一种确定海上搜救区域的方法、系统及搜救模拟器

摘要

本发明公开了一种确定海上搜救区域的方法、系统及搜救模拟器。其中的方法包括：接收搜救目标发送的遇险信号，生成分别与搜救目标等效的多个随机粒子；根据遇险信号，计算多种遇险场景下的多个随机粒子在电子海图上的综合初始概率分布；根据综合初始概率分布和预存的环境信息，计算预设时间后多个随机粒子在所述电子海图上的综合漂移概率分布并显示，之后根据综合漂移概率分布指定最优搜救域。由于该方法综合考虑了遇险目标的多种遇险场景，使得其可以更加精确的确定海上搜救区域，降低了搜救风险，为搜救目标争取了宝贵的搜救时间。

说明书

技术领域

本发明属于海上搜救技术领域，尤其涉及一种确定海上搜救区域的方法、系统及搜救模拟器。

背景技术

海难事故发生后，能否有效迅速地找到搜救目标并实施救助，对于减少生命和财产损失具有重要意义。由于搜救目标易于受到风、浪、流等因素的综合影响而不断漂移，特别是海难事故往往发生在恶劣气象条件下，使得确定搜救目标的位置存在很大困难，因此，如何准确地确定包含搜救目标的搜救区域成为搜救过程中的重要环节之一。

现有技术提供的确定海上搜救区域的方法是基于经典的搜寻规划方法(Classical Search Planning Method，CSPM)，该方法起源于第二次世界大战期间由于反潜战需要而创立的搜索理论。由于当时计算机普及程度不高，使得该方法主要采用纸笔计算，仅适于简单搜救条件下的搜寻规划，而不考虑多种可能影响搜救区域的不确定因素，如：风场数据误差、流场数据误差等，进而使得采用该方法确定的搜救区域存在误差，不能精确的确定包含搜救目标的搜救区域，加大了搜救风险，搜救目标极有可能由于确定的搜救区域不准确而得不到及时的救助，从而延误了搜救时间。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种确定海上搜救区域的方法，以解决现有技术提供的确定海上搜救区域的方法基于经典的搜寻规划方法确定搜救区域，使得确定的搜救区域存在误差，加大了搜救风险的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种确定海上搜救区域的方法，所述方法包括以下步骤：

接收搜救目标发送的遇险信号，生成分别与所述搜救目标等效的多个随机粒子；

根据所述遇险信号，计算多种遇险场景下的所述多个随机粒子在电子海图上的综合初始概率分布；

根据所述综合初始概率分布和预存的环境信息，计算预设时间后所述多个随机粒子在所述电子海图上的综合漂移概率分布并显示，之后根据所述综合漂移概率分布指定最优搜救域。

其中，所述计算多种遇险场景下的所述多个随机粒子在电子海图上的综合初始概率分布的步骤可以包括以下步骤：

计算所述多个随机粒子分别在相应的遇险场景下、在电子海图上的初始概率分布；

将不同遇险场景下的、相应的随机粒子在所述电子海图上的所述初始概率分布叠加，得到所述多个随机粒子在所述电子海图上的综合初始概率分布。

进一步地，所述计算所述多个随机粒子分别在相应的遇险场景下、在电子海图上的初始概率分布的步骤可以包括以下步骤：

预设所述多个遇险场景的权重；

将所述多个随机粒子的数目分别与所述多个遇险场景的权重相乘，得到相应的遇险场景的随机粒子数目；

根据遇险场景对应的初始概率分布，计算与遇险场景相应的随机粒子在对应的概率分布下、在所述电子海图上的初始概率分布。

其中的遇险场景的初始概率分布可以是已知搜救目标最后遇险位置的基于参考基准点的概率分布、已知搜救目标计划航线的基于参考基准线的概率分布或已知搜救目标作业区域的基于参考基准区域的概率分布。

当所述遇险场景的初始概率分布是已知搜救目标最后遇险位置的基于参考基准点的概率分布时，所述搜救目标最后遇险位置在所述电子海图坐标系中的横坐标为X₀、纵坐标为Y₀；所述计算与遇险场景相应的随机粒子在对应的概率分布下、在所述电子海图上的初始概率分布的步骤可以为：

计算与遇险场景相应的随机粒子在均值为(0，0)，均方差为σ₁和σ₂的条件下、在电子海图坐标系中的二维正态分布的概率分布密度其中，X为所述搜救目标在所述电子海图坐标系中的横坐标，Y为所述搜救目标在所述电子海图坐标系中的纵坐标，X与Y相互独立，σ₁＝σ₂；

