一种航空器低空飞行高压线危险接近检测方法及系统与流程

本发明涉及航空危险检测技术领域，具体为一种航空器低空飞行高压线危险接近检测方法及系统。

背景技术

近年来，直升机、无人机低空飞行越来越多地应用于工农业生产、生活消费、社会公共服务等领域，飞行范围日益扩大，飞行环境特别是低空飞行环境复杂多样，遍布全国各地的高压线对低空飞行安全造成了严重影响。

高压线遍布各地，高压线走向随地形起伏且存在垂弯形状(两个高压线塔架之间的高压线低垂、非两塔架之间的直线)；飞行区域的高压线由多条线段连接而成，折线拐弯处航空器低空飞行危险接近告警需分别对不同线段处理。目前的高压线危险检测需要区分横向与纵向危险距离，计算方法复杂，实现比较困难，而且不同的航空器采用的方式不同，缺少通用性。

技术实现要素：

本发明就是针对现有技术存在的上述不足，提供一种航空器低空飞行高压线危险接近检测方法及系统，采用统一模型，可适用于由任意多段线段组成的高压线路、任意相对速度方向、任意相对速度大小，不需区分横向、纵向告警距离，简化计算和处理，具有简单、直观，数学模型统一，实现简单，具有通用性的优点。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种航空器低空飞行高压线危险接近检测方法，包括以下步骤：

建立飞行区域高压线数学模型，将每一条高压线分为多条相互连接的线段，并确定每条高压线线段两个端点的经纬度以及高压线线段垂直告警高度；

获取所述当前航空器的位置信息，位置信息包括飞行高度和经纬度坐标，以每一段高压线线段为对象，判断当前航空器经纬度是否位于所在高压线线段的最大纬度和最小纬度、最大经度和最小经度之间，若在此范围，则启动高压线危险接近检测，否则，视为安全；

启动高压线危险接近检测时，先判断当前航空器飞行高度是否低于所在高压线线段垂直告警高度，若低于垂直告警高度则启动水平危险接近告警检测，否则视为安全；

启动水平危险接近告警检测时，计算当前航空器离所在高压线线段的最小水平距离，当此最小距离小于水平预警或告警距离，则发出高压线危险接近预警或告警，否则视为安全；

当前航空器未检测到高压线危险接近时，所述当前航空器按照预估轨迹和预计飞行时间继续执行飞行任务。

优选的，所述高压线线段垂直告警高度计算方法为，

Halarm＝max(HA，HB)+ΔH

其中，Halarm为当前航空器在所在高压线线段区域飞行时的垂直告警高度，HA、HB为所在高压线线段AB两个端点处的海拔高度，此海拔高度与当前航空器位置信息包含的高度信息采用同一基准，ΔH是为确保航空器安全飞行须保持的航空器离高压线的保护高度。

优选的，所述当前航空器离所在高压线线段的最小水平距离计算方法为，

当当前航空器位置到所在高压线线段的垂线落在当前航空器位置与所在高压线线段构成的三角形内时，

当当前航空器位置到所在高压线线段的垂线落在当前航空器位置与所在高压线线段构成的三角形外时，

d＝a或b的最小值；

其中，d为当前航空器离所在高压线线段的最小水平距离，a为当前航空器位置C点到所在高压线线段端点B的水平距离；b为当前航空器位置C点到所在高压线线段端点A的水平距离；c为所在高压线线段端点A到端点B的水平距离。

优选的，两点之间的水平距离a、b、c的计算方法为，

σ＝arccos(cos(90°-Xw)cos(90°-Yw)+sin(90°-Xw)sin(90°-Yw)cos(Xj-Yj))

其中，r为两点之间的水平距离，Xj、Xw分别为计算线段水平距离的一个端点的经度与纬度，Yj、Yw分别为计算线段水平距离的另一个端点的经度与纬度，σ为计算中间角度，R为地球半径。

