一种低空空域内物流运输点网络规划方法

1.本发明属于机场规划技术领域，特别涉及一种低空空域内物流运输点网络规划方法。


背景技术：

2.目前民用物流领域中，相较于传统车辆配送，物流无人机配送效率高、实用性强、灵活性大、环境污染小，解决了传统网点和快递员的配送模式在终端配送中易造成道路拥堵、空气污染和低配送效率的问题。
3.而终端配送是每个物流企业完善产业链、对接末端顾客、提高便捷性而必须考虑的重要环节。现有的低空城市物流无人机路径规划研究大多面向城市空域，该研究领域受多种限制因素影响，且不够具体，可行性较低。
4.因此提供提供一种低空空域内物流运输点网络规划方法，来解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种低空空域内物流运输点网络规划方法，研究低空城市物流无人机路径规划技术，为无人机低空飞行的自主化、智能化提供部分理论和方法支撑，确保低空通航需求日趋旺盛的未来低空资源能充分利用，实现民用无人机的安全、顺畅飞行。
6.为实现上述目的，本发明提供了一种低空空域内物流运输点网络规划方法，包括以下步骤，s1：基于低空空域内物流运输点最佳位置、物流流量以及物流运输点的备选点的集合，以区域内的航路吸引拟合度最大为目标，确定低空空域内核心物流运输点的位置；
7.s2：基于城市低空空域内物流运输点最佳位置、物流流量以及物流运输点的备选点的集合，以建设与服务成本最小为目标建立选址模型，划设航路网络，得到区域内无人机物流运输点的数量、位置与层级。
8.优选的，在步骤s1中，低空空域内核心物流运输点的位置，采用如下目标函数：
[0009][0010][0011][0012]
p3＝{(alt,req)|d
altreq
≤r}
[0013]
其中，k
alt
为备选点alt的建设运行成本，引入决策变量j
alt
，选择备选点alt，j
alt
＝1；不选择备选点alt，j
alt
＝0，常数a为引力平衡系数，备选点alt与需求点req两处的航路吸引质量用物流运输的热力指数m
alt
与m
req
表示，为备选点alt与需求点req间的广义距离函数，p1为备选点alt的集合，p2为需求点req的集合，r表示低空空域内核心物流运输点
覆盖的半径；
[0014]
利用凸包算法对上述目标函数求解，得到j
alt
，求出需要建设无人机物流运输点的备选点。
[0015]
优选的，所述备选点p1集合确定如下，在区域范围内筛选符合以下任意一个条件的位置作为备选点；
[0016]
条件一：具有超过1000人的人口聚居区；
[0017]
条件二：单日平均物流需求超过500件的位置；
[0018]
条件三：最高周起降架次达到至少300的位置；
[0019]
条件四：道路交通拥堵，需要实施人工干预的交通管制的位置。
[0020]
优选的，在步骤s2中，根据所选区域的航路利用率、物流运输的热力指数、备选点区域居民密度与物流无人机本身的性能要求，确定区域中各类物流需求点位置与物流流量，确定满足需求点需求的物流运输点承载层级。
[0021]
优选的，所述物流运输点承载层级中，小型物流无人机起降点，层级为d；中型物流无人机起降点，层级为c；大型物流无人机起降点，层级为b；物流无人机枢纽起降平台，层级为a。
[0022]
优选的，确定满足区域内需求点的备选点集合如下：备选点alt的承载层级大不小于需求点req的承载层级。
[0023]
优选的，所述选址模型如下：
[0024][0025][0026][0027]
d＝{(alt',req')|l
req'
》l
alt'
}
[0028]
x'＝(x,
…
,x)
t
[0029]
x＝(x0,xa,xb,xc,xd)
[0030]
y(l
req'
+1,req
′
)＝1
[0031]
其中，d
alt'
表示符合需求的备选点alt'中的最小距离，d
alt'req'
表示需求点req'与符合需求的备选点alt'间的距离，d表示符合需求的备选点alt'的集合，p'1为区域内备选点alt'的集合，p'2为区域内需求点req'的集合，x'为建设与服务成本的矩阵，y为承载层级矩阵，k
const
为无人机预计固定折损常量，r
alt'
为物流运输量，l
req'
为需求点req'的机场层级，l
alt'
为备选点alt'的机场层级，x＝(x0,xa,xb,xc,xd)表示机场层级为0，a，b，c，d，其中0级不建设物流运输点。
[0032]
优选的，引入决策变量z
alt'req'
，其中l
req'
》l
alt'
，z
alt'req'
＝0；其中l
req'
≤l
alt'
，z
alt'req'
＝1，采用凸包算法对目标函数进行求解，得到区域内建设物流运输点的层级与位置。
[0033]
因此，本发明采用上述一种低空空域内物流运输点网络规划方法，具备以下有益效果：
[0034]
(1)本发明采用选址模型，对区域范围内多个物流运输点网络进行合理规划，将提高物流运输点之间的协同性，降低建设运输服务成本，提高物流服务质量。
[0035]
