CN115903917A - 一种大型水陆两栖飞机搜救救援航路规划方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大型水陆两栖飞机搜救救援航路规划方法和装置。该方法根据飞机自身性能参数包括红外探测/识别距离等，按照螺旋式搜救方式对待搜索区域进行搜救救援航线规划，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，减少了重复搜救和遗漏搜救的区域，克服了以往凭经验搜救所带来的搜寻活动低效率甚至无效的不足，提高了飞机的搜救效率，同时为水上救援指挥系统制定搜救指挥策略提供技术支持，具有深远的社会效益和经济效益。

Description

一种大型水陆两栖飞机搜救救援航路规划方法和装置

技术领域

本发明属于飞机飞行管理系统设计领域，尤其涉及一种大型水陆两栖飞机搜救救援航路规划方法和装置。

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，目前国内外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。

在确定搜寻区域，制订系统的搜寻技术时，每当确定搜救航路时，往往基于一般的可视距离和传统经验，未必能够使人真正明白搜救航路的内涵。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救航路，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救设备特点，订立的航路不能有效发挥搜救能力，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。

可见，大型水陆两栖飞机的研制迫切需求一套可用于海上搜救的机载飞行管理系统。

发明内容

本发明提出一种大型水陆两栖飞机搜救救援航路规划方法和装置，为飞机制定有效的飞行航线，可以减少重复搜救和遗漏搜救的区域，大大提高飞机的搜救效率。

本发明第一方面提供一种大型水陆两栖飞机搜救救援航路规划方法，包括：

步骤一：根据搜救目标在待搜索区域中的分布服从正态分布的特点，将待搜救区域划分为多个子搜索区域，得到各子搜索区域的搜救救援宽度；多个子搜索区域包括：一个位于中心的圆和与所述圆同心的l-1个环形子搜索区域；l为正整数；

步骤二：根据各子搜索区域内预期发现搜救目标的概率，获取各子搜索区域的最佳搜救宽度；

步骤三：根据各子搜索区域的最佳搜救宽度，获取各子搜索区域内的转弯点坐标，得到救援航路。

可选的，l值取2或者3。

可选的，所述根据各子搜索区域内预期发现搜救目标的概率，获取各子搜索区域的最佳搜救宽度，包括：

采用如下公式，获取各子搜索区域的最佳搜救宽度W：

其中，F(W)表示预期发现搜救目标的概率，D表示飞机红外探测/识别距离，K,σ为系数。

可选的，所述根据各子搜索区域的最佳搜救宽度，获取各子搜索区域内的转弯点坐标，包括：

根据各子搜索区域的最佳搜救宽度和各子搜索区域的搜救救援宽度，获取各子搜索区域内的搜救次数；

根据各子搜索区域内的搜救次数，获取各子搜索区域内的转弯点坐标。

本发明第二方面提供一种大型水陆两栖飞机搜救救援航路规划装置，包括：

划分模块，用于根据搜救目标在待搜索区域中的分布服从正态分布的特点，将待搜救区域划分为多个子搜索区域，得到各子搜索区域的搜救救援宽度；多个子搜索区域包括：一个位于中心的圆和与所述圆同心的l-1个环形子搜索区域；l为正整数；

最佳搜救宽度获取模块，用于根据各子搜索区域内预期发现搜救目标的概率，获取各子搜索区域的最佳搜救宽度；

救援航路获取模块，用于根据各子搜索区域的最佳搜救宽度，获取各子搜索区域内的转弯点坐标，得到救援航路。

可选的，l值取2或者3。

可选的，所述最佳搜救宽度获取模块，具体用于采用如下公式，获取各子搜索区域的最佳搜救宽度W：

其中，F(W)表示预期发现搜救目标的概率，D表示飞机红外探测/识别距离，K,σ为系数。

可选的，所述救援航路获取模块，具体用于，根据各子搜索区域的最佳搜救宽度和各子搜索区域的搜救救援宽度，获取各子搜索区域内的搜救次数；

根据各子搜索区域内的搜救次数，获取各子搜索区域内的转弯点坐标。

本发明实施例提供的基于螺旋式搜救方式的大型水陆两栖飞机搜救救援航路规划方法和装置，按照螺旋式搜救方式对待搜索区域进行搜救救援航线规划，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，减少了重复搜救和遗漏搜救的区域，克服了以往凭经验搜救所带来的搜寻活动低效率甚至无效的不足，提高了飞机的搜救效率，同时为水上救援指挥系统制定搜救指挥策略提供技术支持，具有深远的社会效益和经济效益。

附图说明

图1是本发明提供的大型水陆两栖飞机搜救救援航路规划方法的航路规划图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。

本发明的基本思想在于：搜救目标的位置信息(失事点)是搜救前获得的位置，但是随着海况的变化，搜救目标将会偏移原先的位置，使得搜救对象在待搜索区域内具体位置不确定，不过搜救对象在待搜索区域中的被发现的概率，以失事点为中心向待搜索区域边缘扩散服从正态分布，因此本发明提出待搜索区域的搜救方式宜采用螺旋式搜救方式。

