[發明專利]一種佩戴空氣呼吸器人員執行既定任務的路徑規劃方法

在審

• 申請號: 202011278625.6
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN112327858A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 張宏遠;李夢琪;王穎輝;晏國輝;諸雪征;溫健;畢坤鵬;顧進;李寧寧;付向前;齊樂
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍防化學院
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 李娜

本發明公開一種佩戴空氣呼吸器人員執行既定任務的路徑規劃方法，本發明基于蟻群算法做了改進，包括：本發明方法中兩點間距離不僅包括同一平面的兩點間距離，還考慮了不同平面的兩點間距離；增加基于空呼氣量預測的約束限制判斷；增加充氣保障條件影響的判斷，即增加了執行任務現場是否具備充氣條件的判斷。本發明方法優在于：用本方法通過由樣本人員數據總結出的耗氣率變化規律來預測同一批人的執行任務情況，得到的結果較為可靠、貼合實際。本方法為佩戴空氣呼吸器的人員在危險環境中安全高效地完成任務提供判斷及決策依據。

技術領域

本發明涉及一種佩戴空氣呼吸器人員執行既定任務的路徑規劃的方法，尤其是一種基于蟻群算法改進的考慮人員在三維環境下適用于空氣呼吸器不同初始氣量及充氣條件下執行既定任務的路徑規劃方法。此方法為佩戴空氣呼吸器的救援人員在危險環境中安全高效地完成任務提供判斷及決策依據，屬于救援行動的輔助決策領域。

背景技術

在有毒有害氣體、煙霧粉塵等特殊環境下，由于環境中存在危害人員呼吸系統的有毒有害物質或缺氧情況，所以救援人員通常需要佩戴正壓式空氣呼吸器(下文簡稱空呼)。但空呼氣瓶的氣體容量是有限的，一旦發生人員在氣體用盡時沒有撤出危害環境的情況，失去保護效果。就極有可能面臨生命威脅。

執行這類救援任務的專業人員，個人工作通常是明確的，如檢查礦井內瓦斯、停用電或風流情況、關閉化工廠內的原料輸送節點閥等。對救援時任務明確，要前往的每個位置也明確的情況，若救援人員根據任務、空呼氣體量等條件，能高效到各任務點，少走或不走“冤枉路”，盡快使人員完成任務脫離危險環境，是一個需要解決的問題。

對這類佩戴正壓式空氣呼吸器執行既定任務人員的路徑規劃問題進行研究，希望通過科學手段為他們規劃出完成任務的最優路徑，縮短工作時間，提高安全保護。此路徑規劃方法，對指揮人員和佩戴正壓式空氣呼吸器執行任務個人的行動判斷及決策具有理論和指導意義，評估救援能力有重要意義。

發明內容

本發明的目的在于針對受空氣呼吸器氣量限制無法科學規劃佩戴空氣呼吸器人員執行既定任務的路徑的問題，提出一種基于蟻群算法改進的在三維環境下適用于空氣呼吸器不同初始氣量及充氣條件下執行既定任務的路徑規劃方法。其目的對佩戴空氣呼吸器人員的路徑規劃是為了在完成任務的同時，盡可能減少人員在危險環境停留的總時間。

對使用空氣呼吸器的人來說，救援人員不同的身體素質，差異化的救援強度，最終都會反映在空氣呼吸器氣體量消耗速率上，為此提出了一個概念：空呼耗氣率，表示工作范圍使用者在單位時間內消耗空呼的氣體量多少，單位為MPa/min(兆帕每分鐘)，通過空氣呼吸器的壓力表示。

本發明一種佩戴空氣呼吸器人員執行既定任務的路徑規劃的方法，其具體技術方案如下：

步驟1)、錄入佩戴空氣呼吸器人員的基本信息參數、空呼基本參數和充氣條件；其中，佩戴空氣呼吸器人員的基本信息參數包括：人員靜止狀態耗氣率Y₀、佩戴空氣呼吸器的活動強度下人員行進速度v、動靜心率比r、上/下樓梯的時間h、獨立完成某類任務的時間t、根據該人員在佩戴空氣呼吸器下在任務現場活動情況得到的耗氣率變化量Y_b＝f(x)，b為活動強度代號；

其中，空呼基本參數包括空呼初始氣壓P₀；

步驟2)、對蟻群算法基本參數m，n，α，β，ρ等初始化，令迭代次數N_c＝0，初始時刻每條路徑上的信息素濃度τ_ij(t)＝C，C為常數，Δτ_ij(t)＝0，設置最大迭代次數N_cmax；

步驟3)、對禁忌表、選項表初始化，令N_c＝N_c+1，從第一只螞蟻開始依次進入循環；

步驟4)、判斷選項表是否為空，即是否執行完所有任務；若為空，使螞蟻返回起點，執行步驟9)，若不為空，執行步驟5)；