将得到的所述二维正态分布沿所述横坐标平移X₀，同时将得到的所述二维正态分布沿所述纵坐标平移Y₀，即为所述与遇险场景相应的随机粒子在电子海图上的初始概率分布。

其中，所述根据所述综合初始概率分布和预存的环境信息，计算预设时间后所述多个随机粒子在所述电子海图上的综合漂移概率分布的步骤可以包括以下步骤：

根据预存的环境信息，以及搜救目标对应的风压系数信息计算与遇险场景相应的多个随机粒子在所述电子海图上的漂移速度；

根据预存的环境信息，计算预设时间后与遇险场景相应的多个随机粒子在所述电子海图上的漂移位移；

由所述综合初始概率分布、计算得到的所述漂移速度和漂移位移，得到所述预设时间后所述多个随机粒子在相应遇险场景下的漂移位置，进而生成相应粒子的概率分布；

将不同遇险场景下、相应的随机粒子在所述电子海图上的所述漂移概率分布叠加，得到所述多个随机粒子在所述电子海图上的综合漂移概率分布。

进一步地，在所述根据预存的环境信息，以及搜救目标对应的风压系数信息计算与遇险场景相应的多个随机粒子在所述电子海图上的漂移速度的步骤之前，所述方法还可以包括以下步骤：预存作为所述环境信息的海水表层海流流速，距离海面10米高的风速，以及分别与遇险场景中搜救目标相应的距离海面10米高的下风方向风速斜率系数、下风方向偏移量系数、横风方向风速斜率系数、横风方向偏移量系数；所述根据预存的环境信息，以及搜救目标对应的风压系数信息计算与遇险场景相应的多个随机粒子在所述电子海图上的漂移速度的步骤可以包括以下步骤：

根据预存的所述距离海面10米高的风速，以及分别与遇险场景中搜救目标相应的所述距离海面10米高的下风方向风速斜率系数、下风方向偏移量系数，计算下风方向风压矢量，所述距离海面10米高的风速、距离海面10米高的下风方向风速斜率系数、下风方向偏移量系数以及下风方向风压矢量之间满足关系：L_d＝a_dW₁₀+b_d，其中，W₁₀为所述距离海面10米高的风速，a_d为所述距离海面10米高的下风方向风速斜率系数，b_d为所述下风方向偏移量系数，L_d为所述下风方向风压矢量；

根据预存的所述距离海面10米高的风速，以及分别与遇险场景中搜救目标相应的横风方向风速斜率系数、横风方向偏移量系数，计算横风方向风压矢量，所述距离海面10米高的风速，横风方向风速斜率系数、横风方向偏移量系数之间满足关系：L_c＝a_cW₁₀+b_c，其中，a_c为所述横风方向风速斜率系数，b_c为所述横风方向偏移量系数，L_c为所述横风方向风压矢量；

将计算得到的所述下风方向风压矢量和横风方向风压矢量合成风压矢量；将合成的所述风压矢量和预存的所述海水表层海流流速合成得到所述与遇险场景相应的多个随机粒子在所述电子海图上的漂移速度。

更进一步地，所述根据预存的环境信息，计算预设时间后与遇险场景相应的多个随机粒子在所述电子海图上的漂移位移的步骤之前，还可以包括以下步骤：预存作为所述环境信息的距离海面0.5米深度的海流平均流速，流速扰动的方差，距离海面10米高的风速的平均值，风速扰动的方差，以及分别与遇险场景中搜救目标相应的距离海面10米高的下风方向风速斜率系数、下风方向偏移量系数、横风方向风速斜率系数、横风方向偏移量系数、风压系数扰动的方差；所述根据预存的环境信息，计算预设时间后与遇险场景相应的多个随机粒子在所述电子海图上的漂移位移的步骤可以包括以下步骤：

根据预存的所述距离海面10米高的风速的平均值和风速扰动计算得到距离海面10米高的风速，所述距离海面10米高的风速的平均值、风速扰动和距离海面10米高的风速之间满足关系：其中，为所述距离海面10米高的风速的平均值，u′为所述风速扰动，所述风速扰动u′从均值为0，扰动方差为σ_W的圆形正态分布中随机抽取；

根据预存的所述距离海面10米高的下风方向风速斜率系数和风压系数扰动计算与遇险场景中搜救目标相应的距离海面10米高的下风方向风速斜率系数估计值，所述距离海面10米高的下风方向风速斜率系数、风压系数扰动和距离海面10米高的下风方向风速斜率系数估计值之间满足关系：a_1d＝a_d+τ/20，其中，a_1d为所述距离海面10米高的下风方向风速斜率系数估计值，其中，τ为所述风压系数扰动，所述风压系数扰动τ从均值为0，扰动方差为σ_L的圆形正态分布中随机抽取；根据预存的所述下风方向偏移量系数和风压系数扰动计算与遇险场景中搜救目标相应的距离海面10米高的下风方向偏移量系数估计值，所述下风方向偏移量系数、风压系数扰动和距离海面10米高的下风方向偏移量系数估计值之间满足关系：b_1d＝b_d+τ/2，其中，b_1d为所述距离海面10米高的下风方向偏移量系数估计值；根据计算得到的所述下风方向风速斜率系数估计值、下风方向偏移量系数估计值、以及距离海面10米高的风速计算得到下风方向风压矢量；

