一种基于落水人员定位的快速搜救路径规划方法与流程

本发明涉及海上营救领域，尤其涉及一种基于落水人员定位的快速搜救路径规划方法。

背景技术：

1、目前，海上搜救方法一般是根据事故船只定位，采取全覆盖方式进行全方位搜寻落水人员，从而完成搜救行动，这类搜救方式不仅效率低且极容易出现“漏救”落水人员的情况。

2、针对上述问题，专利“一种用于海事搜救的编队路径规划方法及系统”(cn202111074220.5)通过落水人员飘移区域进行预测，采用自适应贪婪搜索算法实现该区域内的覆盖搜索，但该方法本质上仍属于一种“预测算法”，具有一定不确定性；专利“一种基于蚁群算法的船舶搜救方法”(cn201310222454.9)采用蚁群算法进行遇难船舶的搜救路径规划，但该方法并未考虑遇难船舶上落水人员会根据洋流飘移，且算法也未考虑搜救船的载人量，可行性不高；二专利“基于禁忌蜂群算法的无人机海上搜救路径规划方法”(cn202310662225.2)利用救援需求和环境特征规划无人机海上搜寻路径规划，可快速找到海上落水人员位置，但通过该方法寻找落水人员的位置，仍需要花费大量时间且成本较高。

3、因此，有必要设计一种基于落水人员定位的快速搜救路径规划方法。

技术实现思路

1、针对背景技术中存在的技术缺陷，由于海上落水人员的黄金搜救时间为48小时，且海上存在洋流、风浪等因素，船舶遇难后人员落水会被飘移到其他位置，本发明提出一种基于落水人员定位的快速搜救路径规划方法，基于嵌套4g智能报警终端装置或北斗智能报警终端装置的救生衣获上报的落水人员实时定位，通过基于北斗导航通信的海上救援管理系统获取数据，以此为基础，根据离遇难船只最近的港口码头搜救船只规格，快速进行落水人员聚类，以搜救路径最短和优先搜救落水时间较长人员两个目标，进行搜救路径的规划，实现“直线型”精准海上搜救，减少人员位置预测、覆盖搜寻的时间，保障在黄金搜救时间内完成搜救行动，解决了上述技术问题以及满足了实际需求，具体的技术方案如下所示：

2、一种基于落水人员定位的快速搜救路径规划方法，包括：

3、步骤s1、获取落水人员总数m1以及落水人员定位；

4、步骤s2、获取单艘搜救船排除搜救人员后的载人总量m2，根据落水人员总数m1和单艘搜救船排除搜救人员后的载人总量m2计算出聚类数量k(即事故中心容量)；

5、步骤s3、设置k个事故中心坐标为k个聚类的初始值，并设置事故中心的容量为搜救船排除搜救人员后的载人总量m2；

6、步骤s4、将落水人员按距离分配给k个事故中心，并派出搜救船对落水人员进行救援。

7、进一步的，所述步骤s4还包括：

8、步骤s41、计算每个落水人员与事故中心坐标的距离，将每个落水人员分配到最近的一个事故中心中；

9、步骤s42、判断第i个落水人员分配到事故中心时，事故中心剩下的载人容量是否满足，若满足，将第i个落水人员分配到该事故中心中，若不满足，将第i个落水人员分配到距离第二相近的事故中心中，并判断第二相近的事故中心剩下的载人容量是否满足，重复上述步骤直到全部落水人员分配完毕。

10、进一步的，所述步骤s4还包括：

11、步骤s43、完成落水人员的分配后重新计算k个事故中心的中心坐标，并更新k个事故中心的坐标。

12、进一步的，所述步骤s43中事故中心的坐标更新后，判断新事故中心坐标与原始事故中心坐标的差值是否大于预先设定的阈值，若大于预先设定的阈值则跳转到步骤s3中，若小于预先设定的阈值则保存该新事故中心坐标。

13、进一步的，保存了新事故中心坐标后，基于其中一个新事故中心坐标和分配到该事故中心落水人员的定位来计算每艘搜救船去搜救每个事故中心的全部落水人员并返回码头的最优路径。

14、进一步的，计算每艘搜救船去搜救每个事故中心的全部落水人员并返回码头的最优路径的具体步骤为：

15、步骤a1、基于蚁群算法，定义某个事故中心落水人员集合为所述mk为第k个事故中心的落水人员总数；初始化参数，迭代次数nc＝0，将m只蚂蚁随机放置到第k个事故中心的mk个落水人员中，同时更新已搜救目录saved和待搜救目录waited；

