This paper develops a high-density air corridor traffic flow model for Uncrewed Aircraft System (UAS) operation in urban low altitude airspace. To maximize throughput with safe separation guarantees, we define an airspace spatiotemporal planning problem. For the spatial planning, we propose a multi-floor UAS coordination structure divided into a finite number of air corridors safely wrapping buildings and obstacles. We use the USGS Lidar data to map buildings and in turn generate air corridors by modeling UAS coordination as ideal fluid flow with the streamlines obtained by solving the Laplace partial differential equation (PDE). Proper boundary conditions for the differential equations are imposed to direct air corridors along the floors desired motion direction. For temporal planning, we use 4-dimensional path-finding through the corridor network with A* search to maximize airspace usability given each UAS initial and destination waypoint pair.


翻译:本论文为无人机在城市低空领域操作开发了高密度的空中航路交通流模型。为了最大程度地提高吞吐量并保证安全间隔,我们定义了一个航空领域时空规划问题。对于空间规划,我们提出了一个多层无人机协调结构,将其分为有限数量的空中通道,安全地包裹建筑物和障碍物。我们利用USGS激光雷达数据来绘制建筑物,然后通过求解拉普拉斯偏微分方程(PDE)中的流线,以理想流体流的方式建立空中通道。合适的边界条件被施加,以使空中通道沿所需的运动方向移动。对于时间规划,我们使用基于A*搜索的四维路径查找来通过通道网络最大限度地提高领域可用性,以每个无人机的起始和目标路径点对为前提。

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