一种城市低空载人飞行巴士系统、飞行方法、设备及介质与流程

本发明涉及交通通信，具体涉及一种城市低空载人飞行巴士系统、飞行方法、设备及介质。

背景技术：

1、在全球经济飞速发展的今天，城市化进程如同一把双刃剑，一方面带来了繁荣和机遇，另一方面也导致了城市交通拥堵、环境污染等问题。尤其是在特大城市，交通拥堵已经成为影响市民生活质量的重要问题之一，极端通勤时长是摆在特大城市上班族面前的一大痛点，传统的地面交通工具，如汽车、公交车和地铁等，已经无法满足日益增长的交通需求，因此探索新的交通方式，以缓解城市交通压力，提高交通效率，已经成为迫切需求。

2、飞行汽车(或低空载人飞行器)的诞生，似乎为城市交通问题提供了一个全新的解决方案，飞行汽车结合了汽车和飞机的优点，可以在道路上行驶，也可以起飞和降落，从而实现陆空两用，这使得飞行汽车具有跨越地理空间的能力，能够在拥堵的城市道路上空开辟出一条新的通勤通道，减少通勤时间，缓解城市通勤拥堵问题，此外，飞行汽车还有助于减少交通污染，保护环境，同时与传统燃油汽车相比，飞行汽车采用电动驱动，噪音小、污染低，有助于改善城市空气质量，为市民创造一个更健康的生活环境。

3、除了飞行汽车外，无人机配送和低空旅游等新兴航空应用也逐步崭露头角，无人机配送可以实现货物从仓库直接送达客户手中的高效物流服务，降低了物流成本，提高了配送效率，而低空旅游则通过直升机、热气球等飞行器，为游客提供了新颖的旅游体验。

4、然而，这些应用大多属于小规模、个性化的服务，无法满足大众的日常通勤需求。

5、因此开发一种新型的城市交通方式，如低空载人飞行巴士系统，可以提供大规模、常态化的通勤服务，满足大众的出行需求，同时解决城市交通拥堵、时间长等痛点问题，为此，本技术特提出一种城市低空载人飞行巴士系统。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种城市低空载人飞行巴士系统、飞行方法、设备及介质，能够缓解城市交通拥堵问题，提高交通效率，为人们提供便捷、安全和舒适的出行方式和体验，以解决背景技术中所提出的技术问题。

2、本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：

3、一种城市低空载人飞行巴士系统，包括飞行巴士站、低空载人飞行巴士、低空飞行航线和低空5g网络，其中：

4、飞行巴士站设置在多个规划位置的公共交通集散站，用于在该区域单独起降低空载人飞行巴士；

5、低空飞行航线，设置在距离地面0-1000米高度的空域；

6、低空载人飞行巴士，安装有多组感应外部环境的传感器，且所述低空载人飞行巴士设置在低空飞行航线的空域范围内沿航线路径行驶移动运营；

7、低空5g网络包括沿低空飞行航线分布的低空5g基站，所述低空5g基站主天线对空，用于实现对空波束覆盖低空飞行轨道，所述低空5g基站通过光纤接入地面5g网络的承载网，或通过无线方式接入普通地面5g基站，用于实现与核心网的对接，与地面5g网络形成有机整体。

8、优选的，还包括飞行巴士调度系统，所述飞行巴士调度系统用于实时获知每辆飞行巴士的位置、高度、速度、所执行航线信息，还通过设置在飞行巴士站的视频监控系统实时获知每个站点的等待人群数据，并同时用于实时获取每个飞行巴士站的支援请求，并结合优先级评估结果、与飞行巴士库的距离、库内的备用飞行巴士数量变量，输入调度规划算法计算优先级，得出调度结果，并向对应的备用飞行巴士发布调度任务命令，指示其前往补充需求大的目标飞行巴士站站点执行对应航线任务。

9、优选的，所述调度规划算法包括：将系统内的所有巴士站与巴士库根据地理位置分成若干组gl，巴士站的编号为pi(i>0)，巴士库的编号为pj(j>0)，巴士站与巴士库的距离为dij，设定系统运行期间某组的巴士库内还剩n辆飞行巴士，某时间t时某组gl中共有m个未处理飞行巴士站支援请求，其请求的优先级分别是am。

