CN113358116B - 飞行器及其路线规划方法和路线规划算法 - Google Patents

飞行器及其路线规划方法和路线规划算法 Download PDF

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Abstract

本公开涉及一种用于确定飞行器(1)在三维空间中从起点(VP1)到目标点(VP2)的飞行路线(FB)的路线规划方法，在所述方法中：a)实施限制在在三维空间中的第一平面或表面上的第一路线规划，以便获得具有第一路线轮廓(BP1)的第一路线规划结果；以及b)实施限制在三维空间中的与第一平面或表面不同的第二平面或表面(SE)上的第二路线规划，以便获得第二路线规划结果；以及c)将第一路线规划结果和第二路线规划结果合并成用于飞行路线(FB)的总路线规划结果。

Description

飞行器及其路线规划方法和路线规划算法
技术领域
本公开涉及一种根据方案1所述的用于确定飞行器在三维空间中的飞行路线的路线规划方法。
本公开还涉及一种根据方案14所述的用于确定飞行器在三维空间中的飞行路线的路线规划算法。
最后，本公开还涉及一种根据方案22的飞行器，特别是垂直起降的多旋翼飞行器，所述飞行器优选是电驱动的，所述飞行器具有飞行控制单元。
背景技术
由US 2006/235610 A1、US 4,862,373 A和US 6,317,690 B1已知路线规划方法，这些路线规划方法包括规划问题的降维或保存已经生成的搜索图，以便能够较为简单和高效地实施路线规划。特别是当应(实时)生成多个飞行路线时，这是特别必要的。
这种在先已知的方法已经在这个方向上给出了几个初步的步骤，但这些步骤在实践中没有得到充分的验证。
此外，在现有技术中已经证实特别不利的是，难以确保所执行的路线规划与现行的、特别是在航空领域中非常重要的法规的相容性。但是，这种相容性起着决定性的作用，特别是在居住区中，并且这种相容性通常通过由预先规定的必须遵守的边界条件对方案、即具体计算出的飞行路线进行限制来实现。查找方案直到得到最终方案(实际的飞行路线或轨迹)的过程通常很难检查或验证。此外，在三维空间中，为了在复杂的搜索空间中获得解决方案，规划方法“消耗”了很多的计算能力，而且这种解决方案接下来不一定会被证实为是符合规定的。表述“符合规定”指的是由使用者定义的、解决方案应符合的规则集。通常，这种规则集主要由法规上、安全技术上的和效率驱动的考量组成。因此，限定搜索空间是有意义的，其能够使得在实际的路线规划之前已经排除了在规则集的框架内不允许的状态，其中，搜索空间是在其中搜索路线规划问题的解决方案的参数空间。特别是上面所述的现有技术的文献也要遵循这种原则。
发明内容
本公开的目的在于，改进已知的路线规划方法，以便实现更明显地降低所需的计算能力或者在计算能力相同的情况下缩短运行时间(计算时间)。此外，本公开的目的还在于，除了单纯的效率提高以外，还要在路线规划中确保所有规划步骤的可核查性(可验证性)。
上面所述的目的根据本公开通过具有方案1的特征的路线规划方法、通过具有方案14的特征的路线规划算法以及通过具有方案22的特征的飞行器来实现。有利的改进方案在相应的从属方案中限定。
根据本公开的用于确定飞行器在三维空间中的飞行路线的路线规划方法设定，为了确定从起点到目标点的飞行路线，执行以下步骤：
a)实施限制于三维空间中的第一平面或表面上的第一路线规划，以便获得具有第一路线轮廓的第一路线规划结果；以及
b)实施限制于三维空间中的与第一平面或表面不同的第二平面或区域上的第二路线规划，以便获得第二路线规划结果；以及
c)将第一路线规划结果和第二路线规划结果合并成用于飞行路线的总路线规划结果。
根据本公开的用于确定飞行器在三维空间中从起点到目标点的飞行路线的路线规划算法包括：
