CN109436247A - 一种具有自寻功能的落水目标搜救方法及搜救系统 - Google Patents

Abstract

一种具有自寻的功能的落水目标搜救方法及搜救系统，该方法包括以下步骤：步骤S1：接收到搜救任务需求，搜救任务启动；步骤S2：到达待搜索区域上空，将快速搜救系统抛投到待搜索区域；步骤S3：快速搜救系统着水后展开，无人艇及艇载多传感融合搜索定位系统启动，救生漂浮平台随动；步骤S4：艇载多传感融合搜索定位系统探测搜索落水人员的位置，输出统一的目标位置信息给无人艇控制机构；步骤S5：无人艇控制机构根据目标位置信息，结合自身位置，制定并执行航迹规划，无人艇拖曳救生漂浮平台，到达落水人员位置处；步骤S6：落水人员爬上救生漂浮平台待救，任务结束。该系统为基于上述方法的系统。本发明具有易实现、时效性好、救援范围广等优点。

Description

一种具有自寻功能的落水目标搜救方法及搜救系统

技术领域

本发明主要涉及到搜救方法领域，特指一种具有自寻的功能的落水目标搜救方法及搜救系统，尤其适用于中远海的救援作业。

背景技术

随着我国经济水平的提升、军事战略的转变以及海洋经济的发展，综合国力显著增强，各行业覆盖的领域正不断拓宽，山地、高原、荒漠、岛屿等复杂陆地环境以及远海环境下的作业能力逐步提升。我渔业作业范围突破第一岛链进行作业已成常态，各类型飞机海上行动日益频繁，在复杂环境（尤其是中远海）下发生紧急事件的概率增大，相关人员将面临严酷的生存环境，因此中远海环境下的快速救援能力提出了越来越迫切的需求。

救援经验表明，在海洋等严酷、恶劣环境下，人员生存时间较短：如人体在15～20℃的水中，一般可以生存12h；在10～15℃的水中，大多数人可以生存6h；在5～10℃的水中，约一半人可以生存1h以上；水温2～5℃时，大部分人的生存时间不会超过1h；水温在2℃以下时，一般人只能耐受几分钟；即使穿戴专业的抗浸防寒保暖服装，黄金救援时间也往往仅有数小时，快速搜救对提高遇险落水人员生存率非常重要。

现有的航空应急救援采用垂直救援方式，具有机动性高、快速灵活、受地貌影响小等优势，是世界各国重点发展的救援技术。但我国目前的航空应急救援尚存在力量薄弱、机队规模小、专业救援装备较欠缺等问题，救援半径有限，尤其缺乏中远海航空搜救保障能力，对于海上复杂环境下的遇险落水人员难以实现快速、精确搜索和定位，实施快速补给或救援。

远海落水目标的快速搜救问题，目前缺乏有效的技术方案和实施措施。例如马航MH370失事后的搜救，参与搜救的以海面舰船和直升机为主，直升机探测多以人员目视搜索和携带的搜索载荷为手段，但收效不大。尤其是当人员落水后，在海洋环境下，在前3小时的搜救时间显得尤为关键，搜救时间拖的越长，落水人员的获救概率越低。传统的搜救方法存在的不足就在于：

1、直升机搜救半径小，航程短，航速慢，难以实现快速搜救，目前的海面搜救以目视为主，加上视觉疲劳、恶劣海况等因素影响，搜救效果差；我国目前的海面救援机种少，航速慢，难以快速到达指定的作业区域，航程小，作业半径有限。

2、舰船搜救，速度慢，时效性差，不能快速到达搜救区域。

3、极易超过黄金救援时间段从而导致落水人员获救几率降低。

4、恶劣海况适应能力弱，以直升机为例，在4级海况下，搜救作业的危险程度增加，搜救效率差。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种易实现、时效性好、救援范围广的具有自寻的功能的落水目标搜救方法及搜救系统。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种具有自寻功能的落水目标搜救方法，其包括以下步骤：

