CN108664987A

CN108664987A - 一种灾害救援环境下的多目标优先级评估方法

Info

Publication number: CN108664987A
Application number: CN201810237605.0A
Authority: CN
Inventors: 杨宁; 裘智峰; 叶华文; 陈杰; 管建峰
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2018-03-21
Filing date: 2018-03-21
Publication date: 2018-10-16

Abstract

本发明提供一种灾害救援环境下的多目标优先级评估方法，包括：对救援目标进行聚类：根据实际救援情况，将救援目标区分为受灾人员或着火点两大类，并根据各目标点实测值，分别建立其任务特征向量；在同类目标点中，计算目标点的影响因素实测值对相应评价等级的隶属度矩阵；在同类目标点中，根据实测值计算各个影响因素的权重值；根据隶属度矩阵和权重值计算目标点的评价向量；根据最大隶属度原则，得出目标点的评价值。本发明主要解决救援背景下救援机器人的多目标优先级评估问题，有助于提高救援机器人对于救援目标的辨识度，从而大大提高救援效果和救援效率。

Description

一种灾害救援环境下的多目标优先级评估方法

技术领域

本发明属于目标优先级评估领域，具体涉及一种灾害救援环境下的多目标优先级评估方法。

背景技术

我国幅员辽阔，地形复杂多变，自然灾害频发，给人民群众的生命财产带来巨大威胁。在灾害发生后，快速、高效的灾后救援是降低灾害损失的最有效方法，仅靠救援人员的搜救往往显得力不从心，这就催生了对救援机器人的研究进展。

1995年的日本神户-大阪大地震及其之后发生在美国俄克拉荷马州的阿尔福德联邦大楼爆炸案拉开了救援机器人技术研究的序幕，而2001年美国的911事件则是救援机器人第一次进行实战演练，随后，我国的救援机器人也进入了快速发展时期。随着救援机器人的智能化、自主化发展，对机器人的智能评估系统提出了更高的要求。在灾后救援中，如何快速、准确地评估已获得的救援目标信息，成为救援机器人发展过程中面临的关键问题。

发明内容

本发明提供一种至少部分解决上述技术问题的多救援目标优先级确定方法，对灾害救援活动中的主要救援目标进行准确的优先级评价，大大提高了救援活动的质量和效率。

为了达到上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤：

S1：对救援目标进行聚类：根据实际救援情况，将救援目标分为受灾人员和着火点两大类，并根据各目标点实测值，分别建立其任务特征向量。

S2：在同类目标点中，计算每个目标点的影响因素实测值对相应评价等级的隶属度矩阵。

S3：在同类目标点中，根据实测值计算各个影响因素的权重值。

S4：根据最大隶属度原则，计算每个目标点的评价值。

进一步地，对救援目标进行聚类，则S1包括：

S11：建立受灾人员特征向量，具体特征包括环境氧气浓度、有害气体浓度、受灾人员心跳频率、受灾人员体温，如下：

U_i＝{p_i,e_i,h_i,t_i}

其中，m_i表示第i个受灾人员，其中1≤i≤m，m为接受评价的受灾人员数量；p_i为第i个受灾人员所处环境的氧气浓度；e_i为第i个受灾人员所处环境的有害气体浓度；h_i为第i个受灾人员的心跳频率；t_i为第i个受灾人员的体温。

S12：建立着火点特征向量，具体特征包括人口密度、财产价值、燃烧物危险等级和对周围环境污染程度，如下：

f_j＝{d_j,w_j,c_j,l_j}

其中，f_j表示第j个着火点，其中1≤j≤n，n为接受评价的着火点数量；d_j为第j个着火点所在地区的人口密度；w_j为第j个着火点的燃烧物价值；c_j为第j个着火点的燃烧物危险等级；l_j为第j个着火点对周围环境的污染程度。

进一步地，在同类目标点中，计算每个目标点的影响因素实测值对相应评价等级的隶属度，以救援受灾人员为例，若指标值y_ij单调上升，则按公式(一)、(二)、(三)计算：

