CN115691232A - 一种多类型区域的直升机部署方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多类型区域的直升机部署方法,步骤如下:第一步:将搜索区域规整为形状规则的搜索图形;第二步;计算单架直升机每波出动能够悬停的最大次数;第三步:以单架直升机搜索范围作为基准圆,将若干个基准圆阵列填充进第一步中形成的搜索图形,根据若干个基准圆的阵列类型,计算直升机单波需要部署的架次及需要出动直升机的波次;第四步,根据直升机单波所需部署的架次,规划并生成单波直升机的搜索路径。本发明的目的是提供一种在多类型区域内有序、高效地部署若干架次直升机进行搜救的部署方法。
Description
技术领域
本发明涉及直升机搜救领域,尤其涉及一种多类型区域的直升机部署方法。
背景技术
直升机作为20世纪航空技术极具特色的创造之一,极大地拓展了飞行器的应用范围。民用直升机被广泛的应用在运输、巡逻、旅游、搜救等多个领域。
海上搜救是指针对在海上事故发生后进行的搜寻、救援等工作,随着我国对外贸易活动的逐渐增多,海上遇险求助的事件也逐渐增多。相比发生在陆地上的事故,海上事故发生后对人们的生命安全威胁更为紧迫,因此海上搜救工作越来越得到国家的重视。目前海上搜救主要还是依靠船舶,船舶抵达相关海域后通过船员的观察来进行搜寻,直升机参与比例较低。但是相较于船舶,直升机具有特有的优势:飞行速度快、空中搜寻范围大,能够更快抵达事故海域,为后续船舶抵达并进行搜救做出关键性指引,避免船舶资源的浪费。因此研究直升机如何用于海上搜救是个具有很大的空间的课题。
现有的直升机搜救研究更多的是侧重于预测搜救区域,尽可能避免因复杂的海况导致在错误的海域进行搜救,从而避免浪费大量的人力物力。但是对如何直升机的部署方法研究较少,如何部署直升机更多是依赖指挥员的经验以及飞行员在飞行过程中根据情况作出的个人决策,这种部署方式容易导致有海域被遗漏或者有海域被重复搜寻,当需要搜寻比较大的海域时,还存在不能有序部署多架次直升机,导致搜救资源被浪费,搜救效率较低。
发明内容
发明目的:本发明的目的是提供一种在多类型区域内有序、高效地部署若干架次直升机进行搜救的部署方法。
技术方案:本发明所述的一种多类型区域的直升机部署方法,步骤如下:
第一步:将搜索区域规整为形状规则的搜索图形;
第二步;计算单架直升机每波出动能够悬停的最大次数;
第三步:以单架直升机搜索范围作为基准圆,将若干个基准圆阵列填充进第一步中形成的搜索图形,根据若干个基准圆的阵列类型,计算直升机单波需要部署的架次及需要出动直升机的波次;
第四步,根据直升机单波所需部署的架次,规划并生成单波直升机的搜索路径。
进一步地,第二步中计算单架直升机每次悬停进行搜索的油耗的公式如下:
其中t为单次悬停搜索时间,f(0)是直升机悬停状态的耗油速率,M+(h1,h2,v2)为直升机从悬停状态起飞直至以v2速度从h1高度爬升至h2高度的耗油量,M-(h2,h1,v2)为直升机从悬停状态起飞直至以v2速度从h2高度下降至h1高度的耗油量,L为直升机相邻两次悬停进行搜索的间隔,f(v2)为v2速度下的耗油速度;
第二步中单架直升机每波出动能够悬停的最大次数计算公式如下:
其中Ceil函数为向上取整函数;
将公式(1)代入公式(2)后即可得到:
其中M为单架直升机最大载油量,M1为单次起飞降落预留耗油,M2为备用油量,M3为往返航线耗油。
进一步地,第三步中若干个基准圆的阵列类型为直线形状,且若干架直升机的搜索方式为分段式搜索(即将搜索区域划分成若干段,每段区域中部署一架直升机),为了确保不漏搜索目标,相邻两个基准圆之间应当存在重叠部分,即L<2r1,L为直升机相邻两次悬停进行搜索的间隔,r1为直升机搜索可视半径,直线巡逻时,直升机搜索宽度为:
考虑到悬停搜索的时间t,直升机的等效搜索速度为:
其中v2为直升机的飞行速度,t为单次悬停搜索时间,L为直升机相邻两次悬停进行搜索的间隔;
假设被搜索目标在搜索区域内的移动速度为vq,单架直升机在单波搜索中能负责搜索的区域长度L1要满足:
同时考虑单架直升机每波出动能够悬停的最大次数,
L1只能是公式(6)和公式(7)两个运算结果的小值,即:
将公式(3)、公式(4)和公式(5)代入公式(8)后,即可得到:
由于单架直升机巡逻区域长度必须为相邻两次悬停进行搜索的间隔的整数倍,因此单架直升机可悬停进行搜索的最大次数为:
floor函数为向下取整;
因此单架直升机能够搜索的最长距离为:
因此单波需要部署直升机的最少数量为:
其中Ltotal为搜索区域的总长度。
将公式(9)、公式(10)、公式(11)代入公式(12),即可得到单波需要部署直升机的最少数量为:
当指定任务总时长T时,在单波次兵力并行搜索未到目标时,可继续出动兵力波次进行搜索,单波次搜索时间为:
出动直升机最大波次为:
将公式(10)、公式(14)代入公式(15),从而得到T时间内可以出动直升机最大波次为:
进一步地,第三步中若干个基准圆的阵列类型为直线形状,且若干架直升机的搜索方式为交替式搜索(即将搜索区域划分成若干段,若干架直升机椒图对划分的区域进行搜索),为了确保不漏搜索目标,相邻两个基准圆之间应当存在重叠部分,即L<2r1,L为直升机相邻两次悬停进行搜索的间隔,r1直升机搜索可视半径,直线巡逻时,直升机搜索宽度为:
多架直升机往返轨道交替巡逻的等效搜索速度的最小值为:
考虑直升机悬停搜索的时间t,Nfj架直升机等效搜索速度为:
从而得到单波需要部署的直升机数量为:
其中t为直升机悬停搜索的时间,L为直升机相邻两次悬停进行搜索的间隔,r1为直升机搜索可视半径,vq为被搜索目标在搜索区域内的移动速度,Ltotal搜索区域的总长度,v2v2为直升机的飞行速度;
当指定任务总时长T时,在单波次兵力并行搜索未到目标时,可继续出动兵力波次进行搜索,单波次搜索时间为:
其中:
出动直升机最大波次为:
将公式(21)代入公式(15),可以得到:
进一步地,第三步中若干个基准圆的阵列类型为多层圆形,圆形的总层数为:
其中round为四舍五入后取整的函数,R为搜索区域半径,L为直升机相邻两次悬停进行搜索的间隔;
则第i层悬停搜索位置距离区域中心距离为:
第i层悬停搜索次数为:
第i层各悬停点的角度间隔为:
第i层第j个阵位点位置(约定逆时针):
多层圆形所需直升机悬停搜索总数:
因此多层圆形所需直升机悬停搜索总数:
考虑任务时间内至少完成一次检查,所需飞机数量:
公式(30)和公式(31)结果取大值,即:
即:
进一步地,第三步中若干个基准圆的阵列类型为矩形,假设矩形的短边LA,矩形的长边LB,若干架直升机排成一列,沿着其长边方向进行搜索,则矩形区域内需要直升机的列数NA为:
每架飞机沿着矩形长边方向飞行悬停进行搜索的次数NB为:
假设只部署一列直升机进行搜索,
1)考虑单架直升机最大悬停搜索次数,因此矩形内该列直升机需要搜索的波次为:
2)考虑任务时间内至少完成一次检查,因此矩形内该列直升机需要搜索的波次为:
NPC取两种计算方式中的最大值,并将矩形的长边等分成NPC段,每段内部署一列直升机,因此只部署一波直升机同时对搜索区域内进行搜索,需要部署直升机的数量为:
即:
有益效果:与现有技术相比,本发明具有如下显著优点:本发明通过计算,能够根据搜索区域不同的情况,规划合理的直升机部署策略,合理规划直升机出动波数及每波出动的直升机架数,既能够确保搜索区域得到充分的搜索,避免出现漏搜和重复搜索的情况,又能够为指挥员根据情况调度直升机做出依据,确保所有直升机尽量以最佳状态完成搜索,保障海上生命安全。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为本发明第一实施例的搜索区域及搜索方式的示意图。
图3为本发明第二实施例的搜索区域及搜索方式的示意图。