步骤S1：接收到搜救任务需求，搜救任务启动；

步骤S2：到达待搜索区域上空，并将快速搜救设备系统抛投到待搜索区域；

步骤S3：快速搜救设备系统着水后展开，无人艇及艇载多传感融合搜索定位系统启动，救生漂浮平台随动；

步骤S4：艇载多传感融合搜索定位系统探测搜索落水人员的位置，输出统一的目标位置信息给无人艇控制机构；

步骤S5：无人艇控制机构根据目标位置信息，结合自身位置，制定并执行航迹规划，无人艇拖曳救生漂浮平台，到达落水人员位置处；

步骤S6：落水人员爬上救生漂浮平台待救，搜救任务结束。

作为本发明的进一步改进：所述步骤S1中，采用远程快速抛投的方式，把多传感融合快速搜索导航系统和救生漂浮平台快速运送到指定搜救区域并抛投到海面上，确保被搜救目标在多传感融合快速搜索导航系统的作用半径内。

作为本发明的进一步改进：所述远程快速抛投通过远程运输机和/或其他类型长航程飞机来完成。

作为本发明的进一步改进：所述救生漂浮平台包括生活物资和/或保暖救治物资。

作为本发明的进一步改进：所述无人艇具有动力，用于拖曳救生漂浮平台驶向待救目标。

作为本发明的进一步改进：所述艇载多传感融合快速搜索定位系统包括北斗定位模块、无线电频谱测向模块、可见光红外探测模块以及融合信息处理平台，所述北斗定位模块、无线电频谱测向模块、可见光红外探测模块用于确定目标的方位、距离等信息，所述融合信息处理平台用于信息融合处理，把多传感器获得的数据进行融合处理，形成统一的目标距离、方位信息，并传输给无人艇控制系统，无人艇控制系统依据融合的目标信息生成导航数据，指引无人艇靠近待救目标。

作为本发明的进一步改进：无人艇入水展开后，所述北斗定位模块自动接收来自北斗卫星的定位数据，确定自身所处位置、航行速度运动信息；报发短报文给北斗系统，获取目标的定位数据；数据同步后由融合系统接收，并分别解算出各自在笛卡尔坐标系中的位置；根据各自位置确定规划无人艇运行轨迹；北斗定位导航系统将各自位置数据以及制定的无人艇航行轨迹，传输到艇载导航融合处理平台，由平台统一输出信息到无人艇的控制端口。

作为本发明的进一步改进：所述无线电频谱测向模块包括有源接收天线阵列和多通道接收机，通过接收阵列天线截获和接收信标发射的短波波段射频信号，对信号进行检测和参数估计，采用比幅比相原理，得到被测信标的方位信息。

作为本发明的进一步改进：所述可见光红外探测模块包括可见光摄像机和/或红外热像仪。

作为本发明的进一步改进：所述在上述步骤S4中，根据距离不同，采取不同的加权模式，进行数据融合后，最终输出统一的目标位置信息给无人艇控制机构；包括：

a.当距离＞100m，北斗定位探测为主，无线电频谱探测、光电探测为辅。

b.当20m≤距离≤100m，无线电频谱探测为主，北斗定位、光电探测为辅。

c.当距离＜20m，光电探测为主，无线电频谱探测为辅。

本发明进一步提供一种具有自寻的功能的落水目标搜救系统，其包括远程快速抛投单元、多传感融合快速搜索定位系统及救生漂浮平台，所述多传感融合快速搜索定位系统包括北斗定位模块、无线电频谱测向模块、可见光红外探测模块以及融合信息处理平台，所述北斗定位模块、无线电频谱测向模块、可见光红外探测模块用于确定目标的方位、距离等信息，所述融合信息处理平台用于信息融合处理，把多传感器获得的数据进行融合处理，形成统一的目标距离、方位信息，并传输给无人艇控制系统，无人艇控制系统依据融合的目标信息生成导航数据，指引无人艇靠近待救目标。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的具有自寻功能的落水目标搜救方法及搜救系统，易实现、时效性好、救援范围广，其包括两部分，一是搜救设备系统快速定点抛投，通过运输机等远航程、高航速飞机，把搜救设备系统投送到指定区域；二是搜救设备系统落水后的自主搜索及物资保障，艇载自主搜索系统包括无人艇、艇载多传感融合搜索载荷、救生漂浮平台三部分，艇载多传感融合搜索载荷包括北斗定位、无线电频谱探测、可见光红外探测定位三种传感器，可精确定位并引导无人艇拖曳救生漂浮平台靠近落水目标。

