系统工程与电子技术 ›› 2023, Vol. 45 ›› Issue (10): 3149-3156.doi: 10.12305/j.issn.1001-506X.2023.10.19

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自由空域下多旋翼无人机安全间隔标定方法

张洪海, 李博文, 刘皞, 钟罡, 费毓晗   

  1. 南京航空航天大学民航学院, 江苏 南京 211106
  • 收稿日期:2022-05-30 出版日期:2023-09-25 发布日期:2023-10-11
  • 通讯作者: 张洪海
  • 作者简介:张洪海 (1979—), 男, 教授, 博士研究生导师, 博士, 主要研究方向为交通运输规划与管理、城市空中交通
    李博文 (1997—), 男, 硕士研究生, 主要研究方向为交通运输规划与管理、城市空中交通
    刘皞 (1979—), 男, 副教授, 硕士研究生导师, 博士, 主要研究方向为数值计算
    钟罡 (1991—), 男, 讲师, 硕士研究生导师, 博士, 主要研究方向为交通运输规划与管理、城市空中交通
    费毓晗 (1999—), 男, 硕士研究生, 主要研究方向为交通运输规划与管理、城市空中交通
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(71971114)

Demarcation method of safety separation for multi-rotor UAV in free airspace

Honghai ZHANG, Bowen LI, Hao LIU, Gang ZHONG, Yuhan FEI   

  1. School of Civil Aviation, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 211106, China
  • Received:2022-05-30 Online:2023-09-25 Published:2023-10-11
  • Contact: Honghai ZHANG

摘要:

为确保低空空域内无人机的运行安全, 考虑多旋翼无人机的特点, 提出一种自由空域下多旋翼无人机安全间隔标定方法。首先, 以无人机机体圆柱的最小外接球作为无人机的碰撞盒, 利用无人机的位置信息、速度信息和位置误差信息, 基于三维高斯分布假设, 建立无人机空中碰撞概率模型; 然后, 根据自由空域的特点, 提出基于最大碰撞概率的无人机安全间隔标定方法。以经纬M600 Pro无人机为例, 将5%最大碰撞概率作为安全目标水平, 使用该方法得到的最小安全间隔分别为: 纵向间隔16 m, 横向间隔11 m, 垂直间隔6 m。据此, 可为多旋翼无人机安全间隔标准的制定提供理论依据。

关键词: 航空运输, 安全间隔标定, 碰撞概率, 多旋翼无人机, 自由空域

Abstract:

In order to ensure the safe operation of unmanned aerial vehicle (UAV) in the low-altitude airspace, this paper proposes a demarcation method of safety separation for multi-rotor UAV in free airspace in combination with the characteristics of multi-rotor UAV. Firstly, the smallest circumscribed sphere of the UAV body cylinder is used as the collision box of the UAV. A UAV mid-air collision probability model is established based on the position information, speed information, position error information and three-dimensional Gaussian distribution assumption. Secondly, according to the characteristics of free airspace, a demarcation method of safety separation based on the maximum collision probability is proposed. Taking the Matrice 600 Pro UAV as an example, when the safety target level is 5% of the maximum collision probability, the longitudinal, lateral, and vertical safety separations are 16 m, 11 m and 6 m respectively according to the proposed method. The proposed method can provide a theoretical basis for the formulation of safety separation standards for multi-rotor UAV.

Key words: air transportation, safety separation demarcation, collision probability, multi-rotor unmanned aerial vehicle (UAV), free airspace

中图分类号: