本發明涉及智能傳感器，具體為一種低空飛行安全保障智能傳感器。

背景技術：

1、在航空領域中，飛行器的安全飛行與路徑優化一直是研究的重點。隨著科技的進步和飛行器性能的提升，對飛行器飛行過程中的安全風險評估和避障路徑優化的需求也日益迫切。

2、傳統的飛行器安全風險評估方法主要依賴于飛行員的個人經驗和飛行器的機械性能參數，這種方法不僅主觀性強，而且難以全面、準確地評估飛行過程中的各種安全風險。同時，在避障路徑優化方面，傳統的算法往往只考慮路徑成本（如飛行時間、燃料消耗等），而忽視了安全風險對路徑選擇的影響，這可能導致飛行器在飛行過程中面臨較大的安全隱患。

3、為了解決上述問題，近年來研究者們開始探索基于多源數據融合的安全風險評估方法和綜合考慮路徑成本與安全風險的避障路徑優化算法。然而，現有的這些方法仍然存在一些不足。例如，多源數據融合的過程中，如何有效地處理不同數據源之間的數據差異和沖突，以提高數據的準確性和可靠性，是一個亟待解決的問題。此外，在避障路徑優化算法中，如何根據飛行器的當前狀態和剩余飛行時間動態調整路徑成本和安全風險的權重，以實現二者的平衡，也是一個具有挑戰性的課題。

4、因此，本研究提出了一種新的權衡系數確定方法，以及基于該方法的安全風險評估與避障路徑優化系統。該系統能夠綜合考慮飛行器的當前速度、剩余飛行時間以及多種安全威脅因素，通過動態調整權衡系數，實現路徑成本和安全風險的平衡。同時，該系統還采用了多源數據融合分析技術，提高了數據的準確性和可靠性，為后續的安全風險評估和避障策略生成提供了有力的數據支持。

技術實現思路

1、本發明的目的在于提供一種低空飛行安全保障智能傳感器，以解決上述背景技術中提出的問題，以提升飛行器的安全飛行性能和路徑優化能力。

2、為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種低空飛行安全保障智能傳感器，其特征在于，包括：

3、數據采集單元，用于收集低空飛行環境中的多源數據，包括飛行器的位置、速度、高度、姿態參數，以及環境中的障礙物位置、氣象條件、電磁干擾信息；

4、數據處理與分析單元，對所述數據采集單元獲取的數據進行預處理、特征提取和融合分析，以識別潛在的安全威脅；

5、安全風險評估模塊，基于所述數據處理與分析單元的輸出，通過預定義的安全風險評估算法計算飛行安全風險值；

6、預警與避障策略生成單元，當安全風險值超過預設閾值時，自動觸發預警信號，并依據預設規則或算法生成避障或安全飛行建議；

7、通信接口，用于將預警信號、避障策略或安全飛行建議實時傳輸給低空飛行器控制系統或地面監控站。

8、優選的，所述安全風險評估算法采用以下公式計算安全風險值：；其中，表示安全風險值，表示考慮的安全威脅因素數量，表示第個威脅因素的權重，表示第個威脅因素根據其量化值評估的風險函數，且滿足。

9、優選的，所述風險函數的具體形式為：；其中，、和為根據具體威脅因素而定的系數。

10、優選的，所述預警與避障策略生成單元包括：

11、預警閾值設定模塊，用于根據飛行任務要求、飛行器性能和環境條件動態調整預警閾值；

12、避障策略優化模塊，采用以下公式計算最優避障路徑：；其中，表示最優避障路徑，表示所有可能避障路徑的集合，表示路徑成本函數，表示路徑上的安全風險值，和是權衡系數，用于調整路徑成本和安全風險的相對重要性。

13、優選的，所述路徑成本函數的具體形式為：；其中，表示路徑上的飛行時間，表示路徑上的燃料消耗，表示路徑上可能導致的飛行器磨損程度，、和為權衡系數。

14、優選的，所述數據處理與分析單元采用以下公式對多源數據進行融合分析：；其中，表示融合后的綜合數據指標，表示數據源的數量，表示第個數據源的權重，表示第個數據源的實際數據值，和分別表示第個數據源的均值和標準差。

15、優選的，所述權衡系數和的確定方法采用以下公式：；；其中，表示飛行器的最大安全速度，表示當前飛行速度，表示剩余飛行時間，表示總飛行時間，和為調整系數。

16、本發明提出的一種低空飛行安全保障智能傳感器，有益效果在于：

17、1.通過綜合考慮多種安全威脅因素，并結合各因素的權重和量化值進行綜合評估，本發明能夠更準確地反映飛行器在飛行過程中的安全風險狀況；此外，采用多源數據融合分析技術，有效整合了來自不同數據源的信息，提高了數據的準確性和可靠性，從而進一步提升了安全風險評估的精確度。

18、2.本發明提出了一種新的權衡系數確定方法，該方法能夠根據飛行器的當前狀態和剩余飛行時間動態調整路徑成本和安全風險的權重；在避障路徑優化過程中，系統能夠在保證安全的前提下，充分考慮路徑成本，實現二者的有效平衡，從而提高了飛行器的整體飛行性能。

19、3.通過應用本發明的避障路徑優化算法，飛行器能夠在復雜環境中快速、準確地找到最優避障路徑，有效避免與障礙物發生碰撞；這不僅提高了飛行器的自主避障能力，還減輕了飛行員的工作負擔，提升了飛行安全水平。

20、4.由于本發明在避障路徑優化過程中充分考慮了路徑成本，包括飛行時間、燃料消耗等因素，因此能夠在保證安全的前提下，選擇更為經濟、高效的飛行路徑；這有助于降低飛行器的燃油消耗，提高飛行效率，減少運營成本。

21、綜上所述，本發明在提升安全風險評估準確性、實現路徑成本與安全風險的平衡、增強飛行器自主避障能力、提高飛行效率與燃油經濟性以及促進航空技術創新與發展等方面均表現出顯著的有益效果。

技術特征：

1.一種低空飛行安全保障智能傳感器，其特征在于，包括：

2.根據權利要求1所述的一種低空飛行安全保障智能傳感器，其特征在于，所述安全風險評估算法采用以下公式計算安全風險值：；其中，表示安全風險值，表示考慮的安全威脅因素數量，表示第個威脅因素的權重，表示第個威脅因素根據其量化值評估的風險函數，且滿足。

3.根據權利要求2述的一種低空飛行安全保障智能傳感器，其特征在于，所述風險函數的具體形式為：；其中，、和為根據具體威脅因素而定的系數。

4.根據權利要求3述的一種低空飛行安全保障智能傳感器，其特征在于，所述預警與避障策略生成單元包括：

5.根據權利要求4述的一種低空飛行安全保障智能傳感器，其特征在于，所述路徑成本函數的具體形式為：；其中，表示路徑上的飛行時間，表示路徑上的燃料消耗，表示路徑上可能導致的飛行器磨損程度，和為權衡系數。

6.根據權利要求5述的一種低空飛行安全保障智能傳感器，其特征在于，所述數據處理與分析單元采用以下公式對多源數據進行融合分析：；其中，表示融合后的綜合數據指標，表示數據源的數量，表示第個數據源的權重，表示第個數據源的實際數據值，和分別表示第個數據源的均值和標準差。

7.根據權利要求6述的一種低空飛行安全保障智能傳感器，其特征在于，所述權衡系數和的確定方法采用以下公式：；；其中，表示飛行器的最大安全速度，表示當前飛行速度，表示剩余飛行時間，表示總飛行時間，和為調整系數。

技術總結
本發明公開了一種低空飛行安全保障智能傳感器，包括：數據采集單元、數據處理與分析單元、安全風險評估模塊、預警與避障策略生成單元和通信接口；數據采集單元用于收集低空飛行環境中的多源數據；數據處理與分析單元對所述數據采集單元獲取的數據進行預處理、特征提取和融合分析；安全風險評估模塊基于所述數據處理與分析單元的輸出；預警與避障策略生成單元當安全風險值超過預設閾值時，自動觸發預警信號；本發明在提升安全風險評估準確性、實現路徑成本與安全風險的平衡、增強飛行器自主避障能力、提高飛行效率與燃油經濟性以及促進航空技術創新與發展等方面均表現出顯著的有益效果。

技術研發人員：胡輝,林琿,付康,廖嵐,顧華奇,王毅,張石清,方江雄,饒蘭香,周曉亭
受保護的技術使用者：江西省自然資源事業發展中心
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28