CN114896819A - 一种中远海区多搜救装备协同搜救任务的规划方法 - Google Patents

一种中远海区多搜救装备协同搜救任务的规划方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114896819A
CN114896819A CN202210661915.1A CN202210661915A CN114896819A CN 114896819 A CN114896819 A CN 114896819A CN 202210661915 A CN202210661915 A CN 202210661915A CN 114896819 A CN114896819 A CN 114896819A
Authority
CN
China
Prior art keywords
search
rescue
task
equipment
rescue equipment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210661915.1A
Other languages
English (en)
Inventor
刘虎
李昕
田永亮
刘思良
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beihang University
Original Assignee
Beihang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beihang University filed Critical Beihang University
Priority to CN202210661915.1A priority Critical patent/CN114896819A/zh
Publication of CN114896819A publication Critical patent/CN114896819A/zh
Priority to US18/206,919 priority patent/US11908032B2/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/10—Services
    • G06Q50/26—Government or public services
    • G06Q50/265—Personal security, identity or safety
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/14—Receivers specially adapted for specific applications
    • G01S19/17—Emergency applications
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/16—Matrix or vector computation, e.g. matrix-matrix or matrix-vector multiplication, matrix factorization
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q10/00—Administration; Management
    • G06Q10/10—Office automation; Time management
    • G06Q10/103—Workflow collaboration or project management
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/10—Services
    • G06Q50/26—Government or public services
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Strategic Management (AREA)
  • Human Resources & Organizations (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Tourism & Hospitality (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Economics (AREA)
  • Marketing (AREA)
  • Entrepreneurship & Innovation (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Development Economics (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Educational Administration (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