10、优选的，执行算法公式如下：

11、时间t下，对于每个组gl，

12、1)若n≥m，即飞行巴士库内的备用飞行巴士数量大于待支援巴士站点数量，则组内取m辆飞行巴士分别支援m个巴士站；否则，进行第2步；

13、2)对m个待支援飞行巴士站点按照优先级a进行排序，依次取前n个站点进行满足，派组内前n辆飞行巴士分别支援前n个巴士站，对于库内最后一辆备用飞行巴士，若此时存在两个及以上支援请求优先级相同时，则进入第3步；

14、3)对于优先级相同的支援请求，判断其站点与巴士库的距离dij，按dij进行排序，dij最小即距离最近的中标，由最后一辆备用飞行巴士前往站点支援。

15、优选的，一种城市低空载人飞行巴士飞行方法，基于上述任一所述的城市低空载人飞行巴士系统执行飞行操作，包括以下具体飞行操作步骤：

16、s1.将低空飞行航线的空域划分为超低空飞行层、近低空飞行层、中低空飞行层和远低空飞行层，其高度范围对应分别设为0～h1、h1～h2、h2～h3和h3～1000，其飞行速度范围对应分别设为0～v1、v1～v2、v2～v3和v3～v4；

17、s2.停机坪垂直起飞，飞行巴士原地垂直起飞到□1高度以上的近低空飞行层，然后飞行速度加速到v2进行低速飞行；

18、s3.低速飞行3分钟后再次抬高飞行高度进入中低空飞行层，以v3km/h的飞行速度时速巡航；

19、s4.若整体航程高于70km，则以飞行速度为vv的时速飞行3分钟后再次升到远低空飞行层，并加速到飞行速度最高为v4进行巡航；

20、s5.飞行至航程最后10公里后，减速依次进入中低空飞行层、近低空飞行层，实现在至少最后1公里时将飞行速度时速降至v1；

21、s6.到达目的地飞行巴士站点上空100米后垂直降落至停机坪。

22、优选的，所述低空载人飞行巴士在低空飞行航线的空域范围内行驶移动运营过程中应用飞行规划算法执行航线飞行任务、飞行任务时的降落操作和飞行任务时的实时避障操作，所述飞行规划算法包括以下子算法：

23、固定航线规划子算法：按照事先规划好的低空飞行轨道，完成起飞、爬升、巡航、下降和着陆等飞行阶段，控制飞行高度与速度，最终到达目的地；

24、避障子算法：用于根据飞行巴士的实时位置和周身传感器获取的周围环境信息来计算避障路径，从而实现实时避让周围的障碍物；

25、降落排队子算法：用于根据停泊点地面及上空的其他飞行巴士情况，自动判断是否等待其他飞行巴士降落以及自身排队顺位。

26、优选的，所述固定航线规划子算法执行航线飞行任务的具体过程包括：

27、a1.低空载人飞行巴士在停机坪等待，待乘客依次进入并系好安全带后，准备起飞；

28、a2.飞行巴士进入起飞序列第1顺位后，原地垂直起飞，以低于飞行速度v1的上升速度上升至h1～h2的近低空飞行层，此时根据航线规划确定具体高度，以h1为最低高度和基准高度，不同航线以10米为间隔进行飞行高度分隔，最高不超过h2高度，不同规划航线上的飞行巴士分别飞行在不同分隔高度；

29、a3.到达指定的飞行高度后，飞行巴士开始水平加速，用1分钟时间加速到v2的时速并保持该速度飞行2分钟；

30、a4.保持v2时速向前飞行的同时逐渐抬高飞行高度进入h2～h3的中低空飞行层，此时根据航线规划确定具体高度，以h2为最低高度和基准高度，不同航线以10米为间隔进行飞行高度分隔，最高不超过h3高度，不同规划航线上的飞行巴士分别飞行在不同分隔高度；

31、a5.到达指定的飞行高度后，再次水平加速，用1分钟时间加速到v3时速并保持该速度飞行2分钟；

32、a6.若整体航程低于70km，则保持v3时速巡航；否则再次水平向前飞行的同时提高飞行高度进入h3～h4米的远低空飞行层，此时根据航线规划确定具体高度，以h3为最低高度和基准高度，不同航线以20米为间隔进行飞行高度分隔，最高不超过h4高度，不同规划航线上的飞行巴士分别飞行在不同分隔高度，最后再次用1分钟加速到最高v4时速进行巡航；

