基于威脅度的uuv多級(jí)生存應(yīng)急自救方法
【專利摘要】基于威脅度的UUV多級(jí)生存應(yīng)急自救方法，涉及一種UUV自救方法。本發(fā)明為了解決現(xiàn)有UUV的自救方式單一且安全性差的問題。所述方法以計(jì)算機(jī)程序的方式嵌入到任務(wù)計(jì)算機(jī)中，包括：用于接收UUV其它計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的故障報(bào)警信息的步驟；用于根據(jù)故障報(bào)警信息，確定引起報(bào)警的危險(xiǎn)事件的步驟；用于根據(jù)確定的危險(xiǎn)事件，確定威脅度的步驟；用于根據(jù)威脅度，確定應(yīng)急預(yù)案的步驟；用于根據(jù)確定的應(yīng)急預(yù)案，進(jìn)行自救的步驟。本發(fā)明用于對(duì)UUV在執(zhí)行使命任務(wù)過程中可能遇到的突發(fā)離散危險(xiǎn)事件自主地采取相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行自救。
【專利說明】
基于威脅度的UUV多級(jí)生存應(yīng)急自救方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種基于威脅度的UUV多級(jí)生存應(yīng)急自救方法，用于對(duì)UUV在使命任務(wù) 過程中可能遇到的突發(fā)事件自主地采取相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行自救。
【背景技術(shù)】
[0002] 水下無人航行器(Unmanned Underwater Vehicle,UUV)作為人類在海洋活動(dòng)中的 重要替代者和執(zhí)行者，已被廣泛應(yīng)用于科學(xué)考察、深海作業(yè)、打拱救生等領(lǐng)域，其應(yīng)用前景 極其廣泛。但由于海洋環(huán)境的復(fù)雜性、使命任務(wù)的艱巨性、UUV的無人現(xiàn)場(chǎng)特性，UUV在海洋 中執(zhí)行使命任務(wù)時(shí)常面臨著各種各樣的危險(xiǎn)，表現(xiàn)為各種離散危險(xiǎn)事件。如果因發(fā)生各種 離散危險(xiǎn)事件造成UUV失事或沉入海底，將會(huì)造成極大損失，因此，UUV的應(yīng)急自救能力對(duì)于 提高UUV的生存力具有重要意義。
[0003] 現(xiàn)階段UUV的自救，常用方法是在UUV主體上安裝一套相對(duì)獨(dú)立的自救系統(tǒng)裝置， 并在UUV下水前配置好自救用的壓載物和救生信標(biāo)。當(dāng)UUV在水下出現(xiàn)故障不能正常上浮 時(shí)，水面工作人員通過水聲裝置發(fā)送自救命令，一旦自救系統(tǒng)接收到水聲自救命令，自救系 統(tǒng)的控制器就驅(qū)動(dòng)自救執(zhí)行機(jī)構(gòu)拋出壓載物，為UUV提供足夠的浮力而使其能上浮。當(dāng)UUV 上浮到水面后，借助于衛(wèi)星通信、無線電通信或燈火煙霧等手段向母船示位，待母船發(fā)現(xiàn) 后，靠近UUV并將UUV收回，從而實(shí)現(xiàn)UUV的自救。運(yùn)種自救方式單一，且因救援不及時(shí)，安全 性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有UUV的自救方式單一且安全性差的問題，本發(fā)明提 供一種基于威脅度的UUV多級(jí)生存應(yīng)急自救方法。
[0005] 本發(fā)明的基于威脅度的UUV多級(jí)生存應(yīng)急自救方法，所述方法W計(jì)算機(jī)程序的方 式嵌入到任務(wù)計(jì)算機(jī)中，包括如下步驟：
[0006] 用于接收UUV其它計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的故障報(bào)警信息的步驟；
[0007] 用于根據(jù)故障報(bào)警信息，確定引起報(bào)警的危險(xiǎn)事件的步驟；
[0008] 用于根據(jù)確定的危險(xiǎn)事件，確定威脅度的步驟；
[0009] 用于根據(jù)威脅度，確定應(yīng)急預(yù)案的步驟；
[0010] 用于根據(jù)確定的應(yīng)急預(yù)案，進(jìn)行自救的步驟。
