本發(fā)明涉及無人機物流運輸，具體為一種低空無人機物流運輸航路網(wǎng)絡(luò)容量的評估方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)代城市物流領(lǐng)域，隨著電商和快速配送需求的不斷增長，無人機作為一種新興的運輸方式逐漸被廣泛應(yīng)用。然而，盡管無人機具有快速、高效的優(yōu)勢，其在實際運營中仍面臨諸多挑戰(zhàn)。首先，由于城市交通環(huán)境復(fù)雜，運輸網(wǎng)絡(luò)存在擁堵和交叉路口頻繁的情況，導(dǎo)致無人機在特定航路上容易遭遇延遲。此外，氣象變化對無人機的飛行安全和能耗具有直接影響，惡劣天氣可能導(dǎo)致航班取消或延誤，進而增加運輸成本和客戶的不滿。此外，現(xiàn)有的無人機物流系統(tǒng)往往缺乏實時數(shù)據(jù)監(jiān)測和綜合評估能力，面對復(fù)雜的城市環(huán)境，難以有效優(yōu)化航路和運輸策略，從而限制了其在智能配送中的應(yīng)用潛力。

2、現(xiàn)有技術(shù)的不足之處在于，許多現(xiàn)有的物流系統(tǒng)依賴于靜態(tài)和預(yù)設(shè)的航路規(guī)劃，缺乏對實時交通和環(huán)境變化的響應(yīng)能力。這導(dǎo)致在交通擁堵或突發(fā)事件情況下，運輸時效性受到顯著影響，常常難以滿足客戶的需求；且現(xiàn)有技術(shù)通常未能有效整合來自不同來源的數(shù)據(jù)，例如交通流量、氣象條件和無人機自身的狀態(tài)信息。這種數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象使得決策過程缺乏全面性和準確性，導(dǎo)致運輸效率低下。

3、在所述背景技術(shù)部分公開的上述信息僅用于加強對本公開的背景的理解，因此它可以包括不構(gòu)成對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種低空無人機物流運輸航路網(wǎng)絡(luò)容量的評估方法及系統(tǒng)，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種低空無人機物流運輸航路網(wǎng)絡(luò)容量的評估方法，具體步驟包括：

4、步驟1：在城市的配送中心和運輸航路所經(jīng)的交叉路口采集交通流量數(shù)據(jù)；實時獲取運輸區(qū)域的氣象數(shù)據(jù)，包括溫度、降雨量和風(fēng)速，實時采集無人機的電池電量、飛行速度和負載數(shù)據(jù)；采集無人機物流運輸?shù)母鳁l航路長度，采集無人機在飛行過程中的自由流速和基礎(chǔ)能耗；

5、步驟2：根據(jù)航路長度、自由流速和交通流量數(shù)據(jù)生成預(yù)估延遲時間系數(shù)；將溫度、降雨量和風(fēng)速相結(jié)合生成氣象評估指數(shù)，根據(jù)氣象評估指數(shù)、飛行速度和基礎(chǔ)能耗生成飛行能耗系數(shù)；根據(jù)無人機的電池電量、執(zhí)行當(dāng)前任務(wù)所需電量和負載數(shù)據(jù)生成適應(yīng)性系數(shù)；

6、步驟3：將預(yù)估延遲時間系數(shù)、飛行能耗系數(shù)和適應(yīng)性系數(shù)相結(jié)合生成運輸評估模型，通過層次分析法來生成運輸評估模型內(nèi)的權(quán)重，利用運輸評估模型評估當(dāng)前航路，生成對應(yīng)的綜合評估指數(shù)；

7、步驟4：將綜合評估指數(shù)和預(yù)設(shè)的運輸評估閾值進行比較，根據(jù)比較的結(jié)果，生成無人機當(dāng)前物流運輸航路網(wǎng)絡(luò)容量的評估等級，將當(dāng)前無人機物流運輸航路網(wǎng)絡(luò)容量的等級分為：良好，一般，較差，并制定相應(yīng)的措施。

8、進一步地，所述采集交通流量數(shù)據(jù)具體為：

9、采集配送中心和運輸航路所經(jīng)的交叉路口的交通流量，并根據(jù)交管部門提供的數(shù)據(jù)，采集一周內(nèi)該交叉路口的最大流量；

10、采集運輸區(qū)域的氣象數(shù)據(jù)，具體為：實時獲取運輸區(qū)域的溫度、降雨量和風(fēng)速，其中，溫度的單位為攝氏度；降雨量的單位為毫米；風(fēng)速的單位為米每秒；

