CN106681342B - 一种飞机搜索救援方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种飞机搜索救援方法，包括以下步骤：1、根据所期望的搜索成功概率Q计算出搜索救援的最佳搜索宽度W；2、根据最佳搜索宽度W与飞机的最小转弯半径R_min的关系，确定搜索方式；3、根据步骤一所得最佳搜索宽度、步骤二所得搜索方式、步骤三所得搜索边界点及转弯参照点计算出在搜索区域内各个转弯点坐标；所有转弯点在转弯参照点其中一点的正下方，即转弯点与转弯参照点同经度；4、飞机根据切入点和转弯点进行飞行搜救。本发明按照栅形搜索方式对搜救区域进行搜索救援航线规划方法，明确飞行航线的切入点坐标、转弯点坐标等关键导航参数，为飞机制定了可行的飞行航线，减少了重复搜索和遗漏搜索的区域。

Description

一种飞机搜索救援方法

技术领域

本发明涉及飞机飞行航路设计领域，尤其涉及一种飞机搜索救援方法。

背景技术

随着我国海洋运输业蓬勃发展，水运交通日益繁忙，同时，由于海上运输量大、成本低廉，海上运输逐渐成为我国对外贸易的主要方式，但由于海洋环境的复杂性和多变性，海上事故的发生越来越频繁，导致我国海上安全问题日益严峻，这引起了国家和社会对海上交通安全的广泛关注。

对于海上搜救的研究，目前国内的研究大多偏重于研究搜寻区域的确定，或者救助船舶的优化选择，研究者以及实践者虽然已经注意到搜索路径的重要性，但没有对其进行进一步的研究。

在确定搜寻区域，制订系统的搜寻技术时，每当确定搜索航路时，往往基于一般的可视距离和传统经验。反映在实际工作中的就是，搜寻者和指挥者经常会犯两种错误：第一种是通常采用现场估计的方法来大致确定搜索航路，这种基于经验上所确定的路线往往过于随机，容易发生复搜和漏搜情况；另一种错误就是不结合飞机本身和机载搜索设备特点，订立的航路不能有效发挥搜索能力。如果用这些数据来制定搜寻计划时，就会导致在搜寻某些区域时，漏掉很多搜寻目标，以致整个搜寻活动低效率甚至无效。

发明内容

针对现有搜索方法的不足，本发明提供一种搜寻范围广，飞行油耗少，不易遗漏的搜索方法，为飞机制定有效的飞行航线，可以减少重复搜索和遗漏搜索的区域，大大提高飞机的搜索效率。

本发明所采用的技术方案为，一种飞机搜索救援方法，包括以下步骤：

步骤一：根据所期望的搜索成功概率Q计算出搜索救援的最佳搜索宽度W；

4)搜索成功概率

分布概率(P)×发现概率(F)，其中，n表示搜索往返次数；

5)分布概率密度

(x,y)表示单次搜索区域D中的一点，A是单搜索区域D的面积；

6)发现概率

W表示最佳搜索宽度，

其中，K,σ同时满足：

K为随机变量W的概率因子，σ²为随机变量W的方差；

步骤二：根据最佳搜索宽度W与飞机的最小转弯半径R_min的关系，确定搜索方式；

因飞机直线飞行较转弯飞行更经济更节省燃油，且飞机在搜索区域搜索时应尽量减少重复搜索和遗漏搜索，则飞机在搜索区域以平行于搜索区域边界飞行，到达搜索边界后根据最佳搜索宽度W与飞机的最小转弯半径R_min的关系确定转弯半径及转弯方式；

3)当W≥2R_min时，采用普通栅形搜寻方式；

普通栅形搜寻：搜索过程首先沿平行于搜索区域长边的搜索航线航行，在到达搜索区域窄边边界时以最小转弯半径R_min下转弯90°之后，直线飞行一段距离d＝W-2Rmin，接着再以最小半径转弯，再次沿平行于搜索区域长边的搜索航线航行，如此反复直到搜索完毕整个搜索区域。

