一种用于海事搜救的编队路径规划方法及系统技术方案

本发明专利技术提出了一种用于海事搜救的编队路径规划方法及系统，通过漂移位置预测模块、漂移预测区域追踪模块、覆盖搜索路径规划模块来实现的。漂移位置预测模块通过随机粒子仿真法预测落水人员的漂移位置，采用步长统计法生成失踪人员分布图和漂移预测区域；移预测区域追踪模块和覆盖搜索路径规划模块采用自适应贪婪搜索算法追踪落水人员漂移区域并对该区域进行覆盖搜索，从而得到搜救路径。本发明专利技术的编队路径规划方法对于搜救区域的确定结合了当前海洋环境对落水失踪人员漂移的影响，将落水失踪人员的位置概率及位置概率的变化考虑在内，该搜救路径的规划大大减小了海上搜救操作的时间，显著提高了落水人员被搜救成功的概率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种用于海事搜救的编队路径规划方法及系统


[0001]本专利技术属于人员搜救
，涉及一种搜救路径规划方法及系统。

技术介绍

[0002]海水温度低，海况复杂，落水人员可能会由于溺水或体温过低死亡，快速有效的搜索与援救行动对于保障受害者的生命安全至关重要
[0003]搜索与援救是一项系统任务，需要规划、协调、控制和指挥以应对紧急情况。搜索与援救服务包括两个主要过程：搜索是一种行动，通常由救援协调中心或分中心协调，利用可调度的人员和设施来定位遇险人员；救援是救出遇险人员，满足他们最初的医疗或其他需求，并将他们运送到安全地点的行动。对于大多数紧急情况，在搜救行动中非常关键环节是找到遇险的人员。
[0004]对于人员落水事故，最小化期望时间和最大化累积成功概率是搜救中的两个关键的指标。预测失踪人员的位置确定搜索区域；为救援船规划搜索路径，使其快速到达搜索区域并对该区域执行最大累积成功率的区域覆盖搜索是整个人员落水事故搜救过程中的关键。失踪人员预测的研究中存在两方面问题，一方面无法获得准确的坠落时间和位置信息；另一方面，受风、浪、流等外部环境的影响，失踪者正在海上进行漂移运动，随时变化的落水人员的位置增加了搜索路径规划的难度。在路径规划研究领域，已经有很多经典有效的路径规划算法但这些算法大多以寻找最短且无碰撞快速到达终点的路径为目标，例如势场法、迪杰斯特拉算法、快速行进算法等。不同于规划起点到终点无碰撞最短路径的传统路径规划，覆盖路径规划的目标是规划出遍历目标区域的路径。传统的搜索与救援行动使用特定的策略来实现这一目标，例如扇形搜索、扩展方形搜索、平行扫视搜索等。但是，这些搜索方式对于搜救区域的确定没有结合当前海洋环境对落水人员漂移的影响，而是根据经验推算出搜救区域。此外，海上搜救操作对时间很敏感。将落水失踪人员的位置概率及位置概率的变化考虑在内，进行搜救路径规划可以显著提高落水人员被搜救成功的概率。
[0005]公开号为CN111976920A的专利技术专利，提供了一种人员搜救方法、搜救船艇和人员搜救系统，所述系统包括应急搜救指挥中心、船艇指挥控制基站和搜救船艇；应急搜救指挥中心根据气象信息和预设的漂移模型计算落水人员漂流到达各个区域的概率并根据概率确定针对落水人员的搜救区域：船艇指挥控制基站根据搜救区域规划搜救信息，并将搜救信息发送至搜救船艇，该搜救信息包括与搜救区域相对应的搜救路径；搜救船艇按照搜救路径航行，并在航行过程中控制船载探测设备对搜救区域进行探测，获得相应的探测结果，根据探测结果，生成搜救提示信息，以提示搜救人员对落水人员进行搜救。采用该专利技术的系统有助于降低落水人员的搜救难度,提高搜救效率。但是该搜救方法采用的还是传统单船圆形、方形搜寻，规划好的搜救路径只能局限于通过无人艇实现，并且在搜救过程中对搜救区域进行无差别覆盖，不适用于在固定时间内快速搜救出落水人员。