根据预存的距离海面10米高的横风方向风速斜率系数和风压系数扰动计算与遇险场景中搜救目标相应的距离海面10米高的横风方向风速斜率系数估计值，所述距离海面10米高的横风方向风速斜率系数、风压系数扰动和距离海面10米高的横风方向风速斜率系数估计值之间满足关系：a_1c＝a_c+τ/20，其中，a_1c为所述距离海面10米高的横风方向风速斜率系数估计值；根据预存的横风方向偏移量系数和风压系数扰动计算与遇险场景中搜救目标相应的距离海面10米高的横风方向偏移量系数估计值，所述横风方向偏移量系数、风压系数扰动和距离海面10米高的横风方向偏移量系数估计值之间满足关系：b_1c＝b_c+τ/2，其中，b_1c为所述距离海面10米高的横风方向偏移量系数估计值；根据计算得到的所述横风方向风速斜率系数估计值、横风方向偏移量系数估计值、以及距离海面10米高的风速计算得到横风方向风压矢量；

将计算得到的所述下风方向风压矢量和横风方向风压矢量合成风压矢量；

根据预存的所述距离海面0.5米深度的海流平均流速，流速扰动计算得到海水表层海流流速，所述距离海面0.5米深度的海流平均流速、流速扰动和海水表层海流流速之间满足关系：其中，为所述距离海面0.5米深度的海流平均流速，w′为流速扰动，所述流速扰动w′从均值为0，扰动方差为σ_C的圆形正态分布中随机抽取；

根据合成的所述风压矢量以及计算得到的所述海水表层海流流速，计算预设时间后与遇险场景相应的多个随机粒子在所述电子海图上的漂移位移，所述风压矢量、海水表层海流流速和多个随机粒子在所述电子海图上的漂移位移之间满足关系：其中，S(t)为预设时间后随机粒子在电子海图上的位置，S₀为随机粒子在电子海图上的初始位置，S(t)-S₀为随机粒子在所述电子海图上的漂移位移，t为预设漂移时间，C(t)为海水表层海流流速，L(t)为风压矢量。

本发明实施例的另一目的在于提供一种确定海上搜救区域的系统，所述系统包括：

环境信息存储单元，用于预存环境信息和电子海图；

信号接收单元，用于接收搜救目标发送的遇险信号；

粒子生成单元，用于生成分别与所述搜救目标等效的多个随机粒子；

综合初始概率分布计算单元，用于根据所述信号接收单元接收到的所述遇险信号，计算所述粒子生成单元生成的所述多个随机粒子在所述环境信息存储单元存储的所述电子海图上的综合初始概率分布；

综合漂移概率分布计算单元，用于根据所述综合初始概率分布计算单元计算得到的所述综合初始概率分布和所述环境信息存储单元预存的所述环境信息，计算预设时间后所述粒子生成单元生成的所述多个随机粒子在所述电子海图上的综合漂移概率分布；

显示单元，用于显示所述综合漂移概率分布计算单元计算得到的所述综合漂移概率分布；

搜救域指定单元，用于根据所述综合漂移概率分布计算单元计算得到的所述综合漂移概率分布指定最优搜救域。

本发明实施例的另一目的在于提供一种搜救模拟器，所述搜救模拟器包括一确定海上搜救区域的系统，所述确定海上搜救区域的系统包括：

环境信息存储单元，用于预存环境信息和电子海图；

信号接收单元，用于接收搜救目标发送的遇险信号；

粒子生成单元，用于生成分别与所述搜救目标等效的多个随机粒子；

综合初始概率分布计算单元，用于根据所述信号接收单元接收到的所述遇险信号，计算所述粒子生成单元生成的所述多个随机粒子在所述环境信息存储单元存储的所述电子海图上的综合初始概率分布；

综合漂移概率分布计算单元，用于根据所述综合初始概率分布计算单元计算得到的所述综合初始概率分布和所述环境信息存储单元预存的所述环境信息，计算预设时间后所述粒子生成单元生成的所述多个随机粒子在所述电子海图上的综合漂移概率分布；

显示单元，用于显示所述综合漂移概率分布计算单元计算得到的所述综合漂移概率分布；

搜救域指定单元，用于根据所述综合漂移概率分布计算单元计算得到的所述综合漂移概率分布指定最优搜救域。

本发明实施例提供的确定海上搜救区域的方法采用随机粒子仿真法，将搜救目标等效成多个随机粒子，并计算出该多个随机粒子在不同遇险场景下、在电子海图上的综合初始概率分布，以及该多个随机粒子在预设时间后的综合漂移概率分布，之后直观的显示该综合漂移概率分布，以指定最优搜救域，由于该方法综合考虑了遇险目标的多种遇险场景，使得其可以更加精确的确定海上搜救区域，降低了搜救风险，为搜救目标争取了宝贵的搜救时间。

附图说明

以下通过附图及具体实施例对本发明进行详细说明。

图1是本发明实施例提供的确定海上搜救区域的方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的风压的分解示意图；

图3是本发明实施例提供的确定海上搜救区域的系统的原理结构图；

图4是采用本发明实施例提供的确定海上搜救区域方法得到的T＝0min，T＝130min，T＝230min时刻的随机粒子的综合漂移概率分布图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明实施例提供的确定海上搜救区域的方法的流程。

