多救援直升機多目標分配與航跡規(guī)劃研究

呂兆良

摘要：我國當前的科學技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)取得了較為優(yōu)異的成績，這在很大的程度上對一些較大的自然災(zāi)害也起到了促進作用，在自然災(zāi)害發(fā)生之后通過航空直升機進行救援在效率上能夠大大的提高，由于受到地理環(huán)境空間的限制較少，這就為救援的呈現(xiàn)出了比較好的效果。本文主要對多救援直升機多目標分配和航跡規(guī)劃的相關(guān)問題進行深入的研究，希望能夠通過此次的努力對實際起到一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：多救援直升機;多目標分配;航跡規(guī)劃

引言

航跡規(guī)劃是民用直升機在執(zhí)行搜救任務(wù)的時候之前的一個重要飛行的準備工作，尤其是在一些地形比較復(fù)雜的地區(qū)，人工的規(guī)劃航跡的效率就會相對較地，并且在合理度方面也缺乏合理性，所以將其和多救援直升機多目標分配相結(jié)合就有著突破性的發(fā)展。

1.多救援直升機多目標分配的航跡規(guī)劃

隨著我國社會的不斷發(fā)展，在一些自然災(zāi)害方面也呈現(xiàn)出頻發(fā)的趨勢，這對于人們的安全以及生活都造成了很大的影響，在這些災(zāi)難發(fā)生后就需要安排多架直升機進行執(zhí)行救援的任務(wù)，受到災(zāi)害的影響就往往會存在著和諸多的搜索目標，倘若是只派單架直升機進行搜救以及救援的工作在效率上就很難達到，耗費的時間也會很長，在大范圍的搜索過程中就比較容易遺漏目標[1]。故此，采取多救援直升機進行實施救援任務(wù)能夠在救援的效率上大大提高，在這一過程當中由于直升機的類型和飛行的性能有著一定的差別，所以就需要進行協(xié)同的來搜索救援，充分的將直升機的作用得到發(fā)揮。

在協(xié)同系統(tǒng)中有著比較顯著的特點，首先就是信息的共享，這也是最為基礎(chǔ)最重要的一點，這一目的主要就是在最大的限度上發(fā)揮協(xié)同系統(tǒng)的實體價值，通過相關(guān)的信息共享來創(chuàng)造更大的價值。然后就是整合任務(wù)，在多救援直升機的協(xié)同過程中，在各自方面雖然有著獨立性，但也有著緊密的聯(lián)系性，故此在實際的系統(tǒng)作業(yè)過程中要能夠?qū)ζ溥M行充分的整合。最后就是優(yōu)化資源配置的特點，在以上的特點實現(xiàn)之后就需要對系統(tǒng)的軟件以及硬件進行應(yīng)用，突破了一些阻礙，進而得到統(tǒng)一的管理和協(xié)調(diào)的發(fā)展，這樣更能夠有效的實現(xiàn)整體的目標。

值得注意的是，在進行多救援直升機的多目標分配的過程當中，其實也就是對資源的分配以及調(diào)度，最為主要的目的還是能夠高效的完成任務(wù)，進行合理的分配就顯得格外重要。

圖1 多救援直升機任務(wù)示意

例如：在災(zāi)區(qū)有著多個救援點，這時候就能夠根據(jù)直升機的性能以及設(shè)備等方面的條件將目標進行合理的分配，然后在對所經(jīng)過的目標點的路徑進行詳細的規(guī)劃，要能夠保證目標的覆蓋范圍以及時間的消耗達到最低的限額，同時還要注意直升機之間的沖突，如上圖1所示，在上圖中的數(shù)字是目標點的編號，實線路徑是直升機1的路徑（1、4、9、3、2），而虛線的則是直升機2的飛行路徑（5、8、7、6）[2]。

2.基于多種算法的航跡規(guī)劃探究

在救援直升機在較為復(fù)雜的地區(qū)進行飛行的過程中，和障礙物間就要保持一個安全的間隔，航跡規(guī)劃是救援飛行前的比較重要的準備工作，這對于救援的效率以及安全性的提高有著重要意義，所以采取形態(tài)學的圖像處理膨脹方法對間隔不滿足安全間隔的要求區(qū)域進行壓縮，然后再用骨架化特征這一提取的方法對安全區(qū)的拓撲結(jié)構(gòu)進行提取能夠得到二維飛行平面內(nèi)的可行航路跡解空間[3]。而通過遺傳算法也能夠?qū)桔E規(guī)劃起到較好的效果，這一算法首先就是編碼過程，這也是遺傳算法的一個最為基礎(chǔ)的步驟，編碼的方法會對交叉以及變異等運算方法產(chǎn)生影響，對遺傳算法的效率起到了決定性的作用，而對于多目標的直升機航跡規(guī)劃，筆者主要是采取整數(shù)編碼這一方式，然后就是適應(yīng)度計算，個體適應(yīng)度表示種群中的各個體在優(yōu)化搜索中有可能達到或者是接近或者是對找到優(yōu)解的優(yōu)良程度有著輔助作用，適應(yīng)度函數(shù)的設(shè)計對整個的算法收斂速度以及有效性都會產(chǎn)生很大的影響。

再者就是選擇操作這一環(huán)節(jié)，它主要就是指挑選父代群體中的能夠遺傳下一代的個體的方法，進而選擇操作依照個體適應(yīng)度來進行，適應(yīng)度較高的個體就有著較大的概率遺傳到下一代中。要能夠選擇水平較優(yōu)的路徑，航跡規(guī)劃的本質(zhì)就是對路徑的搜索的問題，而在二維的平面內(nèi)進行求解的最短路徑常采用Dijkstra這一算法，這一算法能夠在最優(yōu)路徑的最優(yōu)解方面得以體現(xiàn)，但是在效率上也是比較低的，在時間的復(fù)雜度上為n2，對多救援直升機的側(cè)向以及縱向和垂直間隔等影響的考慮，在航路的規(guī)劃過程中要能夠?qū)ν档哪康牡睾骄€盡量不要重疊，在高度上要能夠進行適當?shù)恼{(diào)整，所以可以把三維飛行航跡規(guī)劃問題進而轉(zhuǎn)換為高層水平航跡規(guī)劃，這樣在高度層的最短飛行路徑就能得以求出，然后結(jié)合多救援多目標分配的算法來進行制定救援的方案。

3.結(jié)語

總而言之，對于多救援直升機多目標分配和航跡規(guī)劃相結(jié)合能夠有效的提升整個的工作效率，最為主要的還是首先進行多目標點和直升機的可行度評估，然后再采取相關(guān)的措施進行目標點的分配，最后將目標點的最佳的距離轉(zhuǎn)化為旅行商問題，采用多種算法進行對目標點的最佳航跡得到求解，從而有效的為航空的應(yīng)急救援提供可行方案。

參考文獻：

[1]何兵，劉剛，閆建崢，黃寧.基于Voronoi圖和量子遺傳算法的飛行器航跡規(guī)劃方法[J].電光與控制，2013，（01）.

[2]李沛，段海濱.基于改進萬有引力搜索算法的無人機航路規(guī)劃[J].中國科學：技術(shù)科學，2012，（10）.

[3]胡中華，趙敏，姚敏，李可現(xiàn)，吳蕊.一種改進螞蟻算法的無人機多目標三維航跡規(guī)劃[J].沈陽工業(yè)大學學報，2011，（05）.