子，传感因子指示元胞对应的空间范围的环境是否适宜飞行；获取针对飞行器的管理指令。

7、可选地，在根据本技术的方法中，若元胞处于飞行预计覆盖范围，则动力学因子为0，若元胞不处于飞行预计覆盖范围，则动力学因子为1；若元胞对应的环境不适宜飞行，则传感因子为0，若元胞对应的环境适宜飞行，则传感因子为1；若管理指令为元胞的空间范围不可飞行，则管理指令为0，若管理指令为元胞的空间范围可飞行，则管理指令为1。

8、可选地，在根据本技术的方法中，利用状态变化函数对各元胞的状态变化参数进行处理，以分别更新各元胞的状态，包括：针对每一个元胞，获取元胞在当前时刻的状态及其元胞邻居在当前时刻的状态，并与状态变化参数进行逻辑运算，得到元胞在下一时刻的状态；利用元胞在下一时刻的状态来更新元胞的状态。

9、可选地，在根据本技术的方法中，元胞的状态变化函数通过如下公式表示：

10、，其中，为元胞在t+1时刻的状态，为元胞在t时刻的状态，为与该元胞相邻的元胞邻居在t时刻的状态，为动力学因子，为传感因子，为管理指令，为状态变化函数。

11、根据本技术的再一方面，提供了一种空域管理平台，空域管理平台与空域范围内的飞行器通信连接，且飞行器与视频采集设备、环境传感器、卫星通信连接，包括：模型构建单元，适于根据空域范围及编码精度，构建三维元胞自动机模型，三维元胞自动机模型中每个元胞均包含一定的空间范围且互不重叠，且三维元胞自动机模型还包含指示元胞随时间变化的状态变化函数；连接管理单元，适于接收来自飞行器的飞行状态参数及传感参数，飞行状态参数包括指示飞行器的飞行状态的多个参数，传感参数包括通过所述视频采集设备、环境传感器、卫星获取的指示飞行器周围环境的多个参数；数据处理单元，适于将飞行状态参数及传感参数映射到三维元胞自动机模型，并确定各元胞的状态变化参数；状态更新单元，适于利用状态变化函数对各元胞的状态变化参数进行处理，以分别更新各元胞的状态，状态指示元胞对应的空间范围是否适合飞行器飞行通过；还适于基于各元胞的状态及网格码生成空域状态数据，作为指示空域状态的环境数据，连接管理单元还适于将环境数据传送给飞行器，以便于飞行器根据环境数据进行路径规划。

12、根据本技术的再一方面，提供了一种计算设备，包括：一个或多个处理器存储器；一个或多个程序，其中所述一个或多个程序存储在存储器中并被配置为由一个或多个处理器执行，一个或多个程序包括用于执行如上任一方法的指令。

13、根据本技术的再一方面，提供了一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，一个或多个程序包括指令，指令在被计算设备执行时，使得计算设备执行如上所述的任一方法。

14、根据本技术的再一方面，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，其中，该计算机程序/指令被处理器执行时实现上述所述方法的步骤。

15、综上所述，根据本技术的方案，网格码能够方便地表示和处理空间数据，为飞行器的路径规划和导航提供基础。元胞自动机能够模拟空域范围内的复杂变化过程，将两者相结合所构建的三维元胞自动机模型，利用元胞的状态来指示元胞对应的空间范围是否适合飞行器飞行通过，并通过定义状态变化函数来更新元胞状态。在时间离散和空间离散的情况下，通过离散的三维元胞自动机模型可以最大化的并行计算空间状态，满足空域中及时调度和管理的需求，为无人机/载人飞行器的智能路径规划和导航、城市低空空域的划分和智能管控提供有力支持。

16、上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本技术的具体实施方式。