同济大学张雷获国家专利权
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龙图腾网获悉同济大学申请的专利一种基于时空分布场的低空空域路径生成方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN120146348B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-11-21发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202510277508.4,技术领域涉及:G06Q10/047;该发明授权一种基于时空分布场的低空空域路径生成方法是由张雷;徐钦设计研发完成,并于2025-03-10向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种基于时空分布场的低空空域路径生成方法在说明书摘要公布了:本发明涉及低空空域的飞行路径生成算法技术领域,提出了一种基于时空分布场的低空空域路径生成算法,针对低空空域飞行环境的复杂性,使用分层空域结构的思想进行自适应划分构建空域三维网格模型,并在此基础上提出了基于时空分布场的低空空域路径生成算法,以Navier‑Stokes方程为基础综合考虑各区域飞行高度、方向、碰撞避免和空域资源等因素进行飞行路径生成。在分层空域结构、飞行路径生成方式及障碍物及安全间隔约束条件等方面对飞行路径生成算法进行了改进,提高了Navier‑Stokes方程和泊松方程模拟不可压缩理想流体在二维空间的流动在用于飞行路径生成方面的求解质量,更加符合在低空复杂、动态的飞行环境下平衡空域容量、飞行时间和空域资源等多个目标的需要。
本发明授权一种基于时空分布场的低空空域路径生成方法在权利要求书中公布了:1.一种基于时空分布场的低空空域路径生成方法,其特征在于,包括以下步骤: 步骤一:基于垂直高度划分离散分层空域 低空空域被离散成有限数量的层平面,其中每个平面具有恒定的高度和统一的飞行航向角区间; 步骤二:确定不同高度空域飞行航向初始化速度场 遍历所有离散平面并进行初始化: 对当前高度为的第层平面网格化,生成的网格区域;若单元格中高程或点云数据中障碍物高度,则表示单元格与障碍物相交,单元格已满,否则表示单元格自由状态; 初始化速度场,为Navier-Stokes方程提供迭代起点,其中是轴方向的速度,是轴方向的速度;初始化为某一常数值;速度场的初始化确定该层空域走廊的飞行航向角;若流动方向需水平旋转,通过公式旋转矩阵实现: 步骤三:输出速度场计算Navier-Stokes方程 标准的Navier-Stokes方程在二维不可压缩流体情况下的动量守恒公式如式所示: 其中为流体压力场,为流体密度;不考虑Navier-Stokes方程中的外力项,基于Navier-Stokes方程的速度更新公式只包含三个部分:对流项,压力梯度项和扩散项的作用; 离散后的Navier-Stokes方程速度场更新公式: 步骤四:计算泊松方程得到压力场 速度场需满足质量守恒的部分,在不可压缩流体的情况下,连续性方程为: 即流体的速度场必须是散度为零的,如果速度场不满足这个条件,就需要通过Navier-Stokes方程中压力项来修正它,使得流体的质量守恒;从Navier-Stokes方程中,经过取散度操作得到压力方程: 即压力场满足泊松方程;右半部为源项来自速度场的非线性项和时间变化项;为了数值求解,泊松方程被离散化为一个差分方程,在二维网格上通过中心差分法进行离散化: 通过迭代过程,逐步逼近最终的压力场; 步骤五:计算泊松方程源项 在式利用泊松方程求解压力场的过程中,需要计算源项确保速度场满足不可压缩流体的质量守恒条件如式所示;因此,为求解源项需要对Navier-Stokes方程的动量守恒方程取散度得到: 离散化可得: 最后,通过初始化障碍物网格、流体速度场和压力场,更新并计算离散Navier-Stokes方程和泊松方程求解流体速度场和压力场;重复以上步骤直至达到所设定的迭代次数,并基于所得到的速度场生成空域走廊,即流线。
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