CN105955270A - 基于威胁度的uuv多级生存应急自救方法 - Google Patents

Abstract

基于威胁度的UUV多级生存应急自救方法，涉及一种UUV自救方法。本发明为了解决现有UUV的自救方式单一且安全性差的问题。所述方法以计算机程序的方式嵌入到任务计算机中，包括：用于接收UUV其它计算机节点发送的故障报警信息的步骤；用于根据故障报警信息，确定引起报警的危险事件的步骤；用于根据确定的危险事件，确定威胁度的步骤；用于根据威胁度，确定应急预案的步骤；用于根据确定的应急预案，进行自救的步骤。本发明用于对UUV在执行使命任务过程中可能遇到的突发离散危险事件自主地采取相应的应急预案进行自救。

Description

基于威胁度的UUV多级生存应急自救方法

技术领域

本发明涉及一种基于威胁度的UUV多级生存应急自救方法，用于对UUV在使命任务过程中可能遇到的突发事件自主地采取相应的应急预案进行自救。

背景技术

水下无人航行器(Unmanned Underwater Vehicle,UUV)作为人类在海洋活动中的重要替代者和执行者，已被广泛应用于科学考察、深海作业、打捞救生等领域，其应用前景极其广泛。但由于海洋环境的复杂性、使命任务的艰巨性、UUV的无人现场特性，UUV在海洋中执行使命任务时常面临着各种各样的危险，表现为各种离散危险事件。如果因发生各种离散危险事件造成UUV失事或沉入海底，将会造成极大损失，因此，UUV的应急自救能力对于提高UUV的生存力具有重要意义。

现阶段UUV的自救，常用方法是在UUV主体上安装一套相对独立的自救系统装置，并在UUV下水前配置好自救用的压载物和救生信标。当UUV在水下出现故障不能正常上浮时，水面工作人员通过水声装置发送自救命令，一旦自救系统接收到水声自救命令，自救系统的控制器就驱动自救执行机构抛出压载物，为UUV提供足够的浮力而使其能上浮。当UUV上浮到水面后，借助于卫星通信、无线电通信或灯火烟雾等手段向母船示位，待母船发现后，靠近UUV并将UUV收回，从而实现UUV的自救。这种自救方式单一，且因救援不及时，安全性差。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有UUV的自救方式单一且安全性差的问题，本发明提供一种基于威胁度的UUV多级生存应急自救方法。