技术实现思路

[0006]为了解决
技术介绍
中所述的问题，本专利技术提出了一种用于海事搜救的编队路径规划方法及系统。
[0007]本技术方案的编队路径规划方法，包括以下步骤：
[0008]步骤一、采用随机粒子仿真法和步长统计法，得到失踪人员分布图和漂移预测区域；
[0009]步骤二、加载失踪人员分布图和漂移预测区域，并设置搜救编队出发点，设置目标追踪终止条件：达到搜救编队与漂移预测区域之间的预设距离；
[0010]步骤三、采用自适应贪婪搜索算法，调用自适应扩张器，选择搜救编队与漂移预测区域距离最近的点进行扩展；
[0011]步骤四、判断是否达到目标追踪终止条件，如果是，将失踪人员分布图和漂移预测区域转入步骤五，如果否，回到步骤一；
[0012]步骤五、加载失踪人员分布图和漂移预测区域，并设置覆盖搜索终止条件：达到预设的搜救成功率；
[0013]步骤六、调用自适应参数测试器，调用自适应扩张器，每次都选择漂移预测区域内成功概率估计值最优的失踪人员点作为下一步将要扩展的点；
[0014]步骤七、判断是否达到覆盖搜索的终止条件，如果是，输出搜救路径，如果否，转到步骤一。
[0015]进一步地，所述的步骤一中，失踪人员落水的初始位置误差通过二维高斯分布来定量描述，基于初始位置误差生成随机落水位置，并结合失踪人员的漂移速度进而计算生成失踪人员分布图和漂移预测区域。
[0016]更进一步地，所述的步骤一中，生成失踪人员分布图和漂移预测区域计算中，第i个失踪人员在t时刻的位置p
i
(t)为：
[0017][0018]其中，p
i
(0)是第i个失踪人员在初始时刻的位置，V
d
是失踪人员的漂移速度。
[0019]更进一步地，所述的落水后的失踪人员受到海上风场、海水流场的影响，其漂移速度V
d
为：
[0020]V
d
＝L
f
+V
c
；
[0021]其中，L
f
＝(a+τ
i
/h)*W
f
，L
f
为风致漂移量；a是海面上h高度处的风速斜率；τ
i
为风压差系数的随机扰动；W
f
是失踪人员对应的海面上h高度处的风速估计值，W
f
＝||W
f'
+ξ
i
||；W
f'
为海面上h高度处的预计风速；ξ
i
是海面h高度处的风速扰动，服从正态分布，记为V
c
是失踪人员的流致漂移的速度，V
c
＝||V
c'
+ξ
i
′
||；V
c'
为失踪人员海面下d深度的流速的预测值；ξ
i
′
为海面下d深度的流速扰动，服从正态分布，记为
[0022]进一步地，所述的步骤三中，采用自适应贪婪搜索算法，选择漂移预测区域搜索范围内的可行的点，如果无可行点，调用自适应扩张器，增加搜索层数扩大搜索范围直至搜索到可行点，将搜索到的点存储之后将搜索范围复位为初始值；在搜索时实时计算搜救编队
与漂移预测区域的距离，并判断搜救编队与障碍物的关系。
[0023]更进一步地，所述的搜救编队与漂移预测区域的距离D(n)为：
[0024]D(n)＝dist(p
i
,loc
area
)；
[0025]其中，p
i
是搜救编队的位置，loc
area
是漂移预测区域的位置， dist(p
i
,loc
area
)是搜救编队与漂移预测区域在当前时刻的球面距离。
[0026]进一步地，所述的步骤六中，调用自适应参数测试器，将漂移预测区域的覆盖搜索模块在不同的评价函数设置下运行多次，设定搜索时间，以该搜索时间内累积搜救成功概率最高的评价函数组合，更本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于海事搜救的编队路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、采用随机粒子仿真法和步长统计法，得到失踪人员分布图和漂移预测区域；步骤二、加载失踪人员分布图和漂移预测区域，并设置搜救编队出发点，设置目标追踪终止条件：达到搜救编队与漂移预测区域之间的预设距离；步骤三、采用自适应贪婪搜索算法，调用自适应扩张器，选择搜救编队与漂移预测区域距离最近的点进行扩展；步骤四、判断是否达到目标追踪终止条件，如果是，将失踪人员分布图和漂移预测区域转入步骤五，如果否，回到步骤一；步骤五、加载失踪人员分布图和漂移预测区域，并设置覆盖搜索终止条件：达到预设的搜救成功率；步骤六、调用自适应参数测试器，调用自适应扩张器，每次都选择漂移预测区域内成功概率估计值最优的失踪人员点作为下一步将要扩展的点；步骤七、判断是否达到覆盖搜索的终止条件，如果是，输出搜救路径，如果否，转到步骤一。2.根据权利要求1所述的一种用于海事搜救的编队路径规划方法，其特征在于：所述的步骤一中，失踪人员落水的初始位置误差通过二维高斯分布来定量描述，基于初始位置误差生成随机落水位置，并结合失踪人员的漂移速度进而计算生成失踪人员分布图和漂移预测区域。3.根据权利要求2所述的一种用于海事搜救的编队路径规划方法，其特征在于：所述的步骤一中，生成失踪人员分布图和漂移预测区域计算中，第i个失踪人员在t时刻的位置p
i
(t)为：其中，p
i
(0)是第i个失踪人员在初始时刻的位置，V
d
是失踪人员的漂移速度。4.根据权利要求3所述的一种用于海事搜救的编队路径规划方法，其特征在于：所述的落水后的失踪人员受到海上风场、海水流场的影响，其漂移速度V
d
为：V
d
＝L
f
+V
c
；其中，L
f
＝(a+τ
i
/h)*W
f
，L
f
为风致漂移量；a是海面上h高度处的风速斜率；τ
i
为风压差系数的随机扰动；W
f
是失踪人员对应的海面上h高度处的风速估计值，W
f
＝||W
f'
+ξ
i
||；W
f'
为海面上h高度处的预计风速；ξ
i
是海面h高度处的风速扰动，服从正态分布，记为V
c
是失踪人员的流致漂移的速度，V
c
＝||V
c'
+ξ
i
′
||；V
c'
为失踪人员海面下d深度的流速的预测值；ξ
i
′
为海面下d深度的流速扰动，服从正态分布，记为5.根据权利要求1所述的一种用于海事搜救的编队路径规划方法，其特征在于：所述的步骤三中，采用自适应贪婪搜索算法，选择漂移预测区域搜索范围内的可行的点，如果无可行点，调用自...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈琳瑛，胡涛，牟军敏，黄亚敏，陈鹏飞，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：