大型固定翼无人机与有人机冲突探测方法与解脱策略

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作者 岳仁田 牛萌 《中国安全生产科学技术》 北大核心 2025年第5期70-78,共9页

为保障融合空域运行安全,构建1种大型固定翼无人机与有人机的飞行冲突探测方法与解脱策略,以机载广播式自动相关监视(设备ADS-B IN)实时监视数据为基础,利用改进的基于模糊推理的交互式多模型容积卡尔曼滤波(FR-IMMCKF)算法对航迹进行预... 为保障融合空域运行安全,构建1种大型固定翼无人机与有人机的飞行冲突探测方法与解脱策略,以机载广播式自动相关监视(设备ADS-B IN)实时监视数据为基础,利用改进的基于模糊推理的交互式多模型容积卡尔曼滤波(FR-IMMCKF)算法对航迹进行预测,采用三维确定型冲突探测模型探测两机是否存在冲突,基于速度障碍法设置调向、调速、调高以及混合解脱策略。研究结果表明:各冲突情景求解运算用时都在0.01 s以内,简单冲突情景下(相向冲突和追赶冲突)绕飞增加距离与原飞行距离之比在1.3%以内,复杂冲突情景下(交叉冲突)绕飞增加距离与原飞行距离之比在3.2%以内,无人机仅靠2次机动便可化解冲突并恢复航迹,表明所提方法有效可行。研究结果可为无人机在融合空域的安全运行提供参考。 展开更多

关键词 无人机 有人机 冲突探测 速度障碍 解脱策略 航迹恢复

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冲突探测与解脱机制下城市物流无人机自由飞行间隔研究 被引量：1

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作者 张健 黎宗孝 +2 位作者 罗鑫悦 赵嶷飞 卢飞 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第30期13229-13235,共7页

聚焦自由飞行场景,为确保城市物流无人机运行安全,需要为无人机配备安全间隔。借鉴气体模型和位置误差概率模型,提出考虑冲突探测与解脱机制的无人机自由飞行间隔综合评估模型。首先应用气体模型评估无人机冲突发生频率;接着综合考虑空... 聚焦自由飞行场景,为确保城市物流无人机运行安全,需要为无人机配备安全间隔。借鉴气体模型和位置误差概率模型,提出考虑冲突探测与解脱机制的无人机自由飞行间隔综合评估模型。首先应用气体模型评估无人机冲突发生频率;接着综合考虑空中交通特性、冲突探测与解脱机制、航线结构、空中交通服务能力,计算冲突发生时碰撞概率,得到总体碰撞概率。最后,对标安全目标水平,计算城市物流无人机自由飞行所需间隔。应用该模型,针对某运行空间无人机自由飞行场景,制定所需间隔。研究结果为城市物流无人机间隔标准制定提供可行方法,同时可用于指导冲突探测与解脱机制,降低突破间隔后碰撞概率。 展开更多

关键词 城市物流无人机 冲突探测与解脱 安全目标水平 自由飞行间隔

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低空无人机飞行冲突分类探测与差异解脱方法研究 被引量：6

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作者 谢华 苏方正 +1 位作者 尹嘉男 韩斯特 《安全与环境学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第9期3131-3142,共12页

针对低空空域这一民用无人机当前的主要活动空间,为解决低空无人机飞行冲突问题,保证无人机飞行安全,提出了一种无人机飞行冲突分类探测与差异解脱方法。首先,在分析无人机低空运行模式的基础上,从对头、交叉和追赶等视角构建低空无人... 针对低空空域这一民用无人机当前的主要活动空间,为解决低空无人机飞行冲突问题,保证无人机飞行安全,提出了一种无人机飞行冲突分类探测与差异解脱方法。首先,在分析无人机低空运行模式的基础上,从对头、交叉和追赶等视角构建低空无人机异质飞行冲突场景,设计了基于安全间隔的无人机飞行保护区,建立了基于改进速度障碍法的无人机飞行冲突探测方法;然后,采用调整高度、航向和速度的飞行调配思路,设计了无人机飞行冲突解脱策略及其适用条件,构建了以最小化冲突解脱时间成本为导向的无人机飞行冲突解脱策略最优配置规则及实施流程;最后,设计多种典型冲突场景对所提方法进行了仿真验证,并分析了时间约束的敏感性。仿真结果表明,所提方法可对低空空域内潜在的无人机飞行冲突进行有效探测,并实现异质冲突场景下解脱策略优先级的科学配置,最优解脱策略的求解时间可控制在2.5 s以下。研究成果可为提升低空空域系统内无人机运行安全管理水平提供依据。 展开更多

