113 / 2025-03-31 23:01:13

面向城市空中交通的风场建模与导航研究

城市空中交通,计算流体力学（CFD）,城市风环境

本研究面向城市空中交通即无人机安全导航需求，构建了计算流体力学（CFD）模拟与路径规划算法的协同框架。以香港荃湾为研究对象，提出多级扩展模拟域方法解决建筑群遮挡效应导致的风场失真问题：通过渐进式扩展外围建筑模型范围，系统模拟八个主导风向工况，定量评估不同扩展边界对目标区域风场稳定性的影响，最终确定了使目标区域风场变异系数最小化的外围建筑扩展边界。在路径规划环节，基于三维风场数据构建智能决策系统：将建筑物障碍物约束、湍流风险区识别与风场-能效关系进行结合，通过改进A*算法的启发式函数权重分配机制，建立了飞行安全、能源效率与风险规避的多目标协同优化模型。本研究拓展建筑边界范围的合理界定有效降低目标区域风场模拟误差，其路径规划策略通过动态权衡湍流风险与飞行能耗，实现导航安全与能源效率的协同优化。该框架提出的风场建模方法与多目标决策机制，有助于高密度城市中无人机自主导航的安全与高效性。