本發(fā)明涉及無(wú)人機(jī)交通控制，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種智慧城市ai無(wú)人機(jī)的低空巡防系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、隨著智慧城市的快速發(fā)展，城市管理和服務(wù)的智能化水平不斷提高，無(wú)人機(jī)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于城市安全巡防領(lǐng)域，無(wú)人機(jī)的應(yīng)用為城市管理提供了高效、靈活的解決方案，尤其是在低空巡防和實(shí)時(shí)監(jiān)控方面具有重要的優(yōu)勢(shì)。

2、ai無(wú)人機(jī)作為智慧城市中的重要組成部分，利用人工智能技術(shù)和自我學(xué)習(xí)能力，可以在復(fù)雜的環(huán)境中自主飛行和決策。這些無(wú)人機(jī)能夠通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)收集周?chē)h(huán)境的數(shù)據(jù)，并利用大數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)優(yōu)化飛行軌跡，實(shí)現(xiàn)任務(wù)的自主執(zhí)行。然而，如果任務(wù)需要對(duì)動(dòng)態(tài)的城市環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)巡航，尤其是追蹤可疑目標(biāo)、應(yīng)對(duì)突發(fā)事件或執(zhí)行巡查任務(wù)，可能需要較多數(shù)量的無(wú)人機(jī)以保障靈活性和快速反應(yīng)。

3、現(xiàn)有技術(shù)中，多個(gè)無(wú)人機(jī)在密集區(qū)域內(nèi)協(xié)同飛行時(shí)，若未充分考慮氣流互動(dòng)引起的動(dòng)力學(xué)耦合效應(yīng)，可能導(dǎo)致無(wú)人機(jī)飛行穩(wěn)定性、速度和航向的偏離，進(jìn)而影響整個(gè)無(wú)人機(jī)集群的任務(wù)執(zhí)行效果。

4、為了解決上述問(wèn)題，現(xiàn)提供一種技術(shù)方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種智慧城市ai無(wú)人機(jī)的低空巡防系統(tǒng)及方法以解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種智慧城市ai無(wú)人機(jī)的低空巡防方法，包括如下步驟：

4、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)無(wú)人機(jī)的飛行狀態(tài)和相對(duì)位置，判斷目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的無(wú)人機(jī)密集程度是否超出安全閾值；

5、當(dāng)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的無(wú)人機(jī)密集程度超出安全閾值時(shí)，通過(guò)建立非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)模型分析無(wú)人機(jī)與周?chē)鷼饬鞯南嗷プ饔茫u(píng)估目標(biāo)區(qū)域內(nèi)無(wú)人機(jī)飛行導(dǎo)致的動(dòng)力學(xué)耦合效應(yīng)隱患；

6、通過(guò)相空間重構(gòu)與多尺度分析結(jié)合分析目標(biāo)區(qū)域內(nèi)地面反射氣流的時(shí)空變化，評(píng)估地面反射氣流對(duì)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)無(wú)人機(jī)飛行軌跡的潛在干擾程度；

7、基于目標(biāo)區(qū)域內(nèi)無(wú)人機(jī)飛行導(dǎo)致的動(dòng)力學(xué)耦合效應(yīng)隱患和地面反射氣流對(duì)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)無(wú)人機(jī)飛行軌跡的潛在干擾程度，判斷是否進(jìn)行目標(biāo)區(qū)域的整體交通協(xié)調(diào)優(yōu)化；

8、當(dāng)需要進(jìn)行目標(biāo)區(qū)域的整體交通協(xié)調(diào)優(yōu)化時(shí)，對(duì)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)每個(gè)無(wú)人機(jī)與其他無(wú)人機(jī)的飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，評(píng)估每個(gè)無(wú)人機(jī)的飛行路徑復(fù)雜性；

9、基于無(wú)人機(jī)的飛行路徑復(fù)雜性確定每個(gè)無(wú)人機(jī)的軌跡需調(diào)整優(yōu)先級(jí)。

10、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)無(wú)人機(jī)的飛行狀態(tài)和相對(duì)位置，判斷目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的無(wú)人機(jī)密集程度是否超出安全閾值，具體為：

11、實(shí)時(shí)收集所有無(wú)人機(jī)的飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)，飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)包括位置、速度、航向和飛行高度；