i)第一路线规划模块，所述第一路线规划模块构造成用于，实施限制于三维空间中的第一平面或表面、优选竖直平面上的第一路线规划，以便获得具有第一路线轮廓的第一路线规划结果；
ii)第二路线规划模块，所述第二路线规划模块构造成用于，实施限制于三维空间中的与第一平面或表面不同的第二平面或表面上、优选垂直于第一平面或表面的特别是水平的第二平面或表面上的第二路线规划，以便获得第二路线规划结果；以及
iii)第三路线规划模块，所述第三路线规划模块构造成用于，将第一路线规划结果和第二路线规划结果合并成用于飞行路线(FB)的总路线规划结果。
根据本公开的飞行器特别是可以是垂直起降的优选电驱动的多旋翼飞行器，所述飞行器包括飞行控制单元，所述飞行控制单元完全或部分地设置在飞行器上，所述飞行控制单元确定或规定飞行器的轨迹，所述飞行控制单元包括或执行根据本公开的路线规划算法。
因此，根据本公开的路线规划方法或根据本公开的路线规划算法的突出之处在于特殊的模块性，所述模块性使得可以使用针对相应飞行阶段优化的规划方法并且此外还确保了，在前提条件发生变化的情况下，不必重复所有的规划步骤，这有助于提高效率。
特别地，所述路线规划方法可以包括逐步进行规划的方法，所述方法在每个规划步骤中事先识别不允许的状态并且将其从搜索空间中删除或排除。这种不允许的状态不再可用于后面的规划步骤。这个过程在每个步骤中对于第三方而言都是可以掌握的。但在任何时刻都可以进行可能的人为介入，以便从搜索空间中移除不希望的状态。因此，根据本公开的路线规划方法的一个相应的改进方案相应地设定，所述改进方案包括供操作人员进行介入的选项，以便有目的地修改提供给路线规划的搜索空间。根据本公开的路线规划算法的一个改进方案也可以设置相应的输入选项。
为了简化和较为快速地解决路线规划任务，将三维的路线规划问题分成单独的规划任务，其中，将第一路线规划限制在第一表面或平面上执行，而将第二路线规划限制在与第一表面或平面不同的第二平面或表面上执行。优选，第一平面或表面是竖直平面，而第二表面或平面是水平的表面或平面，从而首先执行竖直的规划，并且接下来执行水平的规划。一般而言，也可以使用任意的、相互有利地垂直的表面或平面。最终的飞行路线由两个规划结果的叠加得出，其方式是，第一路线规划结果和第二路线规划结果合并成用于飞行路线的总路线规划结果。
特别地，第二平面或表面、但原则上还有第一平面或表面在本公开范围内不必在严格的数学意义上设计成平的、即平坦的。相反，它们本身也可以具有三维结构。对此下面还将进行详细说明。真正平坦的第二(表)面在当前情况下例如通过第二表面在水平面上的投影形成。
下面为了简化术语集，仅讨论“平面”，只要没有明确地另行说明，这也可以是指表面和平面。
对规划算法提出特殊要求的飞行阶段可以单独地通过专用的规划算法来覆盖，所述规划算法专门针对相应的飞行阶段和飞行平面制订。根据本公开的路线规划方法的一个相应的改进方案设定，为了规划专用(dezidiert)的飞行阶段，如起飞和/或降落，附加地执行特殊的路线规划，以便获得相应的专用的路线规划结果，所述专用的路线规划结果在步骤c)中添加到总路线规划结果中。
根据本公开的路线规划算法的一个相应的改进方案设定，所述路线规划算法包括至少一个另外的路线规划模块，用于规划专用的飞行阶段，如起飞和/或降落，以便得到相应的专用的路线规划结果，所述专用的路线规划结果特别是能通过第三路线规划模块添加到总路线规划结果中。
以这种方式，本公开在相应的改进方案中不是利用单个规划算法，而是利用了多个规划方法的配合作用，以便实现最佳的总结果。由此，特别是还形成了一种模块式架构，所述架构使得可以对飞行路线的单个路段或单个规划阶段进行重新规划，而不必对整个飞行路线进行完整的重新规划。根据本公开的处理方式也可以称为级联式的路线规划模块，这里，所述方法的这种级联式的设计出于构思方面的原因确保了用不同方法规划的两个飞行阶段之间的过渡区始终是有效的，特别是叠加的飞行规划算法的相应边界条件确保了在飞行阶段之间的过渡点处存在相同的状态。
