一种面向城市空中交通的模块化无人机机场规划方法

本发明涉及无人机交通安全，特别涉及一种面向城市空中交通的模块化无人机机场规划方法。

背景技术：

1、目前在城市空域飞行的无人机其容流瓶颈多集中在起降进离场阶段。虽然已有学者针对无人机机场进行设计，但其旨在适应和服务特定的无人机产品，仅允许无人机进行单次单架起降，不满足城市空中交通场景下物流无人机大容量、高吞吐的使用需求，这严重制约了小型货运无人机的发展进程。因此，需要考虑真实物流场景，设计具有物资存储、中转、配送等能力的大容量、高吞吐物流终端机场结构。并且，现有的终端区的进离场引导控制方案主要针对的是固定翼通航飞机及直升机，鲜有针对高吞吐物流无人机终端区设计的进离场控制策略。

技术实现思路

1、本发明的目的在于设计物流无人机大容量、高吞吐的使用需求的机场控制策略，提供一种面向城市空中交通的模块化无人机机场规划方法。

2、为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了以下技术方案：

3、一种面向城市空中交通的模块化无人机机场规划方法，包括以下步骤：

4、步骤1，确定预留的停机坪数量、公共航线数量；

5、步骤2，确定起降通道数量，根据无人机尺寸确定停机坪尺寸，初始化无人机机场；

6、步骤3，在终端区设计最终进近圈、等待高度层、降落高度层、起飞高度层、紧急降落层。

7、所述步骤1具体包括以下步骤：确定公共航线数量为n条，则具有n个模块，每个模块包含一个或多个停机坪，各个模块包含的停机坪数量相等或不等。

8、所述步骤2中，确定起降通道数量的步骤，包括：获取各项吞吐能力数值：

9、（1）

10、（2）

11、（3）

12、其中，twindow表示时间窗口；csurf 表示在时间窗口twindow条件下无人机机场的表面容量；capr表示在时间窗口twindow内无人机机场能保障的无人机最大起飞数量；cdep表示在时间窗口twindow内无人机机场能保障的无人机最大降落数量；npark表示停机坪数量；n1表示起飞通道数量；n2表示降落通道数量，与模块数量n相等；tpark表示无人机在停机坪装载货物所耗费的时间；tapr表示无人机从起飞通道中进行起飞所占用起飞通道的时间；tdep表示无人机从降落通道中进行降落所占用降落通道的时间；

13、选取最大起飞数量capr和最大降落数量cdep，将二者中较小值作为无人机机场的最大保障架次capr/dep；初始化无人机最大起飞数量capr与最大降落数量cdep相等，通过式（2）、（3）计算得到起飞通道数量n1。

14、所述步骤2中，确定起降通道数量的步骤，还包括：

15、对预留的停机坪数量进行调整：

16、当，将capr/dep赋值给csurf，由式（1）计算得到停机坪数量npark；

17、当，不做调整。

18、所述步骤2中，根据无人机尺寸确定停机坪尺寸，初始化无人机机场的步骤，包括：

19、设无人机水平尺寸为2r，对应机体圆柱半径为r，高度为2h，计算得到外接球半径r为：

20、

21、设计单个停机坪的半径尺寸为r；无人机的单个旋翼的桨直径为d，相邻停机坪中心点之间的间隔为2(r+d)。

22、所述步骤3中，所述最终进近圈包括第一最终进近圈、第二最终进近圈，所述第二最终进近圈的高度等于第一最终进近圈，等待高度层的高度低于第二最终进近圈；

23、所述第一最终进近圈斜飞下滑至等待高度层的角度为30度，所述第二最终进近圈斜飞至等待高度层的角度为20度；所述等待高度层上设置若干虚拟块，且将虚拟块划分为与模块相对应的n个区域。

24、所述第二进近圈与等待高度层之间的水平高度差为5d，设虚拟块的数量等于最大降落数量cdep，等待高度层的半径为，第一最终进近圈的半径为，第二最终进近圈的半径为。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果：

26、本方案的终端区进离场和停机坪设置具有高效的可拓展性，支持无人机起降快速调整，公共航线流量动态调整，支持多条公共航线中多架无人机同时起降，适应不同的吞吐容量需求，促进了城市空中交通的安全使用和高效运行。

技术特征：

1.一种面向城市空中交通的模块化无人机机场规划方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种面向城市空中交通的模块化无人机机场规划方法，其特征在于：所述步骤1具体包括以下步骤：确定公共航线数量为n条，则具有n个模块，每个模块包含一个或多个停机坪，各个模块包含的停机坪数量相等或不等。

3.根据权利要求2所述的一种面向城市空中交通的模块化无人机机场规划方法，其特征在于：所述步骤2中，确定起降通道数量的步骤，包括：获取各项吞吐能力数值：

4.根据权利要求3所述的一种面向城市空中交通的模块化无人机机场规划方法，其特征在于：所述步骤2中，确定起降通道数量的步骤，还包括：

5.根据权利要求3所述的一种面向城市空中交通的模块化无人机机场规划方法，其特征在于：所述步骤2中，根据无人机尺寸确定停机坪尺寸，初始化无人机机场的步骤，包括：

6.根据权利要求5所述的一种面向城市空中交通的模块化无人机机场规划方法，其特征在于：所述步骤3中，所述最终进近圈包括第一最终进近圈、第二最终进近圈，所述第二最终进近圈的高度等于第一最终进近圈，等待高度层的高度低于第二最终进近圈；

7.根据权利要求6所述的一种面向城市空中交通的模块化无人机机场规划方法，其特征在于：所述第二进近圈与等待高度层之间的水平高度差为5d，设虚拟块的数量等于最大降落数量cdep，等待高度层的半径为，第一最终进近圈的半径为，第二最终进近圈的半径为。

技术总结
本发明涉及面向城市空中交通的模块化无人机机场规划方法，包括步骤：确定预留的停机坪数量、公共航线数量；确定起降通道数量，根据无人机尺寸确定停机坪尺寸，初始化无人机机场；在终端区设计最终进近圈、等待高度层、降落高度层、起飞高度层、起飞通道、紧急降落层。本方案的终端区进离场和停机坪设置具有高效的可拓展性，支持无人机起降快速调整，公共航线流量动态调整，支持多条公共航线中多架无人机同时起降，适应不同的吞吐容量需求，促进了城市空中交通的安全使用和高效运行。

技术研发人员：沈舟,李诚龙,黄龙杨,郑远,胡潇瀚,顾文勇
受保护的技术使用者：中国民用航空飞行学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12