关键词 安全系统学 无人机 冲突探测 冲突解脱 速度障碍法 敏感性分析

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无人机冲突探测与解脱技术研究概述 被引量：7

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作者 刘继新 蒋伶潇 +1 位作者 刘禹汐 张新珏 《科学技术与工程》 北大核心 2023年第26期11081-11089,共9页

近年来,无人机已广泛应用于电力巡检、森林保护、快递配送、交通监控等领域,无人机技术得到飞速发展。无人机具有数量多、体积小、速度快等特点,无人机进入非隔离空域成为必然趋势,而冲突探测与解脱技术也成了当下的重点研究方向。冲突... 近年来,无人机已广泛应用于电力巡检、森林保护、快递配送、交通监控等领域,无人机技术得到飞速发展。无人机具有数量多、体积小、速度快等特点,无人机进入非隔离空域成为必然趋势,而冲突探测与解脱技术也成了当下的重点研究方向。冲突探测与解脱技术的提高对无人机飞行安全和飞行效益具有重要意义。系统地梳理了当下中外的研究成果,对无人机冲突探测与解脱问题进行了概述。综述了冲突探测与解脱的模型,从理论模型的角度阐述了冲突解脱的目标和约束条件;并从方法论的角度对冲突探测与解脱的常用方法进行了总结。最后从现有研究的不足出发,对无人机冲突探测与解脱未来的研究趋势和方向进行了展望。 展开更多

关键词 无人机 环境感知 冲突探测 冲突解脱

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基于几何关系的无人机低空飞行冲突探测与解脱策略 被引量：7

5

作者 岳仁田 马赵飞 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期112-120,共9页

为保障多旋翼无人机(UAV)在低空空域的飞行安全,提出一种UAV低空飞行冲突探测模型和冲突解脱策略。首先,根据UAV当前的广播式自动相关监视(ADS-B)数据,使用基于交互式多模型容积卡尔曼滤波算法(IMM-CKF)预测下一阶段的航迹,筛选出潜在... 为保障多旋翼无人机(UAV)在低空空域的飞行安全,提出一种UAV低空飞行冲突探测模型和冲突解脱策略。首先,根据UAV当前的广播式自动相关监视(ADS-B)数据,使用基于交互式多模型容积卡尔曼滤波算法(IMM-CKF)预测下一阶段的航迹,筛选出潜在的冲突对象;其次,根据飞行保护区的特点,构建双机的轴对齐包围盒(AABB);然后,使用三维碰撞检测模型判断双机是否发生冲突,提出同向同角度(SOSA)飞行冲突解脱策略;最后,构造4种常见的冲突场景,利用所提算法检测飞行冲突,分情况采用SOSA组合解脱策略和传统解脱策略(如调高法、调向法、调速法)解脱飞行冲突。结果表明:采用基于AABB包围盒的飞行冲突检测方法可在0.02 s内快速检测冲突,采用SOSA组合解脱策略较传统解脱策略可以将绕飞增加距离减小至小于直飞距离的5%。该冲突探测方法实时性较强,解脱策略操作复杂度较低,且在冲突解脱过程中支付距离花费较小。 展开更多

关键词 几何关系 无人机(UAV) 低空飞行 冲突探测 解脱策略 同向同角度(SOSA)

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军航飞机流穿越民航航线冲突探测与解脱问题 被引量：3

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作者 吴明功 蒋旭瑞 +1 位作者 温祥西 陈彬 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期863-872,共10页