2、本发明的具有自寻功能的落水目标搜救方法及搜救系统，采用远航程高航速飞机投放搜索救生系统，具有速度快、耗时短、抛投精准高等优点；多传感融合搜索定位系统，采用3种不同的传感器融合探测，对多源数据进行分析综合后，给出统一的目标位置信息，具有不同海况恶劣气象适应性强、定位结果准确性高等优点。多传感融合搜索定位模式方面，针对各种传感器的特性，结合海况，以距离作为划分依据，制定了不同距离下，各个传感器探测的数据采用加权的探测方式，有更好的合理性。

3、本发明中，人员在远海落水后，在陆地或舰船上的飞机起飞，赶赴落水地点，根据北斗系统确定的位置，抛投搜救设备系统到落水人员附近300-1000m范围的区域，搜救设备系统具备动力系统，着水后展开，携带的自寻的搜索系统同步启动，搜救设备系统携带北斗导航系统、无线电频谱探测系统、可见光红外搜索吊舱合计三种搜救传感器，针对3-4级海况、海面水雾等恶劣气象条件，形成互补的搜索手段，对目标实现快速精确定位，导引搜救系统接近落水人员，落水人员从搜救系统上取得食物水源等生命维持物资，同时在搜救系统上等待救援舰船、飞机。

附图说明

图1是本发明方法的流程示意图。

图2是本发明在具体应用实例中搜救系统的拓扑结构示意图。

图3是本发明在具体应用实例中多传感融合快速搜索定位系统的结构组成示意图。

图4是本发明在具体应用中的原理示意图。

图5是本发明在具体应用实例中可见光摄像机的识别范围示意图。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明的一种具有自寻功能的落水目标搜救方法，包括以下步骤：

步骤S1：救援单位接收到搜救任务需求，搜救任务启动；

步骤S2：远航程高航速飞机携带快速搜救设备系统，到达待搜索区域上空，并将快速搜救设备系统抛投到待搜索区域；

步骤S3：快速搜救设备系统着水后展开，无人艇及艇载多传感融合搜索定位系统启动，救生漂浮平台随动；

步骤S4：艇载多传感融合搜索定位系统探测搜索落水人员的位置，输出统一的目标位置信息给无人艇控制机构；

步骤S5：无人艇控制机构根据目标位置信息，结合自身位置，制定并执行航迹规划，经逐步修订后，无人艇拖曳救生漂浮平台，到达落水人员位置处；

步骤S6：落水人员爬上救生漂浮平台待救，搜救任务结束。

参见图2，在具体应用实例中，在上述步骤S1中，采用远程快速抛投的方式，把多传感融合快速搜索导航系统和救生漂浮平台快速运送到指定搜救区域并抛投到海面上，确保被搜救目标在多传感融合快速搜索导航系统的作用半径内。

在实际应用中，远程快速抛投可以根据实际需要通过远程运输机和/或其他类型飞机来完成。

参见图3，在具体应用实例中，多传感融合快速搜索导航系统包括无人艇和艇载多传感融合快速搜索定位系统，无人艇具有动力，可拖曳救生漂浮平台驶向待救目标，艇载多传感融合快速搜索定位系统包括北斗定位模块、无线电频谱测向模块、可见光红外探测模块、融合信息处理平台四部分，前三部分为不同的探测传感器，采用不同的搜索技术，确定目标的方位、距离等信息，第四部分为信息融合处理，负责把多传感器获得的数据进行融合处理，形成统一的目标距离、方位信息，并传输给无人艇控制系统，无人艇控制系统依据融合的目标信息生成导航数据，指引无人艇靠近待救目标。

在实际应用中，救生漂浮平台包括生活物资和/或保暖救治物资，其中生活物质包含了必需的食物、水等。

在实际应用中，北斗定位导航系统覆盖频段为B1/B2/B3。无人艇入水展开后，北斗模块自动接收来自北斗卫星的定位数据（经纬度、高程），确定自身所处位置、航行速度等运动信息；报发短报文给北斗系统，获取目标的定位数据（经纬度、高程）；数据同步后由融合系统接收，并分别解算出各自在笛卡尔坐标系中的位置；根据各自位置确定规划无人艇运行轨迹；北斗定位导航系统将各自位置数据以及制定的无人艇航行轨迹，传输到艇载导航融合处理平台，由平台统一输出信息到无人艇的控制端口。

