一种基于时间参数的航线自动规划方法与流程

本发明涉及航空管控，尤其涉及一种基于时间参数的航线自动规划方法。

背景技术：

1、航线规划技术是空域管理的重要细分技术领域，通过对管理空域中被现有航线、禁飞区占用区域的识别，自动识别可用空域，对比代价损耗，寻求拟规划航线的最优路径。

2、目前，在航线规划技术领域，有很多成熟的算法和技术应用，比较常用的是通过栅格转换技术首先建立拟规划航线的航点间拓扑关系后，基于迪杰斯特拉算法(即dj算法)或a*算法，从一个航点出发，依次寻找耗费最小的栅格节点，依次连接得到航线规划结果。但现有技术的缺陷在于，航线规划并未考虑时间因素，规划结果并非是最优的；同时，基于坐标、高程值的栅格转换运算复杂度高、速度慢、运算量过大，当要求有大数据量航线运算时，难以坐到快速、及时响应，无法满足应用需要。

3、因此，需要研究一种考虑时间因素的航线规划方法，实现空域资源使用、航线规划结果更加优化，并能够以低运算复杂度、很小的运算代价满足大数据量航线运算场景下的快速响应需要。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种基于时间参数的航线自动规划方法，用以解决现有技术航线规划和空域资源使用不够优化、运算复杂度高、相应速度慢的问题。

2、一方面，本发明实施例提供了一种基于时间参数的航线自动规划方法，空域管理器保存有空域中已规划航线、禁飞区数据和对应的网格码，所述每个网格码均设置有占用时段信息，所述空域管理器通过以下方法自动规划航线，所述方法为：

3、输入拟规划新航线的航点、航行时间；

4、根据各网格码的占用时段信息，找出所述航行时间内被占用的网格码并保存；

5、在栅格图中定位每个被占用网格码覆盖的栅格，在所述覆盖的栅格中保存对应网格码的占用时段信息和空耗费值，空耗费值表示栅格在该占用时段内耗费值为空值；

6、基于栅格八方向连通性建立所述航点间拓扑关系；

7、基于航点间拓扑关系和最小耗费原则规划出所述航点间有效航线；

8、将所述航点间有效航线转换为网格码，并估算所述有效航线各网格码的占用时段信息进行存储。

9、上述技术方案的有益效果如下：应用网格码转换栅格大大降低了航线规划的运算复杂度；带有时间参数的网格码转换的栅格同样带有时间参数，能够得到更加优化的航线规划结果。

10、基于上述方法的进一步改进，通过以下方法估算航线单一网格码占用时间：

11、对于一条航线，基于飞行器航速和各航点间航程值估算到达所述航线各航点时间；

12、对于所述航线的一个网格码，找到所述网格码对应网格四个角点在所述航线上投影点；

13、基于距离所述网格最近的两个航点到达时间差，按时间线性差值均分法分别估算各投影点到达时间；

14、将所述投影点最早到达时间、最晚到达时间作为所述航线占用所述网格码的时段。

15、上述进一步改进方案的有益效果是：估算出航线占用网格码的时间，可帮助规划出更加优化的航线。

16、基于上述方法的进一步改进，所述找到所述网格码对应网格四个角点在所述航线上投影点，包括：

17、将所述网格码对应网格四个角点中每个角点与所述航线距离最短的连线在所述航线上的连接点，作为每个角点在所述航线上的投影点。

18、上述进一步改进方案的有益效果是：能找到网格码在航线上的准确投影点，使得航线占用网格码的时间估算更精确。

19、基于上述方法的进一步改进，所述空域管理器逐一计算所述已被占用网格码4个角点坐标，基于所述4个角点坐标覆盖的坐标范围计算出覆盖的栅格，并将所述被占用网格码的占用时段信息保存至所述覆盖的栅格，将所述占用时段内所述覆盖的栅格耗费值设置为空值并保存。

20、上述进一步改进方案的有益效果是：网格码转换栅格运算量很小，且保存时间参数的栅格可用于规划更优化的航线。

21、基于上述方法的进一步改进，所述基于航点间拓扑关系和最小耗费原则规划出所述航点间有效航线栅格，是指选取航点中相邻两个航点，一个作为起点，另一个作为终点，以起点作为初始节点，基于下述步骤找到所述起点到所述终点的所述有效航线栅格：

22、s1：将所述节点压入堆管理器；

23、s2：所述堆管理器基于节点到达时刻找到所述节点的八方向连通性邻域栅格中不为空值的邻域栅格，将所述不为空值的邻域栅格压入堆管理器，并从所述不为空值的邻域栅格中找出耗费最小的邻域栅格作为更新后的节点；基于当前节点的耗费值以及八方向连通性邻域栅格已有的耗费值更新所述八方向连通性邻域栅格的耗费值；重复执行步骤s2，直至所述节点的八方向连通性邻域栅格中包括所述终点；

