CN102116705B - 一种海上搜救区域预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海上搜救区域预测方法，包括以下步骤：输入事故发生位置、发生时间、预测时间、搜救对象类型以及样本数；利用现有模型，根据搜救的对象类型确定该对象的风压特性参数；根据事故发生位置和发生时间生成搜救对象的初始位置样本集；针对样本集中的每个样本做实验，得到最终漂流位置样本集；根据最终漂流位置样本集计算各区域包含搜救目标的概率。本发明考虑环境因素更细致、计算依据可靠、计算结果精确，准确性高的优点，可以有效地缩小搜索区域，提高搜索的效率，可以设定任意时间，计算搜救对象的漂流位置，实时性好。

Description

一种海上搜救区域预测方法

技术领域

本发明涉及一种海上搜救技术，具体地说是一种海上搜救区域预测方法。

背景技术

海上搜救技术广泛应用在海上失事目标位置推测、目标搜救、海难救援领域。海上搜救目标搜救区域的确定通常采用手工操作、纸上作业的方式，根据搜救目标距事发初始位置和时间到当前时间差，参考当前海区的环境信息，粗略计算搜救目标的可能位置区域，该方法对环境信息的参考不准确，所形成的搜救区域面积宽泛，不能有效准确的根据搜救时间的推移动态更新目标搜救区域，影响搜救人员对搜救目标漂移过程的判断，不能准确有效的帮助搜救人员缩小搜救区域，合理高效的制定搜救计划，从而降低搜救成功的概率。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明海上搜救区域预测方法包括以下步骤：

输入事故发生位置、发生时间、预测时间、搜救对象类型以及样本数；

利用现有模型，根据搜救的对象类型确定该对象的风压特性参数；

根据事故发生位置和发生时间生成搜救对象的初始位置样本集；

针对样本集中的每个样本做实验，得到最终漂流位置样本集；

根据最终漂流位置样本集计算各区域包含搜救目标的概率。

所述针对样本集中的每个样本做实验包括以下步骤：

确定各样本的初始位置、初始时刻以及预测时刻；

更新环境数据，获取当前样本所处海区的环境信息；

根据风压及海流总流压的作用关系，计算样本漂流位置；

以单位时间做为间隔时间，更新环境信息和风压特性参数，进行新一轮漂流位置计算，直到达到预测时间为止。

将初始时刻到预测时刻的时间段划分多个分段，以初始时刻为起点，以单位时间作为步长，根据漂流目标所处漂流位置和时间更新海流、风速、风压特性参数信息，计算单位时间后的漂流位置，直到预测时刻截止，所述作用关系为：

$\stackrel{\→}{V_{\mathrm{drift}}}=\stackrel{\→}{V_{\mathrm{curr}}}+\stackrel{\→}{V_{\mathrm{leeway}}}$

其中

表示搜救目标漂流矢量，

表示总流压矢量；

表示风压矢量，三者之间是矢量和的关系。

${\mathrm{POS}}_{{\mathrm{lkp}}_{i+1}}={\mathrm{POS}}_{{\mathrm{lkp}}_i}+\stackrel{\→}{V_{\mathrm{drift}}}*\mathrm{\ΔT}$

