基于时空网格的空域冲突检测方法、系统及计算设备与流程

本发明涉及低空飞行，尤其涉及一种基于时空网格的空域冲突检测方法、空域冲突检测系统及计算设备。

背景技术：

1、目前无人机的航路规划几乎都只考虑了静态障碍物，例如楼房、电线杆等，但，对于飞鸟、其他无人机等动态突发的飞行物体很少纳入无人机航路规划的考虑范围内。而如果不考虑这些动态突发的飞行物体，在无人机真实飞行场景下很容易出现安全事故。如何针对空中动态不确定的飞行物体提前判断空域冲突，进而规避空域冲突，亟待解决。

2、因此，需要一种基于时空网格的空域冲突检测方法，来解决上述技术方案中存在的问题。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种基于时空网格的空域冲突检测方法及空域冲突检测系统，以解决或至少缓解上面存在的问题。

2、根据本发明的一个方面，提供一种基于时空网格的空域冲突检测方法，在计算设备中执行，所述计算设备与目标无人机通信连接，所述方法包括：基于北斗网格码对所述目标无人机的适飞空域进行网格剖分，以将目标无人机的适飞空域划分为多个网格，并为每个所述网格分配唯一对应的网格码，得到网格空域；确定所述目标无人机在所述网格空域内的目标网格码轨迹，并控制所述目标无人机基于所述目标网格码轨迹飞行；获取各个飞行物体在所述网格空域内对应的实时位置网格码，基于所述飞行物体的实时位置网格码，判断所述飞行物体是否在目标无人机的预警区域内；如果确定所述飞行物体在预警区域内，则每隔预定时间间隔获取所述飞行物体在当前时刻对应的当前位置信息，以生成所述当前时刻对应的位置网格码集合，所述位置网格码集合中包含所述当前时刻对应的观测位置网格码，以及在所述当前时刻之前的多个历史时刻分别对应的多个观测位置网格码；利用线性回归算法，基于所述位置网格码集合，预测出所述飞行物体在各个未来时刻对应的各个第一预测位置网格码，以生成所述飞行物体的预测网格码轨迹；基于所述飞行物体的预测网格码轨迹和所述目标无人机的目标网格码轨迹，确定所述飞行物体是否会与所述目标无人机发生空域冲突。

3、可选地，在根据本发明的基于时空网格的空域冲突检测方法中，生成所述飞行物体的预测网格码轨迹，包括：利用卡尔曼滤波算法，对所述飞行物体在各个未来时刻对应的各个第一预测位置网格码进行滤波，以得到各个未来时刻对应的各个最优位置网格码；基于所述各个最优位置网格码，生成所述飞行物体的预测网格码轨迹。

4、可选地，在根据本发明的基于时空网格的空域冲突检测方法中，利用卡尔曼滤波算法，对所述飞行物体在各个未来时刻对应的各个第一预测位置网格码进行滤波，以得到各个未来时刻对应的各个最优位置网格码，包括：利用卡尔曼滤波算法，基于所述位置网格码集合，预测出所述飞行物体在各个未来时刻对应的各个第二预测位置网格码；对于每个未来时刻，计算所述未来时刻对应的第一预测位置网格码和第二预测位置网格码的平均值，将所述平均值作为所述未来时刻对应的最优位置网格码。

5、可选地，在根据本发明的基于时空网格的空域冲突检测方法中，利用卡尔曼滤波算法，基于所述位置网格码集合，预测出所述飞行物体在各个未来时刻对应的各个第二预测位置网格码，包括：基于所述位置网格码集合，确定所述位置网格码集合中的各个时刻的观测位置网格码对应的各个观测状态向量，并计算各个观测状态向量的方差，基于各个所述观测位置网格码对应的各个观测状态向量的方差，得到所述当前时刻对应的观测协方差矩阵，其中，所述观测状态向量用于表示观测位置网格码对应的各个方向的速度；基于所述当前时刻的上一时刻对应的更新状态向量和更新协方差矩阵，来确定所述当前时刻对应的预测状态向量和预测协方差矩阵，其中，所述上一时刻对应的更新状态向量和更新协方差矩阵是基于所述上一时刻对应的观测状态向量和观测协方差矩阵对所述上一时刻对应的预测状态向量和预测协方差矩阵进行更新得到的；基于所述当前时刻对应的观测状态向量和观测协方差矩阵，对所述当前时刻对应的预测状态向量和预测协方差矩阵进行更新，以得到所述当前时刻对应的更新状态向量和更新协方差矩阵；重复上述步骤，以得到所述飞行物体在各个未来时刻对应的各个更新状态向量和各个更新协方差矩阵；对于每个未来时刻，基于所述未来时刻对应的更新状态向量和更新协方差矩阵，确定所述未来时刻对应的第二预测位置网格码。

6、可选地，在根据本发明的基于时空网格的空域冲突检测方法中，所述飞行物体包括有感知设备飞行物体、无感知设备飞行物体；每隔预定时间间隔获取所述飞行物体在当前时刻对应的当前位置信息，包括：在所述飞行物体为无感知设备飞行物体的情况下，每隔预定时间间隔通过目标无人机的雷达和摄像头获取所述飞行物体在当前时刻对应的当前位置信息，并将所述当前时刻对应的当前位置信息转换为所述当前时刻对应的观测位置网格码；在所述飞行物体为有感知设备飞行物体的情况下，每隔预定时间间隔直接获取所述飞行物体在当前时刻的当前位置网格码。

