一种无人机运行场景建模方法

摘要

本发明提供一种无人机运行场景建模方法，包括下步骤：获取无人机运行场景信息；基于所获取的场景信息，定义该场景下无人机操作概念的组成元素；基于场景信息和组成元素信息，定义该场景下无人机操作概念的结构关系；利用形式化语言，对组成元素和结构关系进行描述，构建无人机运行场景的模型；将无人机运行场景的模型与该场景下无人机监管要求进行匹配。本发明信息获取手段丰富，无人机操作概念组成元素的定义紧密结合特定操作风险评估的要求，涵盖了无人机运行场景的各种组成元素，无人机操作概念结构关系的定义紧密结合组成元素，构建了元素的相互关系，分类准确、条理清晰，为特定操作风险评估和无人机监管提供系统化的支持。

权利要求

1.一种无人机运行场景建模方法，其特征在于，包括下步骤：步骤一：获取无人机运行场景信息；包括无人机本身的产品信息；无人机飞手与相关任务执行人员的信息；无人机所执行任务过程中涉及的信息；与无人机相交联的设备与系统的信息；

步骤二：基于所获取的场景信息，定义该场景下无人机操作概念的组成元素；

各组成元素的具体内容包括：

1)无人机的生产配置管理，包括无人机的管理策略与人员责任；

2)无人机的操作策略，包括无人机在执行任务过程中的正常操作策略和异常操作策略；

3)无人机的培训信息，包括无人机飞手和任务执行人员的资质、协调操作能力、任务培训情况部分；

4)无人机系统的整体描述，包括无人机系统本身的主要组成部分及其性能参数；

5)无人机操作概念已经执行完特定操作风险评估过程后所产生的文件，这部分文件是对上述无人机生产配置管理、操作策略、培训信息和无人机系统整体描述进行特定种类风险评估后所获得的信息；

步骤三：基于场景信息和组成元素信息，定义该场景下无人机操作概念的结构关系，包括无人机的生产配置管理、无人机的操作策略、无人机的培训信息、无人机系统的整体描述，以及以上四部分经过特定操作风险评估后产生的评估信息文件；

步骤四：利用形式化语言，对组成元素和结构关系进行描述，构建无人机运行场景的模型；

步骤五：将无人机运行场景的模型与该场景下无人机监管要求进行匹配。

2.根据权利要求1所述的一种无人机运行场景建模方法，其特征在于，步骤三中所定义的无人机操作概念的结构关系，包括无人机操作运行相关信息和无人机操作技术相关信息两部分；各部分的具体内容如下所述：

1)无人机操作运行相关信息，包括对于无人机机组人员的组织概述，对于无人机具体操作策略的描述，以及对无人机飞手和其他任务执行人员的训练信息；

2)无人机操作技术相关信息，包括对于无人机系统的整体描述，对于无人机系统的控制部分，无人机系统的地理围栏边界部分，无人机系统的地面支持设备部分，命令和控制链接段，该链接段丢失处理策略部分，该链接段降级处理策略部分，以及安全特性问题部分。

3.根据权利要求1所述的一种无人机运行场景建模方法，其特征在于，步骤四中，描述无人机操作概念所使用的模型是基于系统实体结构和可扩展标记语言的改进模型，即用系统的实体结构建模来表述无人机的操作概念中主干操作概念与任务数据细节的关系，而用可扩展标记语言建模来表述各个无人机任务细节之间的联系；

利用形式化语言构建无人机运行场景模型这一过程可以细化为四个子步骤，具体过程如下所述：

1)将组成元素和结构关系整理为当前运行环境下的完整无人机操作概念；

2)利用系统实体结构来表述无人机操作概念中的的结构关系；

3)利用可扩展标记语言建模来表述无人机操作概念中组成元素的；

4)将上述利用不同形式化方法所建立的模型结合起来，得到当前运行场景下的无人机操作概念的形式化模型。

4.根据权利要求1所述的一种无人机运行场景建模方法，其特征在于，步骤五中，匹配过程便于无人机操作员了解所执行任务的具体构成和各部分监管详细要求，及时有效地采取相应措施；