在步骤S101中，接收搜救目标发送的遇险信号，生成分别与该搜救目标等效的多个随机粒子。

其中的每一随机粒子均具有与搜救目标相同的属性并受外部海洋环境(如：风、流等)的作用而漂移，且在漂移过程中，每一随机粒子在任一时刻的位置与其之前所处的位置不相关。对于每一随机粒子，其漂移速度受海洋环境因素与搜救目标风压属性因素的共同影响，不同种类的搜救目标(如：落水人员、救生艇等)，具有不同的搜救目标风压属性。

在步骤S102中，根据遇险信号，计算多种遇险场景下的多个随机粒子在电子海图上的综合初始概率分布。其中的遇险信号至少包括搜救目标的位置信息以及通信设备识别码信息，此外，还可以包括遇险时间、遇险性质、必要救助形式、航速、航向、船舶名称、种类、国籍呼号、联系方式等信息。

具体地，该步骤可以包括以下步骤：计算多个随机粒子分别在相应的遇险场景下、在电子海图上的初始概率分布，该遇险场景是指描述幸存者可能发生的情况的一系列事实和假设，通常是由发生遇险事故前到目前一连串或假想的事件的组成，不同的遇险场景由于搜救目标风压属性和/或从遇险信号获取的信息的不同而具有不同的初始概率分布；将不同遇险场景下的、相应的随机粒子在电子海图上的初始概率分布叠加，得到多个随机粒子在电子海图上的综合初始概率分布。

考虑到从遇险信号或其他途径获取的搜救信息的可信度不同，搜救目标一般包含多个遇险场景并且不同的遇险场景具有不同权重，为了更加精确的得到随机粒子的初始概率分布，本发明实施例中，计算多个随机粒子分别在相应的遇险场景下、在电子海图上的初始概率分布的步骤又可以进一步包括以下步骤：预设多个遇险场景的权重；将多个随机粒子的数目分别与多个遇险场景的权重相乘，得到相应的遇险场景的随机粒子数目；根据遇险场景对应的初始概率分布，计算与遇险场景相应的随机粒子在对应的概率分布下、在电子海图上的初始概率分布。例如，假设与该搜救目标等效的随机粒子的数目为J，有N(N≥1)个遇险场景，第n(1≤n≤N)个遇险场景的权重为q_n，则有则第n个遇险场景中的随机粒子数目为q_n×J，该q_n×J个随机粒子服从第n个遇险场景对应的初始概率分布，相应地，计算该q_n×J个随机粒子在第n个遇险场景对应的初始概率分布下、在电子海图上的初始概率分布。

优选地，该遇险场景的初始概率分布可以是已知搜救目标最后遇险位置的基于参考基准点的概率分布、已知搜救目标计划航线的基于参考基准线的概率分布或已知搜救目标作业区域(如：捕鱼作业区域等)的基于参考基准区域的概率分布。在基于参考基准点的概率分布下，与遇险场景相应的随机粒子在电子海图上的分布为一均方差为σ₁和σ₂的二维正态分布，设搜救目标的位置在电子海图坐标系中采用横坐标X表示东西方向坐标、纵坐标Y来表示南北方向坐标，搜救目标发送的搜救目标的位置信息在电子海图坐标系中转换后的坐标为(X₀，Y₀)，则计算与遇险场景相应的随机粒子在对应的概率分布下、在电子海图上的初始概率分布的步骤具体为：计算与遇险场景相应的随机粒子在均值为(0，0)，均方差为σ₁和σ₂的条件下、在电子海图坐标系中的二维正态分布的概率分布密度可以取σ₁＝σ₂，X与Y相互独立，使得该二维正态分布为一圆形正态分布；将得到的该圆形正态分布沿横坐标平移X₀，同时将得到的该圆形正态分布沿纵坐标平移Y₀，即为与遇险场景相应的随机粒子在电子海图上的初始概率分布。在基于参考基准线的概率分布下，与遇险场景相应的随机粒子在电子海图上的分布为一沿搜救目标计划航线横向对称的正态分布，且离该搜救目标计划航线横向距离越近，该位置发生遇险的概率越大，离该搜救目标计划航线横向距离越远，发生遇险的概率越小。在基于参考基准区域的概率分布下，与遇险场景相应的随机粒子在电子海图上的分布为一作业区域内的均匀分布。

在步骤S103中，根据综合初始概率分布和预存的环境信息，以及搜救目标对应的风压系数信息计算预设时间后多个随机粒子在电子海图上的综合漂移概率分布并显示，之后根据该综合漂移概率分布指定最优搜救域。

