1.本发明属于航空技术领域，具体涉及一种城市低空无人机飞行任务管理方法、装置及系统。
背景技术：2.随着互联网技术和电商的快速发展，物流运输业蓬勃兴起，加重了末端配送的人员压力和工作量。无人机物流运输作为智慧城市空中交通的新兴产物之一，在末端配送过程中因不受地面交通状况的局限，具备时间短效率高，且释放更多人力资源的优点。
3.无人机在飞行前需要向空域管理部门申请使用权限，物流公司需提前申请飞行任务，管理部门进行调配，保证空域使用无冲突，因此，对飞行任务的管理成为亟需解决的问题。
技术实现要素：4.针对上述问题，本发明提出一种城市低空无人机飞行任务管理方法、装置及系统，能够解决空域使用冲突的问题，为无人机飞行任务管理提供依据，缓解空中交通拥堵，降低航空器碰撞风险，推动智慧城市空中交通的发展。
5.为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
6.第一方面，本发明提供了一种城市低空无人机飞行任务管理方法，包括：
7.根据配送点和收货点对航路网络进行划设，获得飞行路径；
8.依据所述飞行路径，以及无人机安全运行间隔，制定飞行时刻表，所述飞行时刻表用于确保每条飞行路径无冲突，所述飞行时刻表的信息包括配送点起飞时间和收货点到达时间；
9.基于接受到的飞行任务申请，按照预设的优先级对飞行任务进行排序，并向排序后的飞行任务依次分配飞行时刻表中的配送点起飞时间和收货点到达时间。
10.可选地，所述飞行路径的获取方法包括：
11.在航路网络中标记禁飞区、配送点和收货点；
12.采用a*算法搜索航路网络中配送点至收货点的最优飞行路径。
13.可选地，所述飞行时刻表的制定方法包括：
14.从航路网络中读取配送点、收货点和汇聚/交叉点的坐标，定义相邻点之间的路径为航段；
15.根据距离公式计算出每条航段的长度；
16.计算出每条航段对应的飞行时间；
17.基于预设的安全时间间隔，以及每条航段对应的飞行时间，计算出配送点起飞时间；其中，同一配送点连续起飞的两架无人机的安全时间间隔为δt
start
，汇聚点/交叉点前后经过的两架无人机安全时间间隔为δt
safe
；
18.基于每条航段对应的飞行时间，以及配送点起飞时间，计算出收货点到达时间。
19.可选地，所述配送点起飞时间的计算方法为：
20.当有n条飞行路径汇聚/交叉，不同飞行路径上的首架无人机依次经过汇聚点/交叉点时，距离汇聚点/交叉点最近的飞行路径1的首架无人机i1先通过，距离汇聚点/交叉点次近的飞行路径2的首架无人机i2后续通过，以此类推，距离汇聚点/交叉点最远的飞行路径n的首架无人机in最后通过；
21.飞行路径1配送点至汇聚点/交叉点的飞行时间为t1，飞行路径2配送点至汇聚点/交叉点的飞行时间为t2，以此类推，飞行路径n配送点至汇聚点/交叉点的飞行时间为tn，飞行时间t1、t2……
tn由距离除以速度得到，为已知量；
22.基于可获得的无人机i1经过汇聚点/交叉点的时间根据计算出在无人机i1之后无人机i2经过汇聚点/交叉点的时间
23.以此类推，根据计算出最后一架无人机in经过汇聚点/交叉点的时间
24.根据计算出无人机i1在飞行路径1配送点的起飞时间；
25.根据计算出无人机i2在飞行路径2配送点的起飞时间；
26.以此类推，根据计算出无人机in在飞行路径n配送点的起飞时间；
27.根据计算出飞行路径1中在i1之后依次连续每架无人机的起飞时间；
28.根据计算出飞行路径2中在i2之后依次连续每架无人机的起飞时间；
29.以此类推，根据计算出飞行路径n中在in之后依次连续每架无人机的起飞时间。
30.可选地，所述收货点到达时间的计算方法为：
31.飞行路径1汇聚点/交叉点至收货点的飞行时间为t1′
，飞行路径2汇聚点/交叉点至收货点的飞行时间为t2′
，以此类推，飞行路径n汇聚点/交叉点至收货点的飞行时间为tn′
，飞行时间t1′
、t2′
、
……
、tn′
由距离除以速度得到，为已知量；
32.根据计算出飞行路径1中每架无人机到达对应收货点的时间；
33.根据计算出飞行路径2中每架无人机到达对应收货点的时间；
34.以此类推，根据计算出飞行路径n中每架无人机到达对应收货点的时间。
35.可选地，所述预设的优先级包括任务类型优先、载重优先和等待时间优先；
36.所述任务类型优先表示物流运输时间效率要求高的无人机优先；所述任务类型优先表示为s
task
，s
task
∈(0,1]，当s
task
取值为1时，表示该飞行任务为紧迫任务；
37.所述载重优先表示运输重量大的无人机优先，所述载重优先表示为s
weight
，s
weight
∈(0,1]，当s
weight
取值为1时，表示无人机满载。
38.所述等待时间优先表示等待时间长的无人机优先，等待时间优先表示为s
time
，其表达式为：
[0039][0040]
式中，t
wait
表示无人机等待时间，t
max
表示无人机最长等待时间，u为调节参数。
[0041]