进行匹配的具体过程如下所述：

1)明确不同运行场景下的相应无人机监管要求；

2)根据无人机运行场景模型，将监管要求和模型内的元素建立对应关系；

3)根据对应关系，判断各部分是否均满足监管要求，若有不满足的地方需进行整改，直到所有部分均符合要求为止。

说明书

一种无人机运行场景建模方法

技术领域

[0001] 本发明属于无人机领域，具体涉及一种无人机运行场景建模方法。

背景技术

[0002] 近几年，随着无人机行业快速发展，全球无人机市场大幅增长。无人机系统在民用领域的应用也越来越广泛，将无人机系统融入到现有国家空域系统中进行一致管理是大势所趋，这也使得对无人机的适航标准制定与风险评估被提上日程。2016年，无人机规章制定联合体提出了特定操作风险评估(Specific Operations Risk Assessment，SORA)的手段，该手段旨在为无人机运行提供更为简单明确有效的评估，从而简化无人机监管，使针对无人机的运行审定更加便捷，最终为无人机在低空空域的广泛使用提供支持。

[0003] 在无人机监管和SORA的需求推动下，无人机系统操作概念(Unmanned Aircraft System Concept of Operations，UAS ConOps)应运而生。该概念通过为无人机的具体操作行为定义明确限制，从而维持整体操作过程的安全性。而无人机系统操作概念的描述则是判断是否批准无人机系统具体操作的关键要素。建立无人机应用场景描述语言的标准化模型是无人机监管系统迈向适应统一发展的重要一环。此外，模型形式化的表述也很重要，形式化模型有助于支持无人机监管向自动化处理方向发展。鉴于目前国内外尚无成型的适用于无人机场景描述的标准模型，需要构建一个将无人机操作概念形式化表达的模型，进而用以描述无人机应用场景。

发明内容

[0004] 本发明提供一种基于形式化逻辑的无人机运行场景模型构建方法，以解决当前无人机监管领域中缺少无人机操作概念的形式化描述这一问题。本发明采用了系统实体结构和可扩展标记语言，通过对无人机操作概念进行模型构建，实现了对无人机运行场景的形式化描述，并利用该模型为无人机监管提供更为便捷有效的支持。具体技术方案为：

[0005] 一种无人机运行场景建模方法，包括下步骤：

[0006] 步骤一：获取无人机运行场景信息；

[0007] 所获取的无人机运行场景信息，包括无人机本身的设计商、零件或整机生产商、生产批号等生产组装配置方面的信息；无人机飞手与相关任务执行人员的资质等人员信息；无人机所执行任务的任务目的、路线、时间、天气、地理环境等任务执行过程中涉及的信息；
与无人机相交联的载荷通信链路、指挥控制链路、地面控制站、监控中心等设备与系统的信息等等；

[0008] 所获取的无人机运行场景信息，其获取方式包括相关人员单位主动公示报告、各种机载系统和传感器设备进行信息采集等。

[0009] 步骤二：基于所获取的场景信息，定义该场景下无人机操作概念的组成元素；

[0010] 所定义的无人机操作概念的组成元素，包括无人机的生产配置管理、无人机的操作策略、无人机的培训信息、无人机系统的整体描述、以及以上四部分经过特定操作风险评估后产生的评估信息文件。各组成元素的具体内容如下：

[0011] 1)无人机的生产配置管理，包括无人机的设计、生产、配置等部分的管理策略与人员责任；

[0012] 2)无人机的操作策略，包括无人机在执行任务过程中的正常操作策略和异常操作策略；

[0013] 3)无人机的培训信息，包括无人机飞手和任务执行人员的资质、协调操作能力、任务培训情况等部分；

[0014] 4)无人机系统的整体描述，包括无人机系统本身的主要组成部分及其性能参数，如无人机机身、无人机电源、无人机飞行控制系统、无人机通信系统、无人机任务载荷系统；

[0015] 5)无人机操作概念已经执行完特定操作风险评估过程后所产生的文件，这部分文件是对上述无人机生产配置管理、操作策略、培训信息和无人机系统整体描述进行特定种类风险评估后所获得的信息，用于支持更细致精准的无人机安全监管策略。