具体地，根据综合初始概率分布和预存的环境信息，以及搜救目标对应的风压系数信息计算预设时间后多个随机粒子在电子海图上的综合漂移概率分布的步骤包括以下步骤：根据预存的环境信息，以及搜救目标对应的风压系数信息计算与遇险场景相应的多个随机粒子在电子海图上的漂移速度；根据预存的环境信息，计算预设时间后与遇险场景相应的多个随机粒子在电子海图上的漂移位移；由综合初始概率分布、计算得到的漂移方向和漂移位移，得到预设时间后多个随机粒子在相应遇险场景下的漂移位置，进而生成相应粒子的概率分布；将不同遇险场景下、相应的随机粒子在电子海图上的漂移概率分布叠加，得到多个随机粒子在电子海图上的综合漂移概率分布。

对于随机粒子在电子海图上的漂移速度，其是由风压矢量和海水表层海流流速C共同决定的。风压是指由于风作用在搜救目标的水上部分，使得搜救目标产生对周围水的相对运动，其为一矢量，由风压的大小和风压的方向两个量表示。风压的大小是指搜救目标相对于周围水的运动速度大小，风压的方向是指搜救目标偏移下风向的角度，该角度称为风压角。搜救目标的形状、大小、运动方向以及搜救目标水上部分、水下部分的面积之比都对风压存在影响，在实践中一般根据经验的方法确定风压与风速之间的对应关系。如图2示出了风压的分解示意图，其中，L为风压矢量，α为风压角，L_d为风压沿下风方向分解的下风方向风压矢量，L_c为风压沿垂直下风方向分解的横风方向风压矢量，其之间的关系满足：L_d＝|L|cosα；L_c＝|L|sinα。

下风方向风压矢量L_d与距离海面10米高的风速之间的关系满足公式1：L_d＝a_dW₁₀+b_d，其中，W₁₀为距离海面10米高的风速，a_d和b_d为风压回归系数，a_d为距离海面10米高的下风方向风速斜率系数，b_d为下风方向偏移量系数，同理，在已知横风方向风速斜率系数a_c和横风方向偏移量系数b_c的条件下，可得横风方向风压矢量L_c。不同的搜救目标具有不同的风压属性，其a_d、b_d、a_c和b_c的取值也不同，且对于同一搜救目标，其在初始状态下偏移下风方向左右的概率相等，在漂移运动前并不能准确确定漂移的偏离方向，但是一旦沿某一方向漂移，风压的方向将不会再改变。

据此，根据预存的环境信息，以及搜救目标对应的风压系数信息计算与遇险场景相应的多个随机粒子在电子海图上的漂移速度的步骤之前，还包括以下步骤：预存作为环境信息的海水表层海流流速C，距离海面10米高的风速W₁₀，以及分别与搜救目标相应的距离海面10米高的下风方向风速斜率系数a_d、下风方向偏移量系数b_d、横风方向风速斜率系数a_c、横风方向偏移量系数b_c；此时，根据预存的环境信息，以及搜救目标对应的风压系数信息计算与遇险场景相应的多个随机粒子在电子海图上的漂移速度的步骤具体为：根据预存的距离海面10米高的风速W₁₀，以及分别与遇险场景中搜救目标相应的距离海面10米高的下风方向风速斜率系数a_d、下风方向偏移量系数b_d，计算下风方向风压矢量L_d；根据预存的距离海面10米高的风速W₁₀，以及分别与遇险场景中搜救目标相应的横风方向风速斜率系数a_c、横风方向偏移量系数b_c，计算横风方向风压矢量L_c；将计算得到的下风方向风压矢量L_d和横风方向风压矢量L_c合成风压矢量L；将合成的风压矢量L和预存的海水表层海流流速C合成得到与遇险场景相应的多个随机粒子在电子海图上的漂移速度。本领域的技术人员应当了解，为了使得确定的搜救区域更加精确，多个随机粒子在相应的遇险场景下，由偏移下风方向左右的不同，可以得到两个对称的漂移速度方向。

对于随机粒子在电子海图上的漂移位移，由于搜救目标在遇险后，在海上受风、浪、流三类力的共同作用而漂移，根据牛顿第二定律，其加速度方程为：其中，V为搜救目标的漂移速度，∑F为搜救目标所受外力之和，F_a为风的拖拽力，F_w为浪的辐射力，F_c为流的拖拽力，附加质量m′来源于附着在搜救目标表面的水粒子的加速度；而F_w＝1/2C_iwgρ_wL_tA²，其中，C_d和C_cd分别为风的拽力系数和流的拽力系数，C_iw为波浪的反射系数，ρ_a和ρ_w分别为空气的密度和海水的密度，A_a和A_w分别为搜救目标水上部分和水下部分的面积，A为浪的波幅，W_a和L_b分别为海面风速和搜救目标的风致漂移速度，L_t为搜救目标的长度，g为重力加速度。本领域的技术人员应当了解，当搜救目标的长度相对于浪的波长较小(一般小于50米)，例如，当搜救目标为船舶残骸、落水人员、救生艇筏、小型飞机等时，浪的辐射力F_w可以忽略，由此，搜救目标的漂移速度V＝V_curr+V_rel，其中，V_curr为海流对地的速度，其由表层海流与浪致斯托克斯漂移两部分组成，而表层海流包括埃克曼漂移、斜压运动、潮流和惯性流等；V_rel为搜救目标对周围海水的速度，其体现了风和海浪对搜救目标漂移速度的影响，主要受风压的影响，即不考虑浪对搜救目标漂移的影响，搜救目标的漂移速度V可表示为：V＝C+L，其中C为海水表层海流流速，L为风致漂移速度(风压)；此时，搜救目标的漂移位移S(t)-S₀满足公式2：其中，S(t)为预设时间后搜救目标在电子海图上的位置，S₀为搜救目标在电子海图上的初始位置，S(t)-S₀为搜救目标在所述电子海图上的漂移位移，t为预设漂移时间，C(t)为海水表层海流流速，L(t)为风压矢量。

