一种无人机飞行空域规划装置及方法

1.一种无人机飞行空域规划装置，其特征在于，包括信息输入模块、空域环境分析模块、飞行计划处理模块、飞行空域预先划设模块、飞行空域冲突告警模块、飞行空域动态划设模块、信息输出模块、服务器、工作站和综合信息接入设备；所述信息输入模块用于接收无人机飞行所涉及的空域基础数据、飞行计划、航空气象、航空情报、相关空域使用单位发布的空域使用情况通报信息；所述空域环境分析模块用于从信息输入模块接收的信息中提取无人机飞行空域要素信息，在空域基础数据的基础上，生成支撑无人机飞行空域规划的空域实时态势图，内容包括：空域结构、空域气象条件、禁区、危险区、限制区、空域占用与释放；所述飞行计划处理模块用于从信息输入模块接收的信息中提取无人机空域使用需求信息，内容包括：起降点、计划航线、作业空域和关键点；所述飞行空域预先划设模块用于根据空域环境分析模块生成的空域实时态势图和飞行计划处理模块提取的无人机空域使用需求信息，在飞行前划设无人机飞行空域，生成无人机飞行空域预先划设方案，空域类型包括航路、作业空域和航线；所述飞行空域冲突告警模块用于根据空域环境分析模块生成的空域实时态势图，监视飞行空域预先划设模块和飞行空域动态划设模块分别划设的无人机飞行空域的使用情况，对动态出现的空域限制、危险气象条件、空域侵入情况生成空域冲突告警信息，内容包括：冲突时间和冲突范围；所述飞行空域动态划设模块用于根据飞行空域冲突告警模块生成的空域冲突告警信息，动态调整飞行空域，调整方式包括边界调整、位置调整和几何结构调整，在飞行中划设无人机飞行空域，生成无人机飞行空域动态划设方案。 2.根据权利要求1所述的一种无人机飞行空域规划装置，其特征在于，所述信息输出模块用于发布无人机飞行空域预先划设方案、空域冲突告警、无人机飞行空域动态划设方案。 3.根据权利要求2所述的一种无人机飞行空域规划装置，其特征在于，所述服务器用于所述装置的各类信息进行运算、存储和管理，完成对各模块的功能响应。 4.根据权利要求3所述的一种无人机飞行空域规划装置，其特征在于，所述工作站用于所述装置的各类图形图像处理、数据运算和人机交互。 5.根据权利要求4所述的一种无人机飞行空域规划装置，其特征在于，所述综合信息接入设备用于所述装置的信息输入的接口。 6.一种无人机飞行空域规划方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，信息输入模块接收无人机飞行所涉及的空域基础数据、飞行计划、航空气象、航空情报、相关空域使用单位发布的空域使用情况通报信息；步骤2，空域环境分析模块从步骤1接收的信息中提取无人机飞行空域要素信息，在空域基础数据的基础上，生成支撑无人机飞行空域规划的空域实时态势图，内容包括：空域结构、空域气象条件、禁区、危险区、限制区、空域占用与释放；步骤3，飞行计划处理模块从步骤1接收的信息中提取无人机空域使用需求信息，内容包括：起降点、计划航线、作业空域和关键点；步骤4，飞行空域预先划设模块根据步骤2生成的空域实时态势图和步骤3提取的无人机空域使用需求信息，在飞行前划设无人机飞行空域，生成无人机飞行空域预先划设方案，空域类型包括航路、作业空域、航线；步骤5，飞行空域冲突告警模块根据步骤2生成的空域实时态势图，监视步骤4和步骤6分别划设的无人机飞行空域的使用情况，对动态出现的空域限制、危险气象条件、空域侵入情况生成空域冲突告警信息，内容包括：冲突时间和冲突范围；步骤6，飞行空域动态划设模块根据步骤5生成的空域冲突告警信息，动态调整飞行空域，调整方式包括边界调整、位置调整、几何结构调整，在飞行中划设无人机飞行空域，生成无人机飞行空域动态划设方案；步骤7，信息输出模块发布步骤4生成的无人机飞行空域预先划设方案、步骤5生成的空域冲突告警、步骤6生成的无人机飞行空域动态划设方案。 7.根据权利要求6所述的一种无人机飞行空域规划方法，其特征在于，步骤4中，所述无人机飞行空域预先划设方案包括以下步骤：步骤4.1，根据步骤2生成的空域实时态势图和步骤3提取的无人机空域使用需求信息，生成无人机交通流分布图，内容包括：每架无人机的起降点、转弯点、关键点的坐标，每架无人机的作业空域的进入点、退出点、边界点的坐标，每架无人机在其计划航线各航段的飞行方向，每架无人机的起降点、转弯点、关键点、作业空域的无人机飞行流量以及各航段不同方向的无人机飞行流量；步骤4.2，根据步骤4.1生成的无人机交通流分布图，以无人机航路各飞行方向的总飞行流量最大为目标，建立无人机飞行空域划设的目标函数，表示为：其中，u i 表示航段s ij 的起点，u j 表示航段s ij 的终点，f(u i ,u j )表示航段s ij 的流量，i,j为正整数，U为全部无人机的起降点、转弯点、关键点以及作业空域的进入点、退出点的集合，S为全部无人机计划航线的航段集合，x ij 为决策变量，表示为：步骤4.3，根据步骤4.2建立的目标函数，建立如下约束条件：航路连通性约束：u j ＝u k ,x ij ＝x kl ＝1,u i ,u j ,u k ,u l ∈U,s ij ,s kl ∈S,i,j,k,l为正整数，表示无人机航路无中断；起降点连通性约束：x ij ＝x kl ＝1且u i ,u l 为起降点,或 u i ,u j ,u k ,u l ∈U,s ij ,s jk ,s kl ∈S,i,j,k,l为正整数，表示每个无人机起降点均在无人机航路上或有且仅有一条航线连接无人机航路，其中y ijk 为指示变量，表示为：作业空域连通性约束： A mn ∈A,u i ,u j ,u k ,u l ,u m ,u n ∈U,s im ,s ji ,s nk ,s kl ∈S,i,j,k,l,m,n为正整数，表示每个无人机作业空域的进入点、退出点分别有且仅有一条航线连接无人机航路，其中A表示无人机作业空域的集合，p imj 、q nkl 分别为指示变量，表示为：空域限制约束： s ij ∈S,C h ∈C,i,j,h为正整数，表示规划时间内无人机飞行空域不能与不可用空域存在重叠，其中C表示不可用空域的集合；步骤4.4，根据步骤4.2建立的目标函数和步骤4.3建立的约束条件，建立无人机飞行空域划设的数学模型，表示为：步骤4.5，求解步骤4.4建立的无人机飞行空域划设数学模型，自动生成无人机飞行空域预先划设方案。 8.根据权利要求7所述的一种无人机飞行空域规划方法，其特征在于，步骤5包括以下步骤：步骤5.1，根据步骤2生成的空域实时态势图，对动态出现的空域限制、危险气象条件、空域侵入情况提取待规避空域的信息，内容包括：待规避空域的存在时段、面状待规避空域的边界点坐标、线状待规避空域的关键点坐标；步骤5.2，根据步骤5.1提取的待规避空域的信息，针对线状待规避空域，以每组相邻关键点之间的直线线段为对角线生成长方形面状待规避空域，确定长方形面状待规避空域的边界点坐标；步骤5.3，根据步骤5.1提取的待规避空域的信息和步骤5.2针对线状待规避空域生成的长方形面状待规避空域，检索面状待规避空域内的无人机飞行空域信息，内容包括：无人机航路、航线，无人机起降点、转弯点、关键点的坐标，无人机作业空域进入点、退出点、边界点的坐标，无人机作业空域边界；步骤5.4，生成空域冲突告警信息，内容包括：冲突时间和冲突范围，其中，冲突范围包括：无人机航路、航线与线状待规避空域的交点的坐标，无人机航路、航线在面状待规避空域内的部分，线状待规避空域在无人机作业空域内的部分，无人机作业空域与面状待规避空域重叠的部分。 9.根据权利要求8所述的一种无人机飞行空域规划方法，其特征在于，步骤6包括以下步骤：步骤6.1，根据步骤5生成的空域冲突告警信息，遍历与待规避空域相邻的无人机起降点、转弯点、关键点，生成与待规避空域相邻的无人机起降点、转弯点、关键点组成的航段集；步骤6.2，判断步骤6.1生成的与待规避空域相邻的无人机起降点、转弯点、关键点组成的航段集中的航段能否生成绕飞待规避空域的无人机航路、航线，如果是则转步骤6.3，否则转步骤6.4；步骤6.3，按照距离变化最小原则，在步骤6.1生成的与待规避空域相邻的无人机起降点、转弯点、关键点组成的航段集中选择航段，生成绕飞待规避空域的无人机航路、航线，替换无人机飞行空域预先划设方案中存在冲突的无人机航路、航线；步骤6.4，禁用无人机飞行空域预先划设方案中存在冲突的无人机航路、航线；步骤6.5，根据步骤5生成的空域冲突告警信息，针对线状待规避空域与无人机作业空域冲突的情况，选择无人机作业空域被线状待规避空域分割后的较大部分替换原无人机作业空域，针对面状待规避空域与无人机作业空域冲突的情况，选择无人机作业空域与面状待规避空域无重叠的部分替换原无人机作业空域，在新生成的无人机作业空域的边界点中选择进入点、退出点，分别生成连接无人机航路的距离最短的无冲突航线，将新生成的无人机作业空域及其连接无人机航路的航线替换无人机飞行空域预先划设方案中存在冲突的无人机作业空域及其连接无人机航路的航线。 10.一种存储介质，其特征在于，存储有计算机程序或指令，当所述计算机程序或指令被运行时，实现如权利要求6至9中任一项所述的方法。