复杂城市环境下无人机路网模型研究

针对复杂城市环境下无人机路径规划问题，采用三维可视图法研究路网模型。首先，在考虑无人机飞行安全裕度的前提下，将城市密集而不规则的障碍物环境进行变形重组，再以不同的水平和竖直间隔对障碍物外表面进行离散化的节点采集，并构建基于三维可视图的复杂城市低空路网模型。其次，为降低无人机之间的潜在冲突和碰撞风险，引入无人机机动保护区的概念，进一步缩减路网规模，优化路网结构。最后，结合无人机性能和平稳飞行的要求，以最大航向角改变量作为主要限制条件，以最小化路径长度为目标，提出改进的涟漪扩散算法进行求解。仿真结果表明：三维可视图中的采点间隔直接决定了路网模型中节点和链接的数量，并对最优路径与规划时间具有显著影响；1000组仿真实验表明，考虑机动保护区后，最短路径的平均长度相较于无机动保护区时增长了不足1%，而计算耗时降低了近70%。仿真实验验证，通过引入无人机机动保护区和航向角改变量的限制，能够有效降低路网规模，提升运算效率，并有利于获得平滑的路径，降低无人机的潜在碰撞风险。