[發明專利]一種動態危險船載環境自適應應急導航方法

有效

• 申請號: 202110033421.4
• 申請日: 2021-01-12
• 公開（公告）號: CN112866902B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 劉克中;馬玉亭;陳默子;曾旭明;王克浩;王國宇;楊穩;李春伸
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: H04W4/02
• 分類號: H04W4/02;H04W4/024;H04W4/40;H04W40/20;H04W84/18
• 代理公司: 武漢市首臻知識產權代理有限公司 42229
• 代理人: 章輝

一種動態危險船載環境自適應應急導航方法，該方法包括以下步驟：A、根據船舶結構提取船舶的3D拓撲模型，并據此模型布設船載無線傳感器網絡；B、基于船載無線傳感器網絡，利用圖論理論建立船舶應急疏散模型；C、根據船舶應急疏散模型定義受損船舶環境下的乘客逃生最優路徑；D、在預處理階段，為每一個導航路標建立路徑查找表；E、在實際導航階段，根據乘客行走速度，參照路徑查找表，為其確定下一個導航路標直至到達逃生集合點。本設計不僅提高了導航效率與導航成功率，而且提高了用戶安全性。

技術領域

本發明涉及智能交通的船載環境應急疏散領域，尤其涉及一種動態危險船載環境自適應應急導航方法，主要適用于提高在動態危險船舶環境下的導航效率、導航成功率和被疏散人員安全。

背景技術

自國際海事組織IMO制定國際海上人命安全公約SOLAS以來，如何保證受損船舶中乘客和船員的安全引起航運界極大關注。然而，船舶結構的復雜性，船舶室內環境危險的動態性、受損船舶運動的特殊性及其存活時間的有限性給傳統船舶應急疏散手段帶來了一系列困境和約束。

目前，基于無線傳感器網絡的陸地建筑物應急疏散方法眾多，根據應急疏散系統處理動態危險的方式，可將現有疏散方法分為被動式應急疏散和主動式應急疏散。被動式應急疏散方法將危險事件視為靜態現象，沒有充分考慮危險的動態變化對導航路徑選擇的影響，因此，這類方法提供的導航路徑最終可能無法通行。為了確保用戶安全，此類必須頻繁重新計算導航路徑以適應疏散環境的動態變化，這不可避免地引起了用戶的局部折返運動，折返運動將導致用戶長時間處于危險環境中，對用戶安全造成了極大威脅，用戶甚至會因此錯失生存機會。主動式應急疏散方法充分考慮了疏散環境的動態變化，并采取“前攝行為”，制定導航決策。這類方法利用無線傳感器節點的感知能力密切跟蹤環境中緊急事件的變化情況，為用戶做出主動式決策，以確保導航最終成功。此類方法可使在任何導航路標及相應的時間點上，用戶的安全得到保證；但其問題是會造成不必要的繞路，因此降低導航效率，使用戶長時間處于危險環境中，因此不適用于難以預測危險動態變化的疏散場景。

盡管目前一些應急疏散算法已經相當成熟，但是其主要適用于陸地建筑物的疏散場景，獨特的船舶疏散特點對這些算法產生了極大的約束作用。因此，基于WSN的船載環境應急疏散仍然沒有效率高、成功率高、安全性強的方法。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中存在的導航效率低、導航成功率低、用戶安全性差的缺陷與問題，提供一種導航效率高、導航成功率高、用戶安全性強的動態危險船載環境自適應應急導航方法。

為實現以上目的，本發明的技術解決方案是：一種動態危險船載環境自適應應急導航方法，該方法包括以下步驟：

A、根據船舶結構提取船舶的3D拓撲模型，并據此模型布設船載無線傳感器網絡；

B、基于船載無線傳感器網絡，利用圖論理論建立船舶應急疏散模型；

C、根據船舶應急疏散模型定義受損船舶環境下的乘客逃生最優路徑；

D、在預處理階段，為每一個導航路標建立路徑查找表；

E、在實際導航階段，根據乘客行走速度，參照路徑查找表，為其確定下一個導航路標直至到達逃生集合點。

步驟A中，在船載環境中布設一個基于IEEE802.15.4/ZigBee的無線傳感器網絡，其使用2.4GHz頻段，該無線傳感器網絡包括大量不同功能的傳感器節點，用于自動探測船載環境參數，并利用傾角傳感器實時監測受損船舶傾斜角度，同時，為用戶配備裝有射頻模塊且可與傳感器節點交互的智能手機。

步驟B具體包括以下步驟：

B1、利用圖論理論將船載無線傳感器網絡映射到二維平面，得到對應的圖模型；

B2、根據受損船舶運動特性以及基于此特性的船載乘客行走速度變化規律確定疏散模型邊參數，即典型延遲和最壞情況延遲；