本文關(guān)鍵詞：低空空域三維可視化飛行沖突場景仿真

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【摘要】：近些年隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展,人們對于通用航空的需求與日俱增,而作為通用航空重要組成部分的低空空域飛行活動也越來越受到人們的重視。未來低空空域中飛行器的種類和數(shù)量必然會呈現(xiàn)增漲勢態(tài),使用對象也將趨于多元化。伴隨著近兩年無人機商用和民用規(guī)模的擴大,低空空域的飛行安全問題愈顯突出。在低空開放的過程中,為保證飛行的安全和效率,我們需要借鑒國外航空發(fā)達國家的經(jīng)驗,采用三維可視化技術(shù)對低空空域的飛行活動進行管理。飛行器在低空空域飛行的過程中可能會與不同類型的物體發(fā)生飛行沖突,為了避免這些飛行沖突,本文建立了其三維可視化模型,并發(fā)出預警信息,從而保證飛行器的飛行安全。低空飛行主要會遇到兩大類飛行沖突,一類是飛行器與地面障礙物(包括高聳的建筑、起伏的地形和人為劃設(shè)的禁飛區(qū))之間的飛行沖突;一類是飛行器與飛行器之間的飛行沖突。通過對兩大類飛行沖突的分析,建立了其三維可視化模型,并利用線性規(guī)劃的方法對飛行器之間的飛行沖突進行沖突解脫。本文首先對低空空域中飛行器的飛行特點進行分析,并參照高空固定航線飛行器的空間保護模型,建立了低空飛行器的兩層空間保護模型,即預警區(qū)球和告警區(qū)球。從而使得低空飛行器的飛行過程更為安全和靈活,并提高空域的使用率。接著,本文根據(jù)低空空域使用管理規(guī)定劃設(shè)的三類低空空域類型,選取了相對應的三種典型飛行場景,即機場、城市和山區(qū),進行分析。從飛行安全和算法效率兩方面綜合考慮,建立了三種典型飛行場景的數(shù)學模型。機場模型為一片立體的三維空間,一般表現(xiàn)為橢圓、扇形和任意多邊形;城市模型則表現(xiàn)為一顆相對平衡的BSP場景樹以及障礙物的圓柱形包圍盒;而山區(qū)模型則表現(xiàn)為一塊塊長寬相等、高度為方格中地形最高值的馬賽克塊。在Vega Prime軟件中將這三種典型的飛行場景進行三維可視化顯示,并對其可能發(fā)生的飛行沖突采用不同預警方式進行預警。進一步,本文從低空空域中兩架飛行器的飛行沖突入手進行分析,進一步研究三架和四架飛行器的飛行沖突模型,最后推廣至N架飛行器的沖突分析,建立其沖突檢測模型并對低空空域中典型飛行場景的多飛行器飛行沖突進行可視化顯示。最后,在沖突檢測的基礎(chǔ)上對飛行器之間的沖突解脫模型進行初步探索,從改變飛行器速度大小和航向角兩個方面,建立了其線性規(guī)劃的沖突解脫模型。
【關(guān)鍵詞】：低空空域 飛行沖突 沖突解脫 三維可視化 Vega Prime
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V211
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-19
• 1.1 課題研究背景及意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外低空空域的發(fā)展現(xiàn)狀11-14
• 1.3 國內(nèi)外可視化飛行管理系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀14-17
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容17-19
• 第二章 三維場景可視化相關(guān)技術(shù)方法19-32
• 2.1 引言19
• 2.2 VEGA PRIME軟件簡介19-20
• 2.3 VEGA PRIME空間坐標系20-22
• 2.4 場景圖22-23
• 2.5 空間劃分23-27
• 2.5.1 均勻劃分23-24
• 2.5.2 八叉樹（四叉樹）劃分24
• 2.5.3 二叉空間劃分樹24-27
• 2.6 包圍盒27-30
• 2.6.1 軸向包圍盒27-28
• 2.6.2 包圍球28
• 2.6.3 方向包圍盒28-29
• 2.6.4 固定方向包圍盒29-30
• 2.7 論文技術(shù)路線30-31
• 2.8 本章小結(jié)31-32
• 第三章 典型飛行場景的沖突分析及可視化32-51
• 3.1 引言32
• 3.2 低空空域類型32-33
• 3.3 飛行器的空間保護區(qū)33-34
• 3.4 機場34-38
• 3.4.1 規(guī)則形狀的空域34
• 3.4.2 多邊形空域34-35
• 3.4.3 可視化顯示35-38
• 3.5 城市38-44
• 3.5.1 場景框架38-39
• 3.5.2 包圍盒的選擇39
• 3.5.3 BSP空間劃分39-41
• 3.5.4 分割線選取的改進41-42
• 3.5.5 可視化顯示42-44
• 3.6 山區(qū)44-49
• 3.6.1 最低安全高度分析45
• 3.6.2 馬賽克低高算法45-47
• 3.6.3 可視化顯示47-49
• 3.7 本章小結(jié)49-51
• 第四章 飛行器之間的沖突分析及可視化51-68
• 4.1 引言51
• 4.2 兩架飛行器沖突模型51-54
• 4.3 實例分析54-57
• 4.4 計算幾何的多機沖突57-61
• 4.4.1 Voronoi圖57-58
• 4.4.2 基于Delaunay三角網(wǎng)的沖突檢測58-61
• 4.5 多架飛行器的沖突檢測模型61-67
• 4.5.1 三架飛行器飛行沖突模型61-63
• 4.5.2 四架飛行器飛行沖突模型63-64
• 4.5.3 多架飛行器飛行沖突模型64-67
• 4.6 本章小結(jié)67-68
• 第五章 基于線性規(guī)劃方法的沖突解脫68-77
• 5.1 引言68
• 5.2 VC策略數(shù)學模型68-70
• 5.3 HAC策略數(shù)學模型70-73
• 5.4 實例分析73-76
• 5.5 本章小結(jié)76-77
• 第六章 總結(jié)與展望77-79
• 6.1 研究總結(jié)77
• 6.2 工作展望77-79
• 致謝79-80
• 參考文獻80-84

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本文編號：717575