[0016] 步骤三：基于场景信息和组成元素信息，定义该场景下无人机操作概念的结构关系；

[0017] 所定义的无人机操作概念的结构关系包括无人机操作运行相关信息和无人机操作技术相关信息两部分。各部分的具体内容如下所述：

[0018] 1)无人机操作运行相关信息，包括对于无人机机组人员的组织概述，对于无人机具体操作策略的描述，以及对无人机飞手和其他任务执行人员的训练信息；

[0019] 2)无人机操作技术相关信息，包括对于无人机系统的整体描述，对于无人机系统的控制部分，无人机系统的地理围栏边界部分，无人机系统的地面支持设备部分，命令和控制链接段，该链接段丢失处理策略部分，该链接段降级处理策略部分，以及安全特性问题部分。

[0020] 步骤四：利用形式化语言，对组成元素和结构关系进行描述，构建无人机运行场景的模型；

[0021] 描述无人机操作概念所使用的模型是基于系统实体结构和可扩展标记语言的改进模型，即用系统的实体结构建模来表述无人机的操作概念中主干操作概念与任务数据细节的关系，而用可扩展标记语言建模来表述各个无人机任务细节之间的联系。

[0022] 利用形式化语言构建无人机运行场景模型这一过程可以细化为四个子步骤，具体过程如下所述：

[0023] 1)将组成元素和结构关系整理为当前运行环境下的完整无人机操作概念；

[0024] 2)利用系统实体结构来表述无人机操作概念中的的结构关系；

[0025] 3)利用可扩展标记语言建模来表述无人机操作概念中组成元素的；

[0026] 4)将上述利用不同形式化方法所建立的模型结合起来，得到当前运行场景下的无人机操作概念的形式化模型。

[0027] 步骤五：将无人机运行场景的模型与该场景下无人机监管要求进行匹配；

[0028] 匹配过程便于无人机操作员了解所执行任务的具体构成和各部分监管详细要求，及时有效地采取相应措施。进行匹配的具体过程如下所述：

[0029] 1)明确不同运行场景下的相应无人机监管要求；

[0030] 2)根据无人机运行场景模型，将监管要求和模型内的元素建立对应关系；

[0031] 3)根据对应关系，判断各部分是否均满足监管要求，若有不满足的地方需进行整改，直到所有部分均符合要求为止。

[0032] 本发明的优点在于：

[0033] 1)无人机运行场景信息的获取通过多种传感器监测记录、北斗及GPS实时定位、服务器记录等方式，采集相关信息，信息获取手段丰富，种类全面，覆盖范围广，为准确构建无人机运行场景模型提供有力的支持。

[0034] 2)无人机操作概念组成元素的定义紧密结合特定操作风险评估的要求，涵盖了无人机运行场景的各种组成元素，包括无人机的设计、生产、配置，无人机在执行任务时的正常操作策略与异常操作策略，无人机飞手的操作能力与培训信息，针对无人机系统各组成部分的描述，以及用以说明上述无人机操作概念经由特定操作风险评估后所获得的风险评估文件。组成元素类别丰富、覆盖范围广、定义表述精准、为无人机风险评估提供细致的参考，有助于特定操作风险评估在无人机运行过程中准确定位到风险过高的元素。

[0035] 3)无人机操作概念结构关系的定义紧密结合组成元素，构建了元素的相互关系，分类准确、条理清晰，为特定操作风险评估和无人机监管提供系统化的支持。

[0036] 4)对无人机运行场景进行建模的方法采用的是基于系统实体结构和可扩展标记语言的改进建模方法，即用系统的实体结构建模来表述无人机的操作概念中主干操作概念与任务数据细节的关系，而用可扩展标记语言建模来表述各个无人机任务细节之间的联系。该改进方法结合了两种建模方式的优点，使场景描述具有清晰准确、简明易懂的特征。

[0037] 5)无人机运行场景模型与该场景下无人机监管要求进行匹配的规则，为特定操作风险评估提供了具体细致的对应标准，有助于无人机飞手和监管人员对无人机执行任务过程前后所存在的问题及时进行纠察并改正，同时完善了监管与问责措施。使特定操作风险评估在无人机运行与监管过程中能够得到更便利普及的应用。