本发明公开了一种中远海区多搜救装备协同搜救任务的规划方法，属于建模仿真技术领域，实现了中远海区搜救任务的规划及量化评价，为中远海区海上搜救任务提供决策支持与仿真验证的支撑，解决现有技术中搜救效率低和安全性低的问题，本发明的规划方法步骤包括：S1：对海上搜救任务进行环境建模；S2：对多搜救装备进行搜救模式建模；S3：定义海上协同搜救任务规划模型；基于海上协同搜救任务规划模型，生成多搜救装备搜救任务规划的总体矩阵RP；S4：选取目标参数，定义海上协同搜救任务的目标函数f(RP)；基于海上搜救任务环境模型、多搜救装备搜救模式模型和多搜救装备搜救任务规划的总体矩阵RP，仿真求解目标函数f(RP)。

Description

一种中远海区多搜救装备协同搜救任务的规划方法
技术领域
本发明涉及建模仿真技术领域，尤其涉及一种中远海区多搜救装备协同搜救任务的规划方法。
背景技术
我国海岸线漫长，海洋国土面积广阔，如何对中远海区快速和安全的搜救极为重要。然而，我国现有的海上搜救方法一般采用单一装备以及单一搜救模式进行搜救，该方法多适用于近海、浅海和已确定目标的搜救，难以适应不确定性强、搜救难度高的中远海区的搜索救援，我国中远海区域搜救存在一定的能力缺口。因此，如何规划任务以充分应用多装备，发挥船舶、直升机、固定翼飞机(含水陆两栖飞机)多种装备在中远海搜救中协同优势，是亟待解决的问题。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种中远海区多搜救装备协同搜救任务的规划方法，实现多装备海上搜救的任务模式建模和任务规划的定义及量化评价，通过仿真为中远海海上搜救任务提供决策支持与仿真验证的方法支撑，进而解决现有技术中远海区的搜救效率低和安全性低的问题。
本发明提供了一种中远海区多搜救装备协同搜救任务的规划方法，具体步骤包括：
S1：对海上搜救任务进行环境建模；
S2：对多搜救装备进行搜救模式建模；
S3：定义海上协同搜救任务规划模型；基于海上协同搜救任务规划模型，生成多搜救装备搜救任务规划的总体矩阵RP；
S4：选取目标参数，定义海上协同搜救任务的目标函数f(RP)；基于海上搜救任务环境模型、多搜救装备搜救模式模型和多搜救装备搜救任务规划的总体矩阵RP，仿真求解目标函数f(RP)。
进一步地，S1的具体步骤如下：
S11：构建海洋气象和水文信息模型；
S12：构建战场态势信息模型；
S13：构建险情位置信息、时间信息和遇险目标信息模型。
进一步地，S12具体步骤如下：
S121：获取我方态势信息，包括海上搜救任务中遇险目标附近的我方力量以及友军力量；对获取到的我方态势信息进行结构化描述，包括我方力量以及友军力量的支援名称、位置信息、支援半径、支援方式、支援能力和我方行为逻辑；
S122：获取敌方态势信息，包括海上搜救任务中的敌方威胁；对获取到的敌方态势信息进行结构化描述，包括威胁名称、位置信息、威胁半径、威胁等级以及敌方行为逻辑；我方的设备在执行搜救任务时应避免进入敌方的威胁半径内。
进一步地，S2的具体步骤如下：
S21：构建多个搜救装备协同任务规则；
S22：构建任务模式流程模型，包括搜寻任务模式、打捞任务模式、船舶救援任务模式、索降救援任务模式、着水救援任务模式、空投救援任务模式和医疗后送任务模式；
S23：构建多个搜救装备任务模式集合。
进一步地，S21步骤具体如下：
首先定义海上搜救任务执行阶段，包括备航、前往、搜寻、打捞、救援、医疗后送和归建；
然后分析多个搜救装备的类型、属性参数和基地位置，类型包括救助轮、直升机、固定翼飞机和水陆两栖飞机；属性参数包括巡航速度、搜寻速度、可用燃油、燃油消耗率和最大救援人数；基地位置为搜救装备所在基地的经纬坐标；
最后建立协同任务规则，协同任务包括协同搜寻、协助定位和协同救援；每个搜救装备经过备航并前往险情位置后，按照搜寻、打捞、救援和医疗后送的顺序执行任务。
进一步地，S3的具体步骤如下：
S31：根据多个搜救装备的类型和属性参数定义搜救力量库，搜救力量库的数据信息包括序号、编号、类型、性能参数、基地位置和任务模式集合；
S32：定义搜救装备的出动矩阵A，表征搜救力量库中的搜救装备的出动情况：
A＝[a1,a2,…,an]T；
其中，n表示搜救装备出动总数，T是转置运算符，ai表示第i个搜救装备的序号，i＝1,2,...n；
S33：定义搜救装备的出动时序矩阵AT，表征出动搜救装备的出动时间：
AT＝[t1,t2,…,tn]T；
其中，n表示搜救装备出动总数，T是转置运算符，ti表示第i个搜救装备的出动时间，i＝1,2,...n；
S34：定义搜救装备出动的出动航路点矩阵AW：
AW＝[AW1,AW2…,AWn]T；
其中，n表示搜救装备出动总数，T是转置运算符，AWi表示第i个搜救装备需要受到的航路点约束，i＝1,2,...n，AWi为航路点的集合，表示为：
AWi＝[wi1,wi2,…,wik]；
其中，k表示该集合中航路点的数目，wij是路点经纬度坐标，i＝1,2,...n，j＝1,2,...k；
S35：描述处置方案的任务分配情况，定义任务分配矩阵AM：
AM＝[AM1,AM2,…,AMn]T；
其中，n表示搜救装备出动总数，T是转置运算符，AMi描述第i个搜救装备执行任务情况，i＝1,2,...n，表示为：
AMi＝[mi1,mi2,…,mil]；
其中，l表示第i个搜救装备的搜救模式数目，i＝1,2,...n；mil的取值均为0或1，mil表示第i个搜救装备的任务分配情况，0表示不执行该任务模式，1表示执行该任务模式；
S36：获得搜救装备任务规划的总体矩阵RP：
Figure BDA0003690849200000051
进一步地，S4的具体步骤如下：以遇险人员平均被救时间作为目标参数，海上协同搜救任务的目标函数为：
