Skip to content

weidonglang/LowAlt-RouteLab

BranchesTags

Repository files navigation

LowAlt-RouteLab

城市低空无人机航迹规划、风险评估、能耗估计、TimeSlot 占用转换与 SkyGrid 联动仿真系统。

英文名：

LowAlt-RouteLab: UAV Route Planning and Risk Evaluation Simulator for Urban Low-Altitude Airspace

LowAlt-RouteLab 将城市低空空域建模为：

Grid + Level + TimeSlot

系统支持低空网格地图、禁飞区、障碍物、风险区、Dijkstra / A* / Theta* 路径规划、C8 转弯代价、D4 对称增强实验、风险评分、能耗估计、TimeSlot 占用转换，以及 SkyGrid mock / real 双模式联动。

Quick Links

内容 入口
架构说明 docs/architecture.md
SkyGrid 联动指南 docs/skygrid-integration-guide.md
v1.0.0 演示场景 docs/demo-scenario-v1.0.0.md
算法 benchmark docs/algorithm-benchmark-v1.0.0.md
性能报告 docs/performance-report.md
Docker 部署 docs/docker-deployment.md
v1.0.0 检查清单 docs/release-checklist-v1.0.0.md
v1.0.0 验证记录 docs/release-validation-v1.0.0.md

Demo Screenshots

The slots below are reserved for real runtime screenshots. Save images to the listed paths after the frontend and services are running; the README will render them automatically.

Route Planning Risk Heatmap
LowAlt route planning LowAlt risk heatmap
Save to assets/screenshots/route-planning.png Save to assets/screenshots/risk-heatmap.png
Algorithm Comparison TimeSlot Conversion
LowAlt A* versus Theta* LowAlt TimeSlot occupancy
Save to assets/screenshots/astar-vs-theta.png Save to assets/screenshots/timeslot-occupancy.png
SkyGrid Submit Result Benchmark Dashboard
LowAlt SkyGrid submit result LowAlt benchmark dashboard
Save to assets/screenshots/skygrid-submit-result.png Save to assets/screenshots/benchmark-dashboard.png

低空项目群闭环

LowAlt-RouteLab 负责低空航线规划与风险评估，SkyGrid 负责低空空域资源调度与冲突治理。两个项目组合后，不再是两个孤立 demo，而是形成“从航线生成到空域审批治理”的工程闭环。

LowAlt-RouteLab
航线规划 / 风险评估 / 能耗估计 / TimeSlot 转换
        ↓
SkyGrid
空域预约 / 审批流转 / 冲突检测 / 占用记录 / 消息通知 / 监控治理

闭环链路：

航线规划 → 风险评估 → TimeSlot 占用转换 → SkyGrid 冲突检测 → 预约审批 → 通知审计 → 监控治理

项目定位

本项目不是普通后台管理系统，而是面向低空技术与工程方向的算法仿真项目。

它解决的问题是：

给定无人机任务起点、终点、高度层和任务类型，
在禁飞区、障碍物、风险区和离散时间片约束下，
生成可解释、可评估、可提交空域资源系统的航线。

架构

frontend
  ↓
route-adapter-service
  ↓
algorithm-service
  ↓
demo map / benchmark tasks

route-adapter-service
  ↓
MockSkyGridClient / RealSkyGridClient

服务说明：

  • algorithm-service：Python FastAPI 算法服务。
  • route-adapter-service：Java Spring Boot 适配服务。
  • frontend：Vue 3 低空航线规划工作台。

详细说明见：

与 SkyGrid 的关系

SkyGrid 负责：

  • 空域资源管理
  • 预约审批
  • 冲突检测
  • 通知审计

LowAlt-RouteLab 负责：

  • 航线生成
  • 风险评估
  • 能耗估计
  • TimeSlot 占用转换
  • 调用 SkyGrid 检查和提交

当前项目保留 MockSkyGridClient，保证没有外部系统时也能完整演示；同时提供 RealSkyGridClient，可在 SkyGrid Gateway 启动后执行真实冲突检查、预约提交和状态查询。

核心功能

  • 20x20 demo 城市低空地图。
  • 高度层：L60、L90、L120、L150、L180。
  • 禁飞区、障碍物、风险区建模。
  • Dijkstra / A* / Theta* 航线规划。
  • C8 离散航向群计算转弯代价。
  • D4 二面体群做网格旋转/反射和任务增强实验。
  • 风险评分和风险解释。
  • 简化能耗估计。
  • 路径转 TimeSlot 占用序列。
  • Java 适配服务串联任务、规划、占用和 SkyGrid mock。
  • Vue 前端展示任务、地图、航线、风险、算法对比和 SkyGrid 联动。

技术栈

Python 3.10+ / FastAPI / Pydantic / pytest
Java 17 / Spring Boot 3 / Maven / JUnit
Vue 3 / Vite / TypeScript / Element Plus / ECharts / SVG
Docker Compose

快速启动

可参考 .env.example 中的默认端口和服务地址。当前本地启动默认使用：

algorithm-service: http://127.0.0.1:8001
route-adapter-service: http://127.0.0.1:8081
frontend: http://127.0.0.1:5173

方式一：本地启动

推荐使用启动脚本：

.\scripts\start-dev.ps1

双击启动方式：

start-lowalt-routelab.bat

如果 PowerShell 阻止脚本运行，先执行：

Set-ExecutionPolicy -Scope Process -ExecutionPolicy Bypass

停止本地开发服务：

.\scripts\stop-dev.ps1

双击停止方式：

stop-lowalt-routelab.bat

也可以手动启动三个服务：

启动 Python 算法服务：

cd algorithm-service
pip install -r requirements.txt
uvicorn app.main:app --reload --port 8001