可选地，每个飞行任务的优先级表示为：s＝s
task
+s
weight
+s
time
。
[0042]
可选地，所述向排序后的飞行任务依次分配飞行时刻表中的配送点起飞时间和收货点到达时间，包括以下步骤：
[0043]
按照每一条飞行任务的优先级由高到低向飞行任务分配时刻，优先级最高的计划最先获得配送点起飞时间和收货点到达时间。
[0044]
第二方面，本发明提供了一种城市低空无人机飞行任务管理装置，包括：
[0045]
航路网络划设模块，用于根据配送点和收货点对航路网络进行划设，获得飞行路径；
[0046]
飞行时刻生成模块，用于依据所述飞行路径，以及无人机安全运行间隔，制定飞行时刻表，所述飞行时刻表用于确保每条飞行路径无冲突，所述飞行时刻表的信息包括配送点起飞时间、收货点到达时间；
[0047]
飞行时刻分配模块，用于基于接受到的飞行任务申请，按照预设的优先级对飞行任务进行排序，并向排序后的飞行任务依次分配飞行时刻表中的配送点起飞时间和收货点到达时间。
[0048]
第三方面，本发明提供了一种城市低空无人机飞行任务管理系统，包括处理器及存储介质；
[0049]
所述存储介质用于存储指令；
[0050]
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据第一方面任一项所述方法的步骤。
[0051]
与现有技术相比，本发明的有益效果：
[0052]
本发明提供了一种城市低空无人机飞行任务管理方法、装置及系统，充分考虑了城市低空空域环境特点，通过航路网络划设与路径规划，获得了无人机运输过程的最优飞行路径，考虑安全时间间隔规划无冲突无风险的时刻表，对获取的飞行任务按优先级依次分配时刻，反馈给物流公司实际运行，实用性好，能够满足低空空域安全飞行的要求，并按需求高效完成物流配送任务。
[0053]
本发明能够解决空域使用冲突的问题，且能够安全、公平、高效地满足物流公司及顾客的需求，为无人机飞行任务管理提供依据，缓解空中交通拥堵，降低航空器碰撞风险，推动智慧城市空中交通的发展。
附图说明
[0054]
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
[0055]
图1是本发明实施例提供的一种城市低空无人机飞行任务管理方法的流程图；
[0056]
图2是本发明一种实施例提供的汇聚点情形下飞行时刻生成示意图；
[0057]
图3是本发明另一种实施例提供的交叉点情形下飞行时刻生成示意图；
[0058]
图4是本发明实施例提供的一种城市低空无人机飞行任务管理系统的结构图。
具体实施方式
[0059]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。
[0060]
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
[0061]
实施例1
[0062]
本发明实施例中提供了一种城市低空无人机飞行任务管理方法，具体包括以下步骤：
[0063]
(1)根据配送点和收货点对航路网络进行划设，获得飞行路径；
[0064]
(2)依据所述飞行路径，以及无人机安全运行间隔，制定飞行时刻表，所述飞行时刻表用于确保每条飞行路径无冲突，所述飞行时刻表的信息包括配送点起飞时间、收货点到达时间；
[0065]
(3)基于接受到的飞行任务申请，按照预设的优先级对飞行任务进行排序，并向排序后的飞行任务依次分配飞行时刻表中的配送点起飞时间和收货点到达时间。
[0066]
本发明提供了一种城市低空无人机飞行任务管理方法，充分考虑了城市低空空域环境特点，通过航路网络划设与路径规划，获得了无人机运输过程的最优飞行路径，考虑安全时间间隔规划无冲突无风险的时刻表，对获取的飞行任务按优先级依次分配时刻，反馈给物流公司实际运行，实用性好，能够满足低空空域安全飞行的要求，并按需求高效完成物流配送任务。
[0067]
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述飞行路径的获取方法包括：
[0068]
在航路网络中标记禁飞区、配送点和收货点；采用a*算法搜索航路网络中配送点至收货点的最优飞行路径。具体地：针对某片城市低空区域，划设禁飞区；根据需求选择配送点和收货点，划设避开禁飞区、连接无人机起降点的航路；确定配送点和收货点的地理坐标；结合实际运行需求及环境特点，在航路网络中寻找配送点至收货点的最优飞行路径。
[0069]
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述飞行时刻表的制定方法包括：
[0070]
从航路网络中读取配送点、收货点和汇聚/交叉点的坐标，定义相邻点之间的路径为航段；
[0071]
根据距离公式计算出每条航段的长度；
[0072]
计算出每条航段对应的飞行时间；
[0073]
基于预设的安全时间间隔，以及每条航段对应的飞行时间，计算出配送点起飞时间；其中，同一配送点连续起飞的两架无人机的安全时间间隔为δt