针对军航飞机穿越民航航线的飞行冲突问题,对飞机流汇聚飞行场景进行建模分析,提出了基于滑动窗口的汇聚飞行冲突探测方法和基于合作博弈的多机冲突解脱方法。当飞机流进入预先划设的汇聚控制区,通过滑动窗口判断向前看时间内飞行冲突... 针对军航飞机穿越民航航线的飞行冲突问题,对飞机流汇聚飞行场景进行建模分析,提出了基于滑动窗口的汇聚飞行冲突探测方法和基于合作博弈的多机冲突解脱方法。当飞机流进入预先划设的汇聚控制区,通过滑动窗口判断向前看时间内飞行冲突。基于此,潜在冲突机间组成一个联盟,以解脱边界条件为安全约束,以合作博弈理论中联盟福利最优解均衡各机效益,在保证安全的前提下实现效益均衡。根据最优机动方向特点,利用免疫粒子群优化算法快速求解策略。仿真结果表明,该场景下提出的方法能有效解算出满足要求的解脱策略,并均衡军民航飞机解脱效益。 展开更多

关键词 冲突探测与解脱 军民航 飞机流 合作博弈 免疫粒子群优化

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基于调速的飞行冲突探测与解脱方法 被引量：1

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作者 王红勇 邓涛涛 徐文强 《科学技术与工程》 北大核心 2021年第13期5584-5591,共8页

随着中国民航的快速发展,空域资源的紧缺和空中交通拥堵现象越来越严重,由此带来的飞行冲突也越来越多。首先,提出了一种基于调速的飞行冲突探测与解脱方法并且通过非线性规划的方法优化调速机动阶段的燃油消耗。其次,通过飞行冲突探测... 随着中国民航的快速发展,空域资源的紧缺和空中交通拥堵现象越来越严重,由此带来的飞行冲突也越来越多。首先,提出了一种基于调速的飞行冲突探测与解脱方法并且通过非线性规划的方法优化调速机动阶段的燃油消耗。其次,通过飞行冲突探测和解脱方法确定飞机可以进行调速的速度区间,通过优化调速机动阶段燃油消耗,得到可调速的速度区间中的最省油的速度。最后,将速度剖面实时分配给相关的航空器,使航空器之间的间隔大于给定的最小安全间隔。通过仿真分析,提出的飞行冲突探测与解脱方法能够快速解决飞行冲突,非线性规划优化燃油消耗的方法能够带来较大的燃油消耗的节省。 展开更多

关键词 空中交通管理 冲突探测与解脱 航空器 燃油消耗 非线性规划

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基于改进粒子群算法的飞行器冲突解脱方法研究 被引量：7

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作者 甄然 司超 +2 位作者 吴学礼 张建华 武晓晶 《河北科技大学学报》 CAS 2016年第5期491-496,共6页

冲突解脱要求飞行器采用一种有效的方法来满足工作环境的限制。针对飞行器在多障碍环境下的冲突解脱问题,提出一种能够满足限制条件的改进粒子群算法(PSO)对冲突进行解脱。所提出的新算法(DARPSO)相对于经典粒子群算法有2个优点:第一,... 冲突解脱要求飞行器采用一种有效的方法来满足工作环境的限制。针对飞行器在多障碍环境下的冲突解脱问题,提出一种能够满足限制条件的改进粒子群算法(PSO)对冲突进行解脱。所提出的新算法(DARPSO)相对于经典粒子群算法有2个优点:第一,考虑了障碍对寻优过程的影响;第二,具有跳出局部极小的能力。仿真实验结果显示,所提出算法的优化效果要优于标准粒子群算法。将改进后的算法应用到飞行器冲突解脱过程中并进行仿真,结果表明,所提出的算法能够有效地指导飞行器躲避障碍,完成冲突解脱。 展开更多

关键词 算法理论 飞行器 冲突探测 冲突解脱 粒子群算法

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基于速度障碍法的飞行冲突解脱与恢复策略 被引量：17

9

作者 王泽坤 吴明功 +2 位作者 温祥西 蒋旭瑞 高阳阳 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期1294-1302,共9页

针对飞行中的冲突解脱和航迹恢复问题,在速度障碍法模型的基础上提出了一种几何优化的方法,并对这个问题进行了严格的数学描述。首先根据飞机之间的相对位置和速度关系,确定其冲突类型,以及是否满足各解脱策略的条件,选取相应的解脱策略... 针对飞行中的冲突解脱和航迹恢复问题,在速度障碍法模型的基础上提出了一种几何优化的方法,并对这个问题进行了严格的数学描述。首先根据飞机之间的相对位置和速度关系,确定其冲突类型,以及是否满足各解脱策略的条件,选取相应的解脱策略,待冲突解脱完成后,飞机恢复至原航线飞行。然后通过几何分析,理论推导,该模型能够有效解决飞行冲突,并且具体给出冲突解脱和航迹恢复的位置。最后在仿真中,所提方法根据不同场景能够自主选择冲突解脱策略,结果显示该方法简单高效,并且在航迹恢复过程中不引入新的飞行冲突。 展开更多

