專利名稱：一種確定海上搜救區域的方法、系統及搜救模擬器的制作方法
技術領域：
本發明屬于海上搜救技術領域，尤其涉及一種確定海上搜救區域的方法、系統及搜救模擬器。
背景技術：
海難事故發生后，能否有效迅速地找到搜救目標并實施救助，對于減少生命和財產損失具有重要意義。由于搜救目標易于受到風、浪、流等因素的綜合影響而不斷漂移，特別是海難事故往往發生在惡劣氣象條件下，使得確定搜救目標的位置存在很大困難，因此， 如何準確地確定包含搜救目標的搜救區域成為搜救過程中的重要環節之一。現有技術提供的確定海上搜救區域的方法是基于經典的搜尋規劃方法 (Classical Search Planning Method，CSPM)，該方法起源于第二次世界大戰期間由于反潛戰需要而創立的搜索理論。由于當時計算機普及程度不高，使得該方法主要采用紙筆計算， 僅適于簡單搜救條件下的搜尋規劃，而不考慮多種可能影響搜救區域的不確定因素，如風場數據誤差、流場數據誤差等，進而使得采用該方法確定的搜救區域存在誤差，不能精確的確定包含搜救目標的搜救區域，加大了搜救風險，搜救目標極有可能由于確定的搜救區域不準確而得不到及時的救助，從而延誤了搜救時間。
發明內容
本發明實施例的目的在于提供一種確定海上搜救區域的方法，以解決現有技術提供的確定海上搜救區域的方法基于經典的搜尋規劃方法確定搜救區域，使得確定的搜救區域存在誤差，加大了搜救風險的問題。本發明實施例是這樣實現的，一種確定海上搜救區域的方法，所述方法包括以下步驟接收搜救目標發送的遇險信號，生成分別與所述搜救目標等效的多個隨機粒子；根據所述遇險信號，計算多種遇險場景下的所述多個隨機粒子在電子海圖上的綜合初始概率分布；根據所述綜合初始概率分布和預存的環境信息，計算預設時間后所述多個隨機粒子在所述電子海圖上的綜合漂移概率分布并顯示，之后根據所述綜合漂移概率分布指定最優搜救域。其中，所述計算多種遇險場景下的所述多個隨機粒子在電子海圖上的綜合初始概率分布的步驟可以包括以下步驟計算所述多個隨機粒子分別在相應的遇險場景下、在電子海圖上的初始概率分布；將不同遇險場景下的、相應的隨機粒子在所述電子海圖上的所述初始概率分布疊加，得到所述多個隨機粒子在所述電子海圖上的綜合初始概率分布。進一步地，所述計算所述多個隨機粒子分別在相應的遇險場景下、在電子海圖上的初始概率分布的步驟可以包括以下步驟預設所述多個遇險場景的權重；將所述多個隨機粒子的數目分別與所述多個遇險場景的權重相乘，得到相應的遇險場景的隨機粒子數目；根據遇險場景對應的初始概率分布，計算與遇險場景相應的隨機粒子在對應的概率分布下、在所述電子海圖上的初始概率分布。其中的遇險場景的初始概率分布可以是已知搜救目標最后遇險位置的基于參考基準點的概率分布、已知搜救目標計劃航線的基于參考基準線的概率分布或已知搜救目標作業區域的基于參考基準區域的概率分布。當所述遇險場景的初始概率分布是已知搜救目標最后遇險位置的基于參考基準點的概率分布時，所述搜救目標最后遇險位置在所述電子海圖坐標系中的橫坐標為Χο、縱坐標為\ ；所述計算與遇險場景相應的隨機粒子在對應的概率分布下、在所述電子海圖上的初始概率分布的步驟可以為計算與遇險場景相應的隨機粒子在均值為(0，0)，均方差為ο工和O2 的條件下、在電子海圖坐標系中的二維正態分布的概率分布密度/ (X，Y)
ι
exp
2ππιθ2
1 Y2 V2、
2
Xz λ
~7 + —
乂 σι (52 j
，其中，X為所述搜救目標在所述電子海圖坐標系中的橫坐標，