start
，汇聚点/交叉点前后经过的两架无人机安全时间间隔为δt
safe
；
[0074]
基于每条航段对应的飞行时间，以及配送点起飞时间，计算出收货点到达时间。
[0075]
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述配送点起飞时间的计算方法为：
[0076]
当n条飞行路径汇聚/交叉，不同飞行路径上的首架无人机依次经过汇聚点/交叉点时，距离汇聚点/交叉点最近的飞行路径1的首架无人机i1先通过，距离汇聚点/交叉点次近的飞行路径2的首架无人机i2后续通过，以此类推，距离汇聚点/交叉点最远的飞行路径n的首架无人机in最后通过；
[0077]
飞行路径1配送点至汇聚点/交叉点的飞行时间为t1，飞行路径2配送点至汇聚点/交叉点的飞行时间为t2，以此类推，飞行路径n配送点至汇聚点/交叉点的飞行时间为tn，该飞行时间由距离除以速度得到，为已知量；
[0078]
基于可获得的无人机i1经过汇聚点/交叉点的时间根据计算出在无人机i1之后无人机i2经过汇聚点/交叉点的时间
[0079]
以此类推，根据计算出最后一架无人机in经过汇聚点/交叉点的时间
[0080]
根据计算出无人机i1在飞行路径1配送点的起飞时间；
[0081]
根据计算出无人机i2在飞行路径2配送点的起飞时间；
[0082]
以此类推，根据计算出无人机in在飞行路径n配送点的起飞时间；
[0083]
根据计算出飞行路径1中在i1之后依次连续每架无人机的起飞时间；
[0084]
根据计算出飞行路径2中在i2之后依次连续每架无人机的起飞时间；
[0085]
以此类推，根据计算出飞行路径n中在in之后依次连续每架无人机的起飞时间。因此可得到每条飞行路径上每架无人机的起飞时间。
[0086]
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述收货点到达时间的计算方法为：
[0087]
飞行路径1汇聚点/交叉点至收货点的飞行时间为t1′
，飞行路径2汇聚点/交叉点至收货点的飞行时间为t2′
，以此类推，飞行路径n汇聚点/交叉点至收货点的飞行时间为tn′
，该飞行时间由距离除以速度得到，为已知量；
[0088]
根据计算出飞行路径1中每架无人机到达对应收货点的时间；
[0089]
根据计算出飞行路径2中每架无人机到达对应收货点的时间；
[0090]
以此类推，根据计算出飞行路径n中每架无人机到达对应收货点的时间。因此可得到每条飞行路径上每架无人机达到收货点的时间。
[0091]
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述基于接受到的飞行任务申请，按照预设的优先级对飞行任务进行排序，并向排序后的飞行任务依次分配飞行时刻表中的配送点起飞时间和收货点到达时间，包括：物流公司向空域管理部门提交飞行任务申请，空域管理部门审批飞行任务后，按照优先级管理飞行任务时刻；所述优先级包括任务类型优先、载重优先和等待时间优先，根据优先级对飞行任务排序；向排序后的飞行任务依次分配飞行
时刻表中的可用时刻，此时每条计划都获得了一组起飞时间和到达时间。
[0092]
其中，所述预设的优先级包括任务类型优先、载重优先和等待时间优先；
[0093]
所述任务类型优先表示物流运输时间效率要求高的无人机优先；所述任务类型优先表示为s
task
，s
task
∈(0,1]，当s
task
取值为1时，表示该飞行任务为紧迫任务；
[0094]
所述载重优先表示运输重量大的无人机优先，所述载重优先表示为s
weight
，s
weight
∈(0,1]，当s
weight
取值为1时，表示无人机满载。
[0095]
所述等待时间优先表示等待时间长的无人机优先，等待时间优先表示为s
time
，其表达式为：
[0096][0097]
式中，t
wait
表示无人机等待时间，t
max
表示无人机最长等待时间，u为调节参数。
[0098]
每个飞行任务的优先级表示为：s＝s
task
+s
weight
+s
time
。
[0099]
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述向排序后的飞行任务依次分配飞行时刻表中的配送点起飞时间和收货点到达时间，包括以下步骤：
[0100]
按照每一条飞行任务的优先级由高到低向飞行任务分配时刻，优先级最高的计划最先获得配送点起飞时间和收货点到达时间。
[0101]
下面结合一具体实施方式，对本发明实施例中的管理方法进行详细说明。
[0102]
某城市拟采用无人机进行低空物流运输，执行运输任务前需要向空域管理部门提出飞行申请，审批通过后无人机即可按照获批时刻执行任务。如图1所示，所述城市低空无人机飞行任务管理方法步骤如下：
[0103]
第一步，航路网络划设：
[0104]