其中，为第i+1时刻搜救目标漂流位置，

为第i时刻搜救目标漂流位置；ΔT表示单位时间。

4考虑海上海流、风力的多变性和海上搜救目标漂流过程的随机性，遵循海上搜救目标漂流规律，通过多次漂流过程的实验，在数据统计的基础上得到目标的位置分布。

所述现有模型包括：海面平均风模型、风生流模型、总流压模型、初始位置模型、风压模型、基准模型，其中：

海面平均风计算模型根据所属海区的不同单位时段的风力信息计算在该时段内的平均风速信息，包括风向、风速、平均风或然误差、平均风引起的飘移速度或然误差；

风生流模型根据平均风计算模型得到的风速、风向，参考国际航空和海上搜寻救助手册中的当地风生流图表计算由风力作用引起的海流；

总流压模型综合风生流、潮流、海流、和其他水流，计算得到总水流和总水流或然误差；

初始位置模型是根据事发报告的具体情况，决定采用适宜的初始位置点分布，生成初始位置样本集。

所述风压模型根据当前海区的风力信息和搜救目标类型获得的风压特性参数，计算风压速度和风压方向；

DWL＝k₁*W_10m

CWL＝k₂*W_10m

其中：W_10m表示风速矢量，DWL为顺风向矢量，CWL为横向风压方向矢量，k₁为顺风向风压系数，k₂为横风向风压系数，L_α为风压角；

基准模型是根据总流压模型和风压模型计算的总流速和风压速度，计算单位间隔的下一时刻漂移位置，计算公式为：

$\stackrel{\→}{V_{\mathrm{drift}}}=\stackrel{\→}{V_{\mathrm{curr}}}+\stackrel{\→}{V_{\mathrm{leeway}}}$

其中表示搜救目标漂流矢量，

表示总流压矢量；表示风压矢量，三者之间是矢量和的关系。

${\mathrm{POS}}_{{\mathrm{lkp}}_{i+1}}={\mathrm{POS}}_{{\mathrm{lkp}}_i}+\stackrel{\→}{V_{\mathrm{drift}}}*\mathrm{\ΔT}$

其中，

为第i+1时刻搜救目标漂流位置，

为第i时刻搜救目标漂流位置；ΔT表示单位时间。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.精细预测搜救区域，准确性高。本算法原理基于Monte Carlo方法，在大样本随机统计实验的基础上计算不同时刻、不同海区的搜救对象的漂流位置，细化了漂流过程中不同时刻和位置海流和风力对搜救目标的影响因子，较传统的搜救区域的计算方法具有考虑环境因素更细致、计算依据可靠、计算结果精确，准确性高的优点，可以有效地缩小搜索区域，提高搜索的效率。

2.可以设定任意时间，计算搜救对象的漂流位置，实时性好，本算法可以根据设定时刻，设定步长多次反复计算，突破了传统搜索算法只能计算某一确定时刻且准确性不高的限制，可以随时间推演，动态显示不同时刻的漂流区域，形成搜救对象的漂流趋势曲线，从而有效地辅助搜救人员对搜救计划进行安排。

附图说明

图1为风压作用示意图；

图2a为失事目标初始位置基点分布图；

图2b为失事目标初始位置基线分布图；

图3为本发明方法程序流程图；

图4为搜救目标位置概率推算数据流图

图5a为某一搜救实验最终预测时刻位置分布概率图

图5b为某一搜救实验不同时刻搜救目标位置分布图

具体实施方式

本发明提出的海上搜救区域预测方法基于Monte Carlo方法，充分考虑不同时刻不同海区的环境信息，动态、快速、准确的计算更新搜救目标的海上搜救区域，计算该区域目标分布概率，辅助搜救人员制定合理的计划，提高搜救人员搜救的效率和准确率。

本发明方法如图3所示，包括以下步骤：

输入事故发生位置，发生时间、预测时间、搜救对象类型以及样本数；

利用现有模型，根据搜救的对象类型确定该对象的风压特性参数；

根据事故发生位置，发生时间生成搜救对象的初始位置样本集；

针对样本集中的每个样本做实验，得到最终漂流位置样本集；

根据最终漂流位置样本集计算各区域包含搜救目标的概率。

1)输入事故发生位置，发生时间、预测时间、搜救对象类型以及样本数；例如：某渔船在2000年1月25日2145Z播发了一条无线电求救信号，报告主机停止工作和船上正进水，船上2145Z报告的推算船位为37°10′N，65°45′W，船舶资料：该渔船是一条长75ft的中式旁拖网渔船，输入的实验样本数为1000，表示预测方案将进行1000次仿真实验。

2)利用现有模型，根据搜救的对象类型确定该对象的风压特性参数；

利用现有模型，根据搜救的对象类型确定该对象的风压特性参数；不不同的目标受到的风力作用效果也不相同。风压是由于漂浮物在水面上受风力作用和水面下受到海流作用影响而使漂浮物偏离风向漂移，形成风压角，风压角可能在风速方向顺时针右偏，也可能以风速方向逆时针左偏，如图1所示，经过长期的海上风压试验，研究人员总结出常见的5个大类37个小类的搜救目标的风压系数。本实例根据搜救对象特征，参照国际航空和海上搜寻救助手册中风压特性表，划分搜救对象所属类型，查询计算得到风压特性参数，风压特性参数包括风压系数、风压偏离角、风压或然误差。