33、a7.飞行至航程最后10km时，开始减速依次进入中低空飞行层、近低空飞行层，实现在至少最后1km时将时速降至v1；

34、a8.飞行巴士进入目标飞行巴士站水平距离1km起，飞行巴士通过外部传感器实时探测是否有其他巴士正在目标飞行巴士站上空以及对应停机坪上是否已有飞行巴士：

35、若无，则减速进入站点上空并悬停至对应位置，以低于v1时速缓慢降落至停机坪；若有，则进行排队等候，根据降落排队子算法确定降落顺序；

36、a9.飞行巴士落地后，打开车门，待乘客全部离开后，开始下一次飞行任务。

37、优选的，所述降落排队子算法执行飞行任务时的降落操作的具体过程包括：

38、b1.飞行巴士进入目标飞行巴士站水平距离1km起，飞行巴士各方向上安装的传感器实时探测，若探测到飞行巴士站停机坪有空位及其上空方圆500内无其他排队巴士，则飞行至对应空位上空并开启降落程序；否则，进入下述步骤执行排队流程；

39、b2.依据先到先落原则，排队时以飞行巴士站为圆心，半径50米逐级增加，形成从半径50米到500m的20个圆形轨道，半径越小的圆形轨道其优先级越高，每个圆形轨道同时只能有一辆飞行巴士占据；

40、b3.先排队者进入最小的圆形轨道，后到者依次占据次小的圆形轨道，最早的飞行巴士开始降落后，后到者依次进入优先级高一级的圆形轨道，如此循环，直到所有排队巴士均完成降落。

41、优选的，所述避障子算法执行飞行任务时的实时避障操作通过以下模块实现：

42、环境感知模块：通过外部多种传感器，实时监测飞行巴士周围的环境，获取周围物体的位置、大小、速度信息；

43、避障策略模块：根据环境感知的结果采用合适的避障策略来避开障碍物，避障策略方式包括避让、绕行、爬升、下降；

44、避障路径规划模块：根据避障策略，计算出避障路径，并规划出飞行巴士的飞行路线；

45、避障执行模块：根据避障路径规划的结果，控制飞行巴士的飞行方向和速度，执行避障操作。

46、又一方面，本发明还公开一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如上述方法的步骤。

47、再一方面，本发明还公开一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如上方法的步骤。

48、由上述技术方案可知，本发明提供了一种城市低空载人飞行巴士系统。

49、与现有技术相比本发明的具有以下优势：

50、1.本发明低空载人飞行巴士系统通过以低空载人飞行巴士为载体，飞行巴士站为起止基础设施，将低空空域划分使用层，规划出合理的低空飞行航线，具有长距离快速到达的效果，极大缩短乘客通行时间，有效缓解地面交通拥堵，提供了一种新的城市交通方式。

51、2.本发明低空载人飞行巴士系统通过配套部署低空5g网络，能够为飞行巴士提供高速、低时延的网络，从而为乘客提供良好的上网体验。

52、3.本发明飞行方法通过对低空空域进行合理分配和利用，并将低空空域分成四层，各层进行不同的限速，每层内以10米或20米高度差为间隔进一步规划划分轨道供不同航线的飞行巴士巡航使用，既能够减少空中拥堵和潜在的飞行冲突，使得每条航线都能以接近最大效率运行，又方便动态调整航线和高度分配，确保即使在复杂多变的条件下也能维持高效的空域利用和飞行安全

53、4.本发明在飞行过程中通过设置降落排队子算法执行飞行任务时的降落操作，能够最大化保证站点上空安全，确保有序降落；通过设置避障子算法执行飞行任务时的避障操作，能够确保飞行巴士飞行过程中的安全，应对突发障碍物的风险。

54、5.本发明通过设置飞行巴士支援调度系统，能够综合所有飞行巴士的实时情况、评估不同站点的支援优先级，安排备用飞行巴士前往支援，且灵活调度所有巴士，提高系统运行效率，减少排队等待。

55、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。