吉林大学席建锋获国家专利权
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龙图腾网获悉吉林大学申请的专利无人机在邻近高速公路空域飞行时的风险识别与应急方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN120335478B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-08-26发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202510821856.3,技术领域涉及:G05D1/46;该发明授权无人机在邻近高速公路空域飞行时的风险识别与应急方法是由席建锋;李东恒;郑黎黎;孟凡运;庄肃岩;苗书祺;汤芷;刘冰;赵军龙;丁同强;张笑晗;严文设计研发完成,并于2025-06-19向国家知识产权局提交的专利申请。
本无人机在邻近高速公路空域飞行时的风险识别与应急方法在说明书摘要公布了:本发明属于无人机应急控制系统领域,涉及无人机在邻近高速公路空域飞行时的风险识别与应急方法,该方法通过构建六自由度动力学模型并纳入环境因素及控制意图,获取无人机的平衡状态,将平衡状态与实时数据动态比对得到状态偏差,以状态偏差来推导无人机的故障概率,实现对无人机可能故障的灵敏预警;此外,该方法构建电磁安全边界与物理安全边界的双层联动框架,结合故障概率来实现安全风险识别,确保无人机与高速公路上车队之间的安全区域能够随着速度、车队密度及干扰强度以风险值进行表征;还考虑无人机在空中飞行时的故障概率,当故障概率大于预设阈值时,判断无人机失控状态,采取对应的控制策略,保证无人机部分或全面失控时的飞行安全。
本发明授权无人机在邻近高速公路空域飞行时的风险识别与应急方法在权利要求书中公布了:1.无人机在邻近高速公路空域飞行时的风险识别与应急方法,其特征在于,该方法包括以下步骤: 步骤S1:数据采集,获取无人机周围环境数据与附近行驶的车辆基本信息; 步骤S2:建立包括风力在内的六自由度动力学模型;将操控员处的摇杆信号转换为运动学状态变化,基于建立的六自由度动力学模型计算无人机的平衡状态,将实时获取的无人机的当前状态与平衡状态对比,获取平衡状态与当前状态的状态偏差,基于状态偏差计算位置环的瞬时故障裕度和姿态环的瞬时故障裕度,从而获取无人机的动力故障概率、姿态故障概率及当前的综合故障概率; 步骤S3:构建车队以及基础设施的物理安全边界;同时对公路上行驶的车辆、基础设施发出的频段进行实时检测,并与无人机当前的通讯频段进行对比,若与当前无人机通信频率重合,则生成电磁安全边界;基于物理安全边界与电磁安全边界生成全局安全边界; 步骤S4:建立无人机碰撞盒,同时判断综合故障概率是否超过预设的阈值,若未超过预设的阈值,则由操控员控制无人机,同时基于无人机碰撞盒与步骤S3的全局安全边界识别无人机当前安全风险,并根据安全风险等级对操控员进行相应预警;若综合故障概率超过预设的阈值,则执行步骤S5; 步骤S5:识别无人机的故障类型,基于当前时刻无人机的状态、无人机的动力故障概率、姿态故障概率计算无人机在当前位置的综合故障坠落路径域,并获取无人机在故障情况下的故障状态风险值;之后根据综合故障概率判断无人机失控程度,若为部分失控,则控制无人机的飞行方向,使其向故障状态风险值低的方向前进,当所计算的故障状态风险值为零,无人机强制执行安全降落;若为全部失控,则将综合故障坠落路径域映射至全局坐标系形成最终坠落影响边界,基于全局安全边界和形成的最终坠落影响边界,对坠落地点周围的车辆发出避让指令,若存在基础设施则进行防护; 其中,步骤S2中位置环的瞬时故障裕度为: 其中,||*||2表示数学中的2-范数,表示无人机的当前位置,即为无人机平衡状态下的位置;Δsrange为无人机可达到的各向速度范围,sreal为无人机在t1时刻的实际速度集合,sideal为无人机在t1时刻平衡状态下的速度集合;且κ为时间衰减因子;λposition为控制项重要程度的权重系数; 姿态环的瞬时故障裕度为: 其中,ηreal、表示无人机的当前姿态角和姿态角速度,满足ηideal、为无人机平衡状态下的姿态角和姿态角速度,ηmax为无人机所能达到的最大姿态角,为无人机可达到的各向姿态范围;且k为时间衰减因子,λattitude为控制项重要程度的权重系数; 无人机的动力故障概率Pposition与姿态故障概率Pposture表示为: 无人机的综合故障概率表示为: 其中,σp与σa分别为位置与姿态角的瑞利分布尺度参数,和ζ’为权重系数,取值范围0.2-0.7,ζ’取值范围0.2-0.7,两者相加应当等于1。
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