低空空域三维可视化飞行冲突场景仿真

发布时间：2017-08-22 06:30

  本文关键词：低空空域三维可视化飞行冲突场景仿真

  更多相关文章： 低空空域 飞行冲突 冲突解脱 三维可视化 Vega Prime

【摘要】：近些年随着我国国民经济的发展,人们对于通用航空的需求与日俱增,而作为通用航空重要组成部分的低空空域飞行活动也越来越受到人们的重视。未来低空空域中飞行器的种类和数量必然会呈现增涨势态,使用对象也将趋于多元化。伴随着近两年无人机商用和民用规模的扩大,低空空域的飞行安全问题愈显突出。在低空开放的过程中,为保证飞行的安全和效率,我们需要借鉴国外航空发达国家的经验,采用三维可视化技术对低空空域的飞行活动进行管理。飞行器在低空空域飞行的过程中可能会与不同类型的物体发生飞行冲突,为了避免这些飞行冲突,本文建立了其三维可视化模型,并发出预警信息,从而保证飞行器的飞行安全。低空飞行主要会遇到两大类飞行冲突,一类是飞行器与地面障碍物(包括高耸的建筑、起伏的地形和人为划设的禁飞区)之间的飞行冲突;一类是飞行器与飞行器之间的飞行冲突。通过对两大类飞行冲突的分析,建立了其三维可视化模型,并利用线性规划的方法对飞行器之间的飞行冲突进行冲突解脱。本文首先对低空空域中飞行器的飞行特点进行分析,并参照高空固定航线飞行器的空间保护模型,建立了低空飞行器的两层空间保护模型,即预警区球和告警区球。从而使得低空飞行器的飞行过程更为安全和灵活,并提高空域的使用率。接着,本文根据低空空域使用管理规定划设的三类低空空域类型,选取了相对应的三种典型飞行场景,即机场、城市和山区,进行分析。从飞行安全和算法效率两方面综合考虑,建立了三种典型飞行场景的数学模型。机场模型为一片立体的三维空间,一般表现为椭圆、扇形和任意多边形;城市模型则表现为一颗相对平衡的BSP场景树以及障碍物的圆柱形包围盒;而山区模型则表现为一块块长宽相等、高度为方格中地形最高值的马赛克块。在Vega Prime软件中将这三种典型的飞行场景进行三维可视化显示,并对其可能发生的飞行冲突采用不同预警方式进行预警。进一步,本文从低空空域中两架飞行器的飞行冲突入手进行分析,进一步研究三架和四架飞行器的飞行冲突模型,最后推广至N架飞行器的冲突分析,建立其冲突检测模型并对低空空域中典型飞行场景的多飞行器飞行冲突进行可视化显示。最后,在冲突检测的基础上对飞行器之间的冲突解脱模型进行初步探索,从改变飞行器速度大小和航向角两个方面,建立了其线性规划的冲突解脱模型。
【关键词】：低空空域 飞行冲突 冲突解脱 三维可视化 Vega Prime
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V211
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外低空空域的发展现状11-14
• 1.3 国内外可视化飞行管理系统的研究现状14-17
• 1.4 本文的主要研究内容17-19
• 第二章 三维场景可视化相关技术方法19-32
• 2.1 引言19
• 2.2 VEGA PRIME软件简介19-20
• 2.3 VEGA PRIME空间坐标系20-22
• 2.4 场景图22-23
• 2.5 空间划分23-27
• 2.5.1 均匀划分23-24
• 2.5.2 八叉树（四叉树）划分24
• 2.5.3 二叉空间划分树24-27
• 2.6 包围盒27-30
• 2.6.1 轴向包围盒27-28
• 2.6.2 包围球28
• 2.6.3 方向包围盒28-29
• 2.6.4 固定方向包围盒29-30
• 2.7 论文技术路线30-31
• 2.8 本章小结31-32
• 第三章 典型飞行场景的冲突分析及可视化32-51
• 3.1 引言32
• 3.2 低空空域类型32-33
• 3.3 飞行器的空间保护区33-34
• 3.4 机场34-38
• 3.4.1 规则形状的空域34
• 3.4.2 多边形空域34-35
• 3.4.3 可视化显示35-38
• 3.5 城市38-44
• 3.5.1 场景框架38-39
• 3.5.2 包围盒的选择39
• 3.5.3 BSP空间划分39-41
• 3.5.4 分割线选取的改进41-42
• 3.5.5 可视化显示42-44
• 3.6 山区44-49
• 3.6.1 最低安全高度分析45
• 3.6.2 马赛克低高算法45-47
• 3.6.3 可视化显示47-49
• 3.7 本章小结49-51
• 第四章 飞行器之间的冲突分析及可视化51-68
• 4.1 引言51
• 4.2 两架飞行器冲突模型51-54
• 4.3 实例分析54-57
• 4.4 计算几何的多机冲突57-61
• 4.4.1 Voronoi图57-58
• 4.4.2 基于Delaunay三角网的冲突检测58-61
• 4.5 多架飞行器的冲突检测模型61-67
• 4.5.1 三架飞行器飞行冲突模型61-63
• 4.5.2 四架飞行器飞行冲突模型63-64
• 4.5.3 多架飞行器飞行冲突模型64-67
• 4.6 本章小结67-68
• 第五章 基于线性规划方法的冲突解脱68-77
• 5.1 引言68
• 5.2 VC策略数学模型68-70
• 5.3 HAC策略数学模型70-73
• 5.4 实例分析73-76
• 5.5 本章小结76-77
• 第六章 总结与展望77-79
• 6.1 研究总结77
• 6.2 工作展望77-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-84