启动 Java 适配服务：

cd route-adapter-service
mvn spring-boot:run

启动前端：

cd frontend
npm install
npm run dev

访问：

http://127.0.0.1:5173/

方式二：Docker Compose

docker compose up --build

访问：

http://127.0.0.1:5173/

API 示例

路径规划

curl -X POST http://127.0.0.1:8001/api/plan \
  -H "Content-Type: application/json" \
  -d "{\"mapId\":\"demo-city-20x20\",\"taskType\":\"POWER_LINE_INSPECTION\",\"startGrid\":\"G-01-01\",\"endGrid\":\"G-18-16\",\"level\":\"L120\",\"algorithm\":\"A_STAR\",\"avoidRisk\":true,\"allowDiagonal\":true}"

算法对比

curl -X POST http://127.0.0.1:8001/api/plan/compare \
  -H "Content-Type: application/json" \
  -d "{\"mapId\":\"demo-city-20x20\",\"startGrid\":\"G-01-01\",\"endGrid\":\"G-18-16\",\"level\":\"L120\",\"algorithms\":[\"DIJKSTRA\",\"A_STAR\",\"THETA_STAR\"]}"

TimeSlot 转换

curl -X POST http://127.0.0.1:8001/api/timeslot/convert \
  -H "Content-Type: application/json" \
  -d "{\"path\":[\"G-01-01\",\"G-01-02\",\"G-02-03\"],\"level\":\"L120\",\"startTime\":\"2026-06-08 10:00:00\",\"speed\":10.0,\"gridSizeMeters\":100,\"slotMinutes\":5}"

创建 Java 任务并规划

curl -X POST http://127.0.0.1:8081/api/tasks \
  -H "Content-Type: application/json" \
  -d "{\"taskName\":\"demo task\",\"taskType\":\"POWER_LINE_INSPECTION\",\"startGrid\":\"G-01-01\",\"endGrid\":\"G-18-16\",\"startLevel\":\"L120\",\"startTime\":\"2026-06-08T10:00:00\",\"algorithm\":\"A_STAR\"}"
curl -X POST http://127.0.0.1:8081/api/tasks/1/plan
curl -X POST http://127.0.0.1:8081/api/tasks/1/check-conflict

前端演示流程

  1. 打开 http://127.0.0.1:5173/。
  2. 在任务创建页配置起点、终点、高度层、算法和任务类型。
  3. 点击开始规划。
  4. 在航线展示页查看网格地图、禁飞区、障碍物、风险区和航线。
  5. 在风险评估页查看 riskScore、riskLevel、riskFactors 和能耗安全性。
  6. 在算法对比页运行 Dijkstra / A* / Theta*。
  7. 在 SkyGrid 联动页查看 TimeSlot 占用，执行 mock 冲突检查和 mock 提交。

演示截图

任务创建

任务创建

航线规划展示

航线规划展示

风险评估

风险评估

算法对比

算法对比

SkyGrid 联动

SkyGrid 联动

API 文档

API 文档

测试命令

Python：

cd algorithm-service
pytest -q

Java：

cd route-adapter-service
mvn test

前端构建：

cd frontend
npm run build

当前实现状态

已完成：

  • algorithm-service 可独立启动。
  • /health 正常。
  • demo-city-20x20 地图可加载。
  • /api/plan 支持 Dijkstra / A* / Theta*。
  • 路径能避开禁飞区和障碍物。
  • C8 转弯代价已接入搜索代价。
  • D4 对称变换和 benchmark 可运行。
  • 风险评分、风险解释和能耗估计已返回。
  • 路径可转换为 TimeSlot 占用序列。
  • route-adapter-service 可创建任务、调用 Python、检查 mock 冲突，并支持 real SkyGrid Gateway 模式。
  • 前端可展示网格、航线、风险、算法对比和 SkyGrid 联动。
  • Docker Compose 文件已提供。
  • Benchmark 场景、结果 JSON/CSV 和图表资产已提供。

后续可扩展：

  • Java 侧接 MySQL 持久化。
  • 支持高度层切换和爬升代价。
  • 增加任务历史和地图编辑能力。

复试项目介绍

可以这样介绍：

我围绕低空技术与工程方向做了两个互补项目。SkyGrid 负责低空空域资源的预约、审批、冲突检测和微服务治理；LowAlt-RouteLab 负责低空无人机航线规划和风险评估。LowAlt-RouteLab 将低空环境建模为 Grid + Level + TimeSlot，支持禁飞区、障碍物、风险区和已有占用约束下的 Dijkstra / A* / Theta* 路径规划，并引入 C8 离散航向群计算转弯代价、D4 二面体群进行网格对称变换和测试增强。系统最终能把规划路径转换为 SkyGrid 可识别的占用时间片，完成从航线生成到预约审批和冲突检测的完整闭环。

About

Urban low-altitude UAV route planning and risk evaluation simulator with Grid-Level-TimeSlot modeling, Dijkstra/A*/Theta* planning, risk scoring, energy estimation, and SkyGrid mock integration.

Resources

Readme
Activity

Stars

0 stars

Watchers

0 watching

Forks

0 forks
Report repository

Contributors

Languages