4)当W＜2R_min时,采取隔带栅形搜寻方式；

隔带栅形搜寻：搜索过程首先沿平行于搜索区域长边的搜索航线航行，在到达搜索区域窄边边界时以最小转弯半径R_min下转弯90°之后，直线飞行一段距离d＝2W-2Rmin，接着再以最小半径转弯，中间刚好预留下宽度为W的待覆盖区域，待飞机搜索至搜索区域边界终点后，返回时再进行预留区域的搜索，返回时搜索方式与之前搜索方式一致。

步骤三：根据已知的搜索区域、飞机的最小转弯半径R_min、以及最佳搜索宽度W计算出搜索边界点t₁～t₄，及转弯参照点A₁～A₄。

搜索边界点即搜索区域的四个顶点，其中t1为搜索航路切入点即搜索起始点；搜索起始点在搜索区域的一个角，在方形搜索区域内距离搜索区域边界长边1/2最佳搜索宽度W(相邻搜寻线间的距离)的位置。

飞机沿着经纬度方向飞行搜救，对经度做正负的处理，按照0度经线的基准，东经取经度的正值，西经取经度的负值，不对纬度做处理(我国海域都是北半球)，两点的坐标是(LonA,LatA),(LonB,LatB)则

两点间的距离Distance＝R_地arccos(C)

C＝sin(LatA/p)sin(LatB/p)+cos(LatA/p)cos(LatB/p)cos((LonA-LonB)/p)

此处，p为常数，p＝57.2958

同经度：(LonA＝LonB)

同纬度：(LatA＝LatB)

求出t₁,t₂,t₃,t₄四个点及A₁,A₂,A₃,A₄的坐标：t₁,t₂,t₃,t₄表示区域的四个顶点，其中t₁也是切入点，A₁,A₂,A₃,A₄表示转弯点的参照点，A₂,A₃与t₁,t₂在同一位置处，所有转弯点G_k都在A₁,A₂,A₃,A₄其中一点的正下方，即G_k与A_i同经度；t₁,t₂距离上边界(W/2)，t₃,t₄距离下边界(W/2)，A₁,A₂和t₁,t₂在同一纬线上，|t₁A₁|＝R_min，|A₂t₂|＝R_min)。

设搜救区域是一个以失事船只O₁(k₁,m₁)为圆心，半径r的典型圆的外接矩形，则转弯参照点

搜索区域顶点t₁(J₀,w₀)，t₂(J₁,w₁)，t₃(J₂,w₂)，t₄(J₃,w₃)，可得：

步骤四：根据步骤一所得最佳搜索宽度、步骤二所得搜索方式、步骤三所得搜索边界点及转弯参照点计算出在搜索区域内各个转弯点坐标；所有转弯点在转弯参照点其中一点的正下方，即转弯点与转弯参照点同经度；

求出在区域内往返次数及各个转弯点的坐标：

(N表示往返次数)，G_k(j_k,w_k),k＝1,2,...,2N-2表示第k个转弯点。

3)普通栅形搜索时：

for(i＝5；i<＝2N-2；i++)

{

输出j_i,w_i

}

4)隔带栅形搜索时：

●第一轮搜寻的转弯点：

for(i＝5；i<＝N-1；i++)

{

输出j_i,w_i

}

●返回搜寻时的切入点及转弯参照点：

●参照第一轮搜索得到返回搜寻时的转弯点。

当切入点为j_N(J₃’,w₃’)时，J₃’＝J₃,

{

}

当切入点为j_N(J₂’,w₂’)时，J₃’＝J₂,

{

}

for(i＝N+5；i<＝2N-2；i++)

{

输出j_i,w_i

}

步骤五：飞机根据切入点和转弯点进行飞行搜救。

有益效果

本发明提供了一种在搜救对象在搜救区域中服从均匀分布的条件下，按照栅形搜索方式对搜救区域进行搜索救援航线规划方法，明确飞行航线的切入点坐标、转弯点坐标等关键导航参数，为飞机制定了可行的飞行航线，减少了重复搜索和遗漏搜索的区域。