根据本公开的路线规划方法的另一个改进方案设定，在用于第一路线规划的步骤a)中至少考虑以下影响量：飞行环境的3D表面模型，所述3D表面模型包括飞行环境内的障碍物的坐标；现行的法规和航空规则；飞行器及负载特有的参数。以这种方式可以使路线规划与多种多样的环境影响相适应。特别地，也可以动态地或者说实时地确定至少一个所述影响量，以便获得相应适配的实时路线规划。这特别是包括并且不限于风向或风强或当前的空中交通流量。
根据本公开的路线规划算法的一个相应的改进方案设定，所述第一路线规划模块构造成用于，对于第一路线规划至少考虑以下影响量：飞行环境的3D表面模型，所述3D表面模型包括飞行环境内的障碍物的坐标；现行的法规和航空规则；飞行器及负载特有的参数。
根据本公开的路线规划方法的另一个改进方案设定，将所述3D表面模型扩展成包括要遵守的、到所述障碍物的最小距离。以这种方式将可能的飞行路线或搜索空间限制在这样的轨迹上，也即所述轨迹确保了与障碍物有相应的距离。
路线规划算法的相应改进方案设定，所述第一路线规划模块构造成用于，将所述3D表面模型扩展成包括要遵守的、到所述障碍物的最小距离(dz,min)。
在根据本公开的路线规划方法的一个优选的改进方案中设定，特别是紧随方法步骤a)之后，沿第一路线轮廓剪切所述3D表面模型，以便获得三维的平面或表面或者说具有修改的障碍物相应模型。以这种方式，已经可以明显降低障碍物密度，这使得可以相应地减小搜索空间并实现路线规划的高效的设计方案。
在根据本公开的路线规划方法的一个特别优选的改进方案中设定，基于所述三维表面生成具有边和节点的图，所述图使边到所述修改的障碍物之间的距离最大化。以这种方式，所述图可以包含从起点到目标点的所有可能或有利的路径。
在根据本公开的路线规划方法的另一个的改进方案中可以设定，所述图的各个边包含权重，所述权重特别是至少考虑了以下因素(Kriterien)：边长、表面上方的高度、风势、地面风险或地面噪声。接下来可以采用这些权重，以便在根据本公开的路线规划方法的又一个改进方案中在考虑所述权重的情况下确定成本最佳的路径。所述路径是起点和目标点之间的路线，所述路线在某些因素方面被设计成成本最佳的。例如所述路径非限制性地是具有最小边长的、就是说最小飞行路程的路径。
在这种情况下，根据本公开的路线规划算法的一个改进方案设定，所述第二路线规划模块构造成用于，实施和执行相应的方法步骤，以便沿第一路线轮廓剪切所述3D表面模型，并且基于所述三维表面生成具有边和节点的图，所述图使边到所述修改的障碍物的距离最大化，或者给所述图的各个边设置权重。
根据本公开的路线规划方法的一个相应的改进方案设定，接下来，将所述路径转换成可飞行的轨迹，其方式是，考虑飞行器的包线和必要时考虑有效载荷。这种包线可以考虑某些物理条件或限制，例如在运送人员时沿某些空间方向不应超过的加速作用，以便提高乘客舒适性。
在根据本公开的路线规划算法的一个相应的改进方案中可以设定，所述第三路线规划模块构造成用于，在考虑飞行器的包线和有效载荷的情况下将由第二路线规划模块确定的路径转换为可飞行的轨迹。
根据本公开的路线规划方法的一个非常优选的改进方案设定，在规划专用的飞行阶段时考虑关于障碍物距离和障碍物飞越高度的附加要求，并且对于起飞和/或降落遵守附加的安全标准。以这种方式特别是可以设定，逆着所存在的风向进行起飞和/或降落，优选动态地确定所述风向并且将其引入所述路线规划方法中。
在根据本公开的路线规划算法的又一个改进方案中设定，对于所述另外的路线规划模块能够考虑关于障碍物距离和障碍物飞越高度的附加要求，并且对于起飞和/或降落能够遵守附加的安全标准，特别是逆着所存在的风向进行起飞和/或降落。