附图说明

[0038] 图1为本发明的流程图；

[0039] 图2为本发明步骤二中的无人机操作概念组成元素的实体关系图；

[0040] 图3为本发明步骤三的无人机操作概念结构关系的示意图；

[0041] 图4为本发明步骤三的无人机操作概念结构关系和组成元素在实际场景下的对应关系图；

[0042] 图5为本发明步骤四的无人机运行场景模型构建的具体流程图；

[0043] 图6为本发明步骤五的无人机运行场景模型与该场景下监管要求进行匹配的具体流程图；

[0044] 图7a为实施例一构建的多架视距内无人机运行中监测系统模型的示例图；

[0045] 图7b为实施例二构建的多架超视距无人机运行中无人机海洋动态管理场景模型的示例图。

具体实施方式

[0046] 下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

[0047] 本发明在于提供一种无人机运行场景建模方法。本发明采用了基于系统实体结构和可扩展标记语言两种形式化方法结合而成的改进建模方法，通过对无人机操作概念进行模型构建，实现了对无人机运行场景的形式化描述，并利用该模型为无人机监管提供更为便捷有效的支持。

[0048] 如图1所示，本方法分为以下步骤：

[0049] 步骤一：获取无人机运行场景信息；

[0050] 为了能构用模型精确描述无人机的运行场景，需要对场景信息进行采集。采集时需保证信息来源可靠、信息覆盖全面。

[0051] 无人机运行场景信息的采集方式包括传感器收集、系统设备收集、相关人员或单位主动申报等方式。传感器收集指利用机载传感器采集获取信息。例如惯性测量单元获得的惯导数据、加速度传感器获得的加速度数据、倾斜传感器获得的姿态数据、电流传感器与磁传感器获取的电磁状态数据等信息；系统设备收集指利用GPS/北斗卫星定位系统、无人机空管监视系统、飞行控制系统等多种机载及地面系统设备获取信息。包括三维坐标、链路性能、飞行状态等信息；主动申报指基于地方政府政策法规和民航无人机云系统，按要求申请公示无人机运行相关信息，包括无人机型号、厂家等生产配置信息，无人机任务说明，空域管理说明等文件。

[0052] 依据信息产生的所采集的信息可以分为四类，分别为无人机生产、组装、配置的相关信息，无人机执行任务的步骤、环境、策略等相关信息，无人机操作人员的资质、培训状态等信息，地面站、空管中心等无人机系统其他组成部分的相关信息。

[0053] 步骤二：基于所获取的场景信息，定义该场景下无人机操作概念的组成元素；

[0054] 如图2所示，所定义的无人机操作概念的组成元素，包括无人机的生产配置管理、无人机的操作策略、无人机的培训信息、无人机系统的整体描述、以及以上四部分经过特定操作风险评估后产生的评估信息文件。

[0055] 无人机操作概念组成元素和无人机运行环境中的各实体具有对应关系。根据组成元素的实体关系图，无人机操作概念的各组成元素详细说明如下所述：

[0056] 1)无人机的生产配置管理：它描述了如何处理无人机的设计和生产，维护原理，无人机系统的配置管理以及参与与其操作的机组人员的责任和义务；

[0057] 2)无人机的操作策略：首先，此部分应简要介绍具体无人机的任务，包括任务区域，执行任务所需的天气条件，以及无人机操作系统的最重要的特征和执行任务的机组人员的简短描述。其次，此部分继续描述实际飞行之前和飞行之后的标准程序。这部分的主要内容是无人机的正常操作策略和异常(紧急)操作策略。正常操作策略描述了无人机操作系统正确的任务中的预期用途，并显示可接受的操作限制条件。异常操作策略则包括了对于防止失去对无人机的控制和其它技术问题的解决方案和计划措施。即如果无人机操作失控，那么必须执行的程序和措施，应当是包含在此部分内容的紧急操作策略中；

[0058] 3)无人机的操作人员信息：描述对无人机飞手和参与无人机任务执行的其他工作人员的培训。这部分内容描述了无人机操作人员协调、操作以及对应的培训设备的培训程序；

[0059] 4)无人机系统的整体描述文件：描述整个无人机操作系统的一种缩短了的设计文件。它描述了无人机系统本身的主要的组成部分，例如地面基站，无人机的机身，无人机的电源，以及整个无人机飞行控制系统。这部分还应该涵盖无人机性能数据，包括飞行路线等；

