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空域管理总体设计1
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2022-08-04
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摘要i第一章 项目简介11.1 项目背景11.2 项目制作的目的与意义21.3 项目创新点2第二章 系统方案选择与论证32.1 总体设计32.2 技术方案4第三
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项目论文
多基站式空域管理系统
——
面向用户终端的快递外卖投送系统
i
摘要
面对外卖、快递市场不断膨胀、无人机运送技术走入现实的今天,如何设计
更加高效可靠安全的空域管理系统,使得更多无人机能够同时进行远距离投送,
成为亟待解决的问题。本系统设计了一种基于多基站式的独立运行、相互配合的
工作模式,利用微信小程序和 Qt 软件,提供直观方便的人机接口,能够针对长距
离多机寻路的现实问题进行实时动态调度、监控显示,通过几个独立子系统配合,
实现空域管理的功能。
在单基站的调度方面,提出一种算力消耗显著低于传统的 A*等算法的 Inself
寻路算法,能够快速、低算力地得到一条非离散坐标的路径集合;同时基于此快
速寻路算法,对碰撞点冲突进行重新寻路,根据路况信息和其他无人机的路径时
间信息,实时动态地调整无人机路径。
而在多基站配合方面,采用部署 django 和 MySQL 数据库的方式进行多个独
立运行系统之间的异步通信,实现了无人机从一个基站过渡到另一个基站。同时
在创建无人机时,利用 Inself 算法的快速性,在总控台中得到一条静态地图下的
路径及其经过各个基站的出入口集合,方便后续无人机的进入。
在人机接口交互方面,针对用户,去 app 化而采用微信小程序提供交互界面,
通过部署的 django 实现数据与 MySQL 之间通信。针对监管人员,提供各个子基
站独立运行的界面,能够监视本基站内的所有无人机以及实时监控、更改路况信
息进行调度。
通过以上几个方面,本设计以多基站式的思想完成了长距离下的多机协同规
划调度,避免了过大地图下重新寻路的大量计算,转而使用基站内出入口之间的
调度调整路径,完成了空域管理调度系统。
关键字:空域管理,路径规划,实时调度
ii
Abstract
In the face of the expanding take-out and express market and the reality of
unmanned aerial vehicle delivery technology, how to design a more efficient, reliable
and safe airspace management system to enable more unmanned aerial vehicles to
deliver at a long distance at the same time has become an urgent problem to be solved.
In terms of the scheduling of single base station, an Inself pathfinding algorithm
with significantly lower computational force consumption than the traditional A*
algorithm is proposed, which can quickly and cheaply obtain A path set of non-discrete
coordinates. At the same time, based on the fast pathfinding algorithm, the collision
point conflict is re-pathfinding, and the aircraft path is dynamically adjusted in real
time according to the road condition information and other aircraft path time
information.
In the aspect of cooperation of multiple base stations, django and MySQL
database are deployed to conduct asynchronous communication between multiple
independent operating systems to realize the transition from one base station to another.
At the same time, when creating the aircraft, the rapidity of Inself algorithm is utilized
to obtain a path under the static map and the set of entrances and exits passing through
each base station in the general control console.
In terms of human-machine interface interaction, for users, the WeChat small
program is adopted to provide the interactive interface for de-app, and the deployed
django realizes the communication between data and MySQL. For regulators, it
provides an interface for each sub-base station to operate independently, which can
monitor all aircraft in the base station and change condition information in real time.
Through the above aspects, this design completes the multi-machine coordinated
planning and scheduling under the long distance with the idea of multi-base station to
complete the airspace management scheduling system.
Keywords
Airspace management, Path planning, Real-time scheduling
iii
目录
摘要..................................................................................................................................... i
Abstract...............................................................................................................................ii
第一章 项目简介...............................................................................................................1
1.1 项目背景..............................................................................................................1
1.2 项目制作的目的与意义......................................................................................2
1.3 项目创新点..........................................................................................................2
第二章 系统方案选择与论证...........................................................................................3
2.1 总体设计..............................................................................................................3
2.2 技术方案..............................................................................................................4
第三章 单基站调度设计...................................................................................................5
3.1 总体设计...............................................................................................................5
3.2 路径规划..............................................................................................................5
3.2.1 栅格化地图寻路算法...............................................................................6
3.2.2 回归模拟地图路径...................................................................................8
3.3 多机协同调度....................................................................................................10
第四章 多基站协同管理设计.........................................................................................11
4.1 模型设计.............................................................................................................11
4.2 模块实现.............................................................................................................12
4.2.1 外部无人机静态路径规划......................................................................12
4.2.2 内部无人机子基站间调度......................................................................13
第五章 人机交互系统设计.............................................................................................14
5.1 基站管理交互....................................................................................................14
5.2 用户服务交互....................................................................................................15
第六章 应用前景.............................................................................................................16
结论...................................................................................................................................18
参考文献...........................................................................................................................19
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