Y為所述搜救目標在所述電子海圖坐標系中的縱坐標，X與Y相互獨立，O1= O2;將得到的所述二維正態分布沿所述橫坐標平移Xtl,同時將得到的所述二維正態分布沿所述縱坐標平移Ytl,即為所述與遇險場景相應的隨機粒子在電子海圖上的初始概率分布。其中，所述根據所述綜合初始概率分布和預存的環境信息，計算預設時間后所述多個隨機粒子在所述電子海圖上的綜合漂移概率分布的步驟可以包括以下步驟根據預存的環境信息，以及搜救目標對應的風壓系數信息計算與遇險場景相應的多個隨機粒子在所述電子海圖上的漂移速度；根據預存的環境信息，計算預設時間后與遇險場景相應的多個隨機粒子在所述電子海圖上的漂移位移；由所述綜合初始概率分布、計算得到的所述漂移速度和漂移位移，得到所述預設時間后所述多個隨機粒子在相應遇險場景下的漂移位置，進而生成相應粒子的概率分布；將不同遇險場景下、相應的隨機粒子在所述電子海圖上的所述漂移概率分布疊加，得到所述多個隨機粒子在所述電子海圖上的綜合漂移概率分布。進一步地，在所述根據預存的環境信息，以及搜救目標對應的風壓系數信息計算與遇險場景相應的多個隨機粒子在所述電子海圖上的漂移速度的步驟之前，所述方法還可以包括以下步驟預存作為所述環境信息的海水表層海流流速，距離海面10米高的風速， 以及分別與遇險場景中搜救目標相應的距離海面10米高的下風方向風速斜率系數、下風方向偏移量系數、橫風方向風速斜率系數、橫風方向偏移量系數；所述根據預存的環境信息，以及搜救目標對應的風壓系數信息計算與遇險場景相應的多個隨機粒子在所述電子海圖上的漂移速度的步驟可以包括以下步驟根據預存的所述距離海面10米高的風速，以及分別與遇險場景中搜救目標相應
7的所述距離海面10米高的下風方向風速斜率系數、下風方向偏移量系數，計算下風方向風壓矢量，所述距離海面10米高的風速、距離海面10米高的下風方向風速斜率系數、下風方向偏移量系數以及下風方向風壓矢量之間滿足關系Ld = adW1(l+bd，其中，W10為所述距離海面10米高的風速，ad為所述距離海面10米高的下風方向風速斜率系數，bd為所述下風方向偏移量系數，Ld為所述下風方向風壓矢量；根據預存的所述距離海面10米高的風速，以及分別與遇險場景中搜救目標相應的橫風方向風速斜率系數、橫風方向偏移量系數，計算橫風方向風壓矢量，所述距離海面10 米高的風速，橫風方向風速斜率系數、橫風方向偏移量系數之間滿足關系L。= a。W1(l+b。，其中，a。為所述橫風方向風速斜率系數，b。為所述橫風方向偏移量系數，L。為所述橫風方向風
壓矢量；將計算得到的所述下風方向風壓矢量和橫風方向風壓矢量合成風壓矢量；將合成的所述風壓矢量和預存的所述海水表層海流流速合成得到所述與遇險場景相應的多個隨機粒子在所述電子海圖上的漂移速度。更進一步地，所述根據預存的環境信息，計算預設時間后與遇險場景相應的多個隨機粒子在所述電子海圖上的漂移位移的步驟之前，還可以包括以下步驟預存作為所述環境信息的距離海面0. 5米深度的海流平均流速，流速擾動的方差，距離海面10米高的風速的平均值，風速擾動的方差，以及分別與遇險場景中搜救目標相應的距離海面10米高的下風方向風速斜率系數、下風方向偏移量系數、橫風方向風速斜率系數、橫風方向偏移量系數、風壓系數擾動的方差；所述根據預存的環境信息，計算預設時間后與遇險場景相應的多個隨機粒子在所述電子海圖上的漂移位移的步驟可以包括以下步驟根據預存的所述距離海面10米高的風速的平均值和風速擾動計算得到距離海面 10米高的風速，所述距離海面10米高的風速的平均值、風速擾動和距離海面10米高的風速
之間滿足關系巧。=|R。+u'||，其中，^^為所述距離海面10米高的風速的平均值，u'為所