12、根據(jù)飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)確定無(wú)人機(jī)是否位于目標(biāo)區(qū)域內(nèi)：

13、將位于目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的無(wú)人機(jī)數(shù)量與目標(biāo)區(qū)域的體積進(jìn)行比較，確定目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的無(wú)人機(jī)密集程度；

14、基于目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的無(wú)人機(jī)密集程度和其對(duì)應(yīng)的安全閾值的比較，判斷目標(biāo)區(qū)域內(nèi)無(wú)人機(jī)的飛行安全隱患。

15、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，通過(guò)建立非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)模型分析無(wú)人機(jī)與周?chē)鷼饬鞯南嗷プ饔?，評(píng)估目標(biāo)區(qū)域內(nèi)無(wú)人機(jī)飛行導(dǎo)致的動(dòng)力學(xué)耦合效應(yīng)隱患，具體為：

16、實(shí)時(shí)獲取目標(biāo)區(qū)域內(nèi)無(wú)人機(jī)的周?chē)鷼饬鲾?shù)據(jù)，周?chē)鷼饬鲾?shù)據(jù)包括氣流速度、氣流方向和湍流度；

17、根據(jù)無(wú)人機(jī)的飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)和周?chē)鷼饬鲾?shù)據(jù)，構(gòu)建描述無(wú)人機(jī)運(yùn)動(dòng)和受力情況的非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)模型；

18、利用所建立的非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)模型，計(jì)算無(wú)人機(jī)之間的相互作用力和無(wú)人機(jī)與周?chē)鷼饬髦g的擾動(dòng)力；

19、使用數(shù)值方法對(duì)非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行數(shù)值解算，模擬在高密度飛行環(huán)境下無(wú)人機(jī)與氣流之間的耦合效應(yīng)，評(píng)估目標(biāo)區(qū)域內(nèi)無(wú)人機(jī)飛行導(dǎo)致的動(dòng)力學(xué)耦合效應(yīng)隱患；目標(biāo)區(qū)域內(nèi)無(wú)人機(jī)飛行導(dǎo)致的動(dòng)力學(xué)耦合效應(yīng)隱患包括正常和異常。

20、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，通過(guò)相空間重構(gòu)與多尺度分析結(jié)合分析目標(biāo)區(qū)域內(nèi)地面反射氣流的時(shí)空變化，評(píng)估地面反射氣流對(duì)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)無(wú)人機(jī)飛行軌跡的潛在干擾程度，具體為：

21、實(shí)時(shí)獲取目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的地面反射氣流數(shù)據(jù)；

22、利用相空間重構(gòu)方法，將地面反射氣流數(shù)據(jù)映射到高維相空間，重建氣流的動(dòng)態(tài)特性和變化規(guī)律；

23、采用多尺度分析方法，對(duì)高維相空間中的地面反射氣流數(shù)據(jù)在不同尺度下進(jìn)行處理，提取地面反射氣流的特征信息；

24、根據(jù)地面反射氣流的特征信息建立描述地面反射的氣流時(shí)空變化模型，反映氣流對(duì)時(shí)間和空間的依賴(lài)關(guān)系；

25、利用建立的氣流時(shí)空變化模型，評(píng)估地面反射氣流對(duì)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)無(wú)人機(jī)飛行軌跡的潛在干擾程度；地面反射氣流對(duì)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)無(wú)人機(jī)飛行軌跡的潛在干擾程度包括大和正常。

26、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，基于目標(biāo)區(qū)域內(nèi)無(wú)人機(jī)飛行導(dǎo)致的動(dòng)力學(xué)耦合效應(yīng)隱患和地面反射氣流對(duì)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)無(wú)人機(jī)飛行軌跡的潛在干擾程度，判斷是否進(jìn)行目標(biāo)區(qū)域的整體交通協(xié)調(diào)優(yōu)化，具體為：

27、當(dāng)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)無(wú)人機(jī)飛行導(dǎo)致的動(dòng)力學(xué)耦合效應(yīng)隱患正常，且地面反射氣流對(duì)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)無(wú)人機(jī)飛行軌跡的潛在干擾程度正常時(shí)，則判定不進(jìn)行目標(biāo)區(qū)域的整體交通協(xié)調(diào)優(yōu)化；否則，判定進(jìn)行目標(biāo)區(qū)域的整體交通協(xié)調(diào)優(yōu)化。