这种专用的飞行阶段有利地独立于步骤a)和b)中的路线规划进行规划。因此，例如在风向改变时，不是必须重新进行整个路线规划，而是仅重新规划所述专用的飞行阶段并且接下来将其与在步骤c)中产生的总路线规划结果适当地进行合并可能就足够了。换而言之，在风向改变时，可能只需重新对起飞和降落进行重新计算，而其余的路线规划仍保持其有效性。但在所述路线规划方法的一个有利的改进方案中，也可以将风的变化计入所述图的边权重中，从而在风情变化时选择新的路径作为最佳路径。
在所述路线规划方法的一个相应的改进方案中，为了沿两个方向进行航线飞行，可以由路线规划的当前结果产生两个分离的飞行路线，所述飞行路线在第一平面或表面和/或第二平面或表面中相互隔开间距。这多数是高度差和水平距离差。在起飞和降落时可以通过附加的操控(例如盘旋)来考虑或实现所述高度差。
根据本公开的路线规划算法的一个相应的改进方案设定，所述第三路线规划模块或另外的路线规划模块构造成用于，为了沿两个方向进行航线飞行，产生两个分离的飞行路线或轨迹，所述飞行路线或轨迹在第一平面和/或第二平面相互隔开间距。
附图说明
本公开的其他特性和优点由下面参考附图对实施例的说明得出。
图1示出用于飞行器的飞行路线的竖直的第一路线轮廓；
图2示出另一个竖直的路线轮廓；
图3参考图2的高度轮廓示出3D表面模型的剖面；
图4示出地面障碍物(左)和根据图3的剖面上其余的障碍物(右)；
图5示出带有剩余的符合规则的边和节点的搜索图；
图6示意性示出专用的飞行阶段的规划，在当前情况下是降落规划；
图7示出在地面障碍物图上的示例性规划结果；
图8示出路线规划算法的一个代码段；以及
图9示出带有路线规划算法的飞行器。
具体实施方式
图1示意性示出用于确定飞行器在三维空间中的飞行路线的路线规划方法的第一步骤。从起点VP1到目标点VP2进行所述路线规划。在图1中示出的第一路线规划限制在三维空间中的第一平面上，以便获得具有第一路线轮廓的第一路线规划结果。所述路线轮廓在图1中通过实线BP1示出。
飞行环境的3D表面模型用作第一路线规划的影响量或初始点，所述表面模型包括要飞行绕过或飞行越过的障碍物H。此外，在规划时还考虑其他常规的影响量，特别是现行的法规和航空规则以及飞行器和载荷特有的参数。第一种情况包括例如到确定类型的障碍物必须遵守的最小距离。后面一种情况可能包括给出例如飞行器可能的最大速度或允许的最大加速度的参数。
用于飞行路线的路线规划结果BP1包括一定数量的分开的路线段，这些路线段在图1中用垂直爬升(vertical climb，VC)、爬升(climb，C)、水平飞行(horizontal flight，HF)、下降(descend，D)和垂直下降(vertical descend，VD)表示。就是说，这些路线段涉及垂直爬升飞行、爬升飞行、水平飞行、下降飞行和垂直下降飞行。附图标记hc表示在水平飞行HF中的(最大)飞行高度。附图标记dz,min表示飞行器1相对于障碍物H必须遵守的最小高度距离。角度γmax表示在飞行阶段C、D期间允许的最大爬升角或下降角。所述角度或尺寸可以由所述飞行器或载荷特有的参数得出和/或可以通过现行的法规和航空规则确定。本公开当然不仅限于这些影响量。
图2示出与图1类似的图示，但转移到了起点VP1和目标点VP2(当前情况下称为“垂直升降机场”)，所述起点和目标点设置在不平坦的环境中。以这种方式，在考虑图1中给定的影响量的情况下得到用于飞行路线的确定的高度轮廓，所述高度轮廓在图2中示例性地在垂直于水平面的剖视图中示出并且用实线给出。x轴表示剖面中的间距或距离；y轴表示基于根据图1的(最大)飞行高度hc归一化的飞行高度h。
如已经在上面参考图1描述的那样，用最小距离、例如距离dz,min扩展所存在的表面模型，相对于某些障碍物或障碍物分类必须遵守所述距离。根据障碍物H的种类，可能要求有不同的最小距离。