本发明的基于威胁度的UUV多级生存应急自救方法，所述方法以计算机程序的方式嵌入到任务计算机中，包括如下步骤：

用于接收UUV其它计算机节点发送的故障报警信息的步骤；

用于根据故障报警信息，确定引起报警的危险事件的步骤；

用于根据确定的危险事件，确定威胁度的步骤；

用于根据威胁度，确定应急预案的步骤；

用于根据确定的应急预案，进行自救的步骤。

所述用于根据故障报警信息，确定引起报警的危险事件的步骤具体为：

用于根据故障报警信息，确定引起报警的危险事件是离散危险事件集∑中哪一个的步骤；

所述离散危险事件集∑包括：

环境中存在障碍物、海流过大超过设定等级、传感器故障、主推进器故障、舵机故障、UUV在水中超深或过浅、超出安全区域和超出UUV人工智能认知范围的事件。

所述威胁度为轻微、中等、较严重、严重和极严重中的一种。

所述用于根据确定的危险事件，确定威胁度的步骤包括：

危险事件为环境中存在障碍物时，其威胁度为轻微；

危险事件为海流过大超过设定等级是，其威胁度为中等；

危险事件为UUV实际运行中与作业任务有关的传感器发生故障，其威胁度为中等；

危险事件为UUV实际运行中执行机构中的主推进器发生故障，其威胁度为较严重；

危险事件为UUV实际运行中执行机构中的舵机发生故障，其威胁度为较严重；

危险事件为UUV在水中超过设定深度或距离海底过浅，其威胁度为严重；

危险事件为UUV实际运行中出现超出UUV人工智能认知范围的事件，其威胁度为严重；

危险事件为UUV超出设定安全区域，其威胁度为极严重。

所述用于根据威胁度，确定应急预案的步骤包括：

威胁度是轻微时，相应的UUV应急预案是自主避障；

威胁度是中等时，相应的UUV应急预案是重规划；

威胁度是较严重时，相应的UUV应急预案是紧急停车；

威胁度是严重时，相应的UUV应急预案是高压吹除；

威胁度是极严重时，相应的UUV应急预案是应急抛载。

所述超出UUV人工智能认知范围的事件为：

危险事件发生时UUV当前状态与正常状态不同，且不能给出准确的事件定义或描述的危险事件。

本发明的有益效果在于，本发明用于对UUV在执行使命任务过程中可能遇到的突发离散危险事件自主地采取相应的应急预案进行自救。考虑到UUV的自身条件及作业环境，分析其可能出现的各种故障和风险，建立UUV可能遇到的离散危险事件集并对其进行威胁度评估，在此基础上形成多级应急预案，并将这一过程采用嵌入式软件编程思想移植入水下UUV的自主控制系统中，一旦UUV在航行过程中遇到危险情况，可根据危险事件的威胁度判断结果采取相应的应急预案进行自我施救，从很大程度上提升了UUV的航行安全。

附图说明

图1为具体实施方式中离散危险事件集∑、威胁度和应急预案关系的原理示意图。

图2为基于威胁度的UUV多级应急自救过程软件实现流程图

具体实施方式

本实施方式所述的基于威胁度的UUV多级生存应急自救方法，包括：

步骤一：建立UUV可能遇到的离散危险事件集∑：

充分考虑UUV可能遇到的突发紧急情况，对UUV在实际环境中运行可能遇到的危险事件进行归纳总结。本实施方式中的离散危险事件集∑包括以下离散危险事件：环境中存在障碍物、海流过大超过设定等级、传感器故障、主推进器故障、舵机故障、超深或过浅、超出安全区域、超出UUV人工智能认知范围的事件等。

步骤二：确定离散危险事件集∑中各离散危险事件的威胁度V：

威胁度的定义是指UUV可能遇到的离散危险事件对其正常运行带来的危险程度，用集合V表述。不失一般性，本实施方式中V＝{轻微，中等，较严重，严重，极严重}。

本步骤中确定离散危险事件的威胁度V是指，采用模糊化方法，设定一个适当的量化值，将V＝{轻微，中等，较严重，严重，极严重}表示为V＝{1,2,3,4,5}。可知，威胁度包括五个等级，数字越小说明相应的离散危险事件对UUV的安全威胁度越低。每一个离散的危险事件，其威胁度如下：

1)离散危险事件为环境中存在障碍物，其威胁度为1；

2)离散危险事件为海流过大超过设定等级，其威胁度为2；

3)离散危险事件为UUV实际运行中与作业任务有关的传感器发生故障，其威胁度为2；

4)离散危险事件为UUV实际运行中执行机构中的主推进器发生故障，其威胁度为3；

5)离散危险事件为UUV实际运行中执行机构中的舵机发生故障，其威胁度为3；

6)离散危险事件为UUV在水中超过设定深度或距离海底过浅，其威胁度为4；

7)离散危险事件为UUV实际运行中出现超出UUV人工智能认知范围，其威胁度为4，超出UUV人工智能认知范围事件，此种事件稍为特殊，具体指暂不能给出准确的事件定义或描述、但UUV的行为表现与正常状况时不一致，因此也需应急自救处理；