7、可选地，在根据本发明的基于时空网格的空域冲突检测方法中，基于所述飞行物体的预测网格码轨迹和所述目标无人机的目标网格码轨迹，确定所述飞行物体是否会与所述目标无人机发生空域冲突，包括：判断所述飞行物体的预测网格码轨迹与所述目标无人机的目标网格码轨迹是否存在重叠网格；如果存在重叠网格，确定所述重叠网格在所述预测网格码轨迹上对应的第一时间、所述重叠网格在所述目标网格码轨迹上对应的第二时间，并确定所述第一时间与所述第二时间之间的时间差；如果所述时间差小于等于预定时间阈值，则确定所述飞行物体会与所述目标无人机发生空域冲突；如果所述时间差大于预定时间阈值，则确定所述飞行物体不会与所述目标无人机发生空域冲突。

8、可选地，在根据本发明的基于时空网格的空域冲突检测方法中，还包括：如果确定所述飞行物体会与所述目标无人机发生空域冲突，则在所述目标无人机飞行至所述重叠网格之前，控制所述目标无人机升空预定距离后返回到原来的所述目标网格码轨迹上继续飞行。

9、可选地，在根据本发明的基于时空网格的空域冲突检测方法中，获取各个飞行物体在所述网格空域内对应的实时位置网格码，包括：响应于检测到所述目标无人机的适飞空域内存在一个或多个飞行物体，获取各个所述飞行物体在所述网格空域内对应的实时位置网格码。

10、根据本发明的一个方面，提供一种空域冲突检测系统，包括：目标无人机；计算设备，与所述目标无人机通信连接，所述计算设备中部署有空域冲突检测装置，所述空域冲突检测装置包括：剖分模块，适于基于北斗网格码对所述目标无人机的适飞空域进行网格剖分，以将目标无人机的适飞空域划分为多个网格，并为每个所述网格分配唯一对应的网格码，得到网格空域；确定模块，适于确定所述目标无人机在所述网格空域内的目标网格码轨迹，并控制所述目标无人机基于所述目标网格码轨迹飞行；第一判断模块，适于获取各个飞行物体在所述网格空域内对应的实时位置网格码，基于所述飞行物体的实时位置网格码，判断所述飞行物体是否在目标无人机的预警区域内；获取模块，如果确定所述飞行物体在预警区域内，则所述获取模块适于每隔预定时间间隔获取所述飞行物体在当前时刻对应的当前位置信息，以生成所述当前时刻对应的位置网格码集合，所述位置网格码集合中包含所述当前时刻对应的观测位置网格码，以及在所述当前时刻之前的多个历史时刻分别对应的多个观测位置网格码；预测模块，适于利用线性回归算法，基于所述位置网格码集合，预测出所述飞行物体在各个未来时刻对应的各个第一预测位置网格码，以生成所述飞行物体的预测网格码轨迹；第二判断模块，适于基于所述飞行物体的预测网格码轨迹和所述目标无人机的目标网格码轨迹，确定所述飞行物体是否会与所述目标无人机发生空域冲突。

11、根据本发明的一个方面，提供一种计算设备，包括：至少一个处理器；存储器，存储有程序指令，其中，程序指令被配置为适于由上述至少一个处理器执行，所述程序指令包括用于执行如上所述的基于时空网格的空域冲突检测方法的指令。

12、根据本发明的一个方面，提供一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，其中，所述计算机程序/指令被处理器执行时实现如上所述的方法。

13、根据本发明的一个方面，提供一种存储有程序指令的可读存储介质，当该程序指令被计算设备读取并执行时，使得该计算设备执行如上所述的基于时空网格的空域冲突检测方法。

14、根据本发明的技术方案，提供了一种基于时空网格的空域冲突检测方法，基于北斗网格码对目标无人机的适飞空域进行网格剖分，确定目标无人机的目标网格码轨迹并控制目标无人机基于目标网格码轨迹飞行，同时，基于各飞行物体的实时位置网格码判断各飞行物体是否在目标无人机的预警区域内，如果飞行物体在预警区域内，则每隔预定时间间隔获取该飞行物体的当前位置信息并生成位置网格码集合，进而，基于位置网格码集合预测出飞行物体在各个未来时刻对应的各个第一预测位置网格码，并生成飞行物体的预测网格码轨迹，基于预测网格码轨迹和目标网格码轨迹，来确定飞行物体是否会与目标无人机发生空域冲突。这样，本发明能够针对空中动态不确定的飞行物体提前判断空域冲突，进而能够规避空域冲突，而且，本发明在判断空域冲突时，通过网格码位运算代替复杂的空间计算，能够极大地提高计算速度，从而能够及时规避空域冲突，实现无人机更加安全地飞行。

15、进一步地，本发明利用卡尔曼滤波算法进行滤波得到各个未来时刻对应的各个最优位置网格码，基于各个最优位置网格码生成飞行物体的预测网格码轨迹，这样，能够提高预测网格码轨迹的准确度，进而能够更精准地判断空域冲突。

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