Figure BDA0003690849200000052
其中，rs表示第s个遇险人员从落水到被成功救援的时长，m表示遇险人员数目，s＝1,2...m；若第s个遇险人员未被救助成功则按照任务结束的时间计算，任务结束的时间是各装备完成所有任务且已返航的时间。
与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果是：
(1)本发明的规划方法综合考虑海洋环境、态势和遇险人员因素，使得搜救任务的规划方案能够更加接近实况，增加了救援的安全性。
(2)本发明的规划方法采用多种类多数量的搜救装备进行协同搜救，并针对多种类多数量的搜救装备在海上搜救任务中的搜救模式进行建模，并明确了多种类多数量的搜救装备协同的任务规则，能够满足中远海区的高效搜救，同时，使得搜救任务能够进行仿真评估，为搜救方案的可行性评估打下基础。
(3)本发明的规划方法，对搜救力量从出动的时序属性、力量出动的空间属性以及处置方案的任务属性三个维度予以描述，并通过目标函数对任务规划进行量化评价，能够提前对搜救效果预判，并选择更优的搜救方案。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明的中远海区多搜救装备协同搜救任务的规划方法的流程图；
图2为本发明的多个搜救装备协同任务规则示意图；
图3为本发明的多个搜救装备的搜寻任务模式示意图；
图4为本发明的多个搜救装备的打捞任务模式示意图；
图5为本发明的多个搜救装备的船舶救援任务模式示意图；
图6为本发明的多个搜救装备的索降救援任务模式示意图；
图7为本发明的多个搜救装备的着水救援任务模式示意图；
图8为本发明的多个搜救装备的空投救援任务模式示意图；
图9为本发明的多个搜救装备的医疗后送任务模式示意图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
本发明公开了一种中远海区多搜救装备协同搜救任务的规划方法，具体步骤包括：
S1：对海上搜救任务进行环境建模；
S2：对多搜救装备进行搜救模式建模；
S3：定义海上协同搜救任务规划模型；基于海上协同搜救任务规划模型，生成多搜救装备搜救任务规划的总体矩阵RP；
S4：选取目标参数，定义海上协同搜救任务的目标函数f(RP)；基于海上搜救任务环境模型、多搜救装备搜救模式模型、多搜救装备搜救任务规划的总体矩阵RP，仿真求解目标函数f(RP)；实现对海上协同搜救任务的规划以及进行量化评价。
本发明综合考虑险情因素、我方搜救力量和敌方力量，并结合多个搜救装备的协同调剂和规划，能够实现中远海区的高效和安全搜救。
进一步，S1的具体步骤如下：
S11：构建海洋气象和水文信息模型，包括风场、流场、海况等级和海水平均温度；
S12：构建战场态势信息模型，包括对海上搜救有直接影响的我方和/或敌方态势信息；
S13：构建遇险目标位置信息、时间信息和遇险目标信息模型，其中，遇险目标信息包括遇险的设备信息和遇险人员状况信息；
其中，遇险人员状况信息包括落水情况未知人数、落水等待救援人数、落水等待救援人员状态、落水等待救援人员随时间变化而产生的预计漂移轨迹、落水等待救援人员的预计存活时间和落水情况未知人员的预计存活时间。
进一步，S12具体步骤如下：
S121：获取我方态势信息，包括海上搜救任务中遇险目标附近的我方力量以及友军力量；对获取到的获取我方态势信息进行结构化描述，包括我方力量以及友军力量的支援名称、位置信息、支援半径、支援方式、支援能力和我方行为逻辑，我方行为逻辑是指我方力量及友军力量作为搜救力量参与搜救任务的逻辑；
S122：获取敌方态势信息，包括海上搜救任务中的敌方威胁；对获取到的敌方态势信息进行结构化描述，包括威胁名称、位置信息、威胁半径、威胁等级以及敌方行为逻辑，敌方行为逻辑是指侦察、干扰和打击等逻辑；我方的设备在执行搜救任务时应避免进入敌方的威胁半径内。
进一步，S2的具体步骤如下：
S21：构建多个搜救装备协同任务规则。
首先定义海上搜救任务执行阶段，包括备航、前往、搜寻、打捞、救援、医疗后送和归建；
然后分析多个搜救装备的类型、属性参数和基地位置，类型包括救助轮、直升机、水陆两栖飞机和固定翼飞机；如果救助轮为普通救助轮，此时，普通救助轮、直升机和水陆两栖飞机单独执行搜救任务；如果救助轮为带直升机停机坪救助轮，此时，带直升机停机坪救助轮和直升机形成组合搜救力量；属性参数包括巡航速度、搜寻速度、可用燃油、燃油消耗率和最大救援人数；基地位置为搜救装备所在基地的经纬坐标；
最后建立协同任务规则，协同任务包括协同搜寻、协助定位和协同救援，如图2所示：每个搜救装备经过备航并前往险情位置后，按照搜寻、打捞、救援和医疗后送的顺序执行任务；其中，协同搜寻是多个搜救装备分别在各自的搜寻区域进行搜寻；协助定位是执行搜寻任务的搜救装备在发现遇险目标后，通过通信告知执行打捞任务模式或者救援任务模式的搜救装备遇险目标的精确位置，使打捞和救援任务阶段获取险情位置精确信息进而开展相应任务；协同救援是在执行救援任务时，多个搜救装备在空域约束的条件下施行救援任务的同时完成救援任务的直升机和水陆两栖飞机立即将遇险人员转运到救助轮上以提高救助效率；
S22：构建任务模式流程模型，包括搜寻任务模式、打捞任务模式、船舶救援任务模式、索降救援任务模式、着水救援任务模式、空投救援任务模式和医疗后送任务模式，各个任务模式流程如图3至图9所示。搜寻任务阶段执行搜寻任务模式，打捞任务阶段执行打捞任务模式，救援任务阶段执行船舶救援任务模式、索降救援任务模式、着水救援任务模式和/或空投救援任务模式，医疗后送任务阶段执行医疗后送任务模式。
