一种垂直起降机场布局仿真系统的制作方法

1.本发明涉及垂直起降机场布局仿真技术领域，特别涉及一种垂直起降机场布局仿真系统。


背景技术：

2.随着城市化进程的高速发展，城市的交通拥堵、环境污染问题，逐渐成为制约城市发展的重要问题之一。
3.城市空中交通(uam，urban airmobility)，也称为先进空中交通(aam，advanced airmobility)作为一个新兴的航空领域与解决方案，在这种环境和要求下应运而生,它主要是指通过无人或有人机在空中运送人员和货物的城市交通系统。该系统普遍采用新能源作为飞行器动力，通过设置不同的短距以及垂直起降场实现“端到端”的不同节点间的物流运输和客运飞行，既可以有效解决地面交通的拥堵问题，又符合绿色环保的要求。电动垂直起降飞机evtol(electric vertical take-offand landing)是上述城市空中交通的一种主要解决方案和运输载体，而电动垂直起降飞机evtol通过垂直起降机场(vtp)实现起飞和降落。
4.垂直起降机场是一片位于地面或高处的区域，包括其上的任何建筑物和设施，用来支持电动垂直起降航空器的起飞和着陆。城市空中交通具有空间紧凑，人员、设施密集，安全要求高等特点，这些特点决定了以evtol为主的城市，垂直起降场将成为城市空中机动性的关键推动者，而且垂直起降场将成为城市空中交通运营中的关键一环。目前，垂直起降场选址采用传统选址建造评估方式，仿真验证效率低下，成本高、建设时间长。
5.综上所述，如何提高垂直起降机场布局仿真效率是本领域技术人员目前需要解决的一项技术问题。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种垂直起降机场布局仿真系统，可以显著提高垂直起降机场布局仿真效率。其具体方案如下：
7.一种垂直起降机场布局仿真系统，包括：
8.垂直起降机场设计模块，用于根据电动垂直起降飞机设计垂直起降机场模型，其中，所述垂直起降机场模型包括起降坪、停机位和用于连接所述起降坪和所述停机位的停机坪滑行道；
9.垂直起降机场模型创建模块，用于根据所述垂直起降机场模型，创建源文件；
10.几何模型生成模块，用于根据所述源文件生成垂直起降机场几何模型；
11.垂直起降机场选址模块，包括选址单元和选址规划单元，其中，所述选址单元用于以目标地区为中心向周围发散布置一个或一个以上所述垂直起降机场几何模型，得到初步选址方案，所述选址规划单元用于根据所述目标地区的人口密度数据、建筑环境数据和气象数据，判断所述初步选址方案是否符合预设选址因素，若是，则保存所述初步选址方案，
若否，则由所述选址单元重新选址；
12.图形渲染模块，包括用于对所述垂直起降机场几何模型及所述目标地区进行图形渲染，得到可视化场景；
13.显示模块，用于实时显示所述可视场景。
14.优选的，所述起降坪包括着陆起飞区、进近起飞区和定位标志区、其中，所述着陆起飞区位于所述进近起飞区内，所述定位标志区位于所述进近起飞区内。
15.优选的，所述起降坪包括降落位和起飞位。
16.优选的，所述预设选址因素包括：
17.所述垂直起降机场几何模型提供一条以上飞行路线，且至少两条所述飞行路线相隔135度；
18.所述初步选址方案中布置的所述垂直起降机场几何模型在预设距离内不存在障碍物，且无禁飞保护区；
19.所述初步选址方案符合所述目标地区的土地使用用途要求；
20.所述初步选址方案相应所述气象数据满足所述电动垂直起降飞机进行正常飞行的技术参数，其中，所述气象数据包括风速数据、阵风数据和湍流数据。
21.优选的，所述垂直起降机场布局仿真系统还包括用于验证仿真的验证模块，其中，
22.场景设置单元，用于根据所述垂直起降机场几何模型设置起飞机场和着陆机场，根据所述可视化场景设置地理环境和天气环境，得到训练场景；
23.垂直起降单元，用于根据从所述建筑环境数据中获取到的所述起飞机场和所述着陆机场的经度、维度、高度和起飞降落朝向，计算所述电动垂直起降飞机起飞与降落数据，得到进出场程序；
24.空域管理单元，用于根据所述建筑环境数据规划航线，得到飞行管理规划航线；
25.飞行管理单元，用于分析所述飞行管理规划航线、所述进出场程序和所述电动垂直起降飞机的性能参数，得到所述电动垂直起降飞机的飞行引导数据；
26.飞行控制单元，用于根据所述飞行引导数据控制所述电动垂直起降飞机飞行。
