[發明專利]多救援直升機多目標分配與航跡規劃方法

無效

• 申請號: 201210462286.6
• 申請日: 2012-11-16
• 公開（公告）號: CN102929285A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 潘衛軍;關立欣;林瑞春;夏正洪;陳通
• 申請（專利權）人: 中國民用航空飛行學院
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 卓仲陽

技術領域

本發明涉及航空應急救援技術領域，尤其涉及重大自然災害條件下航空應急救援預案，為提高航空應急救援效率和安全性提供豐富的救援前準備的一種多救援直升機多目標分配以及救援飛行航跡的規劃方法。

背景技術

重大自然災害發生后，以通用航空直升機為基礎的飛行救援具有快速、高效、受地理空間限制較少等優勢，能夠深入受災嚴重地區進行偵查、運送傷員和物資，對減少人民生命財產損失有著重要意義。然而，由于我國缺乏一套較為完善的航空救援運行法規及應急救援方案，救援效率低下且安全性得不到保障。以“5.12”汶川大地震為例，民航局調集了三十一架民航直升機實施救援，然而由于災區資料和飛行情報準備準備不足，飛行員在不熟悉地形、氣象信息、救援目標和受災嚴重程度情況下執行救援任務，救援初期的效率和飛行安全受到很大影響。由此可見，航空應急救援飛行前準備對于救援任務的執行顯得至關重要，而救援路線的規劃又是飛行準備中的核心問題，必須在保證航空救援飛行安全的前提下，快速規劃出能在最短時間內能完成救援任務的可行飛行路徑。同時，由于重大災害發生后，往往需要多架直升機對多個救援目標點同時進行搜索救援，如何合理地對直升機和目標點的分配、規劃救援飛行的往返路徑、制定航空應急救援預案，是提高航空應急救援效率和安全性的關鍵問題。

國內的航跡規劃研究主要集中在軍事領域，包括軍用飛機、巡航導彈、可移動機器人等。航跡規劃的本質是路徑搜索問題，常用算法主要有基于概略圖的規劃方法和基于單元分解的規劃方法。其中，基于概略圖的方法通常用于平面且實時性要求較低的航跡規劃，基于單元分解的方法規劃精度受到單元格劃分精細程度的限制，單元格劃分越細則規劃航跡越優。但是數據量和計算量會增大，規劃耗時增加。國外學者提出采用動態規劃的方法和0-1規劃（BIP）算法求解三維航跡，該方法計算簡單且能避免陷入局部最優。多機協同搜索問題的本質是多目標的分配問題，常用算法有基于分層模糊推理的方法、遺傳算法、蟻群算法和模擬退火算法等，這些算法都有效地解決了所用領域的多目標分配問題，但是在航空應急救援領域的應用目前還未曾見到。

發明內容

本發明目的在于提供一種救援直升機多機多目標分配與飛行航跡的規劃方法，以期建立重大自然災害條件下，多個救援直升機對多個救援目標實施救援的統一預案；為提高救援飛行的安全性和效率做好充分的飛行前準備。

實現本發明目的之技術解決方案如下：一種多救援直升機多目標分配與航跡規劃方法，包括航空救援任務執行可行度評估與災區地圖圖像的處理；所述的救援任務執行可行度評估是指分析某直升機實施某次救援任務的可行性，獲得可行度矩陣；將可行度矩陣作為解矩陣X_ij的系數矩陣，選用匈牙利算法針對救援直升機和目標點之間數量不相同的任務求解多直升機與救援目標之間的分配結果；所述的災區地圖圖像的處理是指從數字高程地圖中提取單層等高線圖，并對該圖進行二值化圖像處理得到以等高線表示的障礙物圖，其中黑色表示障礙物，白色表示可供飛行區域；利用形態學膨脹方法剔除白色飛行區域內的不安全區域，并使用腐蝕和骨架化方法提取安全飛行區域的拓撲結構，從而得到以二值圖像表示的航跡規劃解空間；選用啟發式最短路徑搜索算法A*算法在二維平面上搜索得到最短航跡；結合多機多目標分配結果，形成直升機執行救援任務的應急預案；調用Google?Earth飛行模擬API演示應急救援預案，做充分的飛行前準備。

進一步地，所述的救援任務執行可行度評估包括對基地與目標點之間的距離、海拔高度、凈空環境、地理環境、任務類型等影響因素的評估，針對可行度評估影響因素中的定量因子如海拔高度采用基于閾值的區間量化處理方法進行定量評估，而對定性因子如任務類型采用模糊綜合評價方法轉換為定量評估；再利用專家調查法得到影響因素的權重值，利用線性加權求和得到可行度值，該值越大表明該機越適合執行該項救災任務；通過兩次循環得到可行度矩陣。

進一步地，所述的災區地圖圖像的處理包括如下步驟：

（1）獲得SRTM數字高程地圖后，用Global?Mapper輸出矢量DEM文件；

（2）用Surfer輸出單層等高線圖；

（3）用Matalab二值化處理得到等高線表示的障礙物圖；

（4）用Matalab對障礙物圖進行膨脹和腐蝕；

（5）骨架化特征提取，得到以二值圖像表示的航跡規劃空間。

更進一步地，所述獲得SRTM數字高程地圖后還需要進行如下操作步驟：