附图说明

图1为普通栅形搜救路线切入点及转弯参考点示意图；

图2为普通栅形搜索示意图；

图3为隔带栅形搜救路线切入点及转弯参考点示意图；

图4为隔带栅形搜索示意图；

图中，t₁,t₂,t₃,t₄为搜救区域的四个顶点，其中t₁是切入点，A₁,A₂,A₃,A₄表示转弯点的参照点，G_k(j_k,w_k),k＝1,2,...,2N-2表示第k个转弯点；t₃’或t₄’为隔带 搜寻方式返回搜索的切入点，A₁’,A₂’,A₃’,A₄’表示隔带搜寻方式返回搜索转弯点的参照点。

具体实施方式

下面将结合说明书附图对本发明作详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述：当根据最低搜索成功概率为Q，获得最佳搜索宽度W≥最小转弯半径R_min时，采用普通栅形搜索方式进行飞行搜救，如图1、图2；当根据最低搜索成功概率为Q，获得最佳搜索宽度W＜最小转弯半径R_min时，采用隔带栅形搜索方式进行飞行搜救，如图3、图4。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

设飞机起飞点O₀(k₀,m₀),和失事船只的预测点，要求最低搜索成功概率为Q，在保证最低搜索成功概率前提下求出最佳搜索宽度W；搜索设备的搜索宽度为20㎞，飞机的最小转弯半径为1㎞，搜救区域是一个以失事船只为圆心，124海里为半径的典型圆的外接矩形，r＝124*1.852km＝229.648km，R₀＝2r，r表示搜救区域的半径，R_地表示地球半径(假设地球是一个球形)，N表示往返次数，G_k(j_k,w_k),表示第k个转弯点的坐标。

普通栅形搜索：飞机从起飞点飞向以预测点为中心的搜救区域，在进入搜救区域时有一个进入点，称之为切入点t₁；从切入点t₁进入搜救区域后，沿着与纬线平行的方向飞行搜索，在到达区域边界处时以最小转弯半径转弯90°，然后沿着经线方向飞行(W-2)千米后(转弯点)，又以最小转弯半径转弯90°，然后沿着纬线方向飞行，如此进行往返搜索，最后飞机经过t₃或t₄时，表明此次搜救结束。一种飞机搜索救援航路规划方法步骤如下：

已知：输入O₀(k₀,m₀),O₁(k₁,m₁)，要求最低搜索成功概率为Q，r＝124nmile＝124·1.852km＝229.648km，R₀＝2r，R_地＝6371km，R_min＝1㎞。

(1)根据要求的最低搜索成功概率为Q得到最佳搜索宽度W(概率小于0.05的事件为小概率事件)。搜索成功概率

分布概率(P)×发现概率(F)，分布概率密度

D为单次搜索的搜索区域面积；发现概率

且

(2)最小转弯半径R_min＝1km，最佳搜索宽度W>2km，因此此次搜索采用普通栅形搜索方式；

(3)求出图中t₁,t₂,t₃,t₄四个点及A₁,A₂,A₃,A₄的坐标：t₁,t₂,t₃,t₄表示区域的四个顶点，其中t₁也是切入点，A₁,A₂,A₃,A₄表示转弯点的参照点，A₂,A₃与t₁,t₂在同一位置处，所有转弯点G_k都在A₁,A₂,A₃,A₄其中一点的正下方，即G_k与A_i同经度；t₁,t₂距离上边界(W/2)，t₃,t₄距离下边界(W/2)，A₁,A₂和t₁,t₂在同一纬线上，|t₁A₁|＝1，|A₂t₂|＝1；

设

t₁(J₀,w₀)，可得：

(4)求出在区域内往返次数及各个转弯点的坐标：

(N表示往返次数)，G_k(j_k,w_k),k＝1,2,...,2N-2表示第k个转弯点。

for(i＝5；i<＝2N-2；i++)

{

输出j_i,w_i

}

(5)飞机根据切入点和转弯点进行飞行搜救。

隔带栅形搜索：飞机从起飞点飞向以预测点为中心的搜救区域，在进入搜救区域时有一个进入点，称之为切入点t₁；从切入点t₁进入搜救区域后，沿着与纬线平行的方向飞行搜索，在到达区域边界处时以最小转弯半径转弯90°，然后沿着经线方向飞行2W-2千米后(转弯点)，再以最小转弯半径转弯90°，中间刚好预留下宽度为W的待覆盖区域，然后沿着纬线方向飞行，如此进行往返搜索，最后飞机经过至搜索区域边界终点后t₃或t₄时，返回时再进行预留区域的搜索，返回时搜索方式与之前搜索方式一致。一种飞机搜索救援航路规划方法步骤如下：