(2)本发明采用凸包算法对目标函数进行求解，求出建设无人机物流运输点的备选点和区域内建设物流运输点的层级与位置。
[0036]
(3)本发明为未来低空航空物流业的发展提供科学的方法指导，助力物流产业转型升级。
[0037]
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0038]
图1为本发明一种低空空域内物流运输点网络规划方法的流程图；
[0039]
图2为本发明种一种低空空域内物流运输点网络规划方法的区域物流运输点覆盖模型示意图；
具体实施方式
[0040]
以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
[0041]
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
[0042]
实施例
[0043]
如图1-图2所示，本发明提供了一种低空空域内物流运输点网络规划方法，包括以下步骤，s1：基于低空空域内物流运输点最佳位置、物流流量以及物流运输点的备选点的集合，以区域内的航路吸引拟合度最大为目标，确定低空空域内核心物流运输点的位置；s2：基于城市低空空域内物流运输点最佳位置、物流流量以及物流运输点的备选点的集合，以建设与服务成本最小为目标建立选址模型，划设航路网络，得到区域内无人机物流运输点的数量、位置与层级。
[0044]
在步骤s1中，低空空域内核心物流运输点的位置，采用如下目标函数：
[0045][0046]
[0047][0048]
p3＝{(alt,req)|d
altreq
≤r}
[0049]
其中，k
alt
为备选点alt的建设运行成本，引入决策变量j
alt
，选择备选点alt，j
alt
＝1；不选择备选点alt，j
alt
＝0，常数a为引力平衡系数，备选点alt与需求点req两处的航路吸引质量用物流运输的热力指数m
alt
与m
req
表示，为备选点alt与需求点req间的广义距离函数，p1为备选点alt的集合，p2为需求点req的集合，r表示低空空域内核心物流运输点覆盖的半径；利用凸包算法对上述目标函数求解，得到j
alt
，求出需要建设无人机物流运输点的备选点。
[0050]
备选点p1集合确定如下，在区域范围内筛选符合以下任意一个条件的位置作为备选点；
[0051]
条件一：具有超过1000人的人口聚居区；
[0052]
条件二：单日平均物流需求超过500件的位置；
[0053]
条件三：最高周起降架次达到至少300的位置；
[0054]
条件四：道路交通拥堵，需要实施人工干预的交通管制的位置。
[0055]
在步骤s2中，根据所选区域的航路利用率、物流运输的热力指数、备选点区域居民密度与物流无人机本身的性能要求，确定区域中各类物流需求点位置与物流流量，确定满足需求点需求的物流运输点承载层级。
[0056]
物流运输点承载层级中，小型物流无人机起降点，层级为d；中型物流无人机起降点，层级为c；大型物流无人机起降点，层级为b；物流无人机枢纽起降平台，层级为a。
[0057]
确定满足区域内需求点的备选点集合如下：备选点alt的承载层级不小于需求点req的承载层级，该备选点alt能够为需求点req提供服务能力，为满足需求点的备选点。
[0058]
选址模型如下：
[0059][0060][0061][0062]
d＝{(alt',req')|l
req'
》l
alt'
}
[0063]
x'＝(x,
…
,x)
t
[0064]
x＝(x0,xa,xb,xc,xd)
[0065]
y(l
req'
+1,req
′
)＝1
[0066]
其中，d
alt'
表示符合需求的备选点alt'中的最小距离，d
alt'req'
表示需求点req'与符合需求的备选点alt'间的距离，d表示符合需求的备选点alt'的集合，p'1为区域内备选点alt'的集合，p'2为区域内需求点req'的集合，x'为建设与服务成本的矩阵，y为承载层级矩阵，k
const
为无人机预计固定折损常量，r
alt'
为物流运输量，l
req'
为需求点req
′
的机场层级，l
alt'
为备选点alt
′
的机场层级，x＝(x0,xa,xb,xc,xd)表示机场层级为0，a，b，c，d，其中0
级不建设物流运输点。采用选址模型对区域范围内多个物流运输点网络进行合理规划，将提高物流运输点之间的协同性，降低建设运输服务成本，提高物流服务质量。
[0067]
引入决策变量z
alt
′
req
′
，其中l
req
′
》l
alt
′
，z
alt
′
req
′
＝0；其中l
req'
≤l
alt'
，z
alt'req'
＝1，采用凸包算法对目标函数进行求解，得到区域内建设物流运输点的层级与位置。
[0068]
因此，本发明采用上述一种低空空域内物流运输点网络规划方法，研究低空城市物流无人机路径规划技术，为无人机低空飞行的自主化、智能化提供部分理论和方法支撑，确保低空通航需求日趋旺盛的未来低空资源能充分利用，实现民用无人机的安全、顺畅飞行。