[0011] 所述用于根據(jù)故障報(bào)警信息，確定引起報(bào)警的危險(xiǎn)事件的步驟具體為：
[0012] 用于根據(jù)故障報(bào)警信息，確定引起報(bào)警的危險(xiǎn)事件是離散危險(xiǎn)事件集E中哪一個(gè) 的步驟；
[0013] 所述離散危險(xiǎn)事件集E包括：
[0014] 環(huán)境中存在障礙物、海流過大超過設(shè)定等級(jí)、傳感器故障、主推進(jìn)器故障、艙機(jī)故 障、UUV在水中超深或過淺、超出安全區(qū)域和超出UUV人工智能認(rèn)知范圍的事件。
[0015] 所述威脅度為輕微、中等、較嚴(yán)重、嚴(yán)重和極嚴(yán)重中的一種。
[0016] 所述用于根據(jù)確定的危險(xiǎn)事件，確定威脅度的步驟包括：
[0017] 危險(xiǎn)事件為環(huán)境中存在障礙物時(shí)，其威脅度為輕微；
[0018] 危險(xiǎn)事件為海流過大超過設(shè)定等級(jí)是，其威脅度為中等；
[0019] 危險(xiǎn)事件為UUV實(shí)際運(yùn)行中與作業(yè)任務(wù)有關(guān)的傳感器發(fā)生故障，其威脅度為中等；
[0020] 危險(xiǎn)事件為UUV實(shí)際運(yùn)行中執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的主推進(jìn)器發(fā)生故障，其威脅度為較嚴(yán)重；
[0021] 危險(xiǎn)事件為UUV實(shí)際運(yùn)行中執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的艙機(jī)發(fā)生故障，其威脅度為較嚴(yán)重；
[0022] 危險(xiǎn)事件為UUV在水中超過設(shè)定深度或距離海底過淺，其威脅度為嚴(yán)重；
[0023] 危險(xiǎn)事件為UUV實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)超出UUV人工智能認(rèn)知范圍的事件，其威脅度為嚴(yán) 重；
[0024] 危險(xiǎn)事件為UUV超出設(shè)定安全區(qū)域，其威脅度為極嚴(yán)重。
[0025] 所述用于根據(jù)威脅度，確定應(yīng)急預(yù)案的步驟包括：
[0026] 威脅度是輕微時(shí)，相應(yīng)的UUV應(yīng)急預(yù)案是自主避障；
[0027] 威脅度是中等時(shí)，相應(yīng)的UUV應(yīng)急預(yù)案是重規(guī)劃；
[0028] 威脅度是較嚴(yán)重時(shí)，相應(yīng)的UUV應(yīng)急預(yù)案是緊急停車；
[0029] 威脅度是嚴(yán)重時(shí)，相應(yīng)的UUV應(yīng)急預(yù)案是高壓吹除；
[0030] 威脅度是極嚴(yán)重時(shí)，相應(yīng)的UUV應(yīng)急預(yù)案是應(yīng)急拋載。
[0031] 所述超出UUV人工智能認(rèn)知范圍的事件為：
[0032] 危險(xiǎn)事件發(fā)生時(shí)UUV當(dāng)前狀態(tài)與正常狀態(tài)不同，且不能給出準(zhǔn)確的事件定義或描 述的危險(xiǎn)事件。
[0033] 本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明用于對(duì)UUV在執(zhí)行使命任務(wù)過程中可能遇到的突 發(fā)離散危險(xiǎn)事件自主地采取相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行自救?？紤]到UUV的自身?xiàng)l件及作業(yè)環(huán)境， 分析其可能出現(xiàn)的各種故障和風(fēng)險(xiǎn)，建立UUV可能遇到的離散危險(xiǎn)事件集并對(duì)其進(jìn)行威脅 度評(píng)估，在此基礎(chǔ)上形成多級(jí)應(yīng)急預(yù)案，并將運(yùn)一過程采用嵌入式軟件編程思想移植入水 下UUV的自主控制系統(tǒng)中，一旦UUV在航行過程中遇到危險(xiǎn)情況，可根據(jù)危險(xiǎn)事件的威脅度 判斷結(jié)果采取相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行自我施救，從很大程度上提升了 UUV的航行安全。