其中，
搜寻任务模式流程为：执行搜寻任务的搜救装备前往遇险目标位置后，判断进行协同还是单机搜寻模式：如果是单机搜寻模式，则进行区域规划、确定搜寻方式并搜寻、标记目标和上报信息；如果是协同搜寻模式，判断指挥关系：指定多个执行搜寻任务的搜救装备中的一个进行指挥其他执行搜寻任务的搜救装备的指挥工作，负责指挥协调分配区域和保持通信明晰态势，并协调其他执行搜寻任务的搜救装备明确搜寻范围、按指定方式搜寻、标记目标和上报信息。当执行搜寻任务的搜救装备执行完成当前区域的搜寻后，判断是否还需前往新的区域进行搜寻，若搜寻完成则进行下一任务。在执行任务过程中，如果出现威胁、干扰或燃油不足，则停止当前任务进行下一任务。
打捞任务模式流程为：执行打捞任务的搜救装备前往目标位置后，在执行搜寻任务的搜救装备协同下定位目标精确位置，评估救捞条件后下放深潜救生艇打捞，打捞后的遇险人员交接到执行船舶救援任务的搜救装备。当执行打捞任务的搜救装备执行完成当前的打捞后，判断是否还需继续打捞，若打捞完成则进行下一任务。在执行任务过程中，如果出现威胁、干扰或燃油不足，则停止当前任务进行下一任务。
船舶救援任务模式流程为：执行船舶救援任务的搜救装备前往目标位置后，在执行搜寻任务的搜救装备协同下定位目标精确位置，然后进行机动救生艇救援，对救助的人员进行船上医疗处置；同时在执行搜寻任务的搜救装备协同下收其他搜救装备的转运伤员，并对伤员其进行船上医疗处置。当船舶救援装备执行完成当前的救援后，判断是否需要继续救援，若救援完成则进行下一任务。在执行任务过程中，如果出现威胁、干扰或燃油不足，则停止当前任务进行下一任务。索降救援任务模式流程为：直升机搜救装备前往目标位置后，在执行搜寻任务的搜救装备协同下定位目标精确位置，然后判断空域条件：如果空域已满，则进行悬停或盘旋等待，直至空域空闲；如果空域空闲，则进行现场侦察和救援前准备、执行吊救，对遇险人员进行舱内医疗处置。当直升机救援装备执行完成当前的救援后，判断是否需要继续救援，若救援完成则进行下一任务。在执行任务过程中，如果出现威胁、干扰或燃油不足，则停止当前任务进行下一任务。
着水救援任务模式流程为：水陆两栖飞机救援装备前往目标位置后，在执行搜寻任务的搜救装备协同下定位目标精确位置，定位由搜寻装备协同，然后评估着水救援条件：如果着水救援条件不满足则进行下一任务；如果可以进行着水救援，则规划航迹和航路、着水降落、机动救生艇救援，对遇险人员进行舱内医疗处置，然后水面起飞，进行下一任务。在执行任务过程中，如果出现威胁、干扰或燃油不足，则停止当前任务进行下一任务。
空投救援任务模式流程为：飞机类搜救装备前往目标位置后，在执行搜寻任务的搜救装备协同下定位目标精确位置，然后评估空投条件、投放空投物品包，交接其他搜救装备救援。当飞机类搜救装备执行完成当前的空投救援后，判断空投是否有效：若无效则再次定位进行空投，若空投完成则进行下一任务。在执行任务过程中，如果出现威胁、干扰或燃油不足，则停止当前任务进行下一任务。
医疗后送任务模式流程为：执行医疗后送任务的搜救装备确定遇险人员安置点、前往安置点、转运遇险人员，同时进行遇险人员分类、伤员医疗处置和健康监测。完成转运伤员后进行下一任务。
S23：构建多个搜救装备任务模式集合，其中，救助轮可执行搜寻任务模式、打捞任务模式、船舶救援任务模式和医疗后送任务模式；直升机可执行搜寻任务模式、索降救援任务模式、空投救援任务模式和医疗后送任务模式；水陆两栖飞机可执行搜寻任务模式、空投救援任务模式、着水救援任务模式和医疗后送任务模式；固定翼飞机可执行搜寻任务模式和空投救援任务模式，多个搜救装备任务模式集合如表1所示：
表1多个搜救装备任务模式集合
Figure BDA0003690849200000121
进一步，S3的具体步骤如下：
S31：根据多个搜救装备的类型和属性参数定义搜救力量库，搜救力量库的数据信息包括序号、编号、类型、性能参数、基地位置和任务模式集合。搜救力量库如表2所示：
表2搜救力量库
Figure BDA0003690849200000131
S32：定义搜救装备的出动矩阵A，表征搜救力量库中的搜救装备的出动情况：
A＝[a1,a2,…,an]T；
其中，n表示搜救装备出动总数，T是转置运算符，ai表示第i个搜救装备的序号，i＝1,2,...n。需要指出的是，若出动矩阵A的某一值出现多次，即表示同一搜救装备执行多起险情的搜救任务。
S33：定义搜救装备的出动时序矩阵AT，表征出动搜救装备的出动时间：
AT＝[t1,t2,…,tn]T；
其中，n表示搜救装备出动总数，T是转置运算符，ti表示第i个搜救装备的出动时间，i＝1,2,...n。
S34：定义搜救装备出动的出动航路点矩阵AW：
AW＝[AW1,AW2…,AWn]T；
其中，n表示搜救装备出动总数，T是转置运算符，AWi表示第i个搜救装备需要受到的航路点约束，i＝1,2,...n，AWi为航路点的集合，表示为：
AWi＝[wi1,wi2,…,wik],(i＝1,2,…,n)；
其中，k表示该集合中航路点的数目，wij是航路点经纬度坐标，i＝1,2,...n，j＝1,2,...k。
S35：描述处置方案的任务分配情况，定义任务分配矩阵AM：
AM＝[AM1,AM2,…,AMn]T；
其中，n表示搜救装备出动总数，T是转置运算符，AMi描述第i个搜救装备执行任务情况，i＝1,2,...n，表示为：
AMi＝[mi1,mi2,…,mil],(i＝1,2,…,n)；