接下来，在三维空间中在与第一平面不同的第二平面中进行第二规划，以便获得第二路线规划结果。为此，沿高度轮廓(见图1或图2)剪切表面模型，由此形成三维的表面，如在图3中示例性示出的表面。在进一步规划之前，这个三维表面在竖直维度上已经排除了所有不希望的状态，就是说没有处于在根据图1或图2预先规划的轮廓中的状态。
在图3中，附图标记OM表示具有障碍物H的(原始的)3D表面模型，所述障碍物为了清楚起见没有全部标注出来。附图标记SE表示对应于图1或图2中的高度轮廓的三维剖切面并且给出了所述的三维表面，所述三维表面在竖直维度上已经排除了所有不希望的状态。这个根据附图标记SE的表面用作用于接下来的水平路线规划(第二路线规划)的减小的搜索空间。在这种情况下要指出的是，在这个表面SE上的障碍物密度相对于地面高度上、就是说在图3中在附图标记BN处的障碍物密度明显降低。这在下面的图4中详细示出。
在图4中，在左边的分图中示出障碍物H在原始的3D表面模型OM的地面高度BN(h＝0)上的分布。图4中右边的分图示出相同的情况，但是是在根据图3的剖切平面SE中。初步观察就可以看到，剖切平面SE中的障碍物H的数量或障碍物密度相对于地面高度BN降低。这可以通过以下简单的方式进行解释，也即，所有位于根据图1或图2确定的飞行路线下方的、就算是沿竖直方向被飞行越过的障碍物H、在现在还将接着进行的水平路线规划中不必加以考虑，从而后面的第二路线规划可以基于图4中右边的分图在“更为有利的”搜索空间中进行。
图5示出已经多次提及的第二路线规划的一个可能的设计方案。基于根据图3和图4的表面SE或其在水平面中的投影可以生成一个图，所述图包括一定数量的边和节点。所述边KA在图5中用虚线示出。所述节点KN给出边KA的起点和终点以及分支和折点。为了清楚起见，在图5中没有标注所有边KA或节点KN。出于效率的原因，低于预先规定的最小距离的边KA和节点KN在一开始就没有生成，从而根据图5的最终的图仅包含符合相应要求的从起点VP1到目标点VP2的路径PF。图5具体地示出了这样的图，所述图省去了以小距离在障碍物H之间通过的通路，从而某些边在障碍物附近终结，相应地这种路径不能飞行。每个(可飞行)的路径PF将起点VP1与目标点VP2连接。
现在为了在第二路线规划的范围内确定从起点VP1到目标点VP2的最有利的路径PF，可以进行的是，确定所谓的边权重，因为每个路径PF都由一定数量的边KA组成，这些路径通过节点KN连接。就是说，边权重的确定对应于一个路径的所有边KA的“成本”的总和，并且可以根据多个标准确定。这些标准包括并且不限于边长(就是说沿一个边KA走过的飞行路程)、边KA在所述表面SE上方的(平均)高度(较高的飞行路段由于较大的能耗可能是不利的)、风势、地面风险和地面噪声。后面两个方面可以例如使得在发生坠机时在地面区域存在较高风险或飞行越过“噪声敏感度”特别高的区域、例如居住区的航线不是首选的。
通过本身已知的图搜索算法，在根据图5的第二路线规划的范围内可以确定起点VP1与目标点VP2之间成本最佳的路径PF。这种搜索算法本身不是本公开的主题。通常，这里使用本领域技术人员已知的方法。接下来，将这样确定(identifiziert)的成本最佳的路径PF转化成可飞行的轨迹，为此，为了获得要确定的飞行路线，将第一路线规划结果(第一路线轮廓)和第二路线规划结果(确定的路径)相结合。此外，在转化成可飞行的轨迹时，还考虑飞行器的包线和有效载荷。包线给出了飞行器的真实运动和有效载荷必须满足的某些物理参数(例如加速度值)。以这种方式可以考虑***(飞行器和有效载荷)运动学和动态的极限，所述极限主要可能涉及飞行安全性、***性能的物理极限(***极限)、使用寿命和/或乘客舒适性。
以这种方式，将第一路线规划结果和第二路线规划结果合并成用于飞行路线的总路线规划结果，由此得出所述可飞行的轨迹。
