一种基于三维GIS的太阳能无人机仿真系统的制作方法

本发明涉及三维地理信息系统，具体涉及一种基于三维gis的太阳能无人机仿真系统。

背景技术：

1、太阳能无人机作为一种全新的长航时无人机，与传统无人机不同，太阳能无人机电池将光能转化为电能一部分用于日间巡航，另一部分储存在储能电池中，用于夜间巡航，从理论上实现长时间飞行。此类无人机具有飞行航时长、覆盖范围广的特点，可广泛应用于对地观测、通讯中继等领域。与卫星相比，其信号传输损失小、精度高，可实现目标区域永久驻留，不存在重返周期问题，生产和运营成本低；与传统飞机相比，其覆盖区域广，留空时间长；与浮空器相比，其操控性好，机动性强。通过仿真系统验证无人机平台的任务执行能力，永久飞行能力。

2、三维gis(geographic information system，地理信息系统)是指对整个或部分地球表层(包括大气层)空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。对于三维gis比二维gis可视化效果更好，对地理数据具有更强的支持能力；在日益复杂的使用需求方面，需要动态的分析复杂、抽象的信息空间，此时二维gis无法实现这些功能，需要借助三维gis地质分析、日照分析、气象分析、通视性分析等高级空间分析功能。

3、在三维gis中进行太阳能无人机仿真面临如下难点：

4、(1)数据是gis的基础，没有干净、完整、准确的数据，所有的分析都是空谈。地图数据包含高程数据、影像数据。对硬件资源有着高读写带宽要求，大容量、高安全要求，扩展性要求等要求，需要硬件资源支撑。同时对于地图数据有快速读取等需求(软件)。传统的地理信息系统对矢量的可视化，需要进行数据查询访问，对于固定比例尺的数据，无论在屏幕上以多大的比例尺显示，都会查询到同样细节层次的数据，作为瓦片化固有的多细节层次优势，故需要采用金字塔分层数据模型组织与优化方式，提升底层数据加载效率。

5、(2)对于太阳能无人机长航时的飞行特点，在飞行过程中天气变化无法及时预知，导致对太阳能无人机飞行安全造成重大影响，无人机需要经过各种不同的拟真飞行环境，各类复杂的气象环境正是其中一种，尤其是强风、雷暴天气，对气象模型使用以及真实天气数据接入尤为重要。

6、(3)同时对于太阳无人机的仿真，需要航迹规划算法库去验证。在无人机投入使用前，需要通过各种不同试验去验证飞行航迹，对于经费和时间都是花费比较高的代价。这就需要通过仿真系统模拟真实地理环境、构建影响飞行环境的气象，同时，利用算法规划航迹，避开地形阻挡、恶劣气象环境，达到验证飞行航迹的目的。

7、基于这一技术背景，本发明研究了一种基于三维gis的太阳能无人机仿真系统。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种基于三维gis的太阳能无人机仿真系统，利用基础地理数据对真实地理环境进行建模，真实气象数据对环境进行仿真，仿真场景更接近于真实环境，同时，使用不同的航迹规划算法库来验证太阳能无人机在特殊环境条件下飞行过程，为智能任务规划功能研制和虚拟飞行试验奠定基础。

2、为了实现上述目的，本发明提供一种基于三维gis的太阳能无人机仿真系统，包括：

3、地图服务器硬件环境，用于进行地图数据的存储和访问；

4、地图预置地理数据，为利用地理数据的数据模型和组织模型设计成的数据库；

5、地图数据处理和管理软件，用于对地图数据进行处理和管理；

6、综合气象环境仿真，用于基于真实天气信息建立天气模型；

7、航迹规划算法库，包括结合图论的搜索算法、人工势场法，智能方法和基于数学的规划方法；

8、飞行仿真同步客户端，用于为仿真系统提供可视化界面和可视化操作。

9、本发明的有益效果包括：

10、(1)本发明提出的基于三维gis的太阳能无人机仿真系统，利用基础地理数据对真实地理环境进行建模，真实气象数据对环境进行仿真，仿真场景更接近于真实环境，同时，使用不同的航迹规划算法库来验证太阳能无人机在特殊环境条件下飞行过程，为智能任务规划功能研制和虚拟飞行试验奠定基础。

11、(2)本发明提出的基于三维gis的太阳能无人机仿真系统，利用三维gis的优势，解决传统仿真系统无法适用于太阳能无人机的问题，通过硬件服务器通过组装raid技术，利用并行读写提升数据传输速度，并解决地理数据存储中大容量、安全性高的需求。

12、(3)本发明提出的基于三维gis的太阳能无人机仿真系统，通过飞行仿真同步客户端提供简单、灵活的应用程序界面配置功能，实现基于三维gis的仿真系统的功能自由裁剪、风格灵活定制、操作习惯用户自定义，最终为用户提供功能专业化、体量轻量化、习惯用户化、性能高效化的应用系统，以满足面向不同飞行试验用户、应用于不同场景。

13、本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

技术特征：

1.一种基于三维gis的太阳能无人机仿真系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述地图服务器硬件环境，采用组装raid技术，用于提升并行读写时数据传输速度。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述地图服务器硬件环境具有支持raid自动重建、重建接续、虚拟化存储、raid在线扩容，日志告警、联动报警、指示灯及声音告警的功能。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述地图数据包括影像数据、矢量数据、高程数据、倾斜摄影数据。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理包括集成、转换、瓦片生成；

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述环境数据管理为矢量、栅格、地名和三维实体的访问功能管理；

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述天气模型包括风场模型、大气模型；

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述搜索算法包括dijkstra路径搜索算法和a*算法；

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述可视化界面包括：实时航迹显示、三维仿真飞行态势模拟推演和三维动画合成回放；

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述图层控制用于对当前地图中的图层进行可见性控制，以及调整各图层的显示叠放次序；

技术总结
本发明涉及三维地理信息系统领域，具体公开一种基于三维GIS的太阳能无人机仿真系统，包括：地图服务器硬件环境，用于进行地图数据的存储和访问；地图预置地理数据，为利用地理数据的数据模型和组织模型设计成的数据库；地图数据处理和管理软件，用于对地图数据进行处理和管理；综合气象环境仿真，用于基于真实天气信息建立天气模型；航迹规划算法库，包括结合图论的搜索算法、人工势场法，智能方法和基于数学的规划方法；飞行仿真同步客户端，为仿真系统提供可视化界面和可视化操作。本发明利用基础地理数据对真实地理环境进行建模，真实气象数据对环境进行仿真，仿真场景更接近于真实环境，为智能任务规划功能研制和虚拟飞行试验奠定基础。

技术研发人员：高旭初,蔡伟,任素萍,李秦尧
受保护的技术使用者：中国航天空气动力技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/4/8