述風速擾動，所述風速擾動u'從均值為0，擾動方差為0 的圓形正態分布中隨機抽取；根據預存的所述距離海面10米高的下風方向風速斜率系數和風壓系數擾動計算與遇險場景中搜救目標相應的距離海面10米高的下風方向風速斜率系數估計值，所述距離海面10米高的下風方向風速斜率系數、風壓系數擾動和距離海面10米高的下風方向風速斜率系數估計值之間滿足關系ald = ad+ τ /20，其中，ald為所述距離海面10米高的下風方向風速斜率系數估計值，其中，τ為所述風壓系數擾動，所述風壓系數擾動τ從均值為 0，擾動方差為σ ^的圓形正態分布中隨機抽取；根據預存的所述下風方向偏移量系數和風壓系數擾動計算與遇險場景中搜救目標相應的距離海面10米高的下風方向偏移量系數估計值，所述下風方向偏移量系數、風壓系數擾動和距離海面10米高的下風方向偏移量系數估計值之間滿足關系bld = bd+ τ /2，其中，bld為所述距離海面10米高的下風方向偏移量系數估計值；根據計算得到的所述下風方向風速斜率系數估計值、下風方向偏移量系數估計值、以及距離海面10米高的風速計算得到下風方向風壓矢量；根據預存的距離海面10米高的橫風方向風速斜率系數和風壓系數擾動計算與遇險場景中搜救目標相應的距離海面10米高的橫風方向風速斜率系數估計值，所述距離海面10米高的橫風方向風速斜率系數、風壓系數擾動和距離海面10米高的橫風方向風速斜率系數估計值之間滿足關系ale = a。+ τ /20，其中，ale為所述距離海面10米高的橫風方向風速斜率系數估計值；根據預存的橫風方向偏移量系數和風壓系數擾動計算與遇險場景中搜救目標相應的距離海面10米高的橫風方向偏移量系數估計值，所述橫風方向偏移量系數、風壓系數擾動和距離海面10米高的橫風方向偏移量系數估計值之間滿足關系ble = b。+ τ /2，其中，ble為所述距離海面10米高的橫風方向偏移量系數估計值；根據計算得到的所述橫風方向風速斜率系數估計值、橫風方向偏移量系數估計值、以及距離海面10米高的風速計算得到橫風方向風壓矢量；將計算得到的所述下風方向風壓矢量和橫風方向風壓矢量合成風壓矢量；根據預存的所述距離海面0. 5米深度的海流平均流速，流速擾動計算得到海水表層海流流速，所述距離海面0. 5米深度的海流平均流速、流速擾動和海水表層海流流速之
間滿足關系C=己5+W'，其中…為所述距離海面0.5米深度的海流平均流速，W'為流
權利要求
1.一種確定海上搜救區域的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟接收搜救目標發送的遇險信號，生成分別與所述搜救目標等效的多個隨機粒子； 根據所述遇險信號，計算多種遇險場景下的所述多個隨機粒子在電子海圖上的綜合初始概率分布；根據所述綜合初始概率分布和預存的環境信息，計算預設時間后所述多個隨機粒子在所述電子海圖上的綜合漂移概率分布并顯示，之后根據所述綜合漂移概率分布指定最優搜救域。
2.如權利要求1所述的確定海上搜救區域的方法，其特征在于，所述計算多種遇險場景下的所述多個隨機粒子在電子海圖上的綜合初始概率分布的步驟包括以下步驟計算所述多個隨機粒子分別在相應的遇險場景下、在電子海圖上的初始概率分布； 將不同遇險場景下的、相應的隨機粒子在所述電子海圖上的所述初始概率分布疊加， 得到所述多個隨機粒子在所述電子海圖上的綜合初始概率分布。
3.如權利要求2所述的確定海上搜救區域的方法，其特征在于，所述計算所述多個隨機粒子分別在相應的遇險場景下、在電子海圖上的初始概率分布的步驟包括以下步驟預設所述多個遇險場景的權重；將所述多個隨機粒子的數目分別與所述多個遇險場景的權重相乘，得到相應的遇險場景的隨機粒子數目；根據遇險場景對應的初始概率分布，計算與遇險場景相應的隨機粒子在對應的概率分布下、在所述電子海圖上的初始概率分布。