【附圖說明】
[0034] 圖1為【具體實(shí)施方式】中離散危險(xiǎn)事件集E、威脅度和應(yīng)急預(yù)案關(guān)系的原理示意圖。
[0035] 圖2為基于威脅度的UUV多級(jí)應(yīng)急自救過程軟件實(shí)現(xiàn)流程圖
【具體實(shí)施方式】
[0036] 本實(shí)施方式所述的基于威脅度的UUV多級(jí)生存應(yīng)急自救方法，包括：
[0037] 步驟一:建立UUV可能遇到的離散危險(xiǎn)事件集E :
[0038] 充分考慮UUV可能遇到的突發(fā)緊急情況，對(duì)UUV在實(shí)際環(huán)境中運(yùn)行可能遇到的危險(xiǎn) 事件進(jìn)行歸納總結(jié)。本實(shí)施方式中的離散危險(xiǎn)事件集E包括W下離散危險(xiǎn)事件:環(huán)境中存 在障礙物、海流過大超過設(shè)定等級(jí)、傳感器故障、主推進(jìn)器故障、艙機(jī)故障、超深或過淺、超 出安全區(qū)域、超出UUV人工智能認(rèn)知范圍的事件等。
[0039] 步驟二:確定離散危險(xiǎn)事件集E中各離散危險(xiǎn)事件的威脅度V:
[0040] 威脅度的定義是指UUV可能遇到的離散危險(xiǎn)事件對(duì)其正常運(yùn)行帶來的危險(xiǎn)程度， 用集合V表述。不失一般性，本實(shí)施方式中V={輕微，中等，較嚴(yán)重，嚴(yán)重，極嚴(yán)重}。
[0041] 本步驟中確定離散危險(xiǎn)事件的威脅度V是指，采用模糊化方法，設(shè)定一個(gè)適當(dāng)?shù)牧?化值，將V= {輕微，中等，較嚴(yán)重，嚴(yán)重，極嚴(yán)重}表示為V=U, 2,3,4,5}?？芍?，威脅度包括 五個(gè)等級(jí)，數(shù)字越小說明相應(yīng)的離散危險(xiǎn)事件對(duì)UUV的安全威脅度越低。每一個(gè)離散的危險(xiǎn) 事件，其威脅度如下：
[0042] 1)離散危險(xiǎn)事件為環(huán)境中存在障礙物，其威脅度為1;
[0043 ] 2)離散危險(xiǎn)事件為海流過大超過設(shè)定等級(jí)，其威脅度為2;
[0044] 3)離散危險(xiǎn)事件為UUV實(shí)際運(yùn)行中與作業(yè)任務(wù)有關(guān)的傳感器發(fā)生故障，其威脅度 為2;
[0045] 4)離散危險(xiǎn)事件為UUV實(shí)際運(yùn)行中執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的主推進(jìn)器發(fā)生故障，其威脅度為 3；
[0046] 5)離散危險(xiǎn)事件為UUV實(shí)際運(yùn)行中執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的艙機(jī)發(fā)生故障，其威脅度為3;
[0047] 6)離散危險(xiǎn)事件為UUV在水中超過設(shè)定深度或距離海底過淺，其威脅度為4;
[0048] 7)離散危險(xiǎn)事件為UUV實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)超出UUV人工智能認(rèn)知范圍，其威脅度為4， 超出UUV人工智能認(rèn)知范圍事件，此種事件稍為特殊，具體指暫不能給出準(zhǔn)確的事件定義或 描述、但UUV的行為表現(xiàn)與正常狀況時(shí)不一致，因此也需應(yīng)急自救處理；
[0049] 8)離散危險(xiǎn)事件為UUV超出設(shè)定安全區(qū)域，其威脅度為5。
[0050] 步驟建立基于步驟二中確定的威脅度的應(yīng)急預(yù)案：
[0051 ]本步驟是將應(yīng)急自救方法按照離散危險(xiǎn)事件威脅度進(jìn)行多級(jí)化分形成應(yīng)急預(yù)案， 如圖1所示。UUV遇到危險(xiǎn)時(shí)的應(yīng)急預(yù)案劃分為5級(jí)，具體如下：
[0052] 1)威脅度是1時(shí)，相應(yīng)的UUV應(yīng)急自救方法是自主避障；