28、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，當(dāng)需要進(jìn)行目標(biāo)區(qū)域的整體交通協(xié)調(diào)優(yōu)化時(shí)，對(duì)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)每個(gè)無(wú)人機(jī)與其他無(wú)人機(jī)的飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，評(píng)估每個(gè)無(wú)人機(jī)的飛行路徑復(fù)雜性，具體為：

29、根據(jù)飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)計(jì)算每個(gè)無(wú)人機(jī)與其他無(wú)人機(jī)之間的相對(duì)位置和速度差異；

30、通過(guò)分析無(wú)人機(jī)之間的相對(duì)位置和速度差異，識(shí)別可能發(fā)生的飛行路徑?jīng)_突和干擾情況：對(duì)于滿(mǎn)足兩個(gè)無(wú)人機(jī)之間的距離小于預(yù)設(shè)的安全范圍的兩個(gè)無(wú)人機(jī)，標(biāo)記出所有滿(mǎn)足速度差異小于預(yù)設(shè)速度差異的無(wú)人機(jī)對(duì)；

31、基于飛行路徑?jīng)_突和干擾情況，評(píng)估每個(gè)無(wú)人機(jī)的飛行路徑復(fù)雜性。

32、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，基于飛行路徑?jīng)_突和干擾情況，評(píng)估每個(gè)無(wú)人機(jī)的飛行路徑復(fù)雜性，具體為：

33、計(jì)算每個(gè)無(wú)人機(jī)的路徑復(fù)雜性因子，其表達(dá)式為：；其中，是路徑復(fù)雜性因子，是與無(wú)人機(jī)存在路徑?jīng)_突的其他無(wú)人機(jī)的數(shù)量，是與無(wú)人機(jī)存在路徑?jīng)_突的其他無(wú)人機(jī)的編號(hào)；表示第個(gè)無(wú)人機(jī)和與其存在路徑?jīng)_突的第個(gè)無(wú)人機(jī)之間的速度差異，是第個(gè)無(wú)人機(jī)和與其存在路徑?jīng)_突的第個(gè)無(wú)人機(jī)之間的距離，是常數(shù)。

34、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，基于無(wú)人機(jī)的飛行路徑復(fù)雜性確定每個(gè)無(wú)人機(jī)的軌跡需調(diào)整優(yōu)先級(jí)，具體為：

35、計(jì)算調(diào)整優(yōu)先級(jí)值，其表達(dá)式為：；其中，是第個(gè)無(wú)人機(jī)的調(diào)整優(yōu)先級(jí)值，是第個(gè)無(wú)人機(jī)的調(diào)整優(yōu)先級(jí)權(quán)重；

36、調(diào)整優(yōu)先級(jí)值越大，無(wú)人機(jī)的軌跡需調(diào)整優(yōu)先級(jí)越高，基于調(diào)整優(yōu)先級(jí)值從大到小對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行排序，優(yōu)先調(diào)整排序靠前的無(wú)人機(jī)的運(yùn)行軌跡。

37、另一方面，本發(fā)明提供一種智慧城市ai無(wú)人機(jī)的低空巡防系統(tǒng)，包括密集程度監(jiān)測(cè)模塊、耦合效應(yīng)分析模塊、地面效應(yīng)分析模塊、交通綜合優(yōu)化模塊、路徑復(fù)雜評(píng)估模塊以及軌跡優(yōu)先確定模塊；

38、密集程度監(jiān)測(cè)模塊：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)無(wú)人機(jī)的飛行狀態(tài)和相對(duì)位置，判斷目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的無(wú)人機(jī)密集程度是否超出安全閾值；

39、耦合效應(yīng)分析模塊：當(dāng)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的無(wú)人機(jī)密集程度超出安全閾值時(shí)，通過(guò)建立非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)模型分析無(wú)人機(jī)與周?chē)鷼饬鞯南嗷プ饔?，評(píng)估目標(biāo)區(qū)域內(nèi)無(wú)人機(jī)飛行導(dǎo)致的動(dòng)力學(xué)耦合效應(yīng)隱患；