4.如權利要求3所述的確定海上搜救區域的方法，其特征在于，所述遇險場景的初始概率分布是已知搜救目標最后遇險位置的基于參考基準點的概率分布、已知搜救目標計劃航線的基于參考基準線的概率分布或已知搜救目標作業區域的基于參考基準區域的概率分布。
5.如權利要求4所述的確定海上搜救區域的方法，其特征在于，所述遇險場景的初始概率分布是已知搜救目標最后遇險位置的基于參考基準點的概率分布，所述搜救目標最后遇險位置在所述電子海圖坐標系中的橫坐標為Xtl、縱坐標為Ytl ；所述計算與遇險場景相應的隨機粒子在對應的概率分布下、在所述電子海圖上的初始概率分布的步驟為計算與遇險場景相應的隨機粒子在均值為(0，0)，均方差為01和O2的條件下、在電子 海圖坐標系中的二維正態分布的概率分布密度x^ =-——exp -- —+ —， 其中，χ為所述搜救目標在所述電子海圖坐標系中的橫坐標，Y為所述搜救目標在所述電子海圖坐標系中的縱坐標，X與Y相互獨立，O1= O2 ；將得到的所述二維正態分布沿所述橫坐標平移\’同時將得到的所述二維正態分布沿所述縱坐標平移\，即為所述與遇險場景相應的隨機粒子在電子海圖上的初始概率分布。
6.如權利要求1所述的確定海上搜救區域的方法，其特征在于，所述根據所述綜合初始概率分布和預存的環境信息，計算預設時間后所述多個隨機粒子在所述電子海圖上的綜合漂移概率分布的步驟包括以下步驟根據預存的環境信息，以及搜救目標對應的風壓系數信息計算與遇險場景相應的多個隨機粒子在所述電子海圖上的漂移速度；根據預存的環境信息，計算預設時間后與遇險場景相應的多個隨機粒子在所述電子海圖上的漂移位移；由所述綜合初始概率分布、計算得到的所述漂移速度和漂移位移，得到所述預設時間后所述多個隨機粒子在相應遇險場景下的漂移位置，進而生成相應粒子的概率分布；將不同遇險場景下、相應的隨機粒子在所述電子海圖上的所述漂移概率分布疊加，得到所述多個隨機粒子在所述電子海圖上的綜合漂移概率分布。
7.如權利要求6所述的確定海上搜救區域的方法，其特征在于，在所述根據預存的環境信息，以及搜救目標對應的風壓系數信息計算與遇險場景相應的多個隨機粒子在所述電子海圖上的漂移速度的步驟之前，所述方法還包括以下步驟預存作為所述環境信息的海水表層海流流速，距離海面10米高的風速，以及分別與遇險場景中搜救目標相應的距離海面10米高的下風方向風速斜率系數、下風方向偏移量系數、橫風方向風速斜率系數、橫風方向偏移量系數；所述根據預存的環境信息，以及搜救目標對應的風壓系數信息計算與遇險場景相應的多個隨機粒子在所述電子海圖上的漂移速度的步驟包括以下步驟根據預存的所述距離海面10米高的風速，以及分別與遇險場景中搜救目標相應的所述距離海面10米高的下風方向風速斜率系數、下風方向偏移量系數，計算下風方向風壓矢量，所述距離海面10米高的風速、距離海面10米高的下風方向風速斜率系數、下風方向偏移量系數以及下風方向風壓矢量之間滿足關系Ld = adW1(l+bd，其中，Wltl為所述距離海面10 米高的風速，ad為所述距離海面10米高的下風方向風速斜率系數，bd為所述下風方向偏移量系數，Ld為所述下風方向風壓矢量；根據預存的所述距離海面10米高的風速，以及分別與遇險場景相應的橫風方向風速斜率系數、橫風方向偏移量系數，計算橫風方向風壓矢量，所述距離海面10米高的風速，橫風方向風速斜率系數、橫風方向偏移量系數之間滿足關系L。= a。W1(l+b。，其中，ac為所述橫風方向風速斜率系數，b。為所述橫風方向偏移量系數，Lc為所述橫風方向風壓矢量； 將計算得到的所述下風方向風壓矢量和橫風方向風壓矢量合成風壓矢量； 將合成的所述風壓矢量和預存的所述海水表層海流流速矢量合成得到所述與遇險場景相應的多個隨機粒子在所述電子海圖上的漂移速度。
