[發明專利]一種森林火災中規劃無人機群救援的優化方法及系統

有效

• 申請號: 201811226322.2
• 申請日: 2018-10-19
• 公開（公告）號: CN109635991B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 張洪光;劉華劍;王瑞;劉元安;唐碧華;王衛民;冉靜
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開一種森林火災中規劃無人機群救援的優化方法及系統。所述方法包括：實時獲取火災動態數據；根據所述火災動態數據，建立火災救援模擬器模型；根據所述火災救援模擬器模型，采用時間同步方法得到狀態矩陣；根據所述狀態矩陣，采用空間同步方法確定重點火災救援區域；根據所述重點火災救援區域采用優化救援算法進行數據交互計算，得到最優解；根據所述最優解確定最終滅火點；根據所述最終滅火點分配無人機對火災進行救援。采用本發明的方法或系統能夠更精確的模擬真實動態的森林火災蔓延與救援過程，能夠實現無人機群的最優分配和調度。摘要附圖見說明書附圖1。

技術領域

本發明涉及火災救援領域，特別是涉及一種森林火災中規劃無人機群救援的優化方法及系統。

背景技術

森林火災是森林最危險的敵人，也是林業最可怕的災害，它會給森林帶來最有害，最具有毀滅性的后果。森林消防領域具有大量可靠的救援技術，但它們大都需要借助高空衛星，且施工太過復雜。無人機作為一種新型的中低空實時電視成像和紅外成像快速獲取系統，在對車、人無法到達地帶的森林防火領域具有獨特的優勢。目前，森林航空消防是森林防火的尖兵,是世界先進國家森林防火的主要手段。

森林火災的特點，是發生面廣、危害性大、時效性強、處置救助難。為滿足對實際火災蔓延和救援情況的模擬，要解決如何建立真實的、動態的森林火災蔓延與救援模型。即，綜合考慮森林火災現場的風向、風速、溫度、濕度、植被類型、植被密度情況等與火勢相關的地理因素，以及考慮草場、林場、山地、海島等的多種地形和地貌，從而可以模擬多種地質情況的火災蔓延模型。森林火災救援領域已經提出了一些結合火災救援原理，生成動態的森林火災救援模型。

冠火模型分析了不同樹種的冠火燃燒，并通過數值模擬分析建立了冠層火災燃燒場的數學模型(Silva等，2017；Cruz和Alexander，2017)。這些研究發現，最強烈的燃燒時刻為預測冠層火災蔓延和熄滅冠層火災提供了理論依據。席爾瓦等人。半物理模型系統在簡單的蒙特卡羅模擬系統中運行，以預測火災行為的不確定性(Cruz和Alexander，2017)。該方法捕獲冠層火災的動態，并提供平均傳播速率和冠火活動程度的估計。Encinas在2007年提出了一種CA模型，將單元從正方形改為正六邊形，并在均勻和非均勻環境中提出了一種新的數學模型，以模擬風和地形對火蔓延率的影響。Alexandridis等人在2008年提出考慮植被類型，植被密度，風速，風向，海拔高度和斑點現象。它們定義了火焰傳播方向，點火概率和狀態轉換規則，并使用CA來模擬山地森林火災蔓延。通過模擬1990年8月Spetses上發生的野火，證明該模型在時間和空間上都有很好的預測。鄭等人在2017年提出考慮鄰近的風效應并使用細胞自動機來確定細胞狀態轉變。他們收集類似火災的訓練樣本，使用極端學習機計算細胞的點火概率，并模擬已發生的火災或預測進一步的情況。

孫等人在2013年提出將CA框架與王正飛火災物理速度模型相結合，并考慮火災傳播的固有不確定性。他們建立了具有地球物理和環境因素的多維模型，以便生成更準確的火焰傳播圖。除了冠火模型和CA模型，布倫等人在2014年提出了一個多模型預測框架。該框架涵蓋了森林火災擴散模型，風場模型和氣象模型的不同模型。使用兩階段基本預測方法實現森林火災蔓延預測。

除了研究火災模型，如何對無人機群的協同救援進行規劃也至關重要。目前，通常使用雙目標救援模型來解決多點森林火災的救援車輛調度問題。此模型容易受到當前火點的火情和救援車輛的限制，從而使得制備的應急計劃不精確，消防隊派遣到不同的火點不及時。

發明內容

本發明的目的是提供一種森林火災中規劃無人機群救援的優化方法及系統，能夠更精確的模擬真實動態的森林火災蔓延與救援過程，能夠實現無人機群的最優分配和調度。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種森林火災中規劃無人機群救援的優化方法，所述方法包括：

實時獲取火災動態數據；