在一个相应的改进方案中还可以设定，特别是接下来还对专用的飞行阶段、例如起飞和/或降落进行单独的规划。此时可以对涉及障碍物距离和障碍物飞越高度的附加要求加以考虑。此外，可以规定要遵守附加的安全性标准。在起飞和/或降落时，这可能包括，逆着所存在的风向进行起飞和/或降落飞行。这种风向特别是可以实时地确定并且被引入路线规划方法中。附加地或备选地，可以考虑统计学上存在的风向。
在图6中示意性示出这种情况。附图标记FB表示已规划的或要规划的飞行路线，所述飞行路线最后的分段应逆着绘出的风向飞过。附图标记r表示允许的最小或者说对于乘客舒适的转向半径，由此可以操纵飞行器离开原始规划的路线(图6中左上方的箭头)，从而飞行器在所述最后的分段上恰好逆着风向飞行。所绘制的角度β表示“自由的进场航路”。理论上，飞行器在这个自由区域中可以从所有的方向靠近/进场。
以这种方式，获得针对某些飞行阶段的相应的专用的路线规划结果，将所述专用的路线规划结果添加到总路线规划结果中，以便最终获得从起点VP1到目标点VP2的完整的飞行路线。
图7示出一个附加的路线规划算法或相应的路线规划方法，所述路线规划算法允许沿两个方向进行航线飞行，并且在水平平面以及在竖直平面中将用于去程飞行和返程飞行的轨迹相互分开。相应地，在图7中绘制了两个轨迹T1和T2，就是说，除了圈出的具有所提及的单独规划和专用的飞行阶段的区域以外，这两个轨迹基本上没有相互重叠。对于其他情况，图7中的图示对应于图4中左边的图示。图7中的小箭头WR给出风向。
图8以伪码的形式包含一种算法，如原则上可以在所述飞行规划范围中使用的算法。就是说，所描述的规划算法提供了很大的优点，即，可以重复单个规划步骤，而不必也重复在先的规划步骤。这样，例如可以在风向改变时对根据图5的图边执行重新求权重，并且执行新的、此时成本更为有利的航线的计算，而不必重新生成规划表面(见图3至5中的附图标记SE)或图本身(图5)。相同的情况也适用于根据图6的起飞和降落操纵的重新规划。图8中的算法总结了，在怎样的前提条件下必须重复哪些规划步骤。
根据图8中的算法的路线规划方法包括从行L1进行到L9的while循环。在这个循环之内，在行L2中首先产生所述的(飞行)表面SE(见图3)。接下来，在行L3中计算根据图5的图。
从L4到L8的内部的while循环包括询问障碍物的布局是否发生变化。如果是这样，则必须重新计算所述表面或图。否则，在行L5中询问是否发生其他变化，例如风向发生变化。如果出现这种情况，则不需要重新计算整个表面或图，但在行L6中对所述图的边权重进行更新。接着，在行L7中(重新)规划路径。
以这种方式，得到一种模块式的路线规划方法，所述路线规划方法能够灵活地且以能高效使用的计算资源(硬件、软件、计算时间)使用。
最后，图9是用于确定飞行器在三维空间中从起点到目标点的飞行路线的路线规划算法的示意图。在图9中，如同图1那样，飞行器用附图标记1表示。所述飞行器包括飞行控制单元，所述飞行控制单元通过用虚线绘制的方框2示意性表示。飞行控制单元2可以以计算机或其他计算单元的形式构成；所述飞行控制单元可以完全或部分地设置在飞行器1上。但是，在本公开范围内的是，飞行控制单元2的一些部分不是设置在飞行器1中，而是设置在地面上。例如，用于飞行器1的基本路线规划在地面上就已经可以进行，并且仅将必要的路线参数传输给飞行器1并在这里存放在相应的单元中，所述单元在图9中用附图标记3表示。飞行器1接着沿预规划的路线飞行，但可以实时地根据相关实时事件修正所述路线。这里，对此不进行详细说明。
飞行控制单元2构造成，用于执行已经多次提及的在图9中用附图标记4表示的路线规划算法。所述路线规划算法4包括多个路线规划模块，就是说，第一路线规划模块4.1、第二路线规划模块4.2和第三路线规划模块4.3。此外，还可以设置至少一个另外的路线规划模块4.4。
