1.一种基于风险地图的无人机三维路径规划方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤一:将低空空域离散化;步骤二:获取城市空域建筑数据并划设无人机禁入地理围栏;步骤三:依据无人机对地风险建立风险评估模型;步骤四:生成基于伤亡概率的风险地图;步骤五:建立基于风险地图的路径规划模型;步骤六:进行无人机三维路径规划;所述步骤三中的风险评估模型如下:基于无人机下降类型的模型判断地面受到碰撞影响的区域面积;将无人机事故造成人员伤亡分别以下三种情况:无人机失控下降,撞击地面人员,致人死亡;采用如下公式:其中,其中 ; 是指地理位置 处的人口密度, 是指地面受到碰撞影响的区域面积, 表示地理位置 处的遮蔽系数, , 指预期取值, 表示无人机撞击地理位置 处的动能; 为伤亡概率; 为无人机失控下降事件发生概率; 为无人机撞击地面人员概率; 为无人机坠落致人死亡概率; 为 时,无人机坠落导致死亡的撞击动能阈值,根据死亡极限定义取值为34J; 为 时,无人机坠落导致死亡概率为50%的撞击动能阈值,取值为10 6 J;采用如下公式定义伤亡:其中, 为伤亡概率; 为发生弹道下降对应的伤亡概率; 为发生失控滑行对应的伤亡概率。
2.如权利要求1所述的一种基于风险地图的无人机三维路径规划方法,其特征在于,所述步骤一中将低空空域离散化采用栅格化技术。
3.如权利要求1所述的一种基于风险地图的无人机三维路径规划方法,其特征在于,所述步骤二中的城市空域建筑数据至少包括静态建筑物、无人机飞行性能、空域信息、人口密度信息中的一个;基于获取的城市空域建筑数据,对禁飞区、临时起降点以及障碍物所处位置划设无人机禁入地理围栏。
4.如权利要求1所述的一种基于风险地图的无人机三维路径规划方法,其特征在于,所述无人机下降类型的模型包括弹道下降模式和失控滑行下降模式,两种下降模式的撞击区域面积分别为: ; ;其中, , , 为无人机尺寸外接球半径, 为人类身体平均宽度, 为人类平均身高,取1.7m, 为无人机降落至行人高度以后所移动的水平距离; 为滑行角度,表示速度矢量和地面形成的夹角。
5.如权利要求1所述的一种基于风险地图的无人机三维路径规划方法,其特征在于,所述步骤四中生成的风险地图采用如下方法:对步骤三中的风险评估模型的概率数值进行统计,生成伤亡概率图;依据障碍物数据、人口密度数据和空域信息生成对应空域的人口密度层、障碍层和遮蔽因子层;将伤亡概率图与人口密度层、障碍层和遮蔽因子层进行合并,获得风险地图。
6.如权利要求1所述的一种基于风险地图的无人机三维路径规划方法,其特征在于,所述步骤五中路径规划模型包括:设计基于栅格技术的启发式函数及约束条件;将风险地图的元素值结合到启发式函数中,更更新约束条件;路径规划模型为:其中, , 为权重系数; 为无人机 在当前环境下的每飞行小时的伤亡概率平均值; 为当前位置对地面行人产生的每飞行小时伤亡概率; 为伤亡概率对应的奖励函数值; 为启发式函数; 为初始位置到当前位置的实际成本; 为当前位置到目标位置的剩余路径估计成本; 为前一位置的坐标; 为后一位置的坐标; 为当前跳点的坐标; 为目标位置坐标; 为奖励参数。
7.如权利要求1所述的一种基于风险地图的无人机三维路径规划方法,其特征在于,所述步骤六中的无人机三维路径规划采用如下方法:采用跳点搜索算法进行三维路径规划,得到初始参考路径;通过对各种静态障碍物和限制区域划设无人机地理围栏的方法代替路径去对角化方法,对参考路径进行优化,得到最终的无人机三维路径。