(1)根据某地区城市低空管理部门的要求，在航路网络高程地图对高层建筑物、人口密集区和行车流量大的道路等标记为禁飞区；
[0105]
(2)根据实际运输需求，标记出航路网络中的配送点和收货点；
[0106]
(3)采用a*算法搜索航路网络中配送点至收货点的最优飞行路径，物流无人机配送过程即“最后一公里”，配送点和收货点可直接建立航路，无人机替代人力沿低空航路将货物送至用户。
[0107]
第二步，飞行时刻生成：
[0108]
(1)多条飞行路径构成网络必然存在飞行路径汇聚与交叉口，从航路网络高程地图中读取配送点、收货点和汇聚/交叉点的坐标，定义相邻点之间的线路为航段，根据距离公式计算每条航段的长度，假设m点的经纬度为(lon1,lat1)，n点的经纬度为(lon2,lat2)，m点和n点之间的距离d计算公式如下：
[0109][0110]
(2)计算飞行时间。飞行路径汇聚与交叉以图3和图4为例。
[0111]
飞行路径汇聚时：无人机飞行速度为v，配送点a至汇聚点o的距离为d1，配送点b至汇聚点o的距离为d2，汇聚点o至收货点c的距离为d3，则有配送点a至汇聚点o的飞行时间为
配送点b至汇聚点o的飞行时间为汇聚点o至收货点c的飞行时间为
[0112]
飞行路径交叉时：无人机飞行速度为v，配送点a至交叉点o的距离为d1，配送点b至交叉点o的距离为d2，交叉点o至收货点c的距离为d3，交叉点o至收货点d的距离为d4，则有配送点a至交叉点o的飞行时间为配送点b至交叉点o的飞行时间为交叉点o至收货点c的飞行时间为交叉点o至收货点d的飞行时间为
[0113]
(3)确定安全时间间隔。同一配送点连续起飞的两架无人机的安全时间间隔为δt
start
，汇聚点、交叉点前后经过的两架无人机安全时间间隔为δt
safe
。
[0114]
(4)计算配送点起飞时间。飞行路径汇聚与交叉以图3和图4为例。
[0115]
飞行路径汇聚时：routea航路的第i架无人机与routeb航路的第j架无人机依次经过汇聚点时，距离汇聚点近的无人机先通过，假设无人机i先通过，此时可知无人机i经过汇聚点的时间根据计算可知无人机j经过汇聚点的时间根据计算可知无人机i在配送点a的起飞时间，根据计算可知无人机i+1在配送点a的起飞时间；根据计算可知无人机j在配送点b的起飞时间，根据计算可知无人机j+1在配送点b的起飞时间。由此可得到每条航路上每架无人机的可用起飞时间。
[0116]
飞行路径交叉时：routea航路的第i架无人机与routeb航路的第j架无人机依次经过交叉点时，距离交叉点近的无人机先通过，假设无人机i先通过，此时可知无人机i经过交叉点的时间根据计算可知无人机j经过交叉点的时间根据计算可知无人机i在配送点a的起飞时间，根据计算可知无人机i+1在配送点a的起飞时间；根据计算可知无人机j在配送点b的起飞时间，根据计算可知无人机j+1在配送点b的起飞时间。由此可得到每条航路上每架无人机的可用起飞时间。
[0117]
(5)计算收货点到达时间。飞行路径汇聚与交叉以图3和图4为例。
[0118]
飞行路径汇聚时：根据计算可知routea航路的第i架无人机到达收货点c的时间，根据计算可知routeb航路的第j架无人机到达收货点c的时间。由此可得到每条航路上每架无人机的可用到达时间。
[0119]
飞行路径交叉时：根据计算可知routea航路的第i架无人机到达收货点c的时间，根据计算可知routeb航路的第j架无人机到达收货点d
的时间。由此可得到每条航路上每架无人机的可用到达时间。
[0120]
(6)生成飞行时刻表。每架无人机可用起飞时刻和到达时刻组成飞行时刻表中的一条信息。
[0121]
第三步，飞行时刻分配：
[0122]
(1)计算优先级。所述优先级包括三部分：任务类型优先、载重优先和等待时间优先。
[0123]
任务类型优先是指物流运输时间效率要求高的无人机优先，如运输重要文件、医疗资源等，任务类型优先表示为s
task
，s
task
∈(0,1]，对于重要文件、医疗资源等紧迫任务，s
task
取值为1。
[0124]
载重优先是指运输重量大的无人机优先，表示为s
weight
，s
weight
∈(0,1]，无人机满载时，s
weight
取值为1。
[0125]
等待时间优先是指依据排队论的原则，等待时间长的无人机优先，等待时间优先表示为s
time
，其表达式为：
[0126][0127]
式中，t
wait
表示无人机等待时间，t
max
表示无人机最长等待时间，u为调节参数。
[0128]
因此，每条飞行任务的优先级表示为：s＝s
task
+s
weight
+s
time
。
[0129]