在实际应用中，无线电频谱测向模块包括有源接收天线阵列、多通道接收机两部分。系统通过接收阵列天线截获和接收信标发射的短波波段射频信号，对信号进行检测和参数估计，采用比幅比相原理，得到被测信标的方位信息。有源接收阵列天线部分放置在艇载搜索定位系统立杆顶部，重量不超过300g，无人艇入水后阵列天线展开；多通道接收机部分置于艇内部，与融合平台相连。

在实际应用中，可见光红外探测模块采用一体化设计，呈球形，固定于艇上立杆顶部，镜头方向与艇身一致朝前，光电球尺寸约直径10cm，重量不超过1kg。在保证系统精度的同时，提高了设备的可靠性与维修性。

可见光摄像机分辨率1920×1080，像元尺寸2.8um，镜头2.8mm，对于50m处待救目标的成像像元为10像元，满足通用的行业识别要求，视场角87°×56°，即摄像机的识别范围如图5所示。

红外热像仪，其红外分辨率640×480，像元尺寸17um，镜头9mm无热化镜头，对于50m处待救目标的成像像元为5.2像元，满足通用的行业识别要求，视场角62°×48°。

在具体应用实例中，在上述步骤S4中，根据距离不同，采取不同的加权模式，进行数据融合后，最终输出统一的目标位置信息给无人艇控制机构。

a.当距离＞100m，北斗定位探测为主，无线电频谱探测、光电探测为辅。

b.当20m≤距离≤100m，无线电频谱探测为主，北斗定位、光电探测为辅。

c.当距离＜20m，光电探测为主，无线电频谱探测为辅。

由上可知，结合图1和图4，本发明从整体来讲，本方案包括两部分，一是搜救设备系统快速定点抛投，通过运输机等远航程、高航速飞机，把搜救设备系统投送到指定区域；二是搜救设备系统落水后的自主搜索及物资保障，艇载自主搜索系统包括无人艇、艇载多传感融合搜索载荷、救生漂浮平台三部分，艇载多传感融合搜索载荷包括北斗定位、无线电频谱探测、可见光红外探测定位三种传感器，可精确定位并引导无人艇拖曳救生漂浮平台靠近落水目标。

本发明针对中远海落水目标搜救难题，就如何争分夺秒快速搜索定位目标，提出基于远航程高航速飞机运输抛投、多传感融合搜索定位无人艇平台搜索定位落水目标、搜救漂浮平台提供生活救生物资、恶劣海况条件下落水人员等待救援的技术方案，整个搜救过程，在600km范围内，可控制在1h左右。

本发明采用多传感器融合的落水目标快速搜索定位方法；其组成包括北斗定位模块、无线电频谱探测模块、光电搜索定位模块、融合信息处理平台四部分；针对海上搜救面临的恶劣气象条件、海况影响等因素，提出的多传感融合的落水目标快速搜索定位方案，可以有效的应对复杂海况、水雾烟雨等不利影响。

参见图2，本发明进一步提供一种具有自寻的功能的落水目标搜救系统，包括远程快速抛投单元、多传感融合搜索导航定位系统及救生漂浮平台，多传感融合快速搜索定位系统包括无人艇和艇载多传感融合快速搜索定位系统，无人艇具有动力，可拖曳救生漂浮平台驶向待救目标，艇载多传感融合快速搜索定位系统包括北斗定位模块、无线电频谱测向模块、可见光红外探测模块、融合信息处理平台四部分，前三部分为不同的探测传感器，采用不同的搜索技术，确定目标的方位、距离等信息，第四部分为信息融合处理，负责把多传感器获得的数据进行融合处理，形成统一的目标距离、方位信息，并传输给无人艇控制系统，无人艇控制系统依据融合的目标信息生成导航数据，指引无人艇靠近待救目标。救生漂浮平台包括生活物资和/或保暖救治物资，其中生活物质包含了必需的食物、水等。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有自寻功能的落水目标搜救方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：接收到搜救任务需求，搜救任务启动；