[0053] 2)威脅度是2時(shí)，相應(yīng)的UUV應(yīng)急自救方法是重規(guī)劃，重規(guī)劃就是重新規(guī)劃UUV的使 命任務(wù)，使UUV終止執(zhí)行當(dāng)前的任務(wù)并按照新的任務(wù)規(guī)劃結(jié)果執(zhí)行任務(wù)；
[0054] 3)威脅度是3時(shí)，相應(yīng)的UUV應(yīng)急自救方法是緊急停車，緊急停車是將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的 控制信號(hào)清零并將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)備電斷開；
[005引 4)威脅度是4時(shí)，相應(yīng)的UUV應(yīng)急自救方法是高壓吹除，高壓吹除是指通過將UUV內(nèi) 部攜帶的高壓氣瓶打開使其釋放一定的高壓氣吹除UUV載體內(nèi)的水促使UUV上?。?br>[0056] 5)威脅度是5時(shí)，相應(yīng)的UUV應(yīng)急自救方法是應(yīng)急拋載，應(yīng)急拋載是指通過拋出UUV 所攜帶的重鉛塊的方式減少UUV的重量使其上浮。
[0化7] 步驟四：生成UUV多級(jí)生存應(yīng)急自救表；
[0058] 本步驟中的UUV多級(jí)生存應(yīng)急自救表如下表1所示。表中，將應(yīng)急預(yù)案與威脅度結(jié) 合起來，完成UUV緊急情況威脅度評(píng)估和應(yīng)急自救過程。
[0059] 表1基于威脅度的UUV多級(jí)生存應(yīng)急自救表
[0060]
[0061] 步驟五:將UUV多級(jí)生存應(yīng)急自救表W計(jì)算機(jī)程序的方式寫入U(xiǎn)UV的任務(wù)計(jì)算機(jī) 中；
[0062] 步驟六：當(dāng)UUV在水下運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生異常時(shí)，UUV的其它計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)通過報(bào)警的方 式向任務(wù)控制計(jì)算機(jī)發(fā)送故障報(bào)警信息；
[0063] 步驟屯:任務(wù)控制計(jì)算機(jī)根據(jù)其它計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的故障報(bào)警信息，評(píng)估威脅度， 并實(shí)施應(yīng)急預(yù)案，進(jìn)行自救。若該故障報(bào)警提示的離散危險(xiǎn)事件不屬于離散危險(xiǎn)事件集合 E則由監(jiān)控人員進(jìn)行人工施援，具體過程如圖2所示。
[0064] 本步驟中的任務(wù)控制計(jì)算機(jī)對(duì)UUV的狀態(tài)及作業(yè)環(huán)境等進(jìn)行監(jiān)控，它與UUV的其它 計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交互，實(shí)時(shí)接收其它計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)采集并發(fā)送的UUV狀態(tài)、位姿 等信息及海洋環(huán)境信息。當(dāng)有故障報(bào)警信息時(shí)，結(jié)合UUV多級(jí)生存應(yīng)急自救模塊對(duì)威脅度進(jìn) 行評(píng)估，并采取相應(yīng)應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行自救。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于威脅度的UUV多級(jí)生存應(yīng)急自救方法，其特征在于，所述方法以計(jì)算機(jī)程序 的方式嵌入到任務(wù)計(jì)算機(jī)中，包括如下步驟： 用于接收UUV其它計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的故障報(bào)警信息的步驟； 用于根據(jù)故障報(bào)警信息，確定引起報(bào)警的危險(xiǎn)事件的步驟； 用于根據(jù)確定的危險(xiǎn)事件，確定威脅度的步驟； 用于根據(jù)威脅度，確定應(yīng)急預(yù)案的步驟； 用于根據(jù)確定的應(yīng)急預(yù)案，進(jìn)行自救的步驟。