(2)飞行时刻分配。计算每一条飞行任务的优先级s，按照优先级s值的大小，从高到低对飞行任务进行排序。根据第二步生成飞行时刻的结果，待飞无人机数量决定了飞行时刻的数量，且每架无人机都会获得一组起飞时刻和到达时刻。将最早的一组起飞时刻和到达时刻分给优先级s最高的任务由无人机执行，将次早的一组起飞时刻和到达时刻分给优先级s次高的任务由无人机执行，以此类推，将最晚的一组起飞时刻和到达时刻分给优先级s最低的任务由无人机执行。假设第k条飞行任务的优先级计算为sk，获得的起飞时刻为到达时刻为执行该计划的第k架无人机按照所获时刻飞行，即完成了飞行时刻分配。这种考虑优先级的分配方式保证了紧迫且重要的任务是最先被执行的，优先级越高的任务越先起飞可以减少延误提高运输效率。
[0130]
(3)分配结果反馈给物流公司，完成对每条飞行任务的管理。
[0131]
实施例2
[0132]
基于与实施例1相同的发明构思，本发明实施例中提供了一种城市低空无人机飞行任务管理装置，如图2所示包括：
[0133]
航路网络划设模块，用于根据配送点和收货点对航路网络进行划设，获得飞行路径；
[0134]
飞行时刻生成模块，用于依据所述飞行路径，以及无人机安全运行间隔，制定飞行时刻表，所述飞行时刻表用于确保每条飞行路径无冲突，所述飞行时刻表的信息包括配送点起飞时间、收货点到达时间；
[0135]
飞行时刻分配模块，用于基于接受到的飞行任务申请，按照预设的优先级对飞行任务进行排序，并向排序后的飞行任务依次分配飞行时刻表中的配送点起飞时间和收货点到达时间。
[0136]
本发明提供了一种城市低空无人机飞行任务管理装置，充分考虑了城市低空空域环境特点，通过航路网络划设与路径规划，获得了无人机运输过程的最优飞行路径，考虑安全时间间隔规划无冲突无风险的时刻表，对获取的飞行任务按优先级依次分配时刻，反馈给物流公司实际运行，实用性好，能够满足低空空域安全飞行的要求，并按需求高效完成物流配送任务。
[0137]
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述飞行路径的获取方法包括：
[0138]
在航路网络中标记禁飞区、配送点和收货点；采用a*算法搜索航路网络中配送点至收货点的最优飞行路径。具体地：针对某片城市低空区域，划设禁飞区；根据需求选择配送点和收货点，划设避开禁飞区、连接无人机起降点的航路；确定配送点和收货点的地理坐标；结合实际运行需求及环境特点，在航路网络中寻找配送点至收货点的最优飞行路径。
[0139]
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述飞行时刻表的制定方法包括：
[0140]
从航路网络中读取配送点、收货点和汇聚/交叉点的坐标，定义相邻点之间的路径为航段；
[0141]
根据距离公式计算出每条航段的长度；
[0142]
计算出每条航段对应的飞行时间；
[0143]
基于预设的安全时间间隔，以及每条航段对应的飞行时间，计算出配送点起飞时间；其中，同一配送点连续起飞的两架无人机的安全时间间隔为δt
start
，汇聚点/交叉点前后经过的两架无人机安全时间间隔为δt
safe
；
[0144]
基于每条航段对应的飞行时间，以及配送点起飞时间，计算出收货点到达时间。
[0145]
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述配送点起飞时间的计算方法为：
[0146]
当n条飞行路径汇聚/交叉，不同飞行路径上的首架无人机依次经过汇聚点/交叉点时，距离汇聚点/交叉点最近的飞行路径1的首架无人机i1先通过，距离汇聚点/交叉点次近的飞行路径2的首架无人机i2后续通过，以此类推，距离汇聚点/交叉点最远的飞行路径n的首架无人机in最后通过；
[0147]
飞行路径1配送点至汇聚点/交叉点的飞行时间为t1，飞行路径2配送点至汇聚点/交叉点的飞行时间为t2，以此类推，飞行路径n配送点至汇聚点/交叉点的飞行时间为tn，该飞行时间由距离除以速度得到，为已知量；
[0148]
基于可获得的无人机i1经过汇聚点/交叉点的时间根据计算出在无人机i1之后无人机i2经过汇聚点/交叉点的时间
[0149]
以此类推，根据计算出最后一架无人机in经过汇聚点/交叉点的时间
[0150]
根据计算出无人机i1在飞行路径1配送点的起飞时间；
[0151]
根据计算出无人机i2在飞行路径2配送点的起飞时间；
[0152]
以此类推，根据计算出无人机in在飞行路径n配送点的起飞时间；
[0153]
根据计算出飞行路径1中在i1之后依次连续每架无人机的起飞时间；
[0154]
根据计算出飞行路径2中在i2之后依次连续每架无人机的起飞时间；
[0155]
以此类推，根据计算出飞行路径n中在in之后依次连续每架无人机的起飞时间。因此可得到每条飞行路径上每架无人机的起飞时间。
[0156]
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述收货点到达时间的计算方法为：
[0157]
飞行路径1汇聚点/交叉点至收货点的飞行时间为t1′
，飞行路径2汇聚点/交叉点至收货点的飞行时间为t2′
，以此类推，飞行路径n汇聚点/交叉点至收货点的飞行时间为tn′
，该飞行时间由距离除以速度得到，为已知量；
[0158]
根据计算出飞行路径1中每架无人机到达对应收货点的时间；
[0159]
根据计算出飞行路径2中每架无人机到达对应收货点的时间；
[0160]
以此类推，根据计算出飞行路径n中每架无人机到达对应收货点的时间。因此可得到每条飞行路径上每架无人机达到收货点的时间。
[0161]
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述基于接受到的飞行任务申请，按照预设的优先级对飞行任务进行排序，并向排序后的飞行任务依次分配飞行时刻表中的配送点起飞时间和收货点到达时间，包括：物流公司向空域管理部门提交飞行任务申请，空域管理部门审批飞行任务后，按照优先级管理飞行任务时刻；所述优先级包括任务类型优先、载重优先和等待时间优先，根据优先级对飞行任务排序；向排序后的飞行任务依次分配飞行时刻表中的可用时刻，此时每条计划都获得了一组起飞时间和到达时间。
[0162]
其中，所述预设的优先级包括任务类型优先、载重优先和等待时间优先；
[0163]
所述任务类型优先表示物流运输时间效率要求高的无人机优先；所述任务类型优先表示为s
task
，s
task
∈(0,1]，当s
task
取值为1时，表示该飞行任务为紧迫任务；
[0164]
所述载重优先表示运输重量大的无人机优先，所述载重优先表示为s
weight
，s
weight
∈(0,1]，当s
weight
取值为1时，表示无人机满载。
[0165]
所述等待时间优先表示等待时间长的无人机优先，等待时间优先表示为s
time
，其表达式为：
[0166][0167]
式中，t
wait
表示无人机等待时间，t
max
表示无人机最长等待时间，u为调节参数。
[0168]
每个飞行任务的优先级表示为：s＝s
task
+s
weight
+s
time
。
[0169]
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述向排序后的飞行任务依次分配飞行时刻表中的配送点起飞时间和收货点到达时间，包括以下步骤：
[0170]
按照每一条飞行任务的优先级由高到低向飞行任务分配时刻，优先级最高的计划最先获得配送点起飞时间和收货点到达时间。
[0171]
下面结合一具体实施方式，对本发明实施例中的管理方法进行详细说明。
[0172]
某城市拟采用无人机进行低空物流运输，执行运输任务前需要向空域管理部门提出飞行申请，审批通过后无人机即可按照获批时刻执行任务。如图1所示，所述城市低空无
人机飞行任务管理方法步骤如下：
[0173]
第一步，航路网络划设：
[0174]
(1)根据某地区城市低空管理部门的要求，在航路网络高程地图对高层建筑物、人口密集区和行车流量大的道路等标记为禁飞区；
[0175]
(2)根据实际运输需求，标记出航路网络中的配送点和收货点；
[0176]
(3)采用a*算法搜索航路网络中配送点至收货点的最优飞行路径，物流无人机配送过程即“最后一公里”，配送点和收货点可直接建立航路，无人机替代人力沿低空航路将货物送至用户。
[0177]
第二步，飞行时刻生成：
[0178]
(1)多条飞行路径构成网络必然存在飞行路径汇聚与交叉口，从航路网络高程地图中读取配送点、收货点和汇聚/交叉点的坐标，定义相邻点之间的线路为航段，根据距离公式计算每条航段的长度，假设m点的经纬度为(lon1,lat1)，n点的经纬度为(lon2,lat2)，m点和n点之间的距离d计算公式如下：
[0179][0180]
(2)计算飞行时间。飞行路径汇聚与交叉以图3和图4为例。
[0181]
飞行路径汇聚时：无人机飞行速度为v，配送点a至汇聚点o的距离为d1，配送点b至汇聚点o的距离为d2，汇聚点o至收货点c的距离为d3，则有配送点a至汇聚点o的飞行时间为配送点b至汇聚点o的飞行时间为汇聚点o至收货点c的飞行时间为
[0182]
飞行路径交叉时：无人机飞行速度为v，配送点a至交叉点o的距离为d1，配送点b至交叉点o的距离为d2，交叉点o至收货点c的距离为d3，交叉点o至收货点d的距离为d4，则有配送点a至交叉点o的飞行时间为配送点b至交叉点o的飞行时间为交叉点o至收货点c的飞行时间为交叉点o至收货点d的飞行时间为
[0183]
(3)确定安全时间间隔。同一配送点连续起飞的两架无人机的安全时间间隔为δt
start
，汇聚点、交叉点前后经过的两架无人机安全时间间隔为δt
safe
。
[0184]
(4)计算配送点起飞时间。飞行路径汇聚与交叉以图3和图4为例。
[0185]
飞行路径汇聚时：routea航路的第i架无人机与routeb航路的第j架无人机依次经过汇聚点时，距离汇聚点近的无人机先通过，假设无人机i先通过，此时可知无人机i经过汇聚点的时间根据计算可知无人机j经过汇聚点的时间根据计算可知无人机i在配送点a的起飞时间，根据计算可知无人机i+1在配送点a的起飞时间；根据计算可知无人机j在配送点b的起飞时
间，根据计算可知无人机j+1在配送点b的起飞时间。由此可得到每条航路上每架无人机的可用起飞时间。