[0060] 5)无人机操作概念已经执行完特定操作风险评估过程后所产生的文件：无人机操作概念在风险评估分析中具有重要作用。它用于确定在对风险采取了缓解措施之后的最终的安全性能等级，由此才可确定风险评估中的可能出现在无人机任务过程中的威胁或者障碍问题的严重程度。无人机操作概念是特定风险评估分析的输入信息，它描述了任务中对于无人机即将进行的操作的预期判断，无人机系统的操作规范，以及操作人员进行该类操作的能力评估。在特定的无人机操作风险的评估过程中，无人机的操作描述和无人机系统的规范都用于确定运行地面的和空中的风险。在对于地面和空中的风险采取了缓解措施之后，将会确定最终的特定保证和完整性等级，而该等级与一系列操作安全的目标是相关联的，必须要满足了这些目标后，才可以获得无人机主管当局的操作批准，无人机任务才可执行。该安全目标被分为六个级别，严格程度越来越高。如果不满足，则再次更新无人机操作概念，并重新进行风险评估过程，直到所有安全目标都被满足。这些威胁障碍的处理方式则代表着无人机操作系统和操作人员对于无人机的具体要求，同时是整个风险评估过程的输出结果。安全性能等级确认后，无人机操作概念必须也得到由操作员或者地面操作机构以及确保了威胁障碍要求的无人机主管当局提供的支持。此时便可给出最终无人机操作概念权限，否则必须重新编写具体的针对该任务的无人机操作概念，并且对新编写的无人机操作概念重复进行风险评估过程，直到满足要求为止。

[0061] 步骤三：基于场景信息和组成元素信息，定义该场景下无人机操作概念的结构关系；

[0062] 如图3所示，所定义的无人机操作概念的结构关系包括无人机操作运行相关信息和无人机操作技术相关信息两部分。各部分的具体内容如下所述：

[0063] 1)无人机操作运行相关信息中，应该囊括对于无人机任务操作人员的组织概述，对于无人机具体操作策略的描述，以及对任务操作人员的训练信息。而以上三部分信息又可以进行内容的详细分解，具体内容如下所述：

[0064] a)无人机机组人员的组织概述部分中，应该包含开发无人机的安全问题，无人机的设计与制作，参与无人机操作的工作人员的培训，无人机的保养，机组人员详细讯息，无人机系统的配置管理，以及对应任务的其他职位的信息；

[0065] b)无人机具体操作策略描述部分中，应该包含无人机的操作运营类型，无人机的标准作业程序，无人机的正常操作策略，无人机的异常操作和紧急操作策略，无人机发生故障或者遇到事故与灾难时的操作策略；

[0066] c)无人机任务操作人员的训练信息应该包括无人机操作人员的一般信息，机组人员的初步培训和资格认证信息，无人机机组人员的资金维持程序，飞行模拟训练设备以及对机组人员的培训计划。

[0067] 2)无人机操作技术相关信息中，应该囊括对于无人机系统的整体描述，对于无人机系统的控制部分，无人机系统的地理围栏边界部分，无人机系统的地面支持设备部分，指挥和控制链路，任务载荷链路，以及安全特性要求。同无人机操作运行相关信息所述，这里列出的每一部分作为次要方面，其结构重要程度应该是一致的，对于他们的细节分化需按照具体任务进行细化。各部分的具体内容如下所述：

[0068] a)无人机系统的整体描述，包括无人机系统的构成部分和作用的简要说明，以及整个无人机系统所支持的活动与环境；

[0069] b)无人机系统控制部分，包含无人机系统一般操作信息，无人机系统导航程序，无人机的自动驾驶仪，无人机的飞行控制系统，无人机的控制站，以及无人机系统中用以感知避让的系统。

[0070] c)无人机系统的地理围栏边界部分，包括无人机对运行环境飞行地点与高度的地理约束，以及无人机超出边界后的响应；

[0071] d)无人机系统的地面支持设备部分，包括提供位置修正的地面差分站性能、地面监测车或大型无人机起飞时所需要的牵引车性能及要求，以及用以运送无人机转场的运输车相关性能与要求；

[0072] e)指挥和控制链路部分，包括指挥控制链路种类与性能、机载指挥控制链路单元的软硬件性能、地面控制站指挥控制链路单元的软硬件性能、指控链路降级处理策略，以及指控链路失效处理策略；

[0073] f)任务载荷链路部分与指挥控制链路相似，包括任务载荷链路种类与性能、机载载荷链路单元的软硬件性能、地面控制站载荷链路单元的软硬件性能、载荷链路降级处理策略，以及载荷链路失效处理策略；