本发明实施例中，W₁₀可以取距离海面10米高的风速平均值来计算得到风压矢量L，表层海流流速C可以取距离海面0.5米深度的海流平均流速，并根据该风压矢量L和表层海流流速C来对随机粒子的漂移速度进行计算，从而求得搜救目标的漂移位移S(t)-S₀。

据此，根据预存的环境信息，计算预设时间后与遇险场景相应的多个随机粒子在电子海图上的漂移位移的步骤之前，还可以包括以下步骤：预存作为环境信息的海水表层海流流速C，距离海面10米高的风速W₁₀，以及分别与遇险场景中搜救目标相应的距离海面10米高的下风方向风速斜率系数a_d、下风方向偏移量系数b_d、横风方向风速斜率系数a_c、横风方向偏移量系数b_c；此时，根据预存的环境信息，计算设时间后与遇险场景相应的多个随机粒子在电子海图上的漂移位移的步骤具体为：根据预存的距离海面10米高的风速W₁₀，以及分别与遇险场景中搜救目标相应的距离海面10米高的下风方向风速斜率系数a_d、下风方向偏移量系数b_d，计算下风方向风压矢量L_d；根据预存的距离海面10米高的风速W₁₀，以及分别与遇险场景中搜救目标相应的横风方向风速斜率系数a_c、横风方向偏移量系数b_c，计算横风方向风压矢量L_c；将计算得到的下风方向风压矢量L_d和横风方向风压矢量L_c合成得到风压矢量L；根据合成的风压矢量L以及预存的海水表层海流流速C，计算多个随机粒子在电子海图上的漂移位移。

进一步地，为了提高确定的搜救区域的精确性，本发明实施例在计算与遇险场景相应的多个随机粒子在电子海图上的漂移位移时，可以考虑随机粒子所受到的环境扰动，此时，海水表层海流流速C满足公式三：其中的为距离海面0.5米深度的海流平均流速，w′为流速扰动，该流速扰动w′从均值为0，均方差为σ_C的圆形正态分布中随机抽取；下风方向风压矢量L_d满足公式四：L_d＝a_1dW₁₀+b_1d，其中的a_1d为与遇险场景中搜救目标相应的距离海面10米高的下风方向风速斜率系数估计值，且满足公式五：a_1d＝a_d+τ/20，其中的b_1d为与遇险场景中搜救目标相应的距离海面10米高的下风方向偏移量系数估计值，且满足公式六：b_1d＝b_d+τ/2，公式五和公式六中的τ为随机粒子的风压系数扰动，该风压系数扰动τ从均值为0，方差为σ_L的圆形正态分布中随机抽取，其中距离海面10米高的风速W₁₀满足公式七：其中的为距离海面10米高的风速的平均值，其中的u′为风速扰动，风速扰动u′从均值为0，方差为σ_W的圆形正态分布中随机抽取，同理可得横风方向风压矢量L_c，并根据得到的下风方向风压矢量L_d和横风方向风压矢量L_c合成得到风压矢量L。

此时，根据预存的环境信息，计算预设时间后与遇险场景相应的多个随机粒子在电子海图上的漂移位移的步骤之前，还可以包括以下步骤：预存作为环境信息的距离海面0.5米深度的海流平均流速流速扰动w′的方差σ_C，距离海面10米高的风速W₁₀的平均值风速扰动u′的方差σ_W，以及分别与遇险场景中搜救目标相应的距离海面10米高的下风方向风速斜率系数a_d、下风方向偏移量系数b_d、横风方向风速斜率系数a_c、横风方向偏移量系数b_c、风压系数扰动τ的方差σ_L；此时，根据预存的环境信息，计算预设时间后与遇险场景相应的多个随机粒子在电子海图上的漂移位移的步骤具体为：根据预存的距离海面10米高的风速的平均值和风速扰动u′计算得到距离海面10米高的风速W₁₀；根据预存的距离海面10米高的下风方向风速斜率系数a_d和风压系数扰动τ计算与遇险场景相应的距离海面10米高的下风方向风速斜率系数估计值a_1d，根据预存的下风方向偏移量系数b_d和风压系数扰动τ计算与遇险场景相应的距离海面10米高的下风方向偏移量系数估计值b_1d；根据计算得到的下风方向风速斜率系数估计值a_1d、下风方向偏移量系数估计值b_1d、以及距离海面10米高的风速W₁₀计算得到下风方向风压矢量L_d；根据预存的距离海面10米高的横风方向风速斜率系数a_c和风压系数扰动τ计算与遇险场景中搜救目标相应的距离海面10米高的横风方向风速斜率系数估计值a_1c，根据预存的横风方向偏移量系数b_c和风压系数扰动τ计算与遇险场景相应的距离海面10米高的横风方向偏移量系数估计值b_1c；根据计算得到的横风方向风速斜率系数估计值a_1c、横风方向偏移量系数估计值b_1c、以及距离海面10米高的风速W₁₀计算得到横风方向风压矢量L_c；将计算得到的下风方向风压矢量L_d和横风方向风压矢量L_c合成得到风压矢量L；根据预存的距离海面0.5米深度的海流平均流速流速扰动w′计算得到海水表层海流流速C；根据合成的风压矢量L以及计算得到的海水表层海流流速C，计算多个随机粒子在电子海图上的漂移速度进而计算得到预设时间后与遇险场景相应的多个随机粒子在电子海图上的漂移位移。

