无人机应急着陆点安全评估与 ROS 2 运行验证

本项目面向低空无人机在动力不足、任务中止或局部故障后的应急降落决策。模块接收无人机状态和若干候选着陆点，先剔除不满足硬约束的地点，再用可解释的加权代价选择落点，并持续发布选择结果、得分和拒绝原因。

与仓库已有降落模块的区别：

  • rooftop_landing 和 rooftop_landing_nn 解决屋顶落点几何检测与学习式定位；
  • uav_landing_monitor 检查降落指令与实际高度变化的一致性；
  • uav_moving_platform_landing 面向移动平台预测相遇点；
  • 本模块处理“多个地面候选点中选哪一个”的应急安全决策，包括坡度、粗糙度、障碍、人员、距离和返航能量裕量。

1. 方法

候选点输入字段：

字段 含义
slope_deg 地面坡度
roughness_m 地形粗糙度
obstacle_risk 静态障碍风险，范围 [0,1]
people_risk 人员暴露风险，范围 [0,1]
surface_confidence 地表检测可信度，范围 [0,1]

硬约束包括最大坡度、最大粗糙度、障碍风险、人员风险、最大距离和能量裕量。只有全部约束满足的候选点进入排序：

其中 分别表示归一化坡度、粗糙度、距离、风影响和地表不确定性。代价越低越好，对外分数为：

决策状态为 SELECTED、CAUTION、NO_SAFE_SITE 或 NO_CANDIDATE。CAUTION 表示存在可行点，但代价超过阈值。

2. ROS 2 接口

话题 类型 方向 说明
/uav_landing/sites std_msgs/String 输入 无人机状态和候选点 JSON
/uav_landing/selection std_msgs/String 输出 最佳点、坐标、得分和逐点评估
/uav_landing/status std_msgs/String 输出 状态、可行点数量和拒绝原因

节点不发送飞控指令。输出应交给任务安全管理器或人工确认，之后才能执行下降。

3. 构建与运行

source /opt/ros/humble/setup.bash
colcon build --symlink-install --packages-select uav_emergency_landing_selector
source install/setup.bash
ros2 launch uav_emergency_landing_selector main.launch.py duration:=10

查看实际话题：

ros2 topic list | grep uav_landing
ros2 topic echo --once /uav_landing/selection
ros2 topic echo /uav_landing/status

选择器默认把每次评估写入 /tmp/uav_landing_selector_runtime.csv，便于复查得分和可行点数量。

4. Humble 虚拟机实测

2026-11-10 在 Ubuntu 22.04.5 / ROS 2 Humble 的 VMware 虚拟机中执行：

Starting >>> uav_emergency_landing_selector
Finished <<< uav_emergency_landing_selector [0.63s]
Summary: 1 package finished [0.79s]

VM 内 7 项 unittest 全部通过。ros2 launch 实际启动 uav_landing_site_sim 和 uav_landing_site_selector 两个节点，并列出三个运行话题：

/uav_landing/selection
/uav_landing/sites
/uav_landing/status

10 秒运行中记录 21 条状态 CSV 样本。选择器稳定选择 A 点，运行初期有 2 个可行点，随后变为 3 个；选择得分约 81.5 到 82.1。

ROS 2 Humble 实际着陆点选择状态

5. 限制

  1. 候选点和风险字段来自确定性仿真，尚未接入真实点云、相机或数字高程模型。
  2. 风险权重是工程默认值，没有经过真实事故数据标定。
  3. 当前不规划下降轨迹，也不校验旋翼下洗流、局部风和地面效应。
  4. std_msgs/String JSON 便于演示和跨包集成，但正式系统建议定义稳定字段的 ROS 消息。
  5. 未连接真实飞控，不能把推荐结果直接视为可执行飞行动作。

6. 大模型使用声明

使用 OpenAI Codex 辅助完成代码、测试、文档和运行图生成；作者已逐项复核代码、参数和结果，并对提交内容、数据真实性和后续维护负责。