具体做法：根据搜救对象类型和风速，参照国际航空和海上搜寻救助手册中风压特性表，得到该风速下的风压特性参数，风压特性参数包括风压系数、风压偏离角、风压或然误差。例如搜救目标类型为落水人员(救生装备不清楚)，其在风速26kn时，风压系数为0.35，风压偏离角为正负30度，风压或然误差为0.35kn；搜救目标类型为救生艇(无压载、无顶棚、无海锚)，其在风速为19kn时，风压系数为1.3，风压偏离角为正负25度，风压或然误差为0.25kn，对于中间风速，需要插值计算获得风压特性参数。

DWL＝k₁*W_10m

CWL＝k₂*W_10m

k₁叫做顺风向风压系数，k₂叫做横风向风压系数，W_10m表示海面10米处风速，DWL为顺风向方向矢量，CWL为横风压方向矢量；L_α表示风压角，

表示总风压矢量。

3)根据事故发生位置，发生时间生成搜救对象的初始位置样本集；

该步骤涉及初始位置模型和空中漂移模型，图2a、2b表示初始时刻，搜救目标的不同位置分布。失事目标的初始位置分布根据失事报告的不同可以分成多种类型，常见的报告主要包含以下几种：基点分布、基线分布和区域分布。基点分布：图2a为目击观察者报告，如图2b为出发条件推算。失事目击者报告在这种情况下，失事目标的初始位置是已知的，失事目标被观察者发现，此时失事目标的位置分布属于中心失事位置已知，符合一定观测误差的基点分布，如图2a所示；基线分布：对于只知道失事目标出发时间，计划航线的搜救目标，可以根据其出发时间、航线信息及运输器信息推算出其可能的初始事发位置分布，如2b所示，为已知一艘客轮的出发时间和运行时速，根据其失去联系的时间推溯其可能的事发初始位置分布符合以航线某节为中心，向航线两侧成递减的基准线分布；区域分布：对于事故可能位置不是很清楚，初始条件信息缺乏的，可以认为事故在这类区域内分布是均匀分布的，可以根据信息确定区域分布概率的百分比。

具体做法：根据事故报告中的事发位置和观测误差，确定搜救目标的初始位置分布，例如：某渔船在2000年1月25日2145Z播发了一条无线电求救信号，报告主机停止工作和船上正进水，船上2145Z报告的推算船位为37°10′N，65°45′W，该船位是基于2000年1月25日0100Z的天文船位38°57′N，68°54′W，通信在初始要求救助后中断，根据该种情况，可以认为该搜救目标属于基点在(37°10′N，65°45′W)的基点分布，考虑导航定位误差，生成以(37°10′N，65°45′W)为中心，以导航定位误差为半径的符合中心正态分布的初始位置点样本集；如搜索目标类型是跳伞的飞行员，需要用到空中漂移模型，根据空中漂移模型计算飞行员最后落水位置分布。

4)针对样本集中的每个样本做实验，得到最终漂流位置样本集；

如图4所示，该步骤涉及海面平均风、风生流模型、风压模型计算、总流压模型计算和基准模型计算。其中海面平均风计算模型根据所属海区的不同时段的风力信息计算在该时段内的平均风速信息，包括风向、风速、平均风或然误差、平均风引起的飘移速度或然误差；风生流模型根据平均风计算模型得到的风速、风向，参考国际航空和海上搜寻救助手册中的当地风生流图表计算由风力作用引起的海流；总流压模型综合风生流、潮流、海流、和其他水流，计算得到总水流和总水流或然误差；风压模型计算是根据当前海区的风力信息和搜救目标类型获得风压特性参数，计算风压速度和风压方向；基准模型是根据总流压模型和风压模型计算的总流速和风压速度，计算单位间隔的下一时刻漂移位置。依据时间推移，直至到达预测时间截至。在计算过程中，每一步的计算数据都符合一定的概率分布，计算结果考虑数据的误差影响。