24、s3、将所有节点对应的栅格依次连接作为所述起点和所述终点的所述有效航线栅格。

25、上述进一步改进方案的有益效果是：基于带有时间参数的栅格相比现有技术，算法更加优化，可规划出更优化的航线。

26、基于上述方法的进一步改进，通过以下方法完成所述基于当前节点的耗费值以及八方向连通性邻域栅格已有的耗费值更新所述八方向连通性邻域栅格的耗费值，所述方法包括：

27、将所述当前节点的耗费值与所述当前节点八方向连通性邻域栅格已有的耗费值分别求和，得到所述邻域栅格赋予的耗费值；

28、对于已经在所述堆管理器中的所述当前节点八方向连通性邻域栅格，判断所述邻域栅格赋予的耗费值是否大于所述邻域栅格已有的耗费值，如果是，则将所述邻域栅格已有的耗费值更新为所述邻域栅格赋予的耗费值，否则，所述邻域栅格已有的耗费值不更新；

29、对于首次被压入所述堆管理器中的所述当前节点八方向连通性邻域栅格，将所述邻域栅格已有的耗费值更新为所述邻域栅格赋予的耗费值。

30、上述进一步改进方案的有益效果是：通过栅格耗费值可以快速找到耗费值最小的邻域栅格，从而实现快速航线规划。

31、基于上述方法的进一步改进，通过以下方法将所述航点间有效航线转换为网格码，所述方法为：

32、从所述实际可飞行航线的起点开始，以预设阈值为步长将所述航线分段；

33、对每条航线分段逐一计算并建立距离约束网格集合，并经过网格去重计算、聚合计算，生成所述实际可飞行航线网格码。

34、上述进一步改进方案的有益效果是：在网格码快速算出冲突航线网格位置基础上，进一步计算航线间最短距离，进一步提高技术方案的计算精度。

35、基于上述方法的进一步改进，通过以下步骤完成所述对每条航线分段逐一计算并建立距离约束网格集合，所述步骤包括：

36、若航线分段的两端点处于同一网格，则将所在网格作为选定网格，若距离约束网格集合中不存在该选定网格，则将该选定网格加入所述距离约束网格集合；

37、若航线分段的两端点处于不同网格，将所述两个不同网格加入所述距离约束网格集合，并基于两个不同网格的经纬度得到第一选定区域，从第一选定区域中去除冗余网格，从所述第一选定区域的剩余网格中选取符合预设条件的网格加入所述距离约束网格集合；

38、基于所述预设阈值对所述选定网格或所述第一选定区域进行扩展得到第二选定区域，从第二选定区域中去除冗余网格，从所述第二选定区域的剩余网格中选取符合预设条件的网格加入所述距离约束网格集合。

39、上述进一步改进方案的有益效果是：针对航线数据通过设置所述安全阈值将航线分段，从而高效计算每条航线分段在一个阈值范围内的网格集合而不必对所有相交网格进行运算，大大降低了运算量和算法复杂度；并且，前一航线分段的计算结果能够有效减少后一分段的运算量，进一步提高网格码计算效率。

40、基于上述方法的进一步改进，所述预设阈值为飞行器安全阈值，选择与所述飞行器安全阈值相等的网格码宽度或最为接近的两个相邻层级网格码宽度任意之一做为所述距离约束网格集合中最低层级网格。

41、上述进一步改进方案的有益效果是：将安全阈值设置为与飞行器安全阈值一致，并基于所述飞行器安全阈值确定网格图最低层级，对于网格图对路线的处理是一种合适、合理的选择，既不会太大增加运算负担，又不会太小影响距离约束，还可使得对路线进行划分时，路线分段近似直线，降低运算复杂度。

42、基于上述方法的进一步改进，所述聚合，包括如下步骤：

43、sa1：将所述距离约束网格集合的网格码按大小排序；

44、sa2：将所述排序后的网格码序列中每4个相邻网格码归为同一分组，sa3：判断所述各分组中的网格码是否层级相同，且上一级网格码相同，

45、如果是，则将所述同一分组的各网格码删除并增加该分组网格码对应的上一级网格码，得到更新后的距离约束网格集合，返回步骤sa1；当无任何分组的所述4个相邻网格码可合并为上一级网格码，则结束。

46、上述进一步改进方案的有益效果是：经过聚合处理的网格集合，便于后续应用，节省后续存储和处理资源。

47、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。