# -*- coding: utf-8 -*- """ 航段抽象基类 ───────────────────────────────────────────────────────────────── BaseSegment —— 所有直线/曲线航段的公共抽象基类 BaseTransition —— 两段之间过渡段（转弯/机动）的抽象基类 继承体系： BaseSegment ├── AirSegment 空中直线段（适配 RouteSegment） ├── GroundSegment 陆地直线段 └── WaterSegment 水中直线段 BaseTransition ├── AirTurnSegment 空中转弯圆弧段（适配 TurnSegment） ├── GroundTurnSegment 陆地转弯段 └── WaterTurnSegment 水中机动段 ───────────────────────────────────────────────────────────────── """ from __future__ import annotations from abc import ABC, abstractmethod from dataclasses import dataclass, field from enum import Enum from typing import Any, Dict, TYPE_CHECKING from uas.route.base_params import BaseParams from uas.route.base_waypoint import BaseWaypoint, EquipmentDomain if TYPE_CHECKING: pass # ───────────────────────────────────────────────────────────────── # 航段类型枚举 # ───────────────────────────────────────────────────────────────── class SegmentKind(Enum): STRAIGHT = "straight" # 直线段 TURN = "turn" # 转弯/圆弧段 HOLD = "hold" # 等待/盘旋段 APPROACH = "approach" # 进近段 MANEUVER = "maneuver" # 机动段（水下/地面） CUSTOM = "custom" # 自定义 # ───────────────────────────────────────────────────────────────── # 航段抽象基类 # ───────────────────────────────────────────────────────────────── @dataclass class BaseSegment(ABC): """ 航段公共抽象基类 每段代表航线上一个连续的运动片段， 包含起止坐标、时间区间、速度/方位等核心参数。 子类必须实现： query(t) —— 查询段内 t 时刻的装备状态 interpolate(ratio)—— 按比例插值（0.0=起点，1.0=终点） validate() —— 校验航段合法性 """ # ── 逻辑路径点引用 ──────────────────────────────────────────── wp_from: BaseWaypoint # 起始逻辑路径点 wp_to: BaseWaypoint # 终止逻辑路径点 # ── 实际飞行起终点坐标 ──────────────────────────────────────── start_lat: float # 实际起点纬度（度） start_lon: float # 实际起点经度（度） start_alt: float # 实际起点高度（米） end_lat: float # 实际终点纬度（度） end_lon: float # 实际终点经度（度） end_alt: float # 实际终点高度（米） # ── 几何参数 ────────────────────────────────────────────────── distance: float # 水平距离（米） bearing: float # 初始方位角（度，真北顺时针） # ── 时间参数 ────────────────────────────────────────────────── t_start: float # 航段起始时刻（秒） t_end: float # 航段结束时刻（秒） duration: float # 飞行时长（秒） # ── 速度参数 ────────────────────────────────────────────────── v_start: float # 起点速度（m/s） v_end: float # 终点速度（m/s） acceleration: float = 0.0 # 匀加速度（m/s²） # ── 域与类型 ────────────────────────────────────────────────── domain: EquipmentDomain = EquipmentDomain.AIR kind: SegmentKind = SegmentKind.STRAIGHT # ── 扩展元数据 ──────────────────────────────────────────────── metadata: Dict[str, Any] = field(default_factory=dict) # ── 衍生属性 ────────────────────────────────────────────────── @property def avg_speed(self) -> float: return (self.v_start + self.v_end) / 2.0 @property def vertical_distance(self) -> float: return self.end_alt - self.start_alt @property def vertical_speed(self) -> float: if self.duration < 1e-6: return 0.0 return self.vertical_distance / self.duration @property def is_climb(self) -> bool: return self.vertical_distance > 10 @property def is_descent(self) -> bool: return self.vertical_distance < -10 @property def is_level(self) -> bool: return abs(self.vertical_distance) <= 10 @property def start_position(self) -> tuple: return (self.start_lat, self.start_lon, self.start_alt) @property def end_position(self) -> tuple: return (self.end_lat, self.end_lon, self.end_alt) def contains_time(self, t: float) -> bool: """判断时刻 t 是否落在本段时间范围内""" return self.t_start <= t <= self.t_end # ── 抽象接口 ────────────────────────────────────────────────── @abstractmethod def query(self, t: float) -> BaseParams: """ 查询段内 t 时刻的装备状态 :param t: 查询时刻（秒） :return: BaseParams 或其子类实例 """ ... @abstractmethod def interpolate(self, ratio: float) -> BaseParams: """ 按比例插值 :param ratio: 0.0=起点，1.0=终点 :return: BaseParams 或其子类实例 """ ... @abstractmethod def validate(self) -> list: """ 校验航段合法性 :return: 错误信息列表（空列表=合法） """ ... def __str__(self) -> str: phase = "爬升" if self.is_climb else ("下降" if self.is_descent else "平飞") return (f"{self.__class__.__name__}[" f"{self.wp_from.identifier}→{self.wp_to.identifier}] " f"{self.distance/1000:.2f}km/{self.bearing:.1f}°/" f"{self.duration:.1f}s/{phase}]") # ───────────────────────────────────────────────────────────────── # 过渡段抽象基类（转弯/机动） # ───────────────────────────────────────────────────────────────── @dataclass class BaseTransition(ABC): """ 两段之间过渡段的公共抽象基类 过渡段连接两个直线段，描述转弯、机动等非直线运动。 典型实例： AirTurnSegment —— 飞机 Fly-by 圆弧转弯 GroundTurnSegment—— 车辆转弯段 WaterTurnSegment —— 舰艇回转机动 子类必须实现 query(t) 和 validate()。 """ # ── 入口/出口参数 ───────────────────────────────────────────── entry_lat: float # 入口纬度（度） entry_lon: float # 入口经度（度） entry_alt: float # 入口高度（米） entry_heading: float # 入口航向（度） exit_heading: float # 出口航向（度） # ── 时间参数 ────────────────────────────────────────────────── t_start: float # 过渡段起始时刻（秒） duration: float = 0.0 # 过渡段时长（秒，子类计算后填充） # ── 运动参数 ────────────────────────────────────────────────── speed: float = 0.0 # 过渡段速度（m/s） altitude: float = 0.0 # 过渡段高度（米） # ── 域与类型 ────────────────────────────────────────────────── domain: EquipmentDomain = EquipmentDomain.AIR kind: SegmentKind = SegmentKind.TURN # ── 扩展元数据 ──────────────────────────────────────────────── metadata: Dict[str, Any] = field(default_factory=dict) # ── 衍生属性 ────────────────────────────────────────────────── @property def t_end(self) -> float: return self.t_start + self.duration @property def turn_angle(self) -> float: """转弯角（度，右转为正，左转为负）""" diff = self.exit_heading - self.entry_heading while diff > 180: diff -= 360 while diff < -180: diff += 360 return diff @property def turn_direction(self) -> int: """转弯方向：+1=右转，-1=左转，0=直线""" a = self.turn_angle if a > 0.5: return 1 elif a < -0.5: return -1 return 0 def contains_time(self, t: float) -> bool: return self.t_start <= t <= self.t_end # ── 抽象接口 ────────────────────────────────────────────────── @abstractmethod def query(self, t: float) -> BaseParams: """查询过渡段内 t 时刻的装备状态""" ... @abstractmethod def validate(self) -> list: """校验过渡段合法性""" ... @property @abstractmethod def exit_lat(self) -> float: """出口纬度（子类计算）""" ... @property @abstractmethod def exit_lon(self) -> float: """出口经度（子类计算）""" ... def __str__(self) -> str: dir_str = "右转" if self.turn_direction > 0 else "左转" return (f"{self.__class__.__name__}[" f"{dir_str}{abs(self.turn_angle):.1f}° " f"t={self.t_start:.1f}~{self.t_end:.1f}s]")