其中，l表示第i个搜救装备的搜救模式数目；mil的取值均为0或1，mil表示第i个搜救装备的任务分配情况，0表示不执行该任务模式，1表示执行该任务模式；例如第1个搜救装备为救助轮，AM1表示为：AM1＝[1,0,1,1]；
由于救助轮的任务模式集合为{搜寻，打捞，船舶救援，医疗后送}，那么AM1的值则表示该救助轮需要执行搜寻、船舶救援和医疗后送任务。
S36：获得任务规划的总体矩阵RP：
Figure BDA0003690849200000141
进一步，S4的具体步骤如下：
S41:选择目标参数，基于总体矩阵RP定义搜救装备任务的目标函数，使用目标函数描述任务的效果：
min:f(PP)；
其中，f(RP)表示目标函数，目标参数为f(RP)的表达式，目标函数的结果受到任务规划总体矩阵RP的影响，min表示目标函数的结果越小则方案越优。目标函数的定义取决于任务的关注点，即：目标参数，并不唯一。目标函数的计算需要和仿真进行结合。
S42:基于海上搜救任务环境模型、多搜救装备搜救模式模型和多搜救装备搜救任务规划的总体矩阵RP，通过仿真解算目标函数f(RP)的结果。
其中，海上搜救任务环境模型和多搜救装备搜救模式模型共同构成仿真环境，任务规划的总体矩阵RP作为输入参数，目标函数f(RP)作为输出结果，且对于同一仿真环境，目标函数f(RP)的结果越小证明任务规划的总体矩阵RP越优。
实施例1
基于本发明的中远海区多搜救装备协同搜救任务的规划方法，对比使用水陆两栖飞机作为搜救力量和使用直升机作为搜救力量两种方案，实施例步骤如下：
步骤1，对海上搜救进行环境建模；
确定险情想定信息。险情想定信息如下：南海某海域，于2022年3月1日6时一大型舰船倾覆，通过救生电台发出求救信号，27名船员乘坐救生艇等待救援，另有3名船员落水情况未知，现场海况4级。需要协同搜寻和救援。搜救环境险情想定信息如下：
事故信息 某舰船倾覆
发生地点 海南某海域
险情经纬度坐标 (112.77,20.008)
海况等级 4级海况
发生时间 2022年3月1日6时00分00秒
获取这一时间、地点的海洋气象和水文信息，包括风场、流场、海况等级和海水平均温度；
获取对海上搜救有直接影响的我方和/或敌方态势信息。
步骤2，对多个搜救装备进行搜救模式建模；
步骤3，定义海上协同搜救任务规划模型，生成多搜救装备搜救任务规划的总体矩阵RP；
3.1给定搜救力量库信息如表2所示，包括1架AG600水陆两栖飞机、2架Z-9直升机和南海救102救助轮。
表3给定搜救力量库
Figure BDA0003690849200000161
Figure BDA0003690849200000171
其中，AG600、Z9、南海救102的任务模式集合为：
MAG600＝{搜寻，着水救援，空投救援，医疗后送}；
MZ9＝{搜寻，索降救援，空投救援，医疗后送}；
M南海救102＝{搜寻，打捞，船舶救援，医疗后送}。
3.2制定仿真试验对比方案，生成海上协同搜救任务的总体矩阵RP，方案1为一架水陆两栖飞机出动并配合救助轮执行搜寻、着水救援和医疗后送任务，方案2为两架直升机出动并配合救助轮执行搜寻、索降救援和医疗后送任务。
方案1制定如下：
Figure BDA0003690849200000172
方案2制定如下：
Figure BDA0003690849200000173
需要说明的是，方案中出动航路点矩阵AW矩阵取空值0表示按照最短路径的规则自动规划航路。
步骤4,(1)基于步骤3生成的总体矩阵RP，生成海上协同搜救任务的目标函数f(RP)；以遇险人员平均被救时间作为目标参数，定义目标函数f(RP)：
Figure BDA0003690849200000181
其中，f(RP)表示目标函数，min表示目标函数的结果越小则方案越优，rs表示第s个遇险人员从落水到被成功救援的时长，m表示遇险人员数目，s＝1,2...m；若第s个遇险人员未被救助成功则按照任务结束的时间计算，任务结束的时间是各装备完成所有任务且已返航的时间。
(2)基于构建的海上搜救任务环境模型和多搜救装备搜救模式模型，输入输入搜救装备任务规划方案1和方案2并进行仿真，求解海上搜救任务的目标函数。
基于仿真结果，RP1的目标函数计算结果为76.5，RP2的目标函数计算结果为113.2，RP1比RP2的遇险人员平均被救助时间快了32.4％，表明应用水陆两栖飞机执行中远海域的搜救任务的效率优于两架直升机出动搜救的效率。
此外，前述仅说明了一些实施方式，可进行改变、修改、增加和/或变化而不偏离所公开的实施方式的范围和实质，该实施方式是示意性的而不是限制性的。此外，所说明的实施方式涉及当前考虑为最实用和最优选的实施方式，其应理解为实施方式不应限于所公开的实施方式，相反地，旨在覆盖包括在该实施方式的实质和范围内的不同的修改和等同设置。此外，上述说明的多种实施方式可与其它实施方式共同应用，如，一个实施方式的方面可与另一个实施方式的方面结合而实现再另一个实施方式。另外，任何给定组件的各独立特征或构件可构成另外的实施方式。
为了示意和说明的目的提供实施方式的前述说明，其不意图穷举或限制本公开。具体实施方式的各元件或特征通常不限于该具体实施方式，但是在可应用的情况下，即使没有具体地示出或说明，各元件或特征也是可互换且可用于选择的实施方式，还可以多种方式改变。该改变不看作从本公开偏离，且所有该改变都包括在本公开的范围内。
因此，应理解这里通过示例的方式提供了附图和说明书，以有助于对本发明的理解，且不应构成对其范围的限制。

Claims (7)

1.一种中远海区多搜救装备协同搜救任务的规划方法，其特征在于，具体步骤包括：