所述现有模型包括：海面平均风模型、风生流模型、风压模型、总流压模型、初始位置模型以及基准模型，上述模型均为公知模型。

所述针对样本集中的每个样本做实验包括以下步骤：

确定该样本的初始位置、初始时间以及预测时间；

更新环境数据，获取当前样本所处海区的环境信息；

根据风压及海流的作用关系，计算样本漂流位置；

以单位时间做为间隔时间，更新环境信息即风压特性参数，进行新一轮漂流位置计算，直到达到预测时间为止。上述作用关系为：

$\stackrel{\→}{V_{\mathrm{drift}}}=\stackrel{\→}{V_{\mathrm{curr}}}+\stackrel{\→}{V_{\mathrm{leeway}}}$

其中

表示搜救目标漂流矢量，

表示总流压矢量；

表示风压矢量，三者之间是矢量和的关系。

${\mathrm{POS}}_{{\mathrm{lkp}}_{i+1}}={\mathrm{POS}}_{{\mathrm{lkp}}_i}+\stackrel{\→}{V_{\mathrm{drift}}}*\mathrm{\ΔT}$

其中，

为第i+1时刻搜救目标漂流位置，

为第i时刻搜救目标漂流位置；ΔT表示单位时间。

5)根据最终漂流位置样本集计算各区域包含搜救目标的概率。

如图5a所示，在完成预定样本次数漂流试验基础上，对搜救目标区域划分网格，统计各区域内的目标包含概率；如图5b所示，可以显示搜索目标在初始时刻到预测时刻的搜救目标总体漂流过程和趋势。

Claims (1)

1.一种海上搜救区域预测方法，其特征在于包括以下步骤：

输入事故发生位置、发生时间、预测时间、搜救对象类型以及样本数；

利用现有模型，根据搜救的对象类型确定该对象的风压特性参数；

根据事故发生位置和发生时间生成搜救对象的初始位置样本集；

针对样本集中的每个样本做实验，得到最终漂流位置样本集；

根据最终漂流位置样本集计算各区域包含搜救目标的概率；

所述现有模型包括：海面平均风模型、风生流模型、总流压模型、初始位置模型、风压模型、基准模型，其中：

海面平均风模型根据所属海区的不同单位时段的风力信息计算在该时段内的平均风速信息，包括风向、风速、平均风或然误差、平均风引起的飘移速度或然误差；

风生流模型根据平均风计算模型得到的风速、风向，参考国际航空和海上搜寻救助手册中的当地风生流图表计算由风力作用引起的海流；

总流压模型综合风生流、潮流、海流和其他水流，计算得到总水流和总水流或然误差；

初始位置模型是根据事发报告的具体情况，决定采用适宜的初始位置点分布，生成初始位置样本集；

所述风压模型根据当前海区的风力信息和搜救目标类型获得的风压特性参数，计算风压速度和风压方向；

DWL＝k₁*W_10m

CWL＝k₂*W_10m

其中：W_10m表示风速矢量，DWL为顺风向矢量，CWL为横向风压方向矢量，k₁为顺风向风压系数，k₂为横风向风压系数，L_α为风压角； 

表示风压矢量；

基准模型是根据总流压模型和风压模型计算的总流速和风压速度，计算单位间隔的下一时刻漂移位置，计算公式为：

其中 

表示搜救目标漂流矢量， 

表示总流压矢量，同三者之间是矢量和的关系；

其中， 

为第i+1时刻搜救目标漂流位置， 

为第i时刻搜救目标漂流位置；ΔT表示单位时间；

所述风压特性参数包括风压系数、风压偏离角、风压或然误差；

所述针对样本集中的每个样本做实验包括以下步骤：

确定各样本的初始位置、初始时刻以及预测时刻；

更新环境数据，获取当前样本所处海区的环境信息；

根据风压及海流总流压的作用关系，计算样本漂流位置；

以单位时间做为间隔时间，更新环境信息和风压特性参数，进行新一轮漂流位置计算，直到达到预测时间为止；

将初始时刻到预测时刻的时间段划分多个分段，以初始时刻为起点，以单位时间作为步长，根据漂流目标所处漂流位置和时间更新海流、风速、风压特性参数信息，计算单位时间后的漂流位置，直到预测时刻截止；

所述计算各区域包含搜救目标的概率包括以下步骤：根据最终漂流位置样本集，在搜救目标区域划分网格，统计各区域内的目标包含概率，并显示搜索目标在初始时刻到预测时刻的搜救目标总体漂流过程和趋势。 

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