图4为本发明第三实施例的搜索区域及搜索方式的示意图。
图5为本发明第四实施例的搜索区域及搜索方式的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1
参见附图1和图2,本发明所示的一种多类型区域的直升机部署方法,步骤如下:
第一步:将搜索区域规整为形状规则的搜索图形;
第二步;计算单架直升机每波出动能够悬停的最大次数;
第三步:以单架直升机搜索范围作为基准圆,将若干个基准圆阵列填充进第一步中形成的搜索图形,若干个基准圆排成直线形状,选择直升机的搜索方式为分段式搜索,计算直升机单波需要部署的架次及需要出动直升机的波次;
第四步,根据直升机单波所需部署的架次,规划并生成单波直升机的搜索路径。
单架直升机最大载油量M=5000升,单次起飞降落预留耗油M1=200升,备用油量M2=100升,往返航线耗油M3=1000升,单次悬停搜索时间t=300秒,直升机悬停状态的耗油速率f(0)=2升/秒,直升机从悬停状态起飞直至以60米/秒从100米爬升至500米的耗油量M+(h1,h2,v2)=100升,h1=100米,h2=500米,v2=60米/秒,v2速度下的耗油速度f(v2)=5升/秒,L=800米,M-(h2,h1,v2)=60升,直升机搜索可视半径r1=500米,被搜索目标在搜索区域内的移动速度vq=0.3米/秒,搜索区域的总长度Ltotal=10000米,任务总时长T=3600秒。
则单架直升机每次悬停进行搜索的油耗:
M4=300×2+60+100+800/60×5=826.7升
单架直升机每波出动能够悬停的最大次数为:
直升机搜索宽度为:
直升机的等效搜索速度为:
单架直升机在单波搜索中能负责搜索的区域长度L1为:
单架直升机可悬停进行搜索的最大次数为:
单架直升机能够搜索的最长距离为:
单波需要部署直升机的最少数量为:
出动直升机最大波次为:
实施例2
参见附图1和图3,本发明所示的一种多类型区域的直升机部署方法,步骤如下:
第一步:将搜索区域规整为形状规则的搜索图形;
第二步;计算单架直升机每波出动能够悬停的最大次数;
第三步:以单架直升机搜索范围作为基准圆,将若干个基准圆阵列填充进第一步中形成的搜索图形,若干个基准圆排成直线形状,选择直升机的搜索方式为交替式搜索,计算直升机单波需要部署的架次及需要出动直升机的波次;
第四步,根据直升机单波所需部署的架次,规划并生成单波直升机的搜索路径。
单架直升机最大载油量M=5000升,单次起飞降落预留耗油M1=200升,备用油量M2=100升,往返航线耗油M3=1000升,单次悬停搜索时间t=300秒,直升机悬停状态的耗油速率f(0)=2升/秒,直升机从悬停状态起飞直至以60米/秒从100米爬升至500米的耗油量M+(h1,h2,v2)=100升,h1=100米,h2=500米,v2=60米/秒,v2速度下的耗油速度f(v2)=5升/秒,L=800米,M-(h2,h1,v2)=60升,直升机搜索可视半径r1=500米,被搜索目标在搜索区域内的移动速度vq=0.3米/秒,搜索区域的总长度Ltotal=10000米,任务总时长T=3600秒。
单架直升机每波出动能够悬停的最大次数为:
直升机搜索宽度为:
多架直升机往返轨道交替巡逻的等效搜索速度的最小值为:
单波需要部署的直升机数量为:
出动直升机最大波次为:
实施例3
参见附图1和图4,本发明所示的一种多类型区域的直升机部署方法,步骤如下:
第一步:将搜索区域规整为形状规则的搜索图形;
第二步;计算单架直升机每波出动能够悬停的最大次数;
第三步:以单架直升机搜索范围作为基准圆,将若干个基准圆阵列填充进第一步中形成的搜索图形,若干个基准圆排成圆形,计算直升机单波需要部署的架次及需要出动直升机的波次;
第四步,根据直升机单波所需部署的架次,规划并生成单波直升机的搜索路径。