S1：对海上搜救任务进行环境建模；
S2：对多搜救装备进行搜救模式建模；
S3：定义海上协同搜救任务规划模型；基于海上协同搜救任务规划模型，生成多搜救装备搜救任务规划的总体矩阵RP；
S4：选取目标参数，定义海上协同搜救任务的目标函数f(RP)；基于海上搜救任务环境模型、多搜救装备搜救模式模型和多搜救装备搜救任务规划的总体矩阵RP，仿真求解目标函数f(RP)。
2.根据权利要求1所述的中远海区多搜救装备协同搜救任务的规划方法，其特征在于，S1的具体步骤如下：
S11：构建海洋气象和水文信息模型；
S12：构建战场态势信息模型；
S13：构建险情位置信息、时间信息和遇险目标信息模型。
3.根据权利要求2所述的中远海区多搜救装备协同搜救任务的规划方法，其特征在于，S12具体步骤如下：
S121：获取我方态势信息，包括海上搜救任务中遇险目标附近的我方力量以及友军力量；对获取到的我方态势信息进行结构化描述，包括我方力量以及友军力量的支援名称、位置信息、支援半径、支援方式、支援能力和我方行为逻辑；
S122：获取敌方态势信息，包括海上搜救任务中的敌方威胁；对获取到的敌方态势信息进行结构化描述，包括威胁名称、位置信息、威胁半径、威胁等级以及敌方行为逻辑；我方的设备在执行搜救任务时应避免进入敌方的威胁半径内。
4.根据权利要求1所述的中远海区多搜救装备协同搜救任务的规划方法，其特征在于，S2的具体步骤如下：
S21：构建多个搜救装备协同任务规则；
S22：构建任务模式流程模型，包括搜寻任务模式、打捞任务模式、船舶救援任务模式、索降救援任务模式、着水救援任务模式、空投救援任务模式和医疗后送任务模式；
S23：构建多个搜救装备任务模式集合。
5.根据权利要求4所述的中远海区多搜救装备协同搜救任务的规划方法，其特征在于，S21步骤具体如下：
首先定义海上搜救任务执行阶段，包括备航、前往、搜寻、打捞、救援、医疗后送和归建；
然后分析多个搜救装备的类型、属性参数和基地位置，类型包括救助轮、直升机、固定翼飞机和水陆两栖飞机；属性参数包括巡航速度、搜寻速度、可用燃油、燃油消耗率和最大救援人数；基地位置为搜救装备所在基地的经纬坐标；
最后建立协同任务规则，协同任务包括协同搜寻、协助定位和协同救援；每个搜救装备经过备航并前往险情位置后，按照搜寻、打捞、救援和医疗后送的顺序执行任务。
6.根据权利要求5所述的中远海区多搜救装备协同搜救任务的规划方法，其特征在于，S3的具体步骤如下：
S31：根据多个搜救装备的类型和属性参数定义搜救力量库，搜救力量库的数据信息包括序号、编号、类型、性能参数、基地位置和任务模式集合；
S32：定义搜救装备的出动矩阵A，表征搜救力量库中的搜救装备的出动情况：
A＝[a1,a2,…,an]T；
其中，n表示搜救装备出动总数，T是转置运算符，ai表示第i个搜救装备的序号，i＝1,2,...n；
S33：定义搜救装备的出动时序矩阵AT，表征出动搜救装备的出动时间：
AT＝[t1,t2,…,tn]T；
其中，n表示搜救装备出动总数，T是转置运算符，ti表示第i个搜救装备的出动时间，i＝1,2,...n；
S34：定义搜救装备出动的出动航路点矩阵AW：
AW＝[AW1,AW2…,AWn]T；
其中，n表示搜救装备出动总数，T是转置运算符，AWi表示第i个搜救装备需要受到的航路点约束，i＝1,2,...n，AWi为航路点的集合，表示为：
AWi＝[wi1,wi2,…,wik]；
其中，k表示该集合中航路点的数目，wij是路点经纬度坐标，i＝1,2,...n，j＝1,2,...k；
S35：描述处置方案的任务分配情况，定义任务分配矩阵AM：
AM＝[AM1,AM2,…,AMn]T；
其中，n表示搜救装备出动总数，T是转置运算符，AMi描述第i个搜救装备执行任务情况，i＝1,2,...n，表示为：
AMi＝[ml1,mi2,…,mil]；
其中，l表示第i个搜救装备的搜救模式数目，i＝1,2,...n；mil的取值均为0或1，mil表示第i个搜救装备的任务分配情况，0表示不执行该任务模式，1表示执行该任务模式；
S36：获得搜救装备任务规划的总体矩阵RP：
Figure FDA0003690849190000041
7.根据权利要求6所述的中远海区多搜救装备协同搜救任务的规划方法，其特征在于，S4的具体步骤如下：以遇险人员平均被救时间作为目标参数，海上协同搜救任务的目标函数为：
Figure FDA0003690849190000042
其中，rs表示第s个遇险人员从落水到被成功救援的时长，m表示遇险人员数目，s＝1,2...m；若第s个遇险人员未被救助成功则按照任务结束的时间计算，任务结束的时间是各装备完成所有任务且已返航的时间。
CN202210661915.1A 2022-06-13 2022-06-13 一种中远海区多搜救装备协同搜救任务的规划方法 Pending CN114896819A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210661915.1A CN114896819A (zh) 2022-06-13 2022-06-13 一种中远海区多搜救装备协同搜救任务的规划方法
US18/206,919 US11908032B2 (en) 2022-06-13 2023-06-07 Method for planning collaborative search-and-rescue missions using a plurality of search-and-rescue equipment in medium to far sea areas