16、步骤a2、设置初始每条路径上的信息素量相等，设τij(0)＝c，所述c为较小的常数；

17、步骤a3、蚂蚁根据启发式信息和每个路径上的信息素量选择下一个要去的落水人员位置；蚂蚁a在t时刻从落水人员i向落水人员j运动的概率为：

18、

19、步骤a4、更新已搜救目录saved，将已搜救人员加入saved，当saved中数量等于mk，就终止蚂蚁行走；

20、步骤a5、当蚂蚁完成一次循环之后，需要更新路径上的信息素浓度：

21、τij(t+n)＝ρτij(t)+δτij

22、

23、

24、其中，la为第a只蚂蚁单次移动中走过的路径长度总和；

25、步骤a6、更新迭代次数nc，nc＝nc+1，设置总迭代次数，当nc达到预先设置的总迭代次数时，终止循环，输出记录的搜救路径规划；

26、其中，落水人员之间的距离集合为l＝{lij|ci,cj∈c}；m为蚁群中蚂蚁的个数；τij(t)为路径(i，j)上的信息素浓度；δτij为本次迭代中路径(i，j)上的信息素增量；bi(t)为落水人员i在t时刻拥有的蚂蚁数量；为蚂蚁a在t时刻从落水人员i向落水人员j运动的概率；lij为两落水人员i、j之间的距离；ηij为蚂蚁从落水人员i向落水人员j运动的期望，waited为待搜救目录，其值为ηij为蚂蚁从落水人员i向落水人员j运动的期望，在海上搜救场景中，搜救行动的优先排序主要考虑搜救路径距离和人员落水时间两个指标，设置两个指标权重各为50％，即α为信息启发因子，即路径的相对重要性；β为期望启发因子，即启发因子的相对重要性。

27、与现有技术相比，本发明提供的一种基于落水人员定位的快速搜救路径规划方法具有以下有益效果：

28、本发明基于嵌套4g智能报警终端装置或北斗智能报警终端装置的救生衣获上报的落水人员实时定位，通过基于北斗导航通信的海上救援管理系统获取数据，以此为基础，根据离遇难船只最近的港口码头搜救船只规格，快速进行落水人员聚类，以搜救路径最短和优先搜救落水时间较长人员两个目标，进行搜救路径的规划，实现“直线型”精准海上搜救，减少人员位置预测、覆盖搜寻的时间，保障在黄金搜救时间内完成搜救行动。

技术特征：

1.一种基于落水人员定位的快速搜救路径规划方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于落水人员定位的快速搜救路径规划方法，其特征在于，所述步骤s4还包括：

3.根据权利要求2所述的一种基于落水人员定位的快速搜救路径规划方法，其特征在于，所述步骤s4还包括：

4.根据权利要求3所述的一种基于落水人员定位的快速搜救路径规划方法，其特征在于，所述步骤s43中事故中心的坐标更新后，判断新事故中心坐标与原始事故中心坐标的差值是否大于预先设定的阈值，若大于预先设定的阈值则跳转到步骤s3中，若小于预先设定的阈值则保存该新事故中心坐标。

5.根据权利要求4所述的一种基于落水人员定位的快速搜救路径规划方法，其特征在于，保存了新事故中心坐标后，基于其中一个新事故中心坐标和分配到该事故中心落水人员的定位来计算每艘搜救船去搜救每个事故中心的全部落水人员并返回码头的最优路径。

6.根据权利要求5所述的一种基于落水人员定位的快速搜救路径规划方法，其特征在于，计算每艘搜救船去搜救每个事故中心的全部落水人员并返回码头的最优路径的具体步骤为：

技术总结本发明提供了一种基于落水人员定位的快速搜救路径规划方法，包括：步骤S1、获取落水人员总数M<subgt;1</subgt;以及落水人员定位；步骤S2、获取单艘搜救船排除搜救人员后的载人总量M<subgt;2</subgt;，根据落水人员总数M<subgt;1</subgt;和单艘搜救船排除搜救人员后的载人总量M<subgt;2</subgt;计算出聚类数量k(即事故中心容量)；步骤S3、设置K个事故中心坐标为K个聚类的初始值，并设置事故中心的容量为搜救船排除搜救人员后的载人总量M<subgt;2</subgt;；步骤S4、将落水人员按距离分配给K个事故中心，并派出搜救船对落水人员进行救援。该发明以搜救路径最短和优先搜救落水时间较长人员两个目标，进行搜救路径的规划，实现“直线型”精准海上搜救，减少人员位置预测、覆盖搜寻的时间。技术研发人员：黄家怿,郭子淳,王水传,俞舜廷,陈远辉,覃凌云,赵锡和受保护的技术使用者：广东省现代农业装备研究所技术研发日：技术公布日：2024/9/2