单架直升机最大载油量M=5000升,单次起飞降落预留耗油M1=200升,备用油量M2=100升,往返航线耗油M3=1000升,单次悬停搜索时间t=300秒,直升机悬停状态的耗油速率f(0)=2升/秒,直升机从悬停状态起飞直至以60米/秒从100米爬升至500米的耗油量M+(h1,h2,v2)=100升,h1=100米,h2=500米,v2=60米/秒,v2速度下的耗油速度f(v2)=5升/秒,L=800米,M-(h2,h1,v2)=60升,直升机搜索可视半径r1=500米,被搜索目标在搜索区域内的移动速度vq=0.3米/秒,搜索区域的半径R=5000米,任务总时长T=3600秒。
圆形的总层数为:
单架直升机每波出动能够悬停的最大次数为:
第1层悬停搜索位置距离区域中心距离为:R1=0,N1=1,
第2层悬停搜索位置距离区域中心距离为:
第2层悬停搜索次数为:
第3层悬停搜索位置距离区域中心距离为:
第3层悬停搜索次数为:
第4层悬停搜索位置距离区域中心距离为:
第4层悬停搜索次数为:
第5层悬停搜索位置距离区域中心距离为:
第5层悬停搜索次数为:
第6层悬停搜索位置距离区域中心距离为:
第6层悬停搜索次数为:
第7层悬停搜索位置距离区域中心距离为:
第7层悬停搜索次数为:
多层圆形所需直升机悬停搜索总数:
因此得出出动一波次将搜索区域搜索完所需直升机部署架数为:
实施例4
参见附图1和图5,本发明所示的一种多类型区域的直升机部署方法,步骤如下:
第一步:将搜索区域规整为形状规则的搜索图形;
第二步;计算单架直升机每波出动能够悬停的最大次数;
第三步:以单架直升机搜索范围作为基准圆,将若干个基准圆阵列填充进第一步中形成的搜索图形,若干个基准圆排成矩形,计算直升机单波需要部署的架次;
第四步,根据直升机单波所需部署的架次,规划并生成单波直升机的搜索路径。
单架直升机最大载油量M=5000升,单次起飞降落预留耗油M1=200升,备用油量M2=100升,往返航线耗油M3=1000升,单次悬停搜索时间t=300秒,直升机悬停状态的耗油速率f(0)=2升/秒,直升机从悬停状态起飞直至以60米/秒从100米爬升至500米的耗油量M+(h1,h2,v2)=100升,h1=100米,h2=500米,v2=60米/秒,v2速度下的耗油速度f(v2)=5升/秒,L=800米,M-(h2,h1,v2)=60升,直升机搜索可视半径r1=500米,任务总时长T=3600秒,搜索区域的短边LA=3000米,搜索区域的长边LB=5000米。
单架直升机每波出动能够悬停的最大次数为:
矩形区域内需要直升机的列数NA为:
每架飞机沿着矩形长边方向飞行悬停进行搜索的次数NB为:
矩形内该列直升机需要搜索的波次为:
因此只部署一波直升机同时对搜索区域内进行搜索,需要部署直升机的数量为:
Claims (6)
1.一种多类型区域的直升机部署方法,步骤如下:
第一步:将搜索区域规整为形状规则的搜索图形;
第二步;计算单架直升机每波出动能够悬停的最大次数;
第三步:以单架直升机搜索范围作为基准圆,将若干个基准圆阵列填充进第一步中形成的搜索图形,根据若干个基准圆的阵列类型,计算直升机单波需要部署的架次及需要出动直升机的波次;
第四步,根据直升机单波所需部署的架次,规划并生成单波直升机的搜索路径。
计算直升机出动最大波次的计算公式如下:
4.根据权利要求1所述的一种多类型区域的直升机部署方法,其特征在于:第三步中若干个基准圆的阵列类型为直线形状,且若干架直升机的搜索方式为交替式搜索,计算单波需要部署直升机的最少数量的公式如下:
计算直升机出动最大波次的计算公式如下:
5.根据权利要求1所述的一种多类型区域的直升机部署方法,其特征在于:第三步中若干个基准圆的阵列类型为多层圆形,计算部署一波直升机将搜索区域搜索完所需要的最少数量的公式如下:
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