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210661915.1A CN114896819A (zh) 2022-06-13 2022-06-13 一种中远海区多搜救装备协同搜救任务的规划方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114896819A true CN114896819A (zh) 2022-08-12

Family

ID=82727625

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210661915.1A Pending CN114896819A (zh) 2022-06-13 2022-06-13 一种中远海区多搜救装备协同搜救任务的规划方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11908032B2 (zh)
CN (1) CN114896819A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115268472A (zh) * 2022-09-28 2022-11-01 天津大学 一种基于机器语言表达的船舶智能航行避碰行为编码方法
CN115630738A (zh) * 2022-10-27 2023-01-20 中国人民解放军91977部队 一种海上搜救任务规划系统
CN116029129A (zh) * 2023-01-04 2023-04-28 中国人民解放军军事科学院系统工程研究院 一种搜救体系建模方法及装置
CN117591795A (zh) * 2024-01-18 2024-02-23 中国电子科技集团公司第二十八研究所 一种预估多机种参与海上大规模搜救成功率的方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117933520B (zh) * 2024-03-25 2024-06-04 中国人民解放军海军青岛特勤疗养中心 一种船舶烧伤伤员的转运路径实时调度方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101430833A (zh) * 2008-12-09 2009-05-13 大连海事大学 海上搜救仿真系统及其开发平台
US20120019522A1 (en) * 2010-07-25 2012-01-26 Raytheon Company ENHANCED SITUATIONAL AWARENESS AND TARGETING (eSAT) SYSTEM
CN113777953A (zh) * 2021-08-25 2021-12-10 北京航空航天大学 一种面向水陆两栖飞机的海上搜救任务仿真评估方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106971265A (zh) * 2017-03-21 2017-07-21 武汉理工大学 一种评价海上救援能力的方法
CN106951994A (zh) * 2017-03-21 2017-07-14 武汉理工大学 一种海上应急救援站点的选址方法
CN111708916A (zh) * 2020-06-21 2020-09-25 深圳天海宸光科技有限公司 一种无人机集群视频智能化处理系统及方法
CN111967656A (zh) * 2020-07-29 2020-11-20 中国人民解放军国防科技大学 多灾点应急救援指挥控制组织资源调度方法及系统
CN112446811A (zh) * 2020-11-24 2021-03-05 中国水产科学研究院南海水产研究所 一种基于5g通信技术的渔业海上搜救系统及搜救方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101430833A (zh) * 2008-12-09 2009-05-13 大连海事大学 海上搜救仿真系统及其开发平台
US20120019522A1 (en) * 2010-07-25 2012-01-26 Raytheon Company ENHANCED SITUATIONAL AWARENESS AND TARGETING (eSAT) SYSTEM
CN113777953A (zh) * 2021-08-25 2021-12-10 北京航空航天大学 一种面向水陆两栖飞机的海上搜救任务仿真评估方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115268472A (zh) * 2022-09-28 2022-11-01 天津大学 一种基于机器语言表达的船舶智能航行避碰行为编码方法
CN115630738A (zh) * 2022-10-27 2023-01-20 中国人民解放军91977部队 一种海上搜救任务规划系统
CN116029129A (zh) * 2023-01-04 2023-04-28 中国人民解放军军事科学院系统工程研究院 一种搜救体系建模方法及装置
CN116029129B (zh) * 2023-01-04 2023-08-11 中国人民解放军军事科学院系统工程研究院 一种搜救体系建模方法及装置