8.如權利要求7所述的確定海上搜救區域的方法，其特征在于，所述方法在所述根據預存的環境信息，計算預設時間后與遇險場景相應的多個隨機粒子在所述電子海圖上的漂移位移的步驟之前，還包括以下步驟預存作為所述環境信息的距離海面0. 5米深度的海流平均流速，流速擾動的方差，距離海面10米高的風速的平均值，風速擾動的方差，以及分別與遇險場景中搜救目標相應的距離海面10米高的下風方向風速斜率系數、下風方向偏移量系數、橫風方向風速斜率系數、橫風方向偏移量系數以及風壓系數擾動的方差；所述根據預存的環境信息，計算預設時間后與遇險場景相應的多個隨機粒子在所述電子海圖上的漂移位移的步驟包括以下步驟根據預存的所述距離海面10米高的風速的平均值和風速擾動計算得到距離海面10米高的風速，所述距離海面10米高的風速的平均值、風速擾動和距離海面10米高的風速之間滿足關系巧。=|R。+u'||，其中，為所述距離海面10米高的風速的平均值，u'為所述風速擾動，所述風速擾動u'從均值為0，風速擾動方差為0 的圓形正態分布中隨機抽取；根據預存的所述距離海面10米高的下風方向風速斜率系數和風壓系數擾動計算與遇險場景相應的距離海面10米高的下風方向風速斜率系數估計值，所述距離海面10米高的下風方向風速斜率系數、風壓系數擾動和距離海面10米高的下風方向風速斜率系數估計值之間滿足關系叫(1 = ~+1/20，其中， (1為所述距離海面10米高的下風方向風速斜率系數估計值，其中，τ為所述風壓系數擾動，所述風壓系數擾動τ從均值為0，風壓系數擾動方差為σ ^的圓形正態分布中隨機抽取；根據預存的所述下風方向偏移量系數和風壓系數擾動計算與遇險場景相應的距離海面10米高的下風方向偏移量系數估計值，所述下風方向偏移量系數、風壓系數擾動和距離海面10米高的下風方向偏移量系數估計值之間滿足關系bld = bd+ τ /2，其中，bld為所述距離海面10米高的下風方向偏移量系數估計值；根據計算得到的所述下風方向風速斜率系數估計值、下風方向偏移量系數估計值、以及距離海面10米高的風速計算得到下風方向矢量；根據預存的距離海面10米高的橫風方向風速斜率系數和風壓系數擾動計算與遇險場景相應的距離海面10米高的橫風方向風速斜率系數估計值，所述距離海面10米高的橫風方向風速斜率系數、風壓系數擾動和距離海面10米高的橫風方向風速斜率系數估計值之間滿足關系ale = ac+ τ /20，其中，ale為所述距離海面10米高的橫風方向風速斜率系數估計值；根據預存的橫風方向偏移量系數和風壓系數擾動計算與遇險場景相應的距離海面 10米高的橫風方向偏移量系數估計值，所述橫風方向偏移量系數、風壓系數擾動和距離海面10米高的橫風方向偏移量系數估計值之間滿足關系ble = b。+ τ /2，其中，blc為所述距離海面10米高的橫風方向偏移量系數估計值；根據計算得到的所述橫風方向風速斜率系數估計值、橫風方向偏移量系數估計值、以及距離海面10米高的風速計算得到橫風方向風壓矢量；將計算得到的所述下風方向風壓矢量和橫風方向風壓矢量合成風壓矢量； 根據預存的所述距離海面0. 5米深度的海流平均流速，流速擾動計算得到海水表層海流流速，所述距離海面0. 