本发明实施例提供的确定海上搜救区域的方法采用随机粒子仿真法，将搜救目标等效成多个随机粒子，并计算出该多个随机粒子在不同遇险场景下、在电子海图上的综合初始概率分布，以及该多个随机粒子在预设时间后的综合漂移概率分布，之后直观的显示该综合漂移概率分布，以指定最优搜救域，由于该方法综合考虑了多种遇险场景，使得其可以更加精确的确定海上搜救区域，降低了搜救风险，为搜救目标争取了宝贵的搜救时间。

为了便于直观的在电子海图上显示随机粒子的概率分布，本发明实施例在步骤S102之前，还可以包括以下步骤：将电子海图划分为两个或两个以上的网格单元，则在步骤S103中，根据该综合漂移概率分布指定最优搜救域的步骤具体是：根据该综合漂移概率分布，将包含随机粒子数目最多的网格单元确定为最优搜救域。

图3示出了本发明实施例提供的确定海上搜救区域的系统原理结构。

本发明实施例提供的确定海上搜救区域的系统包括：环境信息存储单元8，用于预存环境信息和电子海图；信号接收单元1，用于接收搜救目标发送的遇险信号；粒子生成单元2，用于生成分别与搜救目标等效的多个随机粒子；综合初始概率分布计算单元3，用于根据信号接收单元1接收到的遇险信号，计算粒子生成单元2生成的多个随机粒子在电子海图上的综合初始概率分布；综合漂移概率分布计算单元4，用于根据综合初始概率分布计算单元3计算得到的综合初始概率分布和环境信息存储单元8预存的环境信息，计算预设时间后粒子生成单元2生成的多个随机粒子在电子海图上的综合漂移概率分布；显示单元5，用于显示综合漂移概率分布计算单元4计算得到的综合漂移概率分布；搜救域指定单元6，用于根据综合漂移概率分布计算单元4计算得到的综合漂移概率分布指定最优搜救域。

其中的每一随机粒子均具有与搜救目标相同的属性并受外部海洋环境(如：风、流等)的作用而漂移，且在漂移过程中，每一随机粒子在任一时刻的位置与其之前所处的位置不相关。对于每一随机粒子，其漂移速度受海洋环境因素与搜救目标风压属性因素的共同影响，不同种类的搜救目标(如：落水人员、救生艇等)，具有不同的搜救目标风压属性。

其中的遇险信号至少包括搜救目标的位置信息以及通信设备识别码信息，此外，还可以包括遇险时间、遇险性质、必要救助形式、航速、航向、船舶名称、种类、国籍呼号、联系方式等信息。

具体地，综合初始概率分布计算单元3可以包括：第一计算单元31，用于计算粒子生成单元2生成的多个随机粒子分别在相应的遇险场景下、在电子海图上的初始概率分布，该遇险场景是指描述幸存者可能发生的情况的一系列事实和假设，通常是由发生遇险事故前到目前一连串或假想的事件的组成，不同的遇险场景由于搜救目标风压属性和/或从遇险信号获取的信息的不同而具有不同的概率分布；第一叠加单元32，用于将第一计算单元31计算得到的、不同遇险场景下的、相应的随机粒子在电子海图上的初始概率分布叠加，得到多个随机粒子在电子海图上的综合初始概率分布。

更具体地，考虑到从遇险信号或其他途径获取的搜救信息的可信度不同，搜救目标的不同遇险场景具有不同的权重，为了更加精确的得到随机粒子的初始概率分布，本发明实施例提供的确定海上搜救区域的系统还可以包括：预设单元7，用于预设多个遇险场景的权重，并将预设的多个遇险场景的权重存储在环境信息存储单元8中；第一计算单元31还可以进一步包括：第一计算模块311，用于将粒子生成单元2生成的多个随机粒子的数目分别与环境信息存储单元8存储的多个遇险场景的权重相乘，得到相应的遇险场景的随机粒子数目；第二计算模块312，用于根据遇险场景对应的初始概率分布，计算与遇险场景相应的随机粒子在对应的概率分布下、在电子海图上的初始概率分布。