关键词 速度障碍 空中交通管制 冲突探测 冲突解脱 航迹恢复 几何优化算法

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飞行冲突解脱的几何优化模型 被引量：6

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作者 吴明功 王泽坤 +2 位作者 温祥西 蒋旭瑞 孙千锐 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2019年第4期864-870,共7页

针对空中交通管制中的冲突探测与解脱问题,提出了一种几何最优的冲突探测与解脱方法。首先定义了该问题的冲突解脱点,在该点处预判飞机之间可能存在的飞行冲突。其次,采取同向同角度的方式解决飞行冲突,即在原航迹上两机同时向同一侧改... 针对空中交通管制中的冲突探测与解脱问题,提出了一种几何最优的冲突探测与解脱方法。首先定义了该问题的冲突解脱点,在该点处预判飞机之间可能存在的飞行冲突。其次,采取同向同角度的方式解决飞行冲突,即在原航迹上两机同时向同一侧改变相同角度,得到新的航迹交叉点,即航迹恢复点,使得两机之间始终保持最小安全距离。通过几何分析,理论推导了两机航迹距离之和与各自改变航向角度之间的关系,该模型能够有效地解决飞行和冲突,并且具体给出冲突解脱和航迹恢复的位置,以及所涉及到的参数求解过程。最后通过仿真分析,结果显示该方法简单高效。 展开更多

关键词 冲突探测 冲突解脱 同向同角度 航迹恢复点

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改进速度障碍法的无人机冲突解脱方法研究 被引量：9

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作者 吴学礼 陈海璐 +1 位作者 许磊 甄然 《电光与控制》 CSCD 北大核心 2020年第7期31-35,共5页

在无人机冲突探测与冲突解脱领域,以互惠速度障碍法重新选择的速度朝向目标点飞行时,会出现转弯角度过大的问题。针对该问题提出了改进方法。首先,在分析速度障碍法(VO)原理的基础上,对冲突解脱问题进行了详细描述,并利用几何关系建立... 在无人机冲突探测与冲突解脱领域,以互惠速度障碍法重新选择的速度朝向目标点飞行时,会出现转弯角度过大的问题。针对该问题提出了改进方法。首先,在分析速度障碍法(VO)原理的基础上,对冲突解脱问题进行了详细描述,并利用几何关系建立了数学模型,通过无人机和入侵机的相对速度和相对位置之间的角度来判断是否发生冲突。然后,通过互惠速度障碍法重新选择速度,预测出下一时刻的位置,再结合B样条曲线来平滑冲突解脱路径,同时,为了缩短路径,采取不恢复原航迹的策略,而是以当前速度朝向目标点飞行,直至到达终点。通过仿真实验,证明了该算法的可行性和有效性,解决了无人机的冲突探测和冲突解脱问题。 展开更多

关键词 无人机 速度障碍法 冲突探测 冲突解脱 B样条曲线

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基于Event模型的城市物流无人机同高度交叉运行间隔研究

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作者 张健 赵嶷飞 +2 位作者 卢飞 黎宗孝 罗鑫悦 《中国安全科学学报》 北大核心 2025年第5期99-105,共7页

为解决城市物流无人机飞行流量加大、隔离航线模式空域利用率低的矛盾,需要实施安全有效的交叉运行。通过研究交叉运行碰撞风险,确定侧向误差、垂直误差、纵向临近率等核心参数,构建同高度交叉运行间隔模型。在此基础上,进一步考虑机载... 为解决城市物流无人机飞行流量加大、隔离航线模式空域利用率低的矛盾,需要实施安全有效的交叉运行。通过研究交叉运行碰撞风险,确定侧向误差、垂直误差、纵向临近率等核心参数,构建同高度交叉运行间隔模型。在此基础上,进一步考虑机载冲突探测与解脱(CDR)系统失效问题,并运用事件树分析方法,提出并构建城市物流无人机交叉间隔综合模型。结果表明:在航线夹角为60°情况下,对标安全目标水平1.5×10^(-8),所需交叉间隔为158 m;对标安全目标水平1×10^(-6),所需交叉间隔155 m。随着交叉角度增大,运行间隔总体呈现上升趋势,当接近180°时,即对头运行时,所需间隔急剧上升,与实际认知一致。 展开更多