5米深度的海流平均流速、流速擾動和海水表層海流流速之間滿足關系C=&.5+w'，其中，卩“為所述距離海面0.5米深度的海流平均流速，為流速擾0.5動，所述流速擾動W'從均值為0，擾動方差為0。的圓形正態分布中隨機抽取；根據合成的所述風壓矢量以及計算得到的所述海水表層海流流速，計算預設時間后與遇險場景相應的多個隨機粒子在所述電子海圖上的漂移位移，所述風壓矢量、海水表層海流流速和多個隨機粒子在所述電子海圖上的漂移位移之間滿足關系^(O-S0 ==協'，其中，s(t)為預設時間后隨機粒子在電子海圖上的位置，S0為隨機粒子在電子海圖上的初始位置，S(I)-Stl為隨機粒子在所述電子海圖上的漂移位移，t為預設漂移時間，C(t)為海水表層海流流速，L(t)為風壓矢量。
9. 一種確定海上搜救區域的系統，其特征在于，所述系統包括 環境信息存儲單元，用于預存環境信息和電子海圖； 信號接收單元，用于接收搜救目標發送的遇險信號； 粒子生成單元，用于生成分別與所述搜救目標等效的多個隨機粒子； 綜合初始概率分布計算單元，用于根據所述信號接收單元接收到的所述遇險信號，計算所述粒子生成單元生成的所述多個隨機粒子在所述環境信息存儲單元存儲的所述電子海圖上的綜合初始概率分布；綜合漂移概率分布計算單元，用于根據所述綜合初始概率分布計算單元計算得到的所述綜合初始概率分布和所述環境信息存儲單元預存的所述環境信息，計算預設時間后所述粒子生成單元生成的所述多個隨機粒子在所述電子海圖上的綜合漂移概率分布；顯示單元，用于顯示所述綜合漂移概率分布計算單元計算得到的所述綜合漂移概率分布；搜救域指定單元，用于根據所述綜合漂移概率分布計算單元計算得到的所述綜合漂移概率分布指定最優搜救域。
10. 一種搜救模擬器，其特征在于，所述搜救模擬器包括一確定海上搜救區域的系統， 所述確定海上搜救區域的系統包括環境信息存儲單元，用于預存環境信息和電子海圖； 信號接收單元，用于接收搜救目標發送的遇險信號； 粒子生成單元，用于生成分別與所述搜救目標等效的多個隨機粒子； 綜合初始概率分布計算單元，用于根據所述信號接收單元接收到的所述遇險信號，計算所述粒子生成單元生成的所述多個隨機粒子在所述環境信息存儲單元存儲的所述電子海圖上的綜合初始概率分布；綜合漂移概率分布計算單元，用于根據所述綜合初始概率分布計算單元計算得到的所述綜合初始概率分布和所述環境信息存儲單元預存的所述環境信息，計算預設時間后所述粒子生成單元生成的所述多個隨機粒子在所述電子海圖上的綜合漂移概率分布；顯示單元，用于顯示所述綜合漂移概率分布計算單元計算得到的所述綜合漂移概率分布；搜救域指定單元，用于根據所述綜合漂移概率分布計算單元計算得到的所述綜合漂移概率分布指定最優搜救域。
全文摘要
本發明公開了一種確定海上搜救區域的方法、系統及搜救模擬器。其中的方法包括接收搜救目標發送的遇險信號，生成分別與搜救目標等效的多個隨機粒子；根據遇險信號，計算多種遇險場景下的多個隨機粒子在電子海圖上的綜合初始概率分布；根據綜合初始概率分布和預存的環境信息，計算預設時間后多個隨機粒子在所述電子海圖上的綜合漂移概率分布并顯示，之后根據綜合漂移概率分布指定最優搜救域。由于該方法綜合考慮了遇險目標的多種遇險場景，使得其可以更加精確的確定海上搜救區域，降低了搜救風險，為搜救目標爭取了寶貴的搜救時間。
文檔編號G01M10/00GK102221448SQ20111013259
公開日2011年10月19日 申請日期2011年5月20日 優先權日2011年5月20日
發明者任俊生, 任鴻翔, 劉秀文, 孫霄峰, 尹勇, 張新宇, 張顯庫, 張百安, 張秀鳳, 李志華, 肖方兵, 谷偉, 金一丞, 馬烈 申請人:大連海事大學