优选地，该遇险场景的初始概率分布可以是已知搜救目标最后遇险位置的基于参考基准点的概率分布、已知搜救目标计划航线的基于参考基准线的概率分布或已知搜救目标作业区域(如：捕鱼作业区域等)的基于参考基准区域的概率分布，其具体概率分布如上所述，在此不再赘述。

具体地，综合漂移概率分布计算单元4还包括：漂移速度确定模块41，用于根据环境信息存储单元8预存的环境信息，以及搜救目标对应的风压系数信息计算与遇险场景相应的多个随机粒子在电子海图上的漂移速度；漂移位移确定模块42，用于根据环境信息存储单元8预存的环境信息，计算预设时间后与遇险场景相应的多个随机粒子在电子海图上的漂移位移；获取模块43，用于由综合初始概率分布计算单元3计算得到的综合初始概率分布、漂移速度确定模块41计算得到的漂移速度和漂移位移确定模块42计算得到的漂移位移，得到预设时间后多个随机粒子在相应遇险场景下的漂移位置，进而生成相应粒子的概率分布；第二叠加单元44，用于将获取模块43得到的、不同遇险场景下、相应的随机粒子在电子海图上的漂移概率分布叠加，得到多个随机粒子在电子海图上的综合漂移概率分布。

其中，漂移速度确定模块41计算与遇险场景相应的多个随机粒子在电子海图上的漂移速度的步骤如上所述，漂移位移确定模块42计算与遇险场景相应的多个随机粒子在电子海图上的漂移位移的步骤如上所述，在此不再赘述。

为了便于直观的在电子海图上显示随机粒子的概率分布，本发明实施例提供的确定海上搜救区域的系统还可以包括：网格划分单元9，用于将环境信息存储单元8存储的电子海图划分为两个或两个以上的网格单元，则搜救域指定单元6根据综合漂移概率分布计算单元4计算得到的综合漂移概率分布指定最优搜救域的步骤具体是：搜救域指定单元6根据综合漂移概率分布计算单元4计算得到的综合漂移概率分布，将包含随机粒子数目最多的、网格划分单元9划分的网格单元确定为最优搜救域。

本发明实施例还提供了一种包括上述确定海上搜救区域的系统的搜救模拟器。

为了说明本发明实施例提供的上述确定海上搜救区域的方法的有效性，下面以1993年3月7日美国佛罗里达州大西洋大学工作人员在大西洋沿长基高架桥最北端为中心的2nm(海里)×2nm(海里)区域内所采集的穿救生衣的落水人员漂移实验数据对上述确定海上搜救区域的方法进行验证。其部分实验数据如下表一所示：

其中，方向为搜救目标偏移正北方向顺时针的角度，包括落水人员实际观测位置数据及其对应的风场与流场的环境信息数据，风场数据的均方差为0.78m/s，流场数据的均方差为0.17m/s，落水人员的风压系数数据如下表二所示：

根据表一及表二所示的实验数据，分别采用现有技术提供的基于经典的搜寻规划方法的确定海上搜救区域的方法以及本发明实施例提供的确定海上搜救区域的方法，对落水人员的搜救区域进行预测，取随机粒子个数J＝1000，随机粒子在以电子海图上、落水人员的初始释放点(1392，-1064)为圆心，380米为半径的误差圆范围内瞬间释放，如图4示出了采用本发明实施例提供的确定海上搜救区域的方法得到的T＝0min，T＝130min，T＝230min时刻的随机粒子的综合漂移概率分布，其中，区域A为采用基于经典的搜寻规划方法的确定海上搜救区域的方法确定的搜救区域，区域B为采用本发明实施例提供的确定海上搜救区域的方法所确定的搜救区域大小。由于风场数据误差、流场数据误差、风压系数误差的存在，预测的搜救区域随着时间推移而不断膨胀。在T＝230min的预测结果表明，采用本发明实施例提供的确定海上搜救区域的方法所确定的搜救区域大小是采用基于经典的搜寻规划方法的确定海上搜救区域的方法确定的搜救区域大小的60％，搜救区域的精确度更高，节约了后续搜救的时间。

本发明实施例提供的确定海上搜救区域的方法采用随机粒子仿真法，将搜救目标等效成多个随机粒子，并计算出该多个随机粒子在不同遇险场景下、在电子海图上的综合初始概率分布，以及该多个随机粒子在预设时间后的综合漂移概率分布，之后直观的显示该综合漂移概率分布，以指定最优搜救域，由于该方法综合考虑了遇险目标的多种遇险场景，使得其可以更加精确的确定海上搜救区域，降低了搜救风险，为搜救目标争取了宝贵的搜救时间；另外，在计算随机粒子在电子海图上的漂移距离时，还可以考虑到随机粒子所受到的风压扰动和海流扰动等环境扰动，进一步提高了搜救域的确定精度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。