每一圈搜救称为一次搜救，也称为一次往返。示例性的，搜救目标的发现概率F与两次搜救之间的搜救宽度有关，搜救宽度越小，越有可能探测到搜救区域的目标，而搜救宽度越大探测到搜救目标的概率就越小。

示例性的，发现概率的计算公式如下：

其中，W表示最佳搜索宽度，D表示飞机红外探测/识别距离，K，σ同时满足：

因此，在D的取值给定时，根据上述两个公式可以计算得到K和σ。

本发明首先根据搜救对象在待搜救区域的分布特点(正态分布)将搜救区域划分为l个环形子搜索区域来进行搜救(依据3σ法则一般取l＝2或l＝3。，然后根据指挥系统所要求的发现概率(搜救对象在飞机的有效电子感应搜救宽度，即飞机的红外探测/识别距离，内被飞机系统识别的概率)，综合考虑搜救对象在待搜救区域的分布服从正态分布的条件下解算出搜救救援的最佳搜救宽度W及飞行圈数N(因距离搜救目标区域中心越近，搜救目标存在的概率越大，搜救宽度需尽量缩小以确保发现搜救目标的概率大；随距离的增大，搜救目标出现的概率逐渐减小，因此相应要求的发现概率降低，搜救宽度需要增大)，之后计算出搜救区域的切入点坐标，最后利用最经济的飞行方式(即耗油量最小)计算出搜救区域内每一个转弯点坐标。本发明提供的航路规划方法具体步骤如下：

步骤一：根据搜救目标的分布特点对整个待搜救区域进行区域划分。

示例性的，将待搜救区域划分为多个子搜索区域，多个子搜索区域包括：一个位于中心的圆和与所述圆同心的l-1个环形子搜索区域；l为正整数；

示例性的，每个子搜索区域的搜救救援宽度相同。

步骤二：根据预期发现搜救目标的概率解算出每个子搜索区域内搜救救援的最佳搜救宽度W。

步骤三：根据步骤二所得最佳搜救宽度计算出每个子搜索区域内的转弯点坐标，得到救援航路。

转弯点即每次救援的四个顶点，其中一个为搜救航路切入点。

在计算转弯点时，考虑到中大型水陆两栖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)。

示例性的，当两点的坐标是(LonA,LatA)和(LonB,LatB)，则两点间的距离Distance＝R_地arccos(C)。

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

同经度：(LonA＝LonB)；

C＝cos((LatA-LatB)/57.2958)，可以得出LatA＝LatB±57.2958arccos(C)；

同纬度：(LatA＝LatB)；

C＝sin²(LatA/57.2958)+cos²(LatA/57.2958)cos((LonA-LonB)/57.2958)；

可以得出，

本发明提供的基于螺旋式搜救方式的大型水陆两栖飞机搜救救援航路规划算法，为飞机制定有效的飞行航线，可以减少重复搜救和遗漏搜救的区域，大大提高飞机的搜救效率。

参见图1，是本发明提供的大型水陆两栖飞机搜救救援航路规划方法的路径规划图。图1中A为飞机起飞点(也记为O₀)，O₁为失事船只的预测点(失事点)，也即搜救目标的位置。

设飞机起飞点为O₀(k₀,m₀)，失事船只的预测点为O₁(k₁,m₁)，搜救设备的搜救宽度为20km，飞机的最小转弯半径为1km，待搜救区域是一个以失事船只预测点为圆心，124海里为半径r的圆型区域的圆。

其中，r＝124×1.852km＝229.648km，搜救区域的直径R₀＝2r(r表示待搜救区域的半径)，R_地表示地球半径(假设地球是一个球形)，N表示子搜索区域内飞机的往返次数，G_i,k(j_i,k,w_i,k)表示子搜索区域内的第i次往返的第k个转弯点的坐标，k的取值为从1至4，i的取值为从1至N，j表示转弯点的经度，w表示转弯点的纬度。

本发明提供的方法的步骤如下：

(1)输入O₀(k₀,m₀)，O₁(k₁,m₁)，μ₁,μ₂,..μ_s.,μ_l；

其中，O₀(k₀,m₀)，O₁(k₁,m₁)分别表示起飞点和预测点，l表示要对整个待搜救区域划分成l个子搜救区域来进行搜救。μ₁,μ₂,..μ_s.,μ_l表示对应的第1，2…s…l个子搜救区域里的发现概率。s的取值为1至l的正整数。

例如，当l＝2时，可以给定μ₁＝0.9，μ₂＝0.7。

(2)根据给定的μ₁,μ₂,..μ_s.,μ_l，计算第s个子搜救区域对应的最佳搜救宽度W_s及各个最佳搜救宽度W_s对应的飞行圈数N_s，s的取值遍历1至l的正整数。

其中，

X_s为第s个子搜索区域的搜救救援宽度，本发明中每个子搜索区域的搜救救援宽度相同。当l＝2时，两个子搜索区域的搜救救援宽度X_s＝r/2。

(3)求出切入点A(J₀,w₀)及各转弯点G_i,k(j_i,k,w_i,k)的坐标(其中i＝1,2,...,N₁+N₂+,...,+N_l；k＝1,2,3,4)：(G₁₁是虚转弯点，为方便计算)

