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[AI学术] GeoWind2Plan:面向任务时的三维城市风场预测与节能无人机路径规划

发布于:2026-09-30 22:00 最后更新:2026-10-06 12:11
#AI #Machine Learning #optimization

在城市低空飞行中,建筑物会把背景风改造成空间上变化的三维流场,导致 UAV 的能耗不仅取决于路径长度,还与局部风速密切相关。传统的计算流体力学(CFD)能够提供高保真风场,但每次仿真只能对应固定的入口风向,且耗时数小时至数天,无法满足任务时长仅为数分钟至十几分钟的城市 UAV 规划需求。

GeoWind2Plan 提出了一套 几何‑到‑风‑到‑规划 的完整框架,只需输入背景风向向量、三维建筑几何以及起点‑终点对,即可在任务时间内完成风场预测并生成能耗最优路径。框架的关键步骤包括:

  1. 将建筑几何转换到参考风框架,以统一风向的坐标系;
  2. 使用 局部几何条件神经算子(Geometry‑Conditioned Neural Operator) 对任务走廊内的三维风块进行快速预测;
  3. 将多个预测风块拼接成可查询的局部风场;
  4. 基于物理 UAV 能耗模型,对三维路径和速度剖面进行联合优化。

GeoWind2Plan 并不追求 CFD 的全局完美重建,而是面向决策的风场预测:在预测风场上规划的轨迹再交由高保真 CFD 风场评估。实验在未见的城市区域、不同风速和任务风向(顺风、逆风、横风)下进行,结果显示:

这些结果表明,快速的走廊局部三维城市风场预测能够在任务时刻实现风感知的 UAV 能耗规划,具备实际应用价值。

点评

原文链接: https://arxiv.org/abs/2609.36056

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