若指标值y_ij单调下降，则按公式(四)、(五)、(六)计算：

其中，x_i为一受灾人员的第i(1≤i≤4)个影响因素的实测值，y_i1为一受灾人员的第i个影响因素对应的第v₁级评判级别中的下限值，y_i2为一受灾人员的第i个影响因素对应的第v₂级评判级别中的下限值，y_i,j-1为一受灾人员中第i个影响因素对应的第v_j-1级评判级别中的下限值，y_ij为一受灾人员中第i个影响因素对应的第v_j级评判级别中的下限值,y_i,j+1为一受灾人员中第i个影响因素对应的第v_j级评判级别中的上限值,y_ih为一受灾人员中第i个影响因素对应的第v_h级评判级别中的下限值,y_i,h+1为一受灾人员中第i个影响因素对应的第v_h级评判级别中的上限值。着火点的隶属度矩阵计算方法同上。

进一步地，可以得到某一救援目标的评价等级隶属度矩阵，如下：

其中，R为某目标点的评价等级隶属度矩阵，z为某目标点的影响因素个数，h为最大评价等级数。

进一步地，在同类目标点中，根据实测值计算各个影响因素的权重值，如下：

其中，a_i为一受灾人员第i(1≤i≤4)个影响因素的权重，y_i1为一受灾人员的第i个影响因素对应的第v₁级评判级别中的下限值，y_ij为一受灾人员中第i个影响因素对应的第v_j级评判级别中的下限值,y_i,j+1为一受灾人员中第i个影响因素对应的第v_j级评判级别中的上限值,v_h为最高评价等级，y_h+1为最高评价等级的上限值。

进一步地，可得某一目标点的各影响因素权重向量，如下：

W'＝{a₁,a₂,…,a_m}

进行归一化处理可得：

其中，W为某目标点的各影响因素权重向量，m为影响因素个数。

进一步地，计算每个目标点的评价值，S4包括：

S41：对于聚类为受灾人员的目标点，利用M(·,∨)算子对其评价等级隶属度矩阵和权重向量进行运算，即：

其中，P_i为第i个受灾人员的评价值，W_i为第i个受灾人员的各因素权重向量，R_i为第i个受灾人员的评价等级隶属度矩阵。

S42：对于聚类为着火点的目标点，利用算子对其评价等级隶属度矩阵和权重向量进行运算，即：

其中，P_j为第j个着火点的评价值，W_j为第j个着火点的各因素权重向量，R_j为第j个着火点的评价等级隶属度矩阵。

附图说明

图1为本发明的方案流程图

具体实施方式

下面举实施例，对本发明进行详细描述。

某地区发生地震灾害后，负责部分区域灾后救援工作的搜救队派出救援机器人进行搜救和灾后灭火工作。救援机器人经过探测后发现三处废墟下存在生命迹象，第一处废墟下的氧气浓度为18％，无有害气体，受灾人员心跳为90次/分，体表温度为37.6℃；第二处废墟下的氧气浓度为15％，有害气体浓度为0.01％，受灾人员心跳为75，体表温度为38.3℃。另外，该区域内有两处着火点，一处位于居民小区，人口密度为2470人/km²，居民财产价值为0.7千万元，燃烧等级为2，空气污染指数为285；另一处位于某化工厂，人口密度为347人/km²，财产价值为3千万元，燃烧等级为7，空气污染指数为325。

建立受灾人员优先级评价表：

建立着火点优先级评价表：

步骤一：建立救援目标的任务特征向量。

受灾人员一的特征向量为：U₁＝{18,0,90,37.6}。

受灾人员二的特征向量为：U₂＝{15,0.01,75,38.3}。

着火点一的特征向量为：f₁＝{2470,0.7,2,285}。

着火点二的特征向量为：f₂＝{347,3,7,325}。

步骤二：计算目标点的评价等级隶属度矩阵。

受灾人员一的评价等级隶属度矩阵为：

受灾人员二的评价等级隶属度矩阵为：

着火点一的评价等级隶属度矩阵为：

着火点二的评价等级隶属度矩阵为：

步骤三：计算某一目标点的各影响因素权重。

受灾人员一的因素权重向量为：

W_u1＝[0.2 0.191 0.227 0.382]

受灾人员二的因素权重向量为：

W_u2＝[0.25 0.246 0.134 0.369]

着火点一的因素权重向量为：

W_f1＝[0.317 0.174 0.184 0.325]

着火点二的因素权重向量为：

W_f2＝[0.107 0.323 0.25 0.32]

步骤四：计算各目标点的评价向量。

受灾人员一的评价向量为：

P_u1＝[0.191 0.218 0.164 0 0]

故受灾人员一的评价值为0.218.