已知：输入O₀(k₀,m₀),O₁(k₁,m₁)，要求最低搜索成功概率为Q，r＝124nmile＝124·1.852km＝229.648km，R₀＝2r，R_地＝6371km，Rmin＝1㎞。(1)根据要求的最低搜索成功概率为Q得到最佳搜索宽度W(概率小于0.05的事件为小概率事件)。搜索成功概率

分布概率(P)×发现概率(F)，分布概率密度

D为单次搜索的搜索区域面积；发现概率

且

(2)最小转弯半径R_min＝1km，最佳搜索宽度W＜2km，因此此次搜索采用隔带栅形搜索方式。

(3)求出图中t₁,t₂,t₃,t₄四个点及A₁,A₂,A₃,A₄的坐标：t₁,t₂,t₃,t₄表示区域的四个顶点，其中t₁也是切入点，A₁,A₂,A₃,A₄表示转弯点的参照点，A₂,A₃与t₁,t₂在同一位置处(所有转弯点G_k都在A₁,A₂,A₃,A₄其中一点的正下方，即G_k与A_i同经度；t₁,t₂距离上边界(W/2)，t₃,t₄距离下边界(W/2)，A₁,A₂和t₁,t₂在同一纬线上，|t₁A₁|＝1，|A₂t₂|＝1。

设

t₁(J₀,w₀)，可得：

(4)求出在区域内往返次数及各个转弯点的坐标：

(N表示往返次数)，G_k(j_k,w_k),k＝1,2,...,2N-2表示第k个转弯点。

for(i＝5；i<＝N-1；i++)

{

输出j_i,w_i

}

for(i＝N+5；i<＝2N-2；i++)

{

输出j_i,w_i

}

(5)飞机根据切入点和转弯点进行飞行搜救。

本发明公开了一种基于栅形搜索方式的飞机搜索救援航路规划方法，该方法基于飞机的搜救对象在搜索区域所呈现的分布状态为均匀分布的条件下，即所有搜救对象都是均匀分布在搜索区域中，根据飞机自身性能参数包括最小转弯半径、最大转弯倾斜角、红外探测距离/识别距离等，按照栅形搜索方式对搜救区域进行搜索救援航线规划，明确飞行航线的切入点坐标、转弯点坐标等关键导航参数，为飞机制定了可行的飞行航线，减少了重复搜索和遗漏搜索的区域。

Claims (3)

1.一种飞机搜索救援方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：根据所期望的搜索成功概率Q计算出搜索救援的最佳搜索宽度W；

1)搜索成功概率

分布概率P×发现概率F，其中，n表示搜索往返次数；

2)分布概率密度

(x,y)表示单次搜索区域D中的一点，A是单搜索区域D的面积；

3)发现概率

W表示最佳搜索宽度，其中，K,σ同时满足：

W＝5；，

W＝20；，K为最佳搜索宽度W的概率因子，σ²为最佳搜索宽度W的方差；

步骤二：根据最佳搜索宽度W与飞机的最小转弯半径R_min的关系，确定搜索方式；

1)当W≥2R_min时，采用普通栅形搜寻方式；

2)当W<2R_min时,采取隔带栅形搜寻方式；

步骤三：根据已知的搜索区域、飞机的最小转弯半径R_min、以及最佳搜索宽度W计算出搜索边界点t₁～t₄，及转弯参照点A₁～A₄；

搜索边界点即搜索区域的四个顶点，其中t1为搜索航路切入点即搜索起始点；搜索起始点在搜索区域的一个角，在方形搜索区域内距离搜索区域边界长边1/2最佳搜索宽度W，即相邻搜寻线间的距离的位置；

飞机沿着经纬度方向飞行搜救，对经度做正负的处理，按照0度经线的基准，东经取经度的正值，西经取经度的负值，两点的坐标是(LonA,LatA),(LonB,LatB)则：

两点间的距离Distance＝R_地arccos(C)

