大范围海上搜寻区域剖分与航迹规划方法研究

In order to cope with heavy task situation(with large search region and tight time) caused by plane crash accident at sea, a large number of aircraft and ships needed to carry out search operations coordinately, thereby maximizing the efficiency of search action. Thus, this project researches area decomposition method for large region marine search at sea, that is, subdivide the whole wide search area into non-overlapping sub-regions, provides theoretical basis and technical support for computing scientific search sub-area. It absorbs the polygon decomposition idea in computational geometry, taking full consideration to the factors such as the shape and size of waters as well as its weather and sea conditions, combined with initial position, maximum speed, maneuverability of search efforts, to establish proper area decomposition algorithm for marine search. This algorithm can provide foundation for dispatching search tasks scientifically. Then, this project study route planning method for each search effort within irregular search sub-area after the whole search area being split, resolve the problem that traditional search methods can not efficiently covering the irregular area. By creating the safe and efficient search route for each search effort, SAR commanding officer can master the search situation accurately. Finally, this research project can extract a common area subdivision algorithm with complex constraints, enriching the theoretical system of computational geometry.

为了应对海上空难事故所引起的搜寻区域范围广、时间紧、任务重的局面，需要出动大量航空器和舰船协同开展搜寻行动，才能最大程度地提高搜寻效率。为此，研究面向大范围海上搜寻行动的区域剖分问题，即将整个大范围区域从内部分割成互不重叠的子区域，从而为搜寻分区的科学划定提供理论基础和技术支撑。本项目借鉴计算几何学中多边形剖分的思想，充分考虑待搜寻海域的几何形状、面积、气象海况条件等客观因素，结合搜寻力量的初始位置、最大航速、搜寻能力、操纵性能等自身因素，建立适于海上搜寻的区域剖分算法，为任务区域的科学指派提供依据。针对搜寻区域剖分结果，研究不规则形状分区内的搜寻力量航迹规划方法，解决传统搜寻方式无法高效实施搜寻覆盖的问题，为每个搜寻力量规划出安全、高效的搜寻路径，便于搜救指挥人员准确掌握搜寻态势。最后，通过本项目的研究，提炼出一种通用的具有复杂约束条件的几何区域剖分算法，丰富计算几何学的理论体系。

我国所处的亚太地区是全球最大的航空运输市场。航空器的失联、失事等事故频发，造成了十分惨重的人员、财产损失。由于航空器的飞行速度远远高于船舶的航行速度，当空难事故发生在浩瀚的海洋上，会导致搜救行动涉及的海域范围巨大，加之参与搜救的力量来自不同的国家和地区以及海上特殊的气象地理环境，使得搜救任务变得十分艰巨。如何对搜寻任务进行合理的分配，使得搜寻行动能够协同开展，提高大范围海上搜救的成功率已成为世界航空和海运业需要共同面对的重大课题。为此本项目开展了以下研究工作：.1.研制了一种大范围海上搜寻区域剖分算法。该算法可根据各搜寻力量的搜寻能力（覆盖面积）和CSP（搜寻起始点）将待搜寻海域剖分成搜寻分区，并充分考虑了各分区的形状特征，从而保证了搜寻分区划定的科学性和实用性，实现了搜寻任务从纯粹的“数量关系”（各个搜寻力量所能覆盖的面积大小）到“几何关系”（各个搜寻力量搜寻覆盖的具体分区形状和位置）的转换。.2.建立了一种多智能体海上搜寻任务分配模型。将多智能体技术应用于海上搜寻任务分配问题，提出基于改进拍卖规则的多智能体海上搜寻任务分配方法。该方法能够实现全局最优的海上搜寻任务分配，并且在搜救现场情况发生变化时，能够动态地调整任务分配方案，为海上搜救行动提供辅助决策支持。.3.为了使本项目研制的算法和模型能够高效地应用于海上搜救实践，研究了在e-航海环境下的海上搜救服务集的建立方法。通过将算法和模型封装成标准的海上搜救服务集，供船-岸、船-船之间使用，可提高海上搜救信息交换的准确性和效率，实现搜救信息的标准化。.大范围海上搜寻区域剖分问题是一个复杂的计算几何学问题，又是一个具有重要现实意义的科学问题。本项目所建立的海上搜寻区域剖分算法具有一定的通用性，也可应用于陆地相关目标的搜寻。如在广袤的沙漠地区搜寻失踪人员时搜寻区域剖分；天然林区利用多架直升机或无人航空器进行火源探测时任务区域的剖分等。