如已经描述的那样，第一路线规划模块4.1构造成用于，实施限制在第一平面上的第一路线规划，所述第一平面优选是竖直的平面。这样，得到具有第一路线轮廓的第一路线规划结果。第二路线规划模块4.2构造成用于，实施限制在不同于第一平面的第二平面上的第二路线规划。第二平面优选垂直于第一平面设置。第二平面特别可以是水平平面。以这种方式得到第二路线规划结果。第三路线规划模块4.3构造成用于，将第一路线规划结果和第二路线规划结果合并成用于飞行路线的总路线规划结果。
所述至少一个另外的路线规划模块4.4设置成用于规划专用的飞行阶段，如特别是起飞和/或降落。以这种方式得到相应专用的路线规划结果，所述专用的路线规划结果根据图9中的设计方案能够通过第三路线规划模块4.3添加到总路线规划结果中。这个总路线规划结果接下来通过路线规划算法4用于确定实际的可飞行的轨迹，所述轨迹如已经描述的那样传输给飞行器1。
图9中的附图标记5表示(测量)数据和/或模型或规定值形式的某些影响量，这些影响量被提供给路线规划算法4，以便在路线规划过程中对其加以考虑，如已经描述的那样。这非限制性地涉及：飞行环境的3D表面模型，所述表面模型具有飞行环境内的障碍物的坐标；现行的法规和航空规则；以及飞行器及载荷特有的参数。优选地，这些影响量以适当地格式化的数据组的形式发送给路线规划算法4。某些影响量、如例如风向可以持续地或实时地(利用传感器)确定，从而实时地将这些影响量提供给路线规划算法。这种实时参数不仅限于风向；例如也可以实时地确定当前的空中交通流量并将其引入飞行规划中。

Claims (20)

1.一种用于确定飞行器（1）在三维空间中从起点（VP1）到目标点（VP2）的飞行路线（FB）的路线规划方法，所述方法包括：
a)实施限制在所述三维空间中的第一平面或区域上的第一路线规划，以便获得具有第一路线轮廓（BP1）的第一路线规划结果；以及
b)实施限制在所述三维空间中的与所述第一平面或区域不同的第二平面或区域（SE）上的第二路线规划，以便获得第二路线规划结果；以及
c)将所述第一路线规划结果和所述第二路线规划结果合并以形成用于所述飞行路线（FB）的总路线规划结果；
d)为了对航线的去程飞行和返程飞行进行飞行，根据所述第一路线规划结果和所述第二路线规划结果分别产生用于所述去程飞行和用于所述返程飞行的两个分离的轨迹或飞行路线（T1、T2），其中，用于所述去程飞行和所述返程飞行的所述轨迹或飞行路线在所述第一平面或所述第二平面（SE）中的至少一者中是相互隔开间距的；以及
e)由所述飞行器（1）对用于所述去程飞行和所述返程飞行的所述轨迹（T1、T2）中的一者进行飞行。
2.根据权利要求1所述的路线规划方法，其中，所述第一平面或区域和所述第二平面或区域（SE）相互垂直地定向。
3.根据权利要求2所述的路线规划方法，其中，所述第一平面是竖直的平面，而所述第二平面（SE）是水平的平面。
4.根据权利要求1所述的路线规划方法，其中，为了规划专用的飞行阶段，实施附加的专用的路线规划，以便获得相应的专用的路线规划结果，并在步骤c）中将所述专用的路线规划结果添加到所述总路线规划结果中，其中所述飞行阶段包括起飞和降落中的至少一者。
5.根据权利要求1所述的路线规划方法，其中，在用于所述第一路线规划的步骤a）中至少考虑以下影响量：飞行环境的3D表面模型（OM），所述3D表面模型包括飞行环境内的障碍物（H）的坐标；现行的法规和航空规则；飞行器及载荷特有的参数。
6.根据权利要求5所述的路线规划方法，其中，将所述3D表面模型（OM）扩展成包括要遵守的到所述障碍物（H）的最小距离（dz,min）。
7.根据权利要求6所述的路线规划方法，其中，沿所述第一路线轮廓（BP1）剪切所述3D表面模型（OM），以便获得具有修改的障碍物（H）的三维表面（SE）。
8.根据权利要求7所述的路线规划方法，其中，基于所述三维表面（SE）生成具有边（KA）和节点（KN）的图，所述图使所述边（KA）到所述修改的障碍物（H）的距离最大化。