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 何晓薇;;飞行冲突的预防及处置[J];中国民用航空;2007年10期

2 李善梅;徐肖豪;孟令航;;基于混沌时间序列的飞行冲突预测(英文)[J];Transactions of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics;2012年04期

3 徐国标,余江;基于航路段相关的飞行冲突探测方法研究[J];计算机工程与应用;2003年04期

4 潘庆革;;飞行冲突计算机模拟分析与评估系统的设计与实现[J];空中交通管理;2004年05期

5 田宏,高福祥;空管飞行冲突分析与模拟系统设计实现[J];沈阳航空工业学院学报;2005年03期

6 马国忠;牟奇锋;;飞行冲突智能调配系统开发[J];西南交通大学学报;2006年05期

7 钱辉;;一种集中式飞行冲突避免算法的研究[J];舰船电子工程;2008年05期

8 王超;沈志鹏;;一种模糊飞行冲突实时检测方法研究[J];中国民航大学学报;2009年03期

9 韩云祥;陈亚青;;飞行冲突解决机制研究[J];桂林航天工业高等专科学校学报;2009年03期

10 郭茜;聂润兔;王超;;多机飞行冲突解决方法研究[J];武汉理工大学学报(交通科学与工程版);2010年03期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 石磊;空中交通管理中概率型飞行冲突探测算法研究[D];天津大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前9条

1 孟令榜;低空空域三维可视化飞行冲突场景仿真[D];电子科技大学;2016年

2 胡光华;航路飞行冲突探测与解脱方法研究[D];武汉理工大学;2009年

3 李平;航路飞行冲突探测与解脱策略研究[D];中国民用航空飞行学院;2013年

4 钱瑛;空管飞行冲突与低高度报警系统的设计与实现[D];电子科技大学;2003年

5 裴志刚;模拟退火遗传算法在飞行冲突解脱中的应用[D];西北工业大学;2005年

6 阮健;飞行冲突探测与解脱技术的研究[D];中国民用航空飞行学院;2011年

7 郭茜;空中交通飞行冲突解决方法研究[D];中国民航大学;2009年

8 曾艳;中程飞行冲突探测模型以及基于UPF的算法[D];四川大学;2006年

9 何晓菊;基于动态调速的定航线飞行冲突探测与解脱算法研究[D];四川师范大学;2010年

，

本文编号：717575