步骤S2：到达待搜索区域上空，并将快速搜救系统抛投到待搜索区域；

步骤S3：快速搜救系统着水后展开，无人艇及艇载多传感融合搜索定位系统启动，救生漂浮平台随动；

步骤S4：艇载多传感融合搜索定位系统探测搜索落水人员的位置，输出统一的目标位置信息给无人艇控制机构；

步骤S5：无人艇控制机构根据目标位置信息，结合自身位置，制定并执行航迹规划，无人艇拖曳救生漂浮平台，到达落水人员位置处；

步骤S6：落水人员爬上救生漂浮平台待救，搜救任务结束。

2.根据权利要求1所述的具有自寻的功能的落水目标搜救方法，其特征在于，所述步骤S1中，采用远程快速抛投的方式，把多传感融合快速搜索导航系统和救生漂浮平台快速运送到指定搜救区域并抛投到海面上，确保被搜救目标在多传感融合快速搜索导航系统的作用半径内。

3.根据权利要求2所述的具有自寻功能的落水目标搜救方法，其特征在于，所述远程快速抛投通过远程运输机来完成。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的具有自寻功能的落水目标搜救方法，其特征在于，所述无人艇具有动力，用于拖曳救生漂浮平台驶向待救目标。

5.根据权利要求1-3中任意一项所述的具有自寻功能的落水目标搜救方法，其特征在于，所述多传感融合快速搜索定位系统包括北斗定位模块、无线电频谱测向模块、可见光红外探测模块以及融合信息处理平台，所述北斗定位模块、无线电频谱测向模块、可见光红外探测模块用于确定目标的方位、距离等信息，所述融合信息处理平台用于信息融合处理，把多传感器获得的数据进行融合处理，形成统一的目标距离、方位信息，并传输给无人艇控制系统，无人艇控制系统依据融合的目标信息生成导航数据，指引无人艇靠近待救目标。

6.根据权利要求5所述的具有自寻的功能的落水目标搜救方法，其特征在于，无人艇入水展开后，所述北斗定位模块自动接收来自北斗卫星的定位数据，确定自身所处位置、航行速度运动信息；报发短报文给北斗系统，获取目标的定位数据；数据同步后由融合系统接收，并分别解算出各自在笛卡尔坐标系中的位置；根据各自位置确定规划无人艇运行轨迹；北斗导航定位系统将各自位置数据以及制定的无人艇航迹规划，传输到艇载导航融合处理平台，由平台统一输出信息到无人艇的控制端口。

7.根据权利要求5所述的具有自寻的功能的落水目标搜救方法，其特征在于，所述无线电频谱测向模块包括有源接收天线阵列和多通道接收机，通过接收阵列天线截获和接收信标发射的短波波段射频信号，对信号进行检测和参数估计，采用比幅比相原理，得到被测信标的方位信息。

8.根据权利要求5所述的具有自寻功能的落水目标搜救方法，其特征在于，所述可见光红外探测模块包括可见光摄像机和/或红外热像仪。

9.根据权利要求5所述的具有自寻功能的落水目标搜救方法，其特征在于，所述在上述步骤S4中，根据距离不同，采取不同的加权模式，进行数据融合后，最终输出统一的目标位置信息给无人艇控制机构；包括：

a.当距离＞100m，北斗定位探测为主，无线电频谱探测、光电探测为辅；

b.当20m≤距离≤100m，无线电频谱探测为主，北斗定位、光电探测为辅；

c.当距离＜20m，光电探测为主，无线电频谱探测为辅。

10.一种具有自寻功能的落水目标搜救系统，其特征在于，包括远程快速抛投单元、多传感融合快速搜索定位系统及救生漂浮平台，所述多传感融合快速搜索定位系统包括北斗定位模块、无线电频谱测向模块、可见光红外探测模块以及融合信息处理平台，所述北斗定位模块、无线电频谱测向模块、可见光红外探测模块用于确定目标的方位、距离等信息，所述融合信息处理平台用于信息融合处理，把多传感器获得的数据进行融合处理，形成统一的目标距离、方位信息，并传输给无人艇控制系统，无人艇控制系统依据融合的目标信息生成导航数据，指引无人艇靠近待救目标。