[0074] g)安全特性要求部分，是为了保障无人机系统的安全性，针对上述部分所提出的总体要求以及具体性能指标和操作规范的要求。

[0075] 如图4所示，无人机操作概念的结构关系和组成元素存在对应关系，黑框内为无人机操作运行信息的组成元素，其它则是无人机操作技术信息的组成元素。不同子结构下包含不同的组成元素。利用结构关系和组成元素可以共同构成描述无人机运行场景的概念模型。且该概念模型具有完备性，对任何场景下的无人机运行活动均可以进行全面的描述。

[0076] 步骤四：利用形式化语言，对组成元素和结构关系进行描述，构建无人机运行场景的模型；

[0077] 如图5所示，利用形式化语言构建无人机运行场景模型这一过程可以细化为四个子步骤，各子步骤的详细说明如下所述：

[0078] a)根据之前的步骤，得到当前运行场景下的无人机操作概念中的组成元素和结构关系，并将其整理为完整的无人机操作概念模型；

[0079] b)利用系统实体结构来表述当前运行场景下的无人机操作概念中主干操作概念与具体任务细节之间的结构关系；

[0080] c)利用可扩展标记语言建模来表述当前运行场景下的无人机操作概念中各组成元素之间的联系；

[0081] d)将上述利用不同形式化方法所建立的模型结合起来，得到当前运行场景下的无人机操作概念的形式化模型。

[0082] 描述无人机操作概念所使用的模型是基于系统实体结构和可扩展标记语言的改进模型，即用系统的实体结构建模来表述无人机的操作概念中主干操作概念与任务数据细节的结构关系，而用可扩展标记语言建模来表述各个无人机任务细节之间的联系。基于系统实体结构的形式化方法能够清晰展现系统内部结构之间的从属关系以及信息流动的路径，使整体架构一目了然，具有表达直观的优点。但系统实体结构也存在模型表述的缺点，即无法从中得知信息之间的流动关系，仅仅知道每个子实体与父实体之间的耦合方式，却并不清楚信息的传递细节。可扩展标记语言则能弥补系统实体结构的这一不足。可扩展标记语言并没有详细规定或者硬性规定某一个文件书写时所需要采用的整体格式，也并没有规定任何关于符合条件并且是可以进行添加的元数据的限制约束，它仅仅指定了一小部分规则，这意味着该语言非常的灵活，能够对元素进行直观表达。此外，可扩展标记语言的第二个优势在于，对元素数据进行修改，增加或者删减等操作非常方便，并且不会影响整体文件的布局或者含义。因此，本发明采用基于系统实体结构和可扩展标记语言结合的改进模型来描述运行场景下的无人机操作概念。该改进的形式化方法结合了两种建模方式的优点，使场景描述具有清晰准确、简明易懂的特征。

[0083] 本发明中涉及的形式化描述的具体表现形式可以如下表所定义，也可以根据实际应用环境的需要而灵活采用其它定义方式。

[0084] 表1形式化描述的具体表现形式

[0085]

[0086] 步骤五：将无人机运行场景的模型与该场景下无人机监管要求进行匹配；

[0087] 匹配过程便于无人机操作员了解所执行任务的具体构成和对于任务各部分的监管详细要求，从而能够及时有效地采取相应措施，保障系统安全。

[0088] 如图6所示，无人机运行场景的模型与监管要求进行匹配的具体过程如下所述：

[0089] 1)明确不同运行场景下的相应无人机监管要求；

[0090] 2)根据无人机运行场景模型，将监管要求和模型内的元素建立对应关系；

[0091] 3)根据对应关系，判断各部分是否均满足监管要求；

[0092] 4)若有不满足的地方，需对相应部分进行检查修正，修正完成后再次进行匹配和判断；

[0093] 5)若所有部分均符合要求，则认为该场景下无人机运行符合监管要求，可以继续执行任务。

[0094] 下面基于两个用于解决方案和需求分析的具体实施例来详细说明本发明的实施过程与验证效果。

[0095] 实施例一：多视距场景下的无人机监测系统的解决方案模型构建：

[0096] 多视距内运行是指无人机之间基于网络接口的网络化运行，这种无人机的任务执行是在操作员的视距之内的，最后达成多架无人机之间的信息共享。在多视距场景下，操作员可以通过肉眼辨别空中的无人机的现实飞行姿态，飞行高度，以及飞行的方向，操作员也需要时刻注意无人机飞行的空域内是否出现其它未知航空飞行器或者未知的危险状况，此外还需要操作员必须注意的是，确保无人机在运行过程中不会对他人的生命和财产安全构成威胁和伤害。所以无人机的操作概念在代入多视距运行时需要注意的部分就可以得出：主要是无人机的监测系统，同时需要对无人机的正常处理策略与异常处理策略进行模型的构建。