C＝sin(LatA/p)sin(LatB/p)+cos(LatA/p)cos(LatB/p)cos((LonA-LonB)/p)此处，p为常数，p＝57.2958；

同经度：LonA＝LonB

同纬度：LatA＝LatB

求出t₁,t₂,t₃,t₄四个点及A₁,A₂,A₃,A₄的坐标：t₁,t₂,t₃,t₄表示区域的四个顶点，其中t₁也是切入点，A₁,A₂,A₃,A₄表示转弯点的参照点，A₂,A₃与t₁,t₂在同一位置处，所有转弯点G_k都在A₁,A₂,A₃,A₄其中一点的正下方，即G_k与A_i同经度；t₁,t₂距离上边界W/2，t₃,t₄距离下边界W/2，A₁,A₂和t₁,t₂在同一纬线上，|t₁A₁|＝R_min，|A₂t₂|＝R_min；

C_n表示两点经纬度距离计算中的变量，

D表示两点间的距离；

C₀表示两点经纬度距离计算中的初始变量；

j_n：表示第n个转弯参照点的经度值，j₁～j₄分别表示第1～4个转弯点的经度值，

w_n：表示第n个转弯参照点的纬度值，w₁～w₄分别表示第1～4个转弯点的纬度值；

设搜救区域是一个以失事船只O₁(k₁,m₁)为圆心，半径为r的典型圆的外接矩形，则转弯参照点

搜索区域顶点t₁(J₀,w₀)，t₂(J₁,w₁)，t₃(J₂,w₂)，t₄(J₃,w₃)，可得：

w₀＝m₁+57.2958arccosC′₀，

w₂＝m₁-57.2958arccosC′₀，

w₁＝w₀,J₂＝J₁,w₃＝w₂,J₃＝J₂

步骤四：根据步骤一所得最佳搜索宽度、步骤二所得搜索方式、步骤三所得搜索边界点及转弯参照点计算出在搜索区域内各个转弯点坐标；所有转弯点在转弯参照点其中一点的正下方，即转弯点与转弯参照点同经度；

求出在区域内往返次数及各个转弯点的坐标：

N表示往返次数，

G_k(j_k,w_k),k＝1,2,...,2N-2表示第k个转弯点；

1)普通栅形搜索时：

for(i＝5；i<＝2N-2；i++)

{

j_i＝j_i-4,w_i＝w_i-4-57.2958arccos

输出j_i,w_i

}

2)隔带栅形搜索时：

·第一轮搜寻的转弯点：

for(i＝5；i<＝N-1；i++)

{

j_i＝j_i-4,w_i＝w_i-4-57.2958arccos

输出j_i,w_i

}

·返回搜寻时的切入点及转弯参照点：

·参照第一轮搜索得到返回搜寻时的转弯点；

当切入点为j_N(J₃’,w₃’)时，J₃’＝J₃,

{

}

当切入点为j_N(J₂’,w₂’)时，J₃’＝J₂,

{

}

for(i＝N+5；i<＝2N-2；i++)

{

输出j_i,w_i

}

步骤五：飞机根据切入点和转弯点进行飞行搜救。

2.根据权利要求1所述的飞机搜索救援方法，其特征在于，步骤2中：普通栅形搜寻方式，搜索过程如下：

(1)沿平行于搜索区域长边的搜索航线航行；

(2)在到达搜索区域窄边边界时以最小转弯半径R_min转弯90°；

(3)直线飞行一段距离d＝W-2Rmin；

(4)以最小半径转弯；

(5)再次沿平行于搜索区域长边的搜索航线航行，如此反复直到搜索完毕整个搜索区域。

3.根据权利要求1所述的飞机搜索救援方法，其特征在于，步骤2中：搜索过程如下：

(1)沿平行于搜索区域长边的搜索航线航行；

(2)在到达搜索区域窄边边界时以最小转弯半径R_min转弯90°；

(3)直线飞行一段距离d＝2W-2Rmin；

(4)以最小半径转弯，中间预留下宽度为W的待覆盖区域，待飞机搜索至搜索区域边界终点后，返回时再进行预留区域的搜索，返回时搜索方式与之前搜索方式一致。

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