27.本发明提供了一种垂直起降机场布局仿真系统，包括垂直起降机场设计模块，用于根据电动垂直起降飞机设计垂直起降机场模型，其中，所述垂直起降机场模型包括起降坪、停机位和用于连接所述起降坪和所述停机位的停机坪滑行道；垂直起降机场模型创建模块，用于根据所述垂直起降机场模型，创建源文件；几何模型生成模块，用于根据所述源文件生成垂直起降机场几何模型；垂直起降机场选址模块，包括选址单元和选址规划单元，其中，所述选址单元用于以目标地区为中心向周围发散布置一个或一个以上所述垂直起降机场几何模型，得到初步选址方案，所述选址规划单元用于根据所述目标地区的人口密度数据、建筑环境数据和气象数据，判断所述初步选址方案是否符合预设选址因素，若是，则保存所述初步选址方案，若否，则由所述选址单元重新选址；图形渲染模块，包括用于对所述垂直起降机场几何模型及所述目标地区进行图形渲染，得到可视化场景；显示模块，用于实时显示所述可视场景。可见，本发明根据电动垂直起降飞机、目标地区相应信息生成初步选址方案，利用预设选址因素筛选相关模型并渲染生成可视化场景，显著提高了垂直起降机场布局仿真效率。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施方案或现有技术中的技术方案，下面将对实施方案或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施方案，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
29.图1为本发明实施方案提供的一种垂直起降机场布局仿真系统的结构示意图；
30.图2为本发明实施方案提供的一种具体的垂直起降机场布局仿真系统的垂直起降机场模型示意图；
31.图3为本发明实施方案提供的另一种具体的垂直起降机场布局仿真系统的垂直起降机场模型示意图；
32.图4为本发明实施方案提供的又一种具体的垂直起降机场布局仿真系统的垂直起降机场模型示意图；
33.图5为本发明实施方案提供的再一种具体的垂直起降机场布局仿真系统的垂直起降机场模型示意图；
34.图6为本发明实施方案提供的一种具体的垂直起降机场布局仿真系统的垂直起降机场选址示意图；
35.图7为本发明实施方案提供的一种具体的垂直起降机场布局仿真系统的结构示意图。
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施方案中的附图，对本发明实施方案中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方案仅仅是本发明一部分实施方案，而不是全部的实施方案。基于本发明中的实施方案，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方案，都属于本发明保护的范围。
37.本发明实施方案提供了一种垂直起降机场布局仿真系统，参见图1所示，包括：
38.垂直起降机场设计模块1，用于根据电动垂直起降飞机设计垂直起降机场模型，其中，垂直起降机场模型包括起降坪、停机位和用于连接起降坪和停机位的停机坪滑行道。
39.在实际应用中，起降坪包括着陆起飞区、进近起飞区和定位标志区、其中，着陆起飞区位于进近起飞区内，定位标志区位于进近起飞区内。
40.参见图2所示，着陆起飞区和进近起飞区二者图形几何中心重合；当然，在实际应用中，着陆起飞区和进近起飞区图形可根据电动垂直起降飞机造型使用圆形、矩形或其他图形，着陆起飞区和进近起飞区可分别采用不同的图形，且几何中心可不重合。
41.定位标志区图形为圆形，着陆起飞区、进近起飞区和定位标志区三者图形几何中心也重合，当然，定位标志区也可以采用其他图形，着陆起飞区、进近起飞区和定位标志区三者图形几何中心可不重合。
42.本发明提供了一种具体的垂直起降机场模型，如图3所示，起降坪包括降落位和起飞位，其中降落位和起飞位之间设置有3个停机位，当然也可设置其他数量的停机位。
43.本发明还提供了一种具体的垂直起降机场模型，在实际应用中，为节约成本提高空间利用率，降落位和起飞位可复用，如图4所示，起降坪同时承担降落位和起飞位功能，起
降坪外设置有3个停机坪，当然也可以设置其他数量的停机坪。
44.为了提高停机坪滑行道利用率，不同停机位和起降坪之间可复用一部分停机坪滑行道，如图5所示，8个停机位对应1个起降坪，其中停机坪滑行道被多个停机位使用，此时，为了避免碰撞和冲突，需要根据停机坪滑行道是否在使用中来调度停机位上的电动垂直起降飞机。
45.垂直起降机场模型创建模块2，用于根据垂直起降机场模型，创建源文件。
46.在实际应用中，根据设计的垂直起降机场模型，创建垂直起降机场模型源文件(*.xml文件)。该源文件为生成适用于图形渲染模块的几何模型提供数据源；同时为仿真系统程序提供垂直起降机场相应数据。
47.在实际应用中，*.xml文件包含垂直起降机场模型的静态参数信息。
48.垂直起降机场模型的*.xml文件,主要包含垂直起降机场，起降坪，停机位，滑行道信息，其他信息可以按需添加。
49.几何模型生成模块3，用于根据源文件生成垂直起降机场几何模型。
50.根据垂直起降机场源文件(*.xml文件)生成垂直起降机场几何模型。
51.生成的垂直起降机场几何模型至少提供垂直起降机场信息以用于可视化目的。
52.在实际应用中，垂直起降机场几何模型格式为3d模型源文件(由3dsmax或blender生成)或相关资源或六视图图片及相关数据。
