高原山区无人机运动轨迹规划及能耗评估模型

伍景琼; 田娜; 陈子伟; 奠然; 李云起

交通信息与安全 ›› 2025, Vol. 43 ›› Issue (4) : 98 -109.

伍景琼, 田娜, 陈子伟, 奠然, 李云起

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摘要

为解决无人机在高原山区复杂地形环境下的路径规划与能耗评估不精准的问题，研究了基于高分辨率数字高程模型的三维运动轨迹规划与电池容量评估方法。以无人机飞行的地形适应性为核心，利用高分辨率数字高程数据构建三维数字地形图，综合考虑飞行范围、飞行高度和路径精度约束，建立以路径长度最小化、高度变化最小化和偏转角最小化为目标的加权优化函数，构建高原山区无人机三维运动轨迹规划模型，从而能够准确反映地形起伏对飞行轨迹的影响。进一步修正空间直线路径与实际飞行航迹的偏差，量化横向距离飞行与纵向高度爬升对单位能耗的影响，构建无人机电池容量评估模型，并开展能耗分析。以云南省迪庆州香格里拉市建塘镇吉迪村为案例，规划松茸交易市场与15个采集点间的无人机飞行轨迹，并对耗电进行精准评估。结果表明：修正后飞行路径比直线距离增加264～724 m，修正率为2.85%～18.94%，平均修正值438 m，平均修正率7.64%；单点单向运输任务总能耗集中在28%～58%，显示出一定的任务扩展潜力。在所有航线中，识别出38条能耗超过正常分布范围的潜在风险路线，以及4条能耗明显偏高的高风险路线。通过采用低能耗替代路段、选择高效机型和设置中途补给站等策略，可有效降低能耗风险，提升无人机在高原山区的运输可行性。