[0097] 根据以上所获取的场景信息，可以定义该场景下无人机操作概念的组成元素如下表2所示：

[0098] 表2实施例一的无人机操作概念组成元素

[0099]

[0100] 同样的，根据以上所获取的场景信息和组成元素，可以定义该场景下无人机操作概念的结构关系如下表3所示：

[0101] 表3实施例一的无人机操作概念结构关系

[0102]

[0103] 基于以上所获取的结构关系和组成元素，利用专业建模工具Visual Paradigm，可以建立该运行场景下无人机操作概念的解决方案模型如图7a所示。因为该实施例主要部分为策略选择，所以建模所采用的形式化方法以系统实体结构为主，辅以可扩展标记语言进行细节描述。图7a所示模型中用于形式化表述的符号形式与具体含义如下表4所示：

[0104] 表4实施例一模型中的形式化表述符号形式与具体含义

[0105]

[0106] 从图7a中可以看出无人机每一次执行任务时，在无人机的操作概念的指导下，一个整体的无人机监测系统的框架应该为对无人机运行是否正常进行判别后，根据判定结果进入对应的操作程序，即进入正常策略程序或者异常事故处理策略程序，并在执行对应的任务程序处理后继续执行任务，最后结束流程。这个模型帮助无人机飞手更好地改善所执行任务的操作策略，从而维持无人机飞行安全。

[0107] 实施例二：多超视距场景下的无人机海洋动态管理的需求模型构建：

[0108] 与多视距的无人机运行相比，多超视距地区别就在于是超出视距范围。由于是超视距飞行，无人机的操作员的肉眼无法看见无人机的状态，无法直接获得视距内飞行时可以直接获得的无人机的状态数据，故首先必须有无人机的监控管理系统以及满足洋区空域管理要求的无人机空管系统。该无人机空管系统除了包括飞行路线分享以及意图分享。还应划定无人机运行的区域边界，即设定地理围栏，因此在无人机的操作概念中需要设计的方面大致与前文多视距内无人机的运行的需求相同，只是增加洋区无人机空管系统的设置以及监控系统需要进行改善与参数重新规划。

[0109] 根据以上所获取的场景信息，可以定义该场景下无人机操作概念的组成元素如下表5所示：

[0110] 表5实施例二的无人机操作概念组成元素

[0111]

[0112] 同样的，根据以上所获取的场景信息和组成元素，可以定义该场景下无人机操作概念的结构关系如下表6所示：

[0113] 表6实施例二的无人机操作概念结构关系

[0114]

[0115]

[0116] 基于以上所获取的结构关系和组成元素，利用专业建模工具Visual Paradigm，可以建立该运行场景下无人机操作概念的需求模型如图7b所示。因为该实施例主要涉及任务信息流动与执行，所以建模所采用的形式化方法以可扩展标记语言为主，辅以系统实体结构进行框架描述。图7b所示模型中用于形式化表述的符号形式与具体含义如下表7所示：

[0117] 表7实施例二模型中的形式化表述符号形式与具体含义

[0118]

[0119] 图7b中，左侧为海域动态管理任务需求，中间为海洋动态管理任务下产生的无人机需求，右侧为能够实现相应需求的无人机操作概念要求。从业人员根据任务详细要求对海洋动态管理任务制作对应的无人机需求与相应需要实现的操作概念，由此产生在对应的无人机的操作概念下，无人机的设备需求等等技术相关信息。该模型可以轻松修改任务信息以及技术信息，从而为无人机执行复杂任务提供可视化的参考，使实施过程简明易懂。

[0120] 上述两个实施例分别从解决方案与需求分析两个角度说明了本发明的实际应用过程与优点。