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于威脅度的UUV多級(jí)生存應(yīng)急自救方法，其特征在于，所述 用于根據(jù)故障報(bào)警信息，確定引起報(bào)警的危險(xiǎn)事件的步驟具體為： 用于根據(jù)故障報(bào)警信息，確定引起報(bào)警的危險(xiǎn)事件是離散危險(xiǎn)事件集Σ中哪一個(gè)的步 驟； 所述離散危險(xiǎn)事件集Σ包括： 環(huán)境中存在障礙物、海流過大超過設(shè)定等級(jí)、傳感器故障、主推進(jìn)器故障、舵機(jī)故障、 UUV在水中超深或過淺、超出安全區(qū)域和超出UUV人工智能認(rèn)知范圍的事件。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于威脅度的UUV多級(jí)生存應(yīng)急自救方法，其特征在于，所 述威脅度為輕微、中等、較嚴(yán)重、嚴(yán)重和極嚴(yán)重中的一種。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于威脅度的UUV多級(jí)生存應(yīng)急自救方法，其特征在于，所述 用于根據(jù)確定的危險(xiǎn)事件，確定威脅度的步驟包括： 危險(xiǎn)事件為環(huán)境中存在障礙物時(shí)，其威脅度為輕微； 危險(xiǎn)事件為海流過大超過設(shè)定等級(jí)是，其威脅度為中等； 危險(xiǎn)事件為UUV實(shí)際運(yùn)行中與作業(yè)任務(wù)有關(guān)的傳感器發(fā)生故障，其威脅度為中等； 危險(xiǎn)事件為UUV實(shí)際運(yùn)行中執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的主推進(jìn)器發(fā)生故障，其威脅度為較嚴(yán)重； 危險(xiǎn)事件為UUV實(shí)際運(yùn)行中執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的舵機(jī)發(fā)生故障，其威脅度為較嚴(yán)重； 危險(xiǎn)事件為UUV在水中超過設(shè)定深度或距離海底過淺，其威脅度為嚴(yán)重； 危險(xiǎn)事件為UUV實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)超出UUV人工智能認(rèn)知范圍的事件，其威脅度為嚴(yán)重； 危險(xiǎn)事件為UUV超出設(shè)定安全區(qū)域，其威脅度為極嚴(yán)重。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于威脅度的UUV多級(jí)生存應(yīng)急自救方法，其特征在于，所述 用于根據(jù)威脅度，確定應(yīng)急預(yù)案的步驟包括： 威脅度是輕微時(shí)，相應(yīng)的UUV應(yīng)急預(yù)案是自主避障； 威脅度是中等時(shí)，相應(yīng)的UUV應(yīng)急預(yù)案是重規(guī)劃； 威脅度是較嚴(yán)重時(shí)，相應(yīng)的UUV應(yīng)急預(yù)案是緊急停車； 威脅度是嚴(yán)重時(shí)，相應(yīng)的UUV應(yīng)急預(yù)案是高壓吹除； 威脅度是極嚴(yán)重時(shí)，相應(yīng)的UUV應(yīng)急預(yù)案是應(yīng)急拋載。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于威脅度的UUV多級(jí)生存應(yīng)急自救方法，其特征在于，所述 超出UUV人工智能認(rèn)知范圍的事件為： 危險(xiǎn)事件發(fā)生時(shí)UUV當(dāng)前狀態(tài)與正常狀態(tài)不同，且不能給出準(zhǔn)確的事件定義或描述的 危險(xiǎn)事件。
【文檔編號(hào)】G05D1/02GK105955270SQ201610317336
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月12日
【發(fā)明人】徐健, 宋曉萍, 徐銘澤, 嚴(yán)浙平, 張耕實(shí)
【申請(qǐng)人】哈爾濱工程大學(xué)