受灾人员二的评价向量为：

P_u2＝[0.05 0.246 0.258 0.111 0]

故受灾人员二的评价值为0.258.

着火点一的评价向量为：

P_f1＝[0.089 0.269 0.217 0.425]

故着火点一的评价值为0.425.

着火点二的评价向量为：

P_f2＝[0.07 0.037 0.05 0.409]

故着火点二的评价值为0.409.

综上所述，受灾人员二优先级大于受灾人员一优先级，着火点一优先级大于着火点二优先级。

本领域普通技术人员可以理解：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims

1.一种灾害救援环境下的多目标优先级评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

S2：在同类目标点中，计算每个目标点的影响因素实测值对评价等级的隶属度矩阵。

S4：根据隶属度向量和权重值计算评价向量，并根据最大隶属度原则，确定每个目标点的评价值。

2.如权利要求1所述的一种灾害救援环境下的多目标优先级评估方法，对救援目标进行聚类，则S1进一步包括：

S11：建立受灾人员特征向量，具体因素包括环境氧气浓度、有害气体浓度、受灾人员心跳频率、受灾人员体温，如下：

U_i＝{p_i,e_i,h_i,t_i}

其中，U_i描述第i个受灾人员，1≤i≤m，m为接受评价的受灾人员数量；p_i为第i个受灾人员所处环境的氧气浓度；e_i为第i个受灾人员所处环境的有害气体浓度；h_i为第i个受灾人员的心跳频率；t_i为第i个受灾人员的体温。

S12：建立着火点特征向量，具体因素包括人口密度、财产价值、燃烧物危险等级和对周围环境污染程度，如下：

f_j＝{d_j,w_j,c_j,l_j}

其中，f_j描述第j个着火点，1≤j≤n，n为接受评价的着火点数量；d_j为第j个着火点所在地区的人口密度；w_j为第j个着火点的燃烧物价值；c_j为第j个着火点的燃烧物危险等级；l_j为第j个着火点对周围环境的污染程度。

3.如权利要求1所述的一种灾害救援环境下的多目标优先级评估方法，其特征在于，建立关于目标点的评价等级标准，如下表所示：

其中，z代表某一目标点的评价因素个数，h代表对某一目标的最大评价等级数。

4.如权利要求1所述的一种灾害救援环境下的多目标优先级评估方法，其特征在于，所述S2包括：在同类目标点中，计算每个目标点的影响因素实测值对评价等级的隶属度矩阵。

以救援受灾人员为例，若指标值y_ij单调上升，则按公式(一)、(二)、(三)计算：

若指标值y_ij单调下降，则按如下公式(四)、(五)、(六)计算：

5.如权利要求4所述，计算每个目标点的影响因素实测值对相应评价等级的隶属度，得到某一救援目标的评价等级隶属度矩阵，如下：

6.如权利要求1所述的一种灾害救援环境下的多目标优先级评估方法，其特征在于，S3包括，在同类目标点中，根据实测值计算各个影响因素的权重值，按公式(七)计算。

7.如权利要求6所述的一种灾害救援环境下的多目标优先级评估方法，其特征在于，计算某一目标点的各影响因素权重向量，如下：

W'＝{a₁,a₂,…,a_m}

进行归一化处理可得：

8.如权利要求1所述的一种灾害救援环境下的多目标优先级评估方法，其特征在于，计算每个目标点的评价值，则S4还包括：

9.如权利要求8所述的一种灾害救援环境下的多目标优先级评估方法，其特征在于，按照最大隶属度原则确定某一目标点的评价值。