11、采集當(dāng)前任務(wù)所需電量、無人機自由流速和基礎(chǔ)能耗的具體邏輯為：在飛行模擬器中設(shè)置無人機的參數(shù)和任務(wù)要求，模擬任務(wù)執(zhí)行過程，觀察并記錄電池消耗，從模擬結(jié)果中提取完成任務(wù)所需電量；模擬無人機在不同條件下的飛行，以觀察其在無干擾情況下的速度表現(xiàn)，根據(jù)模擬結(jié)果記錄自由流速；模擬無人機的懸停和飛行過程，記錄能耗數(shù)據(jù)，從模擬結(jié)果中提取基礎(chǔ)能耗；

12、采集無人機物流運輸?shù)暮铰烽L度具體為：

13、利用無人機上的gps模塊，記錄無人機飛行的每個坐標(biāo)點；在無人機起飛和降落時，記錄其起始和結(jié)束的gps坐標(biāo)點，使用哈弗辛公式計算兩點間的距離：

14、；

15、其中，表示第條航路的長度，表示地球半徑，和分別為第個航路的飛行起始和結(jié)束的緯度和經(jīng)度，和為兩點的緯度差和經(jīng)度差，表示無人機物流運輸?shù)暮铰返木幪枴?/p>

16、進一步地，所述根據(jù)航路長度、自由流速和交通流量數(shù)據(jù)生成航路的預(yù)估延遲時間系數(shù)，所依據(jù)的公式為：

17、；

18、其中，為航路的預(yù)估延遲系數(shù)，是運輸航路的長度，是無人機在飛行過程中的自由流速，是航路的交通流量，是航路的最大交通流量。

19、進一步地，所述將溫度、降雨量和風(fēng)速相結(jié)合生成氣象評估指數(shù)，所依據(jù)的具體邏輯為：

20、將采集到的實時溫度與預(yù)設(shè)的溫度閾值進行比較，若超過閾值，則計算出實時溫度和溫度閾值的差t；

21、；

22、其中，為氣象評估指數(shù)，t為實時溫度和溫度閾值的差，為降雨量，為風(fēng)速，為常數(shù)修正指數(shù)。

23、進一步地，所述根據(jù)氣象評估指數(shù)、飛行速度和基礎(chǔ)能耗生成飛行能耗系數(shù)，所依據(jù)的公式如下：

24、；

25、其中，為飛行能耗系數(shù)，為基礎(chǔ)能耗，為運輸區(qū)域的氣象評估指數(shù)，是其預(yù)設(shè)的比例系數(shù)，是無人機的飛行速度，是其預(yù)設(shè)的比例系數(shù)，且、大于零,為常數(shù)修正指數(shù)；

26、進一步地，生成適應(yīng)性系數(shù)的邏輯，具體為：

27、將無人機的電池電量、執(zhí)行當(dāng)前任務(wù)所需電量和負載數(shù)據(jù)相結(jié)合，依據(jù)如下公式計算適應(yīng)性系數(shù)：

28、；

29、其中，為適應(yīng)性系數(shù)，為無人機當(dāng)前電池電量，為執(zhí)行當(dāng)前任務(wù)所需電量，為負載數(shù)據(jù)，為其預(yù)設(shè)的比例系數(shù)，大于零，為常數(shù)修正指數(shù)。

30、進一步地，所述利用運輸評估模型評估當(dāng)前航路，生成對應(yīng)的綜合評估指數(shù)的過程，具體包括：將航路的預(yù)估延遲時間系數(shù)、飛行能耗系數(shù)和適應(yīng)性系數(shù)相結(jié)合生成運輸評估模型，并利用運輸評估模型評估當(dāng)前航路，生成對應(yīng)的綜合評估系數(shù)，所依據(jù)的公式如下：

31、；

32、其中，為航路的綜合評估指數(shù)，為航路的預(yù)估延遲時間系數(shù)，為飛行能耗系數(shù)，為適應(yīng)性系數(shù)，、和分別為適應(yīng)性系數(shù)、預(yù)估延遲時間系數(shù)和飛行能耗系數(shù)的權(quán)重，為常數(shù)修正指數(shù)。

33、進一步地，通過層次分析法來生成運輸評估模型內(nèi)的權(quán)重的具體邏輯為：

34、將適應(yīng)性系數(shù)、預(yù)估延遲時間系數(shù)和飛行能耗系數(shù)三個指標(biāo)進行標(biāo)記，通過九標(biāo)度法確定兩兩之間的相對重要性的數(shù)值，構(gòu)造判斷矩陣，其中將適應(yīng)性系數(shù)標(biāo)記為1，預(yù)估延遲時間系數(shù)標(biāo)記為2，飛行能耗系數(shù)標(biāo)記為3，構(gòu)造的判斷矩陣為：

35、；

36、其中，、表示指標(biāo)的標(biāo)記，表示指標(biāo)對指標(biāo)的重要度，且,;