根据预测点O₁(k₁,m₁)的位置、搜救宽度及飞机最小转弯半径，搜救飞机在离预测点经线方向(W₁/2-1)的间距、纬线方向W₁/2的间距切入A点开展搜救任务，其中W₁是第1个子搜索区域的搜救宽度，1为飞机最小转弯半径。为便于航路规划，计算出一个虚转弯点G₁₁，G₁₁在距离预测点经线方向W₁/2的距离、纬线方向(W₁/2-1)的距离，经虚转弯点以最小转弯半径转弯90度后进入到切入点A。

1)根据预测点O₁(k₁,m₁)与切入点A之间的距离，得出A的位置坐标：

其中，

w₀＝m₁+57.2958arccos C′₀，其中，

2)根据预测点O₁(k₁,m₁)与虚转弯点G₁₁之间的距离，得出G₁₁的位置坐标：

w₁₁＝m₁+57.2958arccos C′₁₁，

搜救飞机从起飞点飞往搜救区域，在切入点A₀开始执行搜救任务。搜救过程中，飞机根据搜救宽度以及飞行圈数要求，在离前一个转弯点经线或纬线方向的一定间距时，以最小转弯半径1转弯90度后，沿纬线或经线方向继续飞行，直到搜救区域搜索完毕。故，根据前一个转弯点与当前转弯点的间距，得出其他各转弯点G_i,k的位置坐标：

其中，

示例性的，飞机从起飞点飞向以预测点为中心的待搜救区域，A为切入点(即搜索区域的第一个航路点，为了便于计算定义虚转弯点G₁₁)，然后沿着经线方向向下飞行一段距离(这段距离与该搜索区域的半径、搜救宽度及飞行圈数相关)，在G₁₂处以最小转弯半径转弯90度，沿着纬线方向飞行，然后在G₁₃处以最小转弯半径转弯90度，如此下去，到G₂₁(下标中的2表明进入第二个圈)处再转弯(此时最佳搜救宽度仍保持不变，直到完成整数个圈搜救)。当一个子搜索区域搜寻完之后，以下一个最佳搜救宽度进行下一个子搜索区域的搜救，依此进行下去。故本发明的方法的目的也是计算出各个转弯点G_i,k的坐标，得到各转弯点G_i,k的坐标，即得到救援航路。

以上所述是本发明的优选实施方式，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的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种大型水陆两栖飞机搜救救援航路规划方法，其特征在于，包括：

步骤一：根据搜救目标在待搜索区域中的分布服从正态分布的特点，将待搜救区域划分为多个子搜索区域，得到各子搜索区域的搜救救援宽度；多个子搜索区域包括：一个位于中心的圆和与所述圆同心的l-1个环形子搜索区域；l为正整数；

步骤二：根据各子搜索区域内预期发现搜救目标的概率，获取各子搜索区域的最佳搜救宽度；

步骤三：根据各子搜索区域的最佳搜救宽度，获取各子搜索区域内的转弯点坐标，得到救援航路。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，l值取2或者3。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据各子搜索区域内预期发现搜救目标的概率，获取各子搜索区域的最佳搜救宽度，包括：

采用如下公式，获取各子搜索区域的最佳搜救宽度W：

其中，F(W)表示预期发现搜救目标的概率，D表示飞机红外探测/识别距离，K,σ为系数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据各子搜索区域的最佳搜救宽度，获取各子搜索区域内的转弯点坐标，包括：

根据各子搜索区域的最佳搜救宽度和各子搜索区域的搜救救援宽度，获取各子搜索区域内的搜救次数；

根据各子搜索区域内的搜救次数，获取各子搜索区域内的转弯点坐标。

5.一种大型水陆两栖飞机搜救救援航路规划装置，其特征在于，包括：

划分模块，用于根据搜救目标在待搜索区域中的分布服从正态分布的特点，将待搜救区域划分为多个子搜索区域，得到各子搜索区域的搜救救援宽度；多个子搜索区域包括：一个位于中心的圆和与所述圆同心的l-1个环形子搜索区域；l为正整数；

最佳搜救宽度获取模块，用于根据各子搜索区域内预期发现搜救目标的概率，获取各子搜索区域的最佳搜救宽度；

救援航路获取模块，用于根据各子搜索区域的最佳搜救宽度，获取各子搜索区域内的转弯点坐标，得到救援航路。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，l值取2或者3。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述最佳搜救宽度获取模块，具体用于采用如下公式，获取各子搜索区域的最佳搜救宽度W：

其中，F(W)表示预期发现搜救目标的概率，D表示飞机红外探测/识别距离，K,σ为系数。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述救援航路获取模块，具体用于，根据各子搜索区域的最佳搜救宽度和各子搜索区域的搜救救援宽度，获取各子搜索区域内的搜救次数；

根据各子搜索区域内的搜救次数，获取各子搜索区域内的转弯点坐标。

Images