一种自由空域的航路规划方法及系统与流程

本技术涉及航路规划，尤其涉及一种自由空域的航路规划方法及系统。

背景技术：

1、fra(free route airspace，自由空域)是欧洲单一天空项目sesar的重要组成部分。目前，目前在欧洲空域中占据了3/4的比例。航空公司享有了在预定义的入口点和出口点之间自由规划飞行路线的权益，这使得它们能够不依赖传统的固定空中交通服务(ats)路线进行飞行。这种灵活性为航空公司带来了多重优势，包括减少飞行时间、降低燃料消耗和飞行成本，并有助于减少碳排放。然而，目前关于自由空域内航路规划的研究相对较少，并且多数研究聚焦于无人机的航路规划，这忽视了民航航路规划的独特性。在民航领域，飞行油耗受到多种因素的影响，如飞行器自身因素和环境因素，这些因素在规划航路时至关重要。如果忽略这些影响，仅以距离最短为目标进行航路规划，可能会导致实际燃油消耗的增加。而常用以固定栅格进行搜索的航路规划算法，也存在一定的局限性，规划出的航路不够平滑，意味着飞行器在飞行过程中需要频繁调整飞行速度，影响飞行器飞行效率。

技术实现思路

1、为此，本技术的实施例提供了一种自由空域的航路规划方法，可以确定一个油耗低，路径平滑的飞行路径。

2、第一方面，本技术提供一种自由空域的航路规划方法。

3、本技术是通过以下技术方案得以实现的：

4、一种自由空域的航路规划方法，所述方法包括：

5、s1:将预设边界范围内的自由航路空域离散化为栅格，确定自由航路空域中的不可通行区域，并确定所述不可通行区域内所有栅格的节点，记录为不可通行节点；

6、s2:构建预估油耗成本为成本约束函数，基于步骤s1的栅格通过lazy theta*算法进行航路规划，得到从入口节点到出口节点的预估飞行路径；

7、s3:对所述预估飞行路径进行平滑处理，得到最终飞行路径。

8、在本技术一较佳的示例中可以进一步设置为，

9、步骤2的具体步骤为：

10、s21:确定入口节点ns和出口节点nt；

11、s22:将入口节点ns插入到open-list列表，计算入口节点ns的预估油耗成本f(ns)；

12、s23:判断open-list列表是否为空，若是，则结束搜索；若否，执行步骤s24；

13、s24：确定open-list列表中的所有节点的预估油耗成本，确定预估油耗成本最小的节点ni，将节点ni作为当前节点插入到close-list列表中；

14、s25：判断当前节点与父节点之间是否存在视线，若存在，转至执行步骤s27；若不存在，保留当前节点的父节点，执行步骤s26；

15、s26：确定close-list列表中与当前节点邻近而且存在视线的节点集，从所述节点集中确定预估油耗成本最小的节点作为当前节点的新的父节点更新当前节点的预估油耗成本

16、s27：判断当前节点是否为出口节点nt，若是，则基于lazy theta*算法通过当前节点回溯到入口节点ns，确定预估飞行路径；若否，将当前节点放入close-list列表中，执行步骤s28；

17、s28：检查当前节点ni的所有邻居节点ng，若邻居节点ng为不可通行节点或邻居节点ng已经在close-list列表中，则继续检查下一个邻居节点n′g，检查邻居节点n′g是否在open-list列表中，若在，则计算邻居节点n′g的预估油耗成本f(n′g)，将预估油耗成本f(n′g)与原有的预估油耗成本进行对比，在预估油耗成本f(n′g)小于原有的预估油耗成本的情况下，更新邻居节点n′g的父节点和估算成本；若邻居节点n′g不在open-list列表，则将邻居节点n′g加入到open-list列表中，返回执行步骤s23。

18、在本技术一较佳的示例中可以进一步设置为，

19、构建预估油耗成本为成本约束函数步骤包括：

20、基于油耗数据和气象数据来确定入口节点ns到节点n的第一油耗成本f1(n)；

21、基于油耗数据确定节点n到出口节点nt的第二油耗成本f2(n)；

22、基于所述第一油耗成本f1(n)和所述第二油耗成本f2(n)，确定当前节点的预估油耗成本f(n)。

23、在本技术一较佳的示例中可以进一步设置为，所述基于油耗数据和气象数据来确定入口节点ns到节点n的第一油耗成本f1(n)的计算公式为：

24、

25、其中，f1(n)表示第一油耗成本，pen表示入口节点ns到节点n的路径，eij表示入口节点ns到节点n的路径中节点ni到节点nj的一条边，wij表示飞行器通过边eij的油耗成本。

26、在本技术一较佳的示例中可以进一步设置为，飞行器通过边eij的油耗成本的计算公式表示为：

27、

28、

29、其中，wi表示飞行器经过节点ni时的预估重量，fc表示单位距离油耗，w0表示飞行器无油时的重量，表示飞行器的真空速度，基于飞行器的预估重量确定，表示飞行器经过节点ni的飞行高度对应的风速，θ表示风与航行方向的夹角，表示合成地速，le表示边eij的长度，te表示飞行器通过边eij的预估时间，fe表示飞行器经过边eij的预估时间，ffe表示飞行器单位时间的耗油速率。

30、基于油耗数据确定节点n到出口节点nt的第二油耗成本f2(n)的计算公式为：

31、f2(n)＝dnt*f,

32、其中，f2(n)表示第二油耗成本，dnt表示节点n与出口节点nt之间的距离值，f表示单位距离的平均油耗。

33、在本技术一较佳的示例中可以进一步设置为，节点n与出口节点nt之间的距离值基于大圆距离进行确定。

34、在本技术一较佳的示例中可以进一步设置为，所述确定自由航路空域中的不可通行区域，并确定所述不可通行区域内所有栅格的节点的步骤包括：

35、初步以预设步长将自由航路空域进行栅格化；

36、确定与不可通行区域相交的栅格，将相交的栅格拆分为若干个细分栅格；

37、将细分栅格中与不可通行区域相交的部分确定为不可通行节点。

38、在本技术一较佳的示例中可以进一步设置为，所述对所述预估飞行路径进行平滑处理，得到最终飞行路径的步骤包括：

39、利用贝塞尔曲线对预估飞行路径进行平滑处理。

40、第二方面，本技术提供一种自由空域的航路规划系统。

41、本技术是通过以下技术方案得以实现的：

42、一种自由空域的航路规划系统，所述系统包括：

43、空域处理模块，用于将预设边界范围内的自由航路空域离散化为栅格，确定自由航路空域中的不可通行区域，并确定所述不可通行区域内所有栅格的节点，记录为不可通行节点；

44、路径规划模块，用于构建预估油耗成本为成本约束函数，基于空域处理模块得到的栅格通过lazy theta*算法进行航路规划，得到从入口节点到出口节点的预估飞行路径；

45、路径平滑模块，用于对所述预估飞行路径进行平滑处理，得到最终飞行路径。

46、综上所述，与现有技术相比，本技术实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：本技术的规划方法在进行航路规划时，充分考虑到了飞行器在飞行过程中的油耗影响，从而降低燃料消耗；在低油耗的基础上以lazy theta*算法确定一条平滑的预估飞行路径，进一步对预估飞行路径进行平滑处理，得到最终飞行路径。使最终规划路径更加符合民航飞行器的飞行要求，使得飞行效率更好。同时减少飞行时间和飞行过程中的颠簸，可以为乘客提供更加舒适的乘坐体验。