40、地面效應(yīng)分析模塊：當(dāng)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的無(wú)人機(jī)密集程度超出安全閾值時(shí)，通過(guò)相空間重構(gòu)與多尺度分析結(jié)合分析目標(biāo)區(qū)域內(nèi)地面反射氣流的時(shí)空變化，評(píng)估地面反射氣流對(duì)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)無(wú)人機(jī)飛行軌跡的潛在干擾程度；

41、交通綜合優(yōu)化模塊：基于目標(biāo)區(qū)域內(nèi)無(wú)人機(jī)飛行導(dǎo)致的動(dòng)力學(xué)耦合效應(yīng)隱患和地面反射氣流對(duì)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)無(wú)人機(jī)飛行軌跡的潛在干擾程度，判斷是否進(jìn)行目標(biāo)區(qū)域的整體交通協(xié)調(diào)優(yōu)化；

42、路徑復(fù)雜評(píng)估模塊：當(dāng)需要進(jìn)行目標(biāo)區(qū)域的整體交通協(xié)調(diào)優(yōu)化時(shí)，對(duì)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)每個(gè)無(wú)人機(jī)與其他無(wú)人機(jī)的飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，評(píng)估每個(gè)無(wú)人機(jī)的飛行路徑復(fù)雜性；

43、軌跡優(yōu)先確定模塊：基于無(wú)人機(jī)的飛行路徑復(fù)雜性確定每個(gè)無(wú)人機(jī)的軌跡需調(diào)整優(yōu)先級(jí)。

44、本發(fā)明一種智慧城市ai無(wú)人機(jī)的低空巡防系統(tǒng)及方法的技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)：

45、1、通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)無(wú)人機(jī)的飛行狀態(tài)與相對(duì)位置，能夠有效判斷目標(biāo)區(qū)域內(nèi)無(wú)人機(jī)的密集程度是否超出安全閾值，從而減少因無(wú)人機(jī)密集而引發(fā)的飛行路徑?jīng)_突或干擾；通過(guò)對(duì)密集區(qū)域內(nèi)無(wú)人機(jī)之間的飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，能夠在無(wú)人機(jī)飛行軌跡的規(guī)劃階段及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的沖突風(fēng)險(xiǎn)，確保無(wú)人機(jī)在復(fù)雜環(huán)境下的自主飛行更加安全、高效；此外，基于非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)模型分析無(wú)人機(jī)與周?chē)鷼饬鞯南嗷プ饔茫軌蛟u(píng)估目標(biāo)區(qū)域內(nèi)無(wú)人機(jī)飛行所可能導(dǎo)致的動(dòng)力學(xué)耦合效應(yīng)隱患，為無(wú)人機(jī)群體飛行中的安全性提供保障；結(jié)合相空間重構(gòu)與多尺度分析，能夠深入分析地面反射氣流的時(shí)空變化，評(píng)估其對(duì)無(wú)人機(jī)飛行軌跡的潛在干擾，進(jìn)一步提升飛行任務(wù)的精準(zhǔn)度與穩(wěn)定性，從而在動(dòng)態(tài)的城市環(huán)境中，確保ai無(wú)人機(jī)的高效執(zhí)行和快速反應(yīng)。

46、2、當(dāng)目標(biāo)區(qū)域的無(wú)人機(jī)密集度超出安全閾值時(shí)，本發(fā)明通過(guò)基于飛行路徑復(fù)雜性?xún)?yōu)先調(diào)整飛行軌跡，確保關(guān)鍵任務(wù)的無(wú)人機(jī)能夠優(yōu)先調(diào)整軌跡，避免航向偏離或沖突，提升集群協(xié)同能力；基于每個(gè)無(wú)人機(jī)的飛行路徑復(fù)雜性計(jì)算調(diào)整優(yōu)先級(jí)，使得軌跡調(diào)整更加科學(xué)合理，避免不必要的干擾和擁堵，優(yōu)化整體飛行效率；在實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)精確的飛行路徑分析和優(yōu)化，本發(fā)明能夠有效提升智慧城市中ai無(wú)人機(jī)低空巡防任務(wù)的執(zhí)行效率，減少飛行過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)，確保無(wú)人機(jī)集群能夠協(xié)同執(zhí)行巡查、監(jiān)控、應(yīng)急響應(yīng)等任務(wù)，從而大幅提升城市管理的智能化水平和公共安全保障能力。