37、對于判斷矩陣內(nèi)部的各個元素進行歸一化處理，所述歸一化處理的具體公式為：

38、；

39、其中，為歸一化處理后的數(shù)值；

40、依據(jù)歸一化處理后的判斷矩陣內(nèi)部的各個元素值計算各個指標(biāo)的權(quán)重值，所依據(jù)的具體公式為：

41、；

42、其中，為指標(biāo)的權(quán)重值。

43、適應(yīng)性系數(shù)、預(yù)估延遲時間系數(shù)和飛行能耗系數(shù)的權(quán)重所依據(jù)的計算公式為：

44、；

45、；

46、；

47、其中，表示歸一化處理后適應(yīng)性系數(shù)相對于指標(biāo)的重要度，表示歸一化處理后預(yù)估延遲時間系數(shù)相對于指標(biāo)的重要度，表示歸一化處理后飛行能耗系數(shù)相對于指標(biāo)的重要度。

48、進一步地，將綜合評估指數(shù)和預(yù)設(shè)的運輸評估閾值進行比較，根據(jù)比較的結(jié)果，生成無人機當(dāng)前物流運輸航路網(wǎng)絡(luò)容量的評估等級，所依據(jù)的具體邏輯為：

49、當(dāng)時，判斷當(dāng)前運輸航路網(wǎng)絡(luò)容量較差，當(dāng)前航路網(wǎng)絡(luò)嚴重擁堵，運輸效率低下，需要立刻重新評估航路網(wǎng)絡(luò)，改變航路；

50、當(dāng)時，判斷當(dāng)前運輸航路網(wǎng)絡(luò)容量一般，航路網(wǎng)絡(luò)存在一定的擁堵，可增設(shè)新的起降點，進行航路優(yōu)化；

51、當(dāng)時，判斷當(dāng)前運輸航路網(wǎng)絡(luò)容量良好，條件適宜，按照當(dāng)前航路繼續(xù)進行物流運輸；

52、其中，為綜合評估指數(shù)，為運輸評估閾值。

53、本發(fā)明另外還提供一種低空無人機物流運輸航路網(wǎng)絡(luò)容量的評估系統(tǒng)，所述低空無人機物流運輸航路網(wǎng)絡(luò)容量的評估系統(tǒng)用于執(zhí)行上述的低空無人機物流運輸航路網(wǎng)絡(luò)容量的評估方法，包括：

54、數(shù)據(jù)采集模塊，用于在城市的配送中心和運輸航路所經(jīng)的交叉路口處布置傳感器，采集交通流量數(shù)據(jù)；利用氣象api每小時獲取運輸區(qū)域的氣象數(shù)據(jù)，包括溫度、降雨量和風(fēng)速；在無人機上集成gps模塊，實時采集無人機的電池電量、飛行速度和負載數(shù)據(jù)；采集無人機物流運輸?shù)母鳁l航路長度，采集無人機在飛行過程中的自由流速和基礎(chǔ)能耗；

55、數(shù)據(jù)分析模塊，用于根據(jù)航路長度、自由流速和交通流量數(shù)據(jù)生成預(yù)估延遲時間系數(shù)；將溫度、降雨量和風(fēng)速相結(jié)合生成氣象評估指數(shù)，根據(jù)氣象評估指數(shù)、飛行速度和基礎(chǔ)能耗生成飛行能耗系數(shù)；根據(jù)無人機的電池電量、執(zhí)行當(dāng)前任務(wù)所需電量和負載數(shù)據(jù)生成適應(yīng)性系數(shù)；

56、綜合評估指數(shù)生成模塊，用于將預(yù)估延遲時間系數(shù)、飛行能耗系數(shù)和適應(yīng)性系數(shù)相結(jié)合生成運輸評估模型，通過層次分析法來生成運輸評估模型內(nèi)的權(quán)重，利用運輸評估模型評估當(dāng)前航路，生成對應(yīng)的綜合評估指數(shù)；

57、智能分析模塊，用于將綜合評估指數(shù)和預(yù)設(shè)的運輸評估閾值進行比較，根據(jù)比較的結(jié)果，生成無人機當(dāng)前物流運輸航路網(wǎng)絡(luò)容量的評估等級，將當(dāng)前無人機物流運輸航路網(wǎng)絡(luò)容量的等級分為：良好，一般，較差，并制定相應(yīng)的措施。

58、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

59、本發(fā)明通過在交通關(guān)鍵點和無人機上布置傳感器，結(jié)合氣象數(shù)據(jù)與實時飛行信息，構(gòu)建了一種綜合的運輸評估模型。這一模型能夠?qū)崟r預(yù)測航路的運輸延遲、能耗和適應(yīng)性，為無人機的運營提供了科學(xué)的決策依據(jù)。通過層次分析法對各項指標(biāo)進行加權(quán)評估，能夠準確判斷無人機物流運輸航路的網(wǎng)絡(luò)容量等級，有助于識別潛在問題并制定相應(yīng)的優(yōu)化措施。最終，這將顯著提高城市配送的效率，降低運營成本，提升客戶滿意度，同時也為無人機的智能調(diào)度和資源配置提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。