[0069]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种低空空域内物流运输点网络规划方法，其特征在于：包括以下步骤，s1：基于低空空域内物流运输点最佳位置、物流流量以及物流运输点的备选点的集合，以区域内的航路吸引拟合度最大为目标，确定低空空域内核心物流运输点的位置；s2：基于城市低空空域内物流运输点最佳位置、物流流量以及物流运输点的备选点的集合，以建设与服务成本最小为目标建立选址模型，划设航路网络，得到区域内无人机物流运输点的数量、位置与层级。2.根据权利要求1所述的一种低空空域内物流运输点网络规划方法，其特征在于：在步骤s1中，低空空域内核心物流运输点的位置，采用如下目标函数：骤s1中，低空空域内核心物流运输点的位置，采用如下目标函数：骤s1中，低空空域内核心物流运输点的位置，采用如下目标函数：p3＝{(alt，req)|d
altreq
≤r}其中，k
alt
为备选点alt的建设运行成本，引入决策变量j
alt
，选择备选点alt，j
alt
＝1；不选择备选点alt，j
alt
＝0，常数a为引力平衡系数，备选点alt与需求点req两处的航路吸引质量用物流运输的热力指数m
alt
与m
req
表示，为备选点alt与需求点req间的广义距离函数，p1为备选点alt的集合，p2为需求点req的集合，r表示低空空域内核心物流运输点覆盖的半径；利用凸包算法对上述目标函数求解，得到j
alt
，求出需要建设无人机物流运输点的备选点。3.根据权利要求2所述的一种低空空域内物流运输点网络规划方法，其特征在于：所述备选点p1集合确定如下，在区域范围内筛选符合以下任意一个条件的位置作为备选点；条件一：具有超过1000人的人口聚居区；条件二：单日平均物流需求超过500件的位置；条件三：最高周起降架次达到至少300的位置；条件四：道路交通拥堵，需要实施人工干预的交通管制的位置。4.根据权利要求1所述的一种低空空域内物流运输点网络规划方法，其特征在于：在步骤s2中，根据所选区域的航路利用率、物流运输的热力指数、备选点区域居民密度与物流无人机本身的性能要求，确定区域中各类物流需求点位置与物流流量，确定满足需求点需求的物流运输点承载层级。5.根据权利要求4所述的一种低空空域内物流运输点网络规划方法，其特征在于：所述物流运输点承载层级中，小型物流无人机起降点，层级为d；中型物流无人机起降点，层级为c；大型物流无人机起降点，层级为b；物流无人机枢纽起降平台，层级为a。6.根据权利要求2所述的一种低空空域内物流运输点网络规划方法，其特征在于：确定满足区域内需求点的备选点集合如下：备选点alt的承载层级不小于需求点req的承载层
级。7.根据权利要求1所述的一种低空空域内物流运输点网络规划方法，其特征在于：所述选址模型如下：选址模型如下：选址模型如下：d＝{(alt
′
，req
′
)|l
req
′
＞l
alt
′
}x
′
＝(x,...,x)
t
x＝(x0，x
a
，x
b
，x
c
，x
d
)y(l
req
′
+1，rgq
′
)＝1其中，d
alt
′
表示符合需求的备选点alt
′
中的最小距离，d
alt
′
req
′
表示需求点req
′
与符合需求的备选点alt
′
间的距离，d表示符合需求的备选点alt
′
的集合，p
′1为区域内备选点alt
′
的集合，p
′2为区域内需求点req
′
的集合，x
′
为建设与服务成本的矩阵，y为承载层级矩阵，k
const
为无人机预计固定折损常量，r
alt
′
为物流运输量，l
req
′
为需求点req
′
的机场层级，l
alt
′
为备选点alt
′
的机场层级，x＝(x0,x
a
,x
b
,x
c
,x
d
)表示机场层级为0，a，b，c，d，其中0级不建设物流运输点。8.根据权利要求7所述的一种低空空域内物流运输点网络规划方法，其特征在于：引入决策变量z
alt
′
req
′
，其中l
req'
>l
alt'
，z
alt'req'
＝0；其中l
req'
≤l
alt'
，z
alt
′
req'
＝1，采用凸包算法对目标函数进行求解，得到区域内建设物流运输点的层级与位置。

技术总结
本发明公开了一种低空空域内物流运输点网络规划方法，涉及机场规划技术领域，包括以下步骤，S1：基于低空空域内物流运输点最佳位置、物流流量以及物流运输点的备选点的集合，以区域内的航路吸引拟合度最大为目标，确定低空空域内核心物流运输点的位置；S2：基于城市低空空域内物流运输点最佳位置、物流流量以及物流运输点的备选点的集合，以建设与服务成本最小为目标建立选址模型，划设航路网络，得到区域内无人机物流运输点的数量、位置与层级。本发明采用上述的一种低空空域内物流运输点网络规划方法，研究低空城市物流无人机路径规划技术，为无人机低空飞行的自主化、智能化提供部分理论和方法支撑。供部分理论和方法支撑。供部分理论和方法支撑。


技术研发人员：黄睿 徐舒梦 李伟民 钟罡 夷珈 李姗
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2023.05.06
技术公布日：2023/7/20