53.垂直起降机场选址模块4，包括选址单元和选址规划单元，其中，选址单元用于以目标地区为中心向周围发散布置一个或一个以上垂直起降机场几何模型，得到初步选址方案，选址规划单元用于根据目标地区的人口密度数据、建筑环境数据和气象数据，判断初步选址方案是否符合预设选址因素，若是，则保存初步选址方案，若否，则由选址单元重新选址。；
54.本发明提供一种具体的实施方案，将天津作为目标地区，如图6所示，中心点位人口密度数据最大点(繁华区域)，以中心向周围发散布置6个垂直起降机场。
55.预设选址因素包括：
56.垂直起降机场几何模型提供一条以上飞行路线，且至少两条飞行路线相隔135度。
57.畅通无阻的空域：至少需要有两条相隔约135度的进近/离场路径，这将允许电动垂直起降飞机在没有顺风的情况下进行飞行操作。低空运行的电动垂直起降飞机可以不受空中交通管制和航向规划服务影响，适用于能高度自主飞行的电动垂直起降飞机的运行。
58.初步选址方案中布置的垂直起降机场几何模型在预设距离内不存在障碍物，且无禁飞保护区。
59.飞行区域必须保持无障碍物，以确保电动垂直起降飞机的安全操作和机动性，并且电动垂直起降飞机飞行操作不能对周围的公众造成不应有的伤害。
60.无障碍物指与电动垂直起降飞机高度与地面高层建筑的最小距离符合预设距离，该预设距离与电动垂直起降飞机参数、行业要求标准和具体应用场景有关；此外，飞行范围不可与禁飞保护区(重要政治建筑、运输机场)重合。
61.初步选址方案符合目标地区的土地使用用途要求。
62.可以理解的是，选址时需要考虑土地使用用途，土地使用政策因素可通过政府公布的相关信息获取。
63.初步选址方案相应气象数据满足电动垂直起降飞机进行正常飞行的技术参数，其中，气象数据包括风速数据、阵风数据和湍流数据。
64.天气特征对电动垂直起降飞机飞行有影响，因此，风和湍流对垂直起降机场的选址也有很大影响。选址时需要分析历史气象数据，提取风速、阵风数据和湍流数据，确保选址的合理性。
65.图形渲染模块5，包括用于对垂直起降机场几何模型及目标地区进行图形渲染，得到可视化场景。
66.在实际应用中，图形渲染用于显示可视化的城市场景，用于电动垂直起降飞机各种场景的训练，并进行实时图形渲染显示。
67.利用图形渲染软件，在目标地区中选择垂直起降机场合适的创建地址，根据地理位置选择合适的模型，调整模型位置、角度，记录该地址创建的垂直起降机场的位置信息及进场/离场区域并录入数据库中。通过该过程可以在图形渲染软件选定的目标地区中合理布局并建造多个垂直起降机场。
68.实际应用中，在该选址过程中，将选择好的垂直起降机场几何模型调整到合适的位置角度和缩放比例，将垂直起降机场的地理位置坐标(经纬高)、相对于正北方向的角度、对应的*.xml文件名以及设计的进场或离场程序记录在数据库中。
69.显示模块6，用于实时显示可视场景。
70.为了提高仿真准确率，提高使用效果，参见图7所示，本发明公开了一种可对仿真结果进行验证的垂直起降机场布局仿真系统，还包括用于验证仿真的验证模块7，其中，
71.场景设置单元71，用于根据垂直起降机场几何模型设置起飞机场和着陆机场，根据可视化场景设置地理环境和天气环境，得到训练场景。
72.在实际应用中，训练场景包括起飞机场、着陆机场区域天气设置，包括风和湍流、云、雨、雪、冰、能见度等设置。可根据气象统计数据真实模拟不同天气下垂直起降场的天气状况；训练场景还包括训练垂直起降场起飞、训练垂直起降场着陆。
73.垂直起降单元72，用于根据从建筑环境数据中获取到的起飞机场和着陆机场的经度、维度、高度和起飞降落朝向，计算电动垂直起降飞机起飞与降落数据，得到进出场程序。
74.空域管理单元73，用于根据建筑环境数据规划航线，得到飞行管理规划航线。
75.空域管理单元根据垂直起降机场选址结合目标地区所有建筑高度、禁飞区域，仿真模拟目标地区空域，并提供空域规划和航线交通提供依据，计算得到飞行管理规划航线。
76.飞行管理单元74，用于分析飞行管理规划航线、进出场程序和电动垂直起降飞机的性能参数，得到电动垂直起降飞机的飞行引导数据，并在电动垂直起降飞机飞行过程中提供飞行引导。
77.飞行控制单元75，用于根据飞行引导数据控制电动垂直起降飞机飞行。
78.可手动或自动控制电动垂直起降飞机根据飞行管理单元生成的飞行引导数据在垂直起降场之间飞行，还可以记录生成的飞行数据以供分析使用。
79.最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那
些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
80.以上对本发明所提供的一种垂直起降机场布局仿真系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施方案的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。