9.根据权利要求8所述的路线规划方法，其中，向所述图的各个边（KA）分配权重，以考虑以下因素中的至少一个：边长、表面上方的高度、风势、地面风险或地面噪声。
10.根据权利要求9所述的路线规划方法，其中，在考虑所述权重的情况下确定成本最优的路径（PF）。
11.根据权利要求10所述的路线规划方法，其中，通过考虑所述飞行器（1）的包线和有效载荷，将所述路径（PF）转换成可飞行的轨迹（T1、T2）。
12.根据权利要求4所述的路线规划方法，其中，在规划专用的飞行阶段时考虑关于障碍物距离和障碍物飞越高度的附加要求，并且对于逆着所存在的风向（WR）的起飞和/或降落，遵守附加的安全标准。
13.一种配置有路线规划算法（4）的飞行控制单元，所述路线规划算法（4）用于确定飞行器（1）在三维空间中从起点（VP1）到目标点（VP2）的飞行路线（FB），所述飞行控制单元被配置为：
i) 实施限制于所述三维空间中的第一平面或区域上的第一路线规划，以便获得具有第一路线轮廓（BP1）的第一路线规划结果；
ii)实施限制于所述三维空间中的与所述第一平面或区域不同的第二平面或区域（SE）上的第二路线规划，以便获得第二路线规划结果；以及
iii) 将所述第一路线规划结果和所述第二路线规划结果合并以形成用于所述飞行路线（FB）的总路线规划结果；
iv) 为了对去程飞行和返程飞行进行飞行，根据所述第一路线规划结果和所述第二路线规划结果分别产生用于所述去程飞行和用于所述返程飞行的两个分离的轨迹或飞行路线（T1、T2），其中，用于所述去程飞行和所述返程飞行的所述轨迹或飞行路线在所述第一平面或所述第二平面（SE）中的至少一者中是相互隔开间距的以用于在两个方向上对航线进行飞行；以及
v)促使所述飞行器（1）对用于所述去程飞行和所述返程飞行的所述轨迹（T1、T2）中的一者进行飞行。
14.根据权利要求13所述的配置有路线规划算法（4）的飞行控制单元，其中，所述飞行控制单元构造成用于，对于所述第一路线规划至少考虑以下影响量：飞行环境的3D表面模型（OM），所述3D表面模型包括飞行环境内的障碍物（H）的坐标；现行的法规和航空规则；飞行器及载荷特有的参数。
15.根据权利要求14所述的配置有路线规划算法（4）的飞行控制单元，其中，所述飞行控制单元构造成用于，将所述3D表面模型（OM）扩展成包括要遵守的到所述障碍物（H）的最小距离（dz,min）。
16.根据权利要求15所述的配置有路线规划算法（4）的飞行控制单元，其中，所述飞行控制单元构造成用于，实施和执行根据权利要求7至10之一所述的方法步骤。
17.根据权利要求16所述的配置有路线规划算法（4）的飞行控制单元，其中，所述飞行控制单元构造成用于，在考虑所述飞行器（1）的包线和有效载荷的情况下将由所述飞行控制单元确定的路径（PF）转换为可飞行的轨迹（T1、T2）。
18.根据权利要求17所述的配置有路线规划算法（4）的飞行控制单元，其中，所述飞行控制单元用于规划专用的飞行阶段以便获得相应的专用的路线规划结果，并将所述专用的路线规划结果添加到所述总路线规划结果中，其中，所述飞行阶段包括起飞和降落中的至少一者。
19.根据权利要求18所述的配置有路线规划算法（4）的飞行控制单元，其中，所述飞行控制单元还被配置为考虑关于障碍物距离和障碍物飞越高度的附加要求，并且针对逆着所存在的风向（WR）的起飞和降落中的至少一者，遵守附加的安全标准。
20.一种飞行器（1），所述飞行器（1）具有飞行控制单元（2），所述飞行控制单元（2）完全或部分地设置在所述飞行器（1）上，在所述飞行器（1）中，所述飞行控制单元（2）预先规定所述飞行器（1）的飞行路线，所述飞行控制单元（2）为根据权利要求13至19之一所述的飞行控制单元。
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