基于市场机制的通用航空应急救援任务分配研究

摘要

在国家科技部重点专项“公共安全风险防控与应急技术装备”的带动下，其子项目“航空应急救援关键技术研究及应用示范”将通用航空应急救援推向了应急管理研究的焦点。航空应急救援系统是由多航空器通过协同作业完成应急事件响应的复杂系统，随着救援任务的持续、动态发布，大量具有一定自主性的异构救援飞行器在救援情境中展开一系列的任务协商决策和救援活动执行。由于应急事件的突发性和随机性，航空救援系统的动态性和不确定性强，且任务分配的影响因素众多，随着系统航空器数量的增加，该分布式系统的控制和协商将愈发困难。由于我国通用航空发展的滞后，通航应急救援效能评估研究已成为我国应急救援发展的迫切需求。 本研究首先以模糊神经网络为工具，探究了具体救援作业的适航性量化计算问题，之后引入了基于市场机制思想的合同网协议作为任务分配框架，并在此基础上设计了救援任务分配问题的多机协同决策方法。本研究旨在形成能具有通航专业性的、能够支持多机动态协商的救援任务分配机制，为大规模救援情景下的多航空器协同救援提供支持。 针对救援飞行作业的适航度量化评估问题，本研究从航空器自身机械性能角度出发，使用模糊神经网络模型进行救援作业的适航度评估建模，并使用EC-135直升机的救援历史数据进行模型训练，旨在形成飞行作业适航度评估的量化计算模型。该量化输出结果一方面为飞机能否胜任任务提供了定性指导，另一方面为多任务分配方案之间的优劣比较提供了基础。 之后本研究引入了基于市场法的任务分配框架，以合同网协议为基础设计了多机协同情景下的救援任务分配协商机制。该方法使用了“任务拍卖”的思想，将救援进程中子任务的分配权交给自治的救援子系统，并模拟拍卖过程完成任务执行权的竞争，通过个体效用最佳的方式形成系统整体任务分配效果的优化。针对救援系统的异构性问题，本文引入了“任务能力向量”的概念，对异构航空器救援能力和任务需求进行量化表征，讨论了多机联盟的综合能力量化计算方式，以及单个及多个航空器合作完成任务的能力条件。 本文设计的基于市场机制的任务分配方法适用于大规模应急救援中的多机协同救援的任务分配场景，能够在高度动态的任务环境中完成多飞行器之间的协商过程，其分布式控制方法对救援情景多变、任务动态出现的情形具有良好的适应性，且容易实现和应用。同时使用FNN的救援作业适航度的量化计算方法解决了知识性规则和救援经验的融合问题，补充和改进了现有市场法任务分配方法在领域知识结合上的弱点。

目录

第一个书签之前