为热气球设计并实现一个交通监控、碰撞预警及建议系统原型

《Scientific Reports》：Design and implementation of a traffic monitoring, collision awareness and advisory prototype for hot air balloons

　　

摘要

在这项研究中，设计了一种基于位置和高度的预警、碰撞感知及建议系统原型，并开发了两个功能原型，旨在降低热气球在空中相互视线受阻时可能发生的碰撞风险。每个原型均使用了Raspberry Pi-4处理器、7英寸触摸屏、LoRa通信模块、BMP180压力传感器、MPU6050加速度计以及GY-GPSV3 NEO-8全球导航卫星系统（GNSS）模块。热气球的位置、高度和速度信息通过LoRa模块进行相互传输；在水平半径500米范围内的入侵热气球的数据会以类似于飞机上的交通警报与碰撞避免系统（TCAS）的界面形式进行显示。该系统在100米及更近的距离范围内提供碰撞预警（RA）；在100至200米距离范围内则生成交通建议（TA）。通过对地面测试及热气球实际运行情况的分析，评估了该系统的位置检测精度、预警算法的功能性、飞行阶段的识别能力以及界面信息展示效果。研究结果表明，该系统利用低成本GNSS技术实现了协同感知功能，具有较大的发展潜力，代表了定位技术的一项创新应用，有助于填补热气球相互碰撞后事故预防方面的空白，从而为热气球行业带来积极贡献。