CN117591795A (zh) * 2024-01-18 2024-02-23 中国电子科技集团公司第二十八研究所 一种预估多机种参与海上大规模搜救成功率的方法
CN117591795B (zh) * 2024-01-18 2024-04-05 中国电子科技集团公司第二十八研究所 一种预估多机种参与海上大规模搜救成功率的方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20230401662A1 (en) 2023-12-14
US11908032B2 (en) 2024-02-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114896819A (zh) 一种中远海区多搜救装备协同搜救任务的规划方法
Zhang et al. Collision-avoidance navigation systems for Maritime Autonomous Surface Ships: A state of the art survey
CN106405040B (zh) 一种基于无人设备的水质巡检、污染物溯源方法
CN113777953B (zh) 一种面向水陆两栖飞机的海上搜救任务仿真评估方法
Wang et al. A survey of technologies for unmanned merchant ships
Grossnick United States Naval Aviation, 1910-1995
CN111459191A (zh) 适用于无人艇-无人机联合的海上搜救方法
CN114139357B (zh) 针对遇险人员搜救任务的仿真试验系统和方法
Zuo et al. Research on maritime rescue UAV based on Beidou CNSS and extended square search algorithm
Yang et al. Multi agents to search and rescue based on group intelligent algorithm and edge computing
CN116341043A (zh) 海上失事舰船的多机救援任务规划仿真方法及系统
Pruitt PB2Y Coronado flying boat archaeology and site formation studies, Tanapag Lagoon, Saipan
Medić et al. Overview of the development of the maritime search and rescue system in Croatia
Hutcherson et al. A literary review on the current state of drone technology in regard to conservation
Pettke et al. Certification of Unmanned Aircraft (UA)
Tao et al. UAV decision-making for maritime rescue based on Bayesian Network
Lv et al. An AirSea Manta-Ray Robot in 5G OGCE
Čokorilo Aviation Safety Risks in Maritime Search and Rescue (SAR) Operations
Yan et al. A Decision Support System Architecture for Intelligent Driven Unmanned Aerial Vehicles Maritime Search and Rescue
Li et al. Intelligent Early Warning Method Based on Drone Inspection
Chamier-Gliszczyński et al. Logistic aspects in the Methodology of efficiency evaluation of transport system on the example of Air SAR service
Moschler Distributed Search Method for Teams of Small Unmanned Aircraft Systems
Luo et al. Design and implementation of hybrid autonomous robotic fish platform for underwater emergency search and rescue
Downes et al. An Experimental Approach To The Challenges Of Mission Planning For Collaborative Maritime Autonomy
Cong Design and Implementation of Deep-Sea Emergency Response System

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination