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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基于HSBSO算法的城市物流无人机指派

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作者 张书琴 夏洪山 +2 位作者 江炜 杨文凯 王莫凡 《计算机工程与应用》 北大核心 2025年第17期355-364,共10页

针对头脑风暴优化算法求解带有时间窗同时寄取快递的城市物流无人机任务指派效果差、收敛速度慢等问题,提出了一种混合策略改进的头脑风暴优化算法(hybrid strategy-improved brain storm optimization,HSBSO)。通过Sobol序列初始化种群... 针对头脑风暴优化算法求解带有时间窗同时寄取快递的城市物流无人机任务指派效果差、收敛速度慢等问题,提出了一种混合策略改进的头脑风暴优化算法(hybrid strategy-improved brain storm optimization,HSBSO)。通过Sobol序列初始化种群,增加种群多样性;引入改进的Sine混沌映射修正中间粒子,再用量子行为产生新粒子,提高算法全局搜索能力的同时加快收敛速度;二次函数动态调整局部搜索概率,控制全局搜索及局部搜索的精度;运用基于观测的变异学习策略跳出局部最优。实验结果表明,HSBSO算法与基本BSO算法、GA及SA相比,平均适应度值分别降低1.5%、21.4%及5.7%,程序运行时间分别下降4.5%、98.2%及70.2%,HSBSO算法运行时间增长率为每客户2.2 s,且HSBSO获得的90%解的适应度值优于BSO适应度值的平均值。同时,基于观测的变异学习策略在跳出局部最优的能力及稳定性方面也显著优于莱维飞行、动态透镜成像及透镜成像反向学习策略。 展开更多

关键词 城市物流无人机 量子行为 Sine混沌映射 基于观测的变异学习策略 头脑风暴优化算法

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物流无人机坠地风险评估

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作者 李航 王松涛 +1 位作者 刘希 马兆衡 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第16期7013-7021,共9页

为降低物流无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)在空中失效或者发生碰撞后的对地风险,通过构建关于物流无人机对地风险评估的模型,专注于无人机失效坠地和碰撞后的风险分析。首先,在无人机失效坠地风险模型中,详细讨论无人机在不同飞... 为降低物流无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)在空中失效或者发生碰撞后的对地风险,通过构建关于物流无人机对地风险评估的模型,专注于无人机失效坠地和碰撞后的风险分析。首先,在无人机失效坠地风险模型中,详细讨论无人机在不同飞行阶段可能的失效情况,包括垂直坠落和平抛坠落,以及这些坠落对地面人员可能造成的伤亡和经济损失;其次,碰撞坠地风险模型则分析了无人机在空中相撞后的动态行为以及其对地面安全的影响,包括碰撞动量-能量守恒和碰撞后果评估;最后,构建一个综合的三维风险评估矩阵,将事故发生的可能性、地面死亡人数和经济损失结合,用以评估不同情景下的风险等级。通过案例分析表明,得到的地面死亡人数在10-6量级内,并且得到不同区域内的风险等级。可见此方法为物流无人机运营商和相关政策制定者提供了重要的风险评估工具和数据支持。 展开更多

关键词 物流无人机(uav) 地面风险 风险等级 评估矩阵

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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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复杂城市低空无人机安全风险评估与三维路径规划 被引量：11

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作者 谢华 韩斯特 +2 位作者 尹嘉男 纪晓辉 杨逸晨 《安全与环境学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第7期2490-2507,共18页

针对复杂城市环境内低空无人机飞行安全与效率亟待提升的问题,提出了复杂城市低空无人机安全风险评估与三维路径规划方法。首先,设计了无人机越界冲突率、缓冲空域占比指标,建立了无人机地理围栏安全缓冲间距优化模型,对最佳缓冲间距和... 针对复杂城市环境内低空无人机飞行安全与效率亟待提升的问题,提出了复杂城市低空无人机安全风险评估与三维路径规划方法。首先,设计了无人机越界冲突率、缓冲空域占比指标,建立了无人机地理围栏安全缓冲间距优化模型,对最佳缓冲间距和栅格粒度进行了标定;然后,构建了由人口密度层、遮蔽层和障碍层构成的无人机风险地图,建立了弹道下降和失控滑行两种模式下的无人机对地风险评估模型,生成了精细化、组合化的城市低空概率风险地图;最后,综合利用地理围栏、概率风险地图和跳点搜索算法,对无人机三维路径进行了初始规划和优化重构。结果表明:弹道下降模式的伤亡风险是失控滑行下降模式的5~75倍;与A*算法相比,跳点搜索算法有效减少了飞行路径的转弯数量,缩短了求解时长,更适合规划无人机飞行路径;与不采用风险地图的方法相比,基于风险地图的无人机路径规划减少了50%的较高风险节点,相应的路径长度仅增加了7.2%和11.4%,整体路径节点的伤亡风险明显降低。研究成果可为复杂城市低空无人机飞行计划制定及安全运行监管提供理论依据和方法支撑。 展开更多

关键词 安全系统学 城市低空 无人机(uav) 地理围栏 安全评估 路径规划 跳点搜索算法

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基于定位、速度双误差的物流无人机碰撞概率分析

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作者 靳慧斌 刘希 +1 位作者 黄俊 陈怿淳 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第10期64-70,共7页

物流无人机(UAV)批量运行会存在一定的碰撞风险,为量化UAV之间在空中的碰撞概率,针对物流UAV空中运行阶段开展建模分析其碰撞风险。基于冲突区域理论,建立定位、速度双误差的UAV碰撞概率模型,分析不同夹角情况下物流UAV碰撞概率变化情... 物流无人机(UAV)批量运行会存在一定的碰撞风险,为量化UAV之间在空中的碰撞概率,针对物流UAV空中运行阶段开展建模分析其碰撞风险。基于冲突区域理论,建立定位、速度双误差的UAV碰撞概率模型,分析不同夹角情况下物流UAV碰撞概率变化情况。分析识别美国联邦航空管理局官网中关于民用小型UAV的事故/事件数据中的关键风险因素。结合2万飞行小时的物流UAV故障数据建立UAV安全飞行间隔模型,给出可接受安全水平下的最短飞行间隔。探究在给定飞行间隔前提下不同航迹角以及不同风向对UAV之间碰撞概率的影响。结果表明:当物流UAV之间最短安全间隔大于90.71 m时,所有飞行场景下UAV的风险水平均在可接受范围之内。当航迹角为30、60、90°时,碰撞概率随风向变化的波动范围较小,其中,航迹夹角为90°时最稳定。而当夹角为140°时,碰撞概率的波动范围较大,UAV安全飞行对环境因素更为敏感。 展开更多

关键词 定位误差 速度误差 物流无人机(uav) 碰撞概率 冲突区域 航迹夹角 飞行间隔

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改进Theta^(*) 算法的物流无人机城域三维路径规划 被引量：6

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作者 徐伟华 聊士超 +1 位作者 张根瑞 熊坚 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2023年第17期334-340,共7页

针对物流无人机城域配送路径规划问题,使用改进栅格法进行环境建模,设计路径安全代价函数提高路径安全性。为了解决Theta^(*)算法在城市区域规划时路径海拔变化较大的问题,同时为减少路径节点数,提高路径平滑性,在算法实际代价函数中引... 针对物流无人机城域配送路径规划问题,使用改进栅格法进行环境建模,设计路径安全代价函数提高路径安全性。为了解决Theta^(*)算法在城市区域规划时路径海拔变化较大的问题,同时为减少路径节点数,提高路径平滑性,在算法实际代价函数中引入海拔变化代价及姿态调整代价;在算法搜索路径节点过程中,通过提出视线存在预设策略减少多余检查过程,提高算法搜索效率。与A*算法及Theta^(*)算法对比验证了改进Theta^(*)算法适用性。设计对照实验确定了目标函数权重及估价函数权重最优取值。在随机不同环境及真实环境下进行仿真,结果表明:相比于传统算法,改进Theta^(*)算法规划路径的海拔变化、路径点数、规划时间及路径总代价均有较明显减少,证明了改进策略的有效性,在城域无人机路径规划方面有一定应用价值。 展开更多

关键词 三维路径规划 物流无人机 改进Theta^(*)算法 城市区域配送

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基于配送模式的无人机城市配送路径规划 被引量：18

8

作者 任新惠 武彤 《科学技术与工程》 北大核心 2021年第32期13638-13649,共12页

无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)以其“小、快、灵活”的优势逐渐应用于城市物流配送当中。首先论述了无人机配送模式,分为机车协同模式与无人机独立运行模式;其次阐述了无人机配送路径规划的影响因素,包括能耗、禁区障碍物等绕飞... 无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)以其“小、快、灵活”的优势逐渐应用于城市物流配送当中。首先论述了无人机配送模式,分为机车协同模式与无人机独立运行模式;其次阐述了无人机配送路径规划的影响因素,包括能耗、禁区障碍物等绕飞因素以及不确定的自然环境;最后根据两种配送模式,探讨了内外因素对无人机配送路径规划的影响。结果表明:非线性无人机能耗模型更符合无人机实际运行特征;风、温度等天气因素影响其城市配送飞行方向与电量能耗等;禁飞区、时间窗等外部因素也影响无人机路径规划。实际运行中无人机会受到多重因素共同影响,能耗与外部因素对无人机路径规划影响问题研究还有待进一步完善。 展开更多

关键词 无人机(uav) 组合模式 物流配送 影响因素 路径规划

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基于贝叶斯网络的物流无人机碰撞风险评估 被引量：18

9

作者 李航 聂芳艺 《科学技术与工程》 北大核心 2023年第15期6700-6706,共7页

为降低城市物流无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)碰撞风险,识别关键风险因素,构建贝叶斯网络模型进行风险评估。在收集7个真实无人机碰撞事故案例和文献调研的基础上,提炼出15个主要风险因素,并通过问卷调查将风险集划分为低、中... 为降低城市物流无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)碰撞风险,识别关键风险因素,构建贝叶斯网络模型进行风险评估。在收集7个真实无人机碰撞事故案例和文献调研的基础上,提炼出15个主要风险因素,并通过问卷调查将风险集划分为低、中、高三个等级对风险发生概率数据进行收集与评估,随后运用解释结构模型(interpretative structural modeling, ISM)对风险因素进行层级划分构建贝叶斯网络模型。根据所构建的贝叶斯网络,将收集数据导入GeNIe,对贝叶斯网络模型进行参数学习,得到无人机碰撞风险不同等级的概率分布。最后对贝叶斯网络模型进行逆向推理、敏感性分析和影响强度分析,明确导致无人机发生碰撞事故的关键因素和敏感因素,依据分析结果提出风险防控建议。 展开更多

关键词 物流无人机(uav) 碰撞风险评估 贝叶斯网络 解释结构模型(ISM)

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城市运行无人机第三方风险模型构建及应用 被引量：7

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作者 任新惠 程彩霞 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第9期15-20,共6页

为了量化评估无人机城市运行区域风险,分析无人机城市运行的第三方风险源及其作用机制,基于隐私图像的栅格,构建综合考虑噪声、坠落伤亡的无人机城市运行第三方风险模型,并选取天津市河西区人民公园作为应用实例场景,评估其上空30~60 m... 为了量化评估无人机城市运行区域风险,分析无人机城市运行的第三方风险源及其作用机制,基于隐私图像的栅格,构建综合考虑噪声、坠落伤亡的无人机城市运行第三方风险模型,并选取天津市河西区人民公园作为应用实例场景,评估其上空30~60 m空域的无人机运行风险。结果表明:在娱乐区和建筑物上方,风险随着高度增加而降低;在树林、道路、水域带等上方,风险随着高度的增加而上升;在同一高度层时,湖泊及绿化带上方风险最低,其次是建筑物及空旷广场上方风险较低;娱乐区上方风险最高。 展开更多

关键词 无人机(uav) 城市运行 第三方风险 评估模型 侵犯隐私

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运力受扰下的物流无人机干扰恢复模型 被引量：4

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作者 任新惠 苟利珍 武彤 《科学技术与工程》 北大核心 2023年第1期407-413,共7页

为了解决无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)运力受扰对末端包裹交付造成的干扰问题,运用干扰管理思想,从客户服务和配送成本角度进行扰动度量,综合考虑无人机能耗、配送时效性、飞行可靠性、飞行安全性等因素建立干扰恢复模型;运用... 为了解决无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)运力受扰对末端包裹交付造成的干扰问题,运用干扰管理思想,从客户服务和配送成本角度进行扰动度量,综合考虑无人机能耗、配送时效性、飞行可靠性、飞行安全性等因素建立干扰恢复模型;运用蚁群算法求解问题模型,最后用算例验证所提方案的有效性。结果表明:通过分析3组干扰场景发现,当干扰发生时刻早、受扰客户多时,所建立的恢复模型方案和原始方案对比,可以在短时间内产生新的配送路径,同时以较小的成本代价提高客户服务满意度,实用性更强。 展开更多

关键词 无人机(uav) 物流配送 飞行受扰 干扰管理 蚁群算法

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一种基于图论的机场空域无人机流量控制方法 被引量：12

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作者 崔恺 曾国奇 +1 位作者 林伟 全权 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期978-987,共10页

城市物流无人机机场需具有同时起降多架无人机的能力,针对中小型垂直起降无人机设计了一种单入口单出口、航路交叉、多停机坪的机场模型,提出了一种基于图论的飞行安全优先的流量控制方法。根据机场内无人机飞行状态,控制无人机进离场时... 城市物流无人机机场需具有同时起降多架无人机的能力,针对中小型垂直起降无人机设计了一种单入口单出口、航路交叉、多停机坪的机场模型,提出了一种基于图论的飞行安全优先的流量控制方法。根据机场内无人机飞行状态,控制无人机进离场时间,规划出机场内飞行航路,保证无人机飞行安全。仿真结果表明:该流量控制方法可以确保无人机在机场空域内安全有序飞行;分别测试了面积不同的机场进场与进离场运行容量,在单个停机坪面积一定时,停机坪数量越多进场容量越大,但进离场容量反而越小;因此在设计机场时,在给定的机场面积情况下,需要合理规划停机坪数量。 展开更多

关键词 城市物流无人机 机场 流量控制 容量评估 图论

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