8)离散危险事件为UUV超出设定安全区域，其威胁度为5。

步骤三：建立基于步骤二中确定的威胁度的应急预案：

本步骤是将应急自救方法按照离散危险事件威胁度进行多级化分形成应急预案，如图1所示。UUV遇到危险时的应急预案划分为5级，具体如下：

1)威胁度是1时，相应的UUV应急自救方法是自主避障；

2)威胁度是2时，相应的UUV应急自救方法是重规划，重规划就是重新规划UUV的使命任务，使UUV终止执行当前的任务并按照新的任务规划结果执行任务；

3)威胁度是3时，相应的UUV应急自救方法是紧急停车，紧急停车是将执行机构的控制信号清零并将执行机构的设备电断开；

4)威胁度是4时，相应的UUV应急自救方法是高压吹除，高压吹除是指通过将UUV内部携带的高压气瓶打开使其释放一定的高压气吹除UUV载体内的水促使UUV上浮；

5)威胁度是5时，相应的UUV应急自救方法是应急抛载，应急抛载是指通过抛出UUV所携带的重铅块的方式减少UUV的重量使其上浮。

步骤四：生成UUV多级生存应急自救表；

本步骤中的UUV多级生存应急自救表如下表1所示。表中，将应急预案与威胁度结合起来，完成UUV紧急情况威胁度评估和应急自救过程。

表1基于威胁度的UUV多级生存应急自救表

步骤五：将UUV多级生存应急自救表以计算机程序的方式写入UUV的任务计算机中；

步骤六：当UUV在水下运行状态发生异常时，UUV的其它计算机节点通过报警的方式向任务控制计算机发送故障报警信息；

步骤七：任务控制计算机根据其它计算机节点发送的故障报警信息，评估威胁度，并实施应急预案，进行自救。若该故障报警提示的离散危险事件不属于离散危险事件集合∑则由监控人员进行人工施援，具体过程如图2所示。

本步骤中的任务控制计算机对UUV的状态及作业环境等进行监控，它与UUV的其它计算机节点通过网络进行信息交互，实时接收其它计算机节点采集并发送的UUV状态、位姿等信息及海洋环境信息。当有故障报警信息时，结合UUV多级生存应急自救模块对威胁度进行评估，并采取相应应急预案进行自救。

Claims (6)

1.一种基于威胁度的UUV多级生存应急自救方法，其特征在于，所述方法以计算机程序的方式嵌入到任务计算机中，包括如下步骤：

用于接收UUV其它计算机节点发送的故障报警信息的步骤；

用于根据故障报警信息，确定引起报警的危险事件的步骤；

用于根据确定的危险事件，确定威胁度的步骤；

用于根据威胁度，确定应急预案的步骤；

用于根据确定的应急预案，进行自救的步骤。

2.根据权利要求1所述的基于威胁度的UUV多级生存应急自救方法，其特征在于，所述用于根据故障报警信息，确定引起报警的危险事件的步骤具体为：

用于根据故障报警信息，确定引起报警的危险事件是离散危险事件集∑中哪一个的步骤；

所述离散危险事件集∑包括：

环境中存在障碍物、海流过大超过设定等级、传感器故障、主推进器故障、舵机故障、UUV在水中超深或过浅、超出安全区域和超出UUV人工智能认知范围的事件。

3.根据权利要求1或2所述的基于威胁度的UUV多级生存应急自救方法，其特征在于，所述威胁度为轻微、中等、较严重、严重和极严重中的一种。

4.根据权利要求3所述的基于威胁度的UUV多级生存应急自救方法，其特征在于，所述用于根据确定的危险事件，确定威胁度的步骤包括：

危险事件为环境中存在障碍物时，其威胁度为轻微；

危险事件为海流过大超过设定等级是，其威胁度为中等；

危险事件为UUV实际运行中与作业任务有关的传感器发生故障，其威胁度为中等；

危险事件为UUV实际运行中执行机构中的主推进器发生故障，其威胁度为较严重；

危险事件为UUV实际运行中执行机构中的舵机发生故障，其威胁度为较严重；

危险事件为UUV在水中超过设定深度或距离海底过浅，其威胁度为严重；

危险事件为UUV实际运行中出现超出UUV人工智能认知范围的事件，其威胁度为严重；

危险事件为UUV超出设定安全区域，其威胁度为极严重。

5.根据权利要求4所述的基于威胁度的UUV多级生存应急自救方法，其特征在于，所述用于根据威胁度，确定应急预案的步骤包括：

威胁度是轻微时，相应的UUV应急预案是自主避障；

威胁度是中等时，相应的UUV应急预案是重规划；

威胁度是较严重时，相应的UUV应急预案是紧急停车；

威胁度是严重时，相应的UUV应急预案是高压吹除；

威胁度是极严重时，相应的UUV应急预案是应急抛载。

6.根据权利要求4所述的基于威胁度的UUV多级生存应急自救方法，其特征在于，所述超出UUV人工智能认知范围的事件为：

危险事件发生时UUV当前状态与正常状态不同，且不能给出准确的事件定义或描述的危险事件。