关键词 Event模型 城市物流无人机(UAV) 同高度 交叉运行 交叉间隔 冲突探测与解脱(cdr)

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改进分层合作A*的无人机交通管理中路径规划

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作者 陈明 何宁 +2 位作者 宏晨 肖明明 景竑元 《计算机工程与应用》 北大核心 2025年第6期361-368,共8页

针对无人机交通管理中飞行前冲突探测与解脱问题,表示为一种新的多智能体路径规划扩展模型,提出一种连续时间分层合作A*(continuous-time hierarchical cooperative A*,CHCA*)算法。面向连续时间,智能体在度量空间中的位置之间以最大速... 针对无人机交通管理中飞行前冲突探测与解脱问题,表示为一种新的多智能体路径规划扩展模型,提出一种连续时间分层合作A*(continuous-time hierarchical cooperative A*,CHCA*)算法。面向连续时间,智能体在度量空间中的位置之间以最大速度持续移动;考虑智能体的大小形状,以空间是否覆盖判定智能体冲突;优化搜索启发值计算。实验表明,CHCA*单次路径规划成功率高于CCBS,适合大规模智能体路径规划求解;在日本仙台2030无人机空运预测模型上仿真实验表明,对于一天内32887个随机请求,CHCA*算法规划成功率可达96%。 展开更多

关键词 多智能体路径规划(MAPF) 无人机交通管理(UTM) 改进分层合作A*算法 冲突探测 冲突解脱 连续时间

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针对合作型无人机的最优防相撞策略 被引量：6

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作者 张宏宏 甘旭升 +2 位作者 孙静娟 王宁 陈致远 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2022年第4期290-297,共8页

为解决复杂融合空域内的无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)冲突解脱过程中消耗大的问题,提出基于速度障碍法的合作型无人机的最优防相撞策略。首先根据有限时间的速度障碍法进行冲突探测,并推导出解脱条件下冲突双方航向改变量与速... 为解决复杂融合空域内的无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)冲突解脱过程中消耗大的问题,提出基于速度障碍法的合作型无人机的最优防相撞策略。首先根据有限时间的速度障碍法进行冲突探测,并推导出解脱条件下冲突双方航向改变量与速度大小改变量满足的关系,再将合作博弈概念用在冲突解脱过程中,利用最优化理论,将联盟福利最优解作为博弈双方最优解脱策略。该冲突解脱算法基于无人机冲突双方最小机动与满足自身性能约束的原则,实现支付代价最小前提下的实时冲突解脱。仿真结果表明该算法在不同冲突场景下具有可行性、实时性与高效性。 展开更多

关键词 冲突探测 冲突解脱 合作博弈 几何优化算法

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基于速度障碍法的无人机避障与航迹恢复策略 被引量：27

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作者 张宏宏 甘旭升 +2 位作者 李昂 高志强 徐鑫宇 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2020年第8期1759-1767,共9页

针对在融合空域内,面临复杂障碍物时无人机飞行冲突解脱和航迹恢复问题,在速度障碍法的基础上提出了一种几何优化方法,并对这个问题进行了严格的数学描述。首先,根据无人机与障碍物之间的相对位置和速度关系,基于航迹预推模型确定其冲... 针对在融合空域内,面临复杂障碍物时无人机飞行冲突解脱和航迹恢复问题,在速度障碍法的基础上提出了一种几何优化方法,并对这个问题进行了严格的数学描述。首先,根据无人机与障碍物之间的相对位置和速度关系,基于航迹预推模型确定其冲突类型,以及是否满足各解脱策略的条件。然后,选取相应的解脱策略。待冲突解脱完成后,无人机恢复至原飞行航线。之后,通过几何分析与理论推导证明该模型能够有效解决飞行冲突,并且给出了具体的冲突解脱和航迹恢复的时间。最后,在仿真中,所提方法根据不同场景自主选择冲突解脱策略,结果显示该方法简单高效。 展开更多

关键词 速度障碍 冲突探测 冲突解脱 航迹恢复 几何优化算法

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