[0186]
飞行路径交叉时：routea航路的第i架无人机与routeb航路的第j架无人机依次经过交叉点时，距离交叉点近的无人机先通过，假设无人机i先通过，此时可知无人机i经过交叉点的时间根据计算可知无人机j经过交叉点的时间根据计算可知无人机i在配送点a的起飞时间，根据计算可知无人机i+1在配送点a的起飞时间；根据计算可知无人机j在配送点b的起飞时间，根据计算可知无人机j+1在配送点b的起飞时间。由此可得到每条航路上每架无人机的可用起飞时间。
[0187]
(5)计算收货点到达时间。飞行路径汇聚与交叉以图3和图4为例。
[0188]
飞行路径汇聚时：根据计算可知routea航路的第i架无人机到达收货点c的时间，根据计算可知routeb航路的第j架无人机到达收货点c的时间。由此可得到每条航路上每架无人机的可用到达时间。
[0189]
飞行路径交叉时：根据计算可知routea航路的第i架无人机到达收货点c的时间，根据计算可知routeb航路的第j架无人机到达收货点d的时间。由此可得到每条航路上每架无人机的可用到达时间。
[0190]
(6)生成飞行时刻表。每架无人机可用起飞时刻和到达时刻组成飞行时刻表中的一条信息。
[0191]
第三步，飞行时刻分配：
[0192]
(1)计算优先级。所述优先级包括三部分：任务类型优先、载重优先和等待时间优先。
[0193]
任务类型优先是指物流运输时间效率要求高的无人机优先，如运输重要文件、医疗资源等，任务类型优先表示为s
task
，s
task
∈(0,1]，对于重要文件、医疗资源等紧迫任务，s
task
取值为1。
[0194]
载重优先是指运输重量大的无人机优先，表示为s
weight
，s
weight
∈(0,1]，无人机满载时，s
weight
取值为1。
[0195]
等待时间优先是指依据排队论的原则，等待时间长的无人机优先，等待时间优先表示为s
time
，其表达式为：
[0196][0197]
式中，t
wait
表示无人机等待时间，t
max
表示无人机最长等待时间，u为调节参数。
[0198]
因此，每条飞行任务的优先级表示为：s＝s
task
+s
weight
+s
time
。
[0199]
(2)飞行时刻分配。计算每一条飞行任务的优先级s，按照优先级s值的大小，从高到低对飞行任务进行排序。根据第二步生成飞行时刻的结果，待飞无人机数量决定了飞行
时刻的数量，且每架无人机都会获得一组起飞时刻和到达时刻。将最早的一组起飞时刻和到达时刻分给优先级s最高的任务由无人机执行，将次早的一组起飞时刻和到达时刻分给优先级s次高的任务由无人机执行，以此类推，将最晚的一组起飞时刻和到达时刻分给优先级s最低的任务由无人机执行。假设第k条飞行任务的优先级计算为sk，获得的起飞时刻为到达时刻为执行该计划的第k架无人机按照所获时刻飞行，即完成了飞行时刻分配。这种考虑优先级的分配方式保证了紧迫且重要的任务是最先被执行的，优先级越高的任务越先起飞可以减少延误提高运输效率。
[0200]
(3)分配结果反馈给物流公司，完成对每条飞行任务的管理。
[0201]
实施例3
[0202]
基于与实施例1相同的发明构思，本发明实施例中提供了一种城市低空无人机飞行任务管理系统，包括处理器及存储介质；
[0203]
所述存储介质用于存储指令；
[0204]
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据实施例1中任一项所述方法的步骤。
[0205]
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
技术特征：1.一种城市低空无人机飞行任务管理方法，其特征在于，包括：根据配送点和收货点对航路网络进行划设，获得飞行路径；依据所述飞行路径，以及无人机安全运行间隔，制定飞行时刻表，所述飞行时刻表用于确保每条飞行路径无冲突，所述飞行时刻表的信息包括配送点起飞时间和收货点到达时间；基于接受到的飞行任务申请，按照预设的优先级对飞行任务进行排序，并向排序后的飞行任务依次分配飞行时刻表中的配送点起飞时间和收货点到达时间。2.根据权利要求1所述的一种城市低空无人机飞行任务管理方法，其特征在于，所述飞行路径的获取方法包括：在航路网络中标记禁飞区、配送点和收货点；采用a*算法搜索航路网络中配送点至收货点的最优飞行路径。3.根据权利要求1所述的一种城市低空无人机飞行任务管理方法，其特征在于，所述飞行时刻表的制定方法包括：从航路网络中读取配送点、收货点和汇聚/交叉点的坐标，定义相邻点之间的路径为航段；根据距离公式计算出每条航段的长度；计算出每条航段对应的飞行时间；基于预设的安全时间间隔，以及每条航段对应的飞行时间，计算出配送点起飞时间；其中，同一配送点连续起飞的两架无人机的安全时间间隔为δt
start
，汇聚点/交叉点前后经过的两架无人机安全时间间隔为δt
safe
；基于每条航段对应的飞行时间，以及配送点起飞时间，计算出收货点到达时间。4.根据权利要求3所述的一种城市低空无人机飞行任务管理方法，其特征在于，所述配送点起飞时间的计算方法为：当有n条飞行路径汇聚/交叉，不同飞行路径上的首架无人机依次经过汇聚点/交叉点时，距离汇聚点/交叉点最近的飞行路径1的首架无人机i1先通过，距离汇聚点/交叉点次近的飞行路径2的首架无人机i2后续通过，以此类推，距离汇聚点/交叉点最远的飞行路径n的首架无人机i
n
最后通过；飞行路径1配送点至汇聚点/交叉点的飞行时间为t1，飞行路径2配送点至汇聚点/交叉点的飞行时间为t2，以此类推，飞行路径n配送点至汇聚点/交叉点的飞行时间为t
n
，飞行时间t1、t2……
t
n
由距离除以速度得到，为已知量；基于可获得的无人机i1经过汇聚点/交叉点的时间根据计算出在无人机i1之后无人机i2经过汇聚点/交叉点的时间以此类推，根据计算出最后一架无人机i
n
经过汇聚点/交叉点的时间根据计算出无人机i1在飞行路径1配送点的起飞时间；根据计算出无人机i2在飞行路径2配送点的起飞时间；
以此类推，根据计算出无人机i
n
在飞行路径n配送点的起飞时间；根据计算出飞行路径1中在i1之后依次连续每架无人机的起飞时间；根据计算出飞行路径2中在i2之后依次连续每架无人机的起飞时间；以此类推，根据计算出飞行路径n中在i
n
之后依次连续每架无人机的起飞时间。5.根据权利要求4所述的一种城市低空无人机飞行任务管理方法，其特征在于，所述收货点到达时间的计算方法为：飞行路径1汇聚点/交叉点至收货点的飞行时间为t1′
，飞行路径2汇聚点/交叉点至收货点的飞行时间为t2′
，以此类推，飞行路径n汇聚点/交叉点至收货点的飞行时间为t
n
′
，飞行时间t1′
、t2′
、
……
、t
n
′
由距离除以速度得到，为已知量；根据计算出飞行路径1中每架无人机到达对应收货点的时间；根据计算出飞行路径2中每架无人机到达对应收货点的时间；以此类推，根据计算出飞行路径n中每架无人机到达对应收货点的时间。6.根据权利要求1所述的一种城市低空无人机飞行任务管理方法，其特征在于：所述预设的优先级包括任务类型优先、载重优先和等待时间优先；所述任务类型优先表示物流运输时间效率要求高的无人机优先；所述任务类型优先表示为s
task
，s
task
∈(0,1]，当s
task
取值为1时，表示该飞行任务为紧迫任务；所述载重优先表示运输重量大的无人机优先，所述载重优先表示为s
weight
，s
weight
∈(0,1]，当s
weight
取值为1时，表示无人机满载。所述等待时间优先表示等待时间长的无人机优先，等待时间优先表示为s
time
，其表达式为：式中，t
wait
表示无人机等待时间，t
max
表示无人机最长等待时间，u为调节参数。7.根据权利要求6所述的一种城市低空无人机飞行任务管理方法，其特征在于：每个飞行任务的优先级表示为：s＝s
task
+s
weight
+s
time
。8.根据权利要求1或7所述的一种城市低空无人机飞行任务管理方法，其特征在于：所述向排序后的飞行任务依次分配飞行时刻表中的配送点起飞时间和收货点到达时间，包括以下步骤：按照每一条飞行任务的优先级由高到低向飞行任务分配时刻，优先级最高的计划最先获得配送点起飞时间和收货点到达时间。9.一种城市低空无人机飞行任务管理装置，其特征在于，包括：航路网络划设模块，用于根据配送点和收货点对航路网络进行划设，获得飞行路径；飞行时刻生成模块，用于依据所述飞行路径，以及无人机安全运行间隔，制定飞行时刻
表，所述飞行时刻表用于确保每条飞行路径无冲突，所述飞行时刻表的信息包括配送点起飞时间、收货点到达时间；飞行时刻分配模块，用于基于接受到的飞行任务申请，按照预设的优先级对飞行任务进行排序，并向排序后的飞行任务依次分配飞行时刻表中的配送点起飞时间和收货点到达时间。10.一种城市低空无人机飞行任务管理系统，其特征在于，包括处理器及存储介质；所述存储介质用于存储指令；所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1～8任一项所述方法的步骤。
技术总结本发明公开了一种城市低空无人机飞行任务管理方法、装置及系统，所述方法包括根据配送点和收货点对航路网络进行划设，获得飞行路径；依据所述飞行路径，以及无人机安全运行间隔，制定飞行时刻表，所述飞行时刻表用于确保每条飞行路径无冲突，所述飞行时刻表的信息包括配送点起飞时间和收货点到达时间；基于接受到的飞行任务申请，按照预设的优先级对飞行任务进行排序，并向排序后的飞行任务依次分配飞行时刻表中的配送点起飞时间和收货点到达时间。本发明能够解决空域使用冲突的问题，为无人机飞行任务管理提供依据，缓解空中交通拥堵，降低航空器碰撞风险，推动智慧城市空中交通的发展。通的发展。通的发展。
技术研发人员：张洪海 刘皞 钟罡
受保护的技术使用者：南京天城交通研究院有限公司
技术研发日：2022.05.07
技术公布日：2022/11/1