一种航空器低空飞行高压线危险接近检测系统，包括：

数据获取模块，用于获取当前航空器的位置信息和飞行区域的高压线数学模型数据；

水平距离计算模块，计算当前航空器位置到所在高压线线段两个端点的距离以及高压线线段的水平距离；

最小距离计算模块，计算所述当前航空器离所在高压线线段的最小水平距离；

危险接近检测模块，当前航空器飞行高度与所在高压线线段垂直告警高度比较以及将当前航空器离所在高压线线段的最小水平距离与水平预警或告警距离比较，判断是否存在高压线危险接近情况。

优选的，所述当前航空器的位置信息包括飞行高度和经纬度，所述飞行区域的高压线数学模型数据包括组成各段高压线线段两个端点的经纬度、所在高压线线段垂直告警高度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明采用统一模型，可适用于由任意多段线段组成的高压线路、任意相对速度方向、任意相对速度大小，不需区分横向、纵向告警距离，简化计算和处理，具有简单、直观，数学模型统一，实现简单的优点。

2、告警所用参数均为合作式监视信息获得，且为经纬度，无需转换，大多数通航航空器均可提供满足精度要求的机载位置信息、合作式监视信息源。

3、将连续的高压线路分解成多端高压线段进行计算，高压线冲突检测就是对比当前时刻飞行器距离高压线路的最短距离与高压线的安全距离界限标准,通过点到线段的最短距离判断与高压线的位置关系，降低计算复杂度。

4、航空器低空飞行高压线危险接近水平预警或告警距离(保护距离)可根据航空器类型(尺寸、重量等)、飞行特性(飞行高度、转弯半径等)及飞行任务属性(是否载客飞行、飞行区域)等确定设置，适应不同低空空域、飞行环境、飞行性质、飞行密度等多样化低空飞行情况，增加通用性。

附图说明

图1为高压线线段的水平预警与告警示意图；

图2为当前航空器位置到所在高压线线段垂直距离的结构示意图一；

图3为当前航空器位置到所在高压线线段垂直距离的结构示意图二；

图4为当前航空器位置到所在高压线线段垂直距离的结构示意图三。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明通过各高压线线段两个端点经纬度、所在高压线线段垂直告警高度、当前航空器的位置信息、高压线危险接近水平预警或告警距离等信息，综合判断当前航空器是否存在与所在高压线线段、进一步推广到所在区域的所有高压线线段危险接近的情况，从而实现高压线危险接近预警或告警的功能。

本发明提供了一种航空器低空飞行高压线危险接近检测方法，包括以下步骤。

S1，获取飞行区域每一条高压线线段的数学模型，并获取每一段高压线线段的两个端点经纬度、所在高压线线段垂直告警高度；

高压线线段垂直告警高度计算方法为，

Halarm＝max(HA，HB)+ΔH

其中，Halarm为当前航空器在所在高压线线段区域飞行时的垂直告警高度，HA、HB为所在高压线线段AB两个端点处的海拔高度，此海拔高度与当前航空器位置信息包含的高度信息采用同一基准，ΔH是为确保航空器安全飞行须保持的航空器离高压线的保护高度。

S2，获取所述当前航空器的位置信息(包括飞行高度和经纬度坐标)，以每一段高压线线段为对象，判断当前航空器经纬度是否位于该段高压线线段的最大纬度和最小纬度、最大经度和最小经度之间，若在此范围，则启动高压线危险接近检测，否则，视为安全；

其中，当前航空器的位置信息中，经纬度、飞行高度与上述所在高压线线段经纬度及高压线线段垂直告警高度采用同一高度基准；

可分别针对不同航空器和高压线所处环境，基于航空器的类型、航空器的飞行特性及飞行任务属性确定所在高压线线段垂直告警高度。

应当理解的是，航空器类型例如可以包括航空器尺寸和重量信息；航空器的飞行特性例如可以包括飞行高度和转弯半径信息；飞行任务属性例如可以包括是否载客飞行或飞行区域范围信息。在本发明中，该航空器类型、航空器的飞行特性及飞行任务属性不作具体限制。

S3，启动高压线危险接近检测时，先判断当前航空器飞行高度是否低于所在高压线线段垂直告警高度，若低于垂直告警高度则启动水平危险接近告警检测，否则视为安全；

S4，启动水平危险接近告警检测时，如图1所示，计算当前航空器离所在高压线线段的最小水平距离，当此最小距离小于水平预警或告警距离，则发出高压线危险接近预警或告警，否则视为安全；水平预警或告警距离需根据航空器类型、飞行任务属性设置，例如有人直升机飞行，可设置较大的水平预警或告警距离；高压线巡检无人机飞行，须保持适当距离，可设置较小的水平预警或告警距离；

S41，根据当前航空器位置的经纬度、所在高压线线段两个端点经纬度计算上述三点之间的水平距离，a为当前航空器位置C点到所在高压线线段端点B的水平距离；b为当前航空器位置C点到所在高压线线段端点A的水平距离；c为所在高压线线段端点A到端点B的水平距离，

两点之间的水平距离a、b、c的计算方法为，

σ＝arccos(cos(90°-Xw)cos(90°-Yw)+sin(90°-Xw)sin(90°-Yw)cos(Xj-Yj))

其中，r为两点之间的水平距离(r表示a或b或c)，Xj、Xw分别为计算线段水平距离的一个端点的经度与纬度，Yj、Yw分别为计算线段水平距离的另一个端点的经度与纬度，σ为计算中间角度，R为地球半径。

例如：以计算当前航空器位置C和所在高压线线段端点A之间的水平距离为例，由所述两点的经纬度，计算中间角度。

该中间角度可由下式计算得到：

σ＝arccos(cos(90°-Cw)cos(90°-Aw)+sin(90°-Cw)sin(90°-Aw)cos(Cj-Aj))

其中，Cj、Cw分别为当前航空器位置C的经度值和纬度值；Aj、Aw分别为所在高压线线段端点A的经度值和纬度值；σ为中间角度。

由所述中间角度计算所述当前航空器位置C和所在高压线线段端点A之间的水平距离b：

以此类推，计算得到所述当前航空器位置C和所在高压线线段端点B之间的水平距离a，高压线线段距离(长度)c。

S42，根据S41计算得到的当前航空器与所在高压线线段端点的距离、高压线线段距离，计算当前航空器离所在高压线线段的最小水平距离；

如图2所示，当当前航空器位置到所在高压线线段的垂线落在当前航空器位置与所在高压线线段构成的三角形内时，

如图3-4所示，当当前航空器位置到所在高压线线段的垂线落在当前航空器位置与所在高压线线段构成的三角形外时，

d＝a或b的最小值；

其中，d为当前航空器离所在高压线线段的最小水平距离，a为当前航空器位置C点到所在高压线线段端点B的水平距离；b为当前航空器位置C点到所在高压线线段端点A的水平距离；c为所在高压线线段端点A到端点B的水平距离。

S43，根据S42计算得到的当前航空器离所在高压线线段的最小水平距离，进行高压线危险接近检测和预警/告警：当此最小水平距离小于水平预警或告警距离，则发出高压线危险接近预警或告警，否则视为安全；其中，当发出预警时，操作人员可以将预警提示关闭，当发出告警时，则无法关闭告警声音，会一直持续警报，当前航空器未检测到高压线危险接近时，当前航空器按照预估轨迹和预计飞行时间继续执行飞行任务。

当上述方法在应用于航空器机载设备进行高压线危险接近检测时，上述的当前航空器为航空器机载设备，依次对飞行区域的每一段高压线线段进行上述检测，如图1所示。

当上述方法应用于地面低空飞行监控系统时，以飞行区域内每一段高压线线段为对象进行上述检测，当前航空器为进入当前检测高压线线段最大纬度和最小纬度、最大经度和最小经度之间的所有航空器，依次进行检测。

本发明提供的航空器低空飞行高压线危险接近检测方法，采用统一模型，可适用于由任意多段线段组成的高压线路、任意相对速度方向、任意相对速度大小；不需区分横向、纵向告警距离，简化计算和处理，具有简单、直观，数学模型统一，实现简单的优点。告警所用参数均为合作式监视信息获得，且为经纬度，无需转换，大多数通航航空器均可提供满足精度要求的机载位置信息、合作式监视信息源。

本发明的航空器低空飞行高压线危险接近检测系统包括数据获取模块、水平距离计算模块、最小距离计算模块、危险接近检测模块。

具体地，数据获取模块，用于获取所述当前航空器的位置信息和关注区域的高压线数学模型数据。其中，当前航空器的位置信息包括飞行高度和经纬度，飞行区域的高压线数学模型数据包括组成各段高压线线段两个端点经纬度、所在高压线线段垂直告警高度；

水平距离计算模块，计算所述当前航空器位置到所在高压线线段两个端点的水平距离、所在高压线线段两个端点的水平距离；

最小距离计算模块，计算所述当前航空器离所在高压线线段的最小水平距离；

危险接近检测模块，用于将所述当前航空器位置经纬度与所在高压线线段最大纬度和最小纬度、最大经度和最小经度范围比较、将当前航空器飞行高度与所在高压线线段垂直告警高度比较、将当前航空器离所在高压线线段的最小水平距离与水平预警或告警距离比较，来以判断是否存在高压线危险接近情况。

其中，数据获取模块、水平距离计算模块、最小距离计算模块、危险接近检测模可以合并在一个模块中实现，或者其中的任意一个模块可以被拆分成多个模块。或者，这些模块中的一个或多个模块的至少部分功能可以与其他模块的部分功能相结合，并在一个模块中实现。根据本发明的实施例，数据获取模块、水平距离计算模块、最小距离计算模块、危险接近检测模块中的至少一个可以至少被部分地实现为硬件电路，例如现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑阵列(PLA)、片上系统、基板上的系统、封装上的系统、专用集成电路(ASIC)，或可以以对电路进行集成或封装的任何其他的合理方式等硬件或固件来实现，或以软件、硬件以及固件三种实现方式的适当组合来实现。数据获取模块、水平距离计算模块、最小距离计算模块、危险接近检测模块中的至少一个可以至少被部分地实现为计算机程序模块，当该程序被计算机运行时，可以执行相应模块的功能。

还包括电子设备包括处理器、存储器，处理器例如可以包括通用微处理器、指令集处理器和/或相关芯片组和/或专用微处理器(例如，专用集成电路(AS I C))，等等。处理器还可以包括用于缓存用途的板载存储器。处理器可以是用于执行本发明实施例的方法的单一处理单元或者是多个处理单元。

存储器，例如可以是能够包含、存储、传送、传播或传输指令的任意介质。例如，可读存储介质可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置、器件或传播介质。可读存储介质的具体示例包括：磁存储装置，如磁带或硬盘(HDD)；光存储装置，如光盘(CD-ROM)；存储器，如随机存取存储器(RAM)或闪存；和/或有线/无线通信链路。存储器可以包括计算机程序，该计算机程序可以包括代码/计算机可执行指令，其在由处理器执行时使得处理器执行所述的检测方法。

计算机程序可被配置为具有例如包括计算机程序模块的计算机程序代码。例如，在示例实施例中，计算机程序中的代码可以包括一个或多个程序模块。应当注意，模块的划分方式和个数并不是固定的，本领域技术人员可以根据实际情况使用合适的程序模块或程序模块组合，当这些程序模块组合被处理器执行时，使得处理器可以执行所述的检测方法。

在本发明中基于是否存在高压线危险接近情况的检测结果所做的后续操作，本发明不作限制。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。