呂兆良

摘要：我國當(dāng)前的科學(xué)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(jìn)作用，在自然災(zāi)害發(fā)生之后通過航空直升機(jī)進(jìn)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(jī)多目標(biāo)分配和航跡規(guī)劃的相關(guān)問題進(jìn)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(jī);多目標(biāo)分配;航跡規(guī)劃

引言

航跡規(guī)劃是民用直升機(jī)在執(zhí)行搜救任務(wù)的時候之前的一個重要飛行的準(zhǔn)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(jī)多目標(biāo)分配相結(jié)合就有著突破性的發(fā)展。

1.多救援直升機(jī)多目標(biāo)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(jī)進(jìn)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(biāo)，倘若是只派單架直升機(jī)進(jìn)行搜救以及救援的工作在效率上就很難達(dá)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(biāo)[1]。故此，采取多救援直升機(jī)進(jìn)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(dāng)中由于直升機(jī)的類型和飛行的性能有著一定的差別，所以就需要進(jìn)行協(xié)同的來搜索救援，充分的將直升機(jī)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(jī)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(jìn)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(jìn)行應(yīng)用，突破了一些阻礙，進(jìn)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(biāo)。

值得注意的是，在進(jìn)行多救援直升機(jī)的多目標(biāo)分配的過程當(dāng)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(jìn)行合理的分配就顯得格外重要。

圖1 多救援直升機(jī)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(jī)的性能以及設(shè)備等方面的條件將目標(biāo)進(jìn)行合理的分配，然后在對所經(jīng)過的目標(biāo)點的路徑進(jìn)行詳細(xì)的規(guī)劃，要能夠保證目標(biāo)的覆蓋范圍以及時間的消耗達(dá)到最低的限額，同時還要注意直升機(jī)之間的沖突，如上圖1所示，在上圖中的數(shù)字是目標(biāo)點的編號，實線路徑是直升機(jī)1的路徑（1、4、9、3、2），而虛線的則是直升機(jī)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(jī)在較為復(fù)雜的地區(qū)進(jìn)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(zhǔn)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(xué)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(jìn)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)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(biāo)的直升機(jī)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(dá)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(jìn)而選擇操作依照個體適應(yīng)度來進(jìn)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(jìn)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(jī)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(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，所以可以把三維飛行航跡規(guī)劃問題進(jìn)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(biāo)分配的算法來進(jìn)行制定救援的方案。

3.結(jié)語

總而言之，對于多救援直升機(jī)多目標(biāo)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(jìn)行多目標(biāo)點和直升機(jī)的可行度評估，然后再采取相關(guān)的措施進(jìn)行目標(biāo)點的分配，最后將目標(biāo)點的最佳的距離轉(zhuǎn)化為旅行商問題，采用多種算法進(jìn)行對目標(biāo)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(xiàn)：

[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(jìn)萬有引力搜索算法的無人機(jī)航路規(guī)劃[J].中國科學(xué)：技術(shù)科學(xué)，2012，（10）.

[3]胡中華，趙敏，姚敏，李可現(xiàn)，吳蕊.一種改進(jìn)螞蟻算法的無人機(jī)多目標(biāo)三維航跡規(guī)劃[J].沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2011，（05）.