[发明专利]一种关键设施实物保护系统的启发式有效性分析方法

权利要求书

1.一种关键设施实物保护系统的启发式有效性分析方法，其特征在于，包括下述步骤：

S1、建立关键设施实物保护系统的二维和三维场景模型；

S2、初始化模型的关键设施参数，包括保护装置属性、设计基准威胁值；

S3、采用启发式算法进行路径规划分析，在路径搜寻过程中，使用A*算法对每个节点进行估价来搜索最优路径，估价函数记为F(n)，具体表示如下：

F(n)＝G(n)+H(n)

其中n为当前搜寻的节点；G(n)是源点到当前节点n的实际代价值，为已知代价值，代表广度优先搜索趋势；H(n)表示为当前节点n到终点的估计代价值，为未知代价值，代表深度优先搜索趋势；估价函数越准确，算法搜寻路径越接近现实中的“最优”路径；

S4、根据启发式信息不同，实物保护系统路径搜寻结果不同，考虑分别以检测概率和中断概率为启发式信息分析敌手入侵路径，以响应时间分析反应部队响应路线；

S5、根据步骤S4的分析结果，将最薄弱的敌手入侵路径和最有效的反应部队响应路线反馈到有效性分析平台并可视化显示；

步骤S3中，所述采用启发式算法进行路径规划分析，基本步骤如下：

使用两个状态列表存储信息，OPEN列表和CLOSED列表；所述OPEN列表存储未被分析的节点，CLOSED列表存储已经检查过的节点：

S31、建立搜索地图，添加起始点到OPEN列表；

S32、分析OPEN列表，具体步骤如下：

S321、OPEN列表中，选择最小的估计值F(n)作为当前节点，然后从OPEN列表中移除该节点并添加进CLOSED列表；计算估价函数F(n)＝G(n)+H(n)，选择F(n)最小的值作为下一个移动节点；

S322、如果OPEN列表为空，则搜索失败；

S323、如果当前节点为目标点，发现“最优”路径，转到步骤S34；

S33、分析相邻节点的移动方向，具体包括下述步骤：

S331、如果节点禁止敌手行进或者节点已经在CLOSED列表中，跳过该步骤；

S332、如果节点不在OPEN列表中，添加该节点到OPEN列表；

S333、如果该节点已经在OPEN列表中，使用估价函数检验新路径是否更“最优”，如果是，更新估价函数值F(n)和实际代价值G(n)。

2.根据权利要求1所述的关键设施实物保护系统的启发式有效性分析方法，其特征在于，步骤S1中，采用三维建模软件对实物保护系统各个部件及核电站设施建模，然后采用三维游戏引擎进行建模分析。

3.根据权利要求1所述的关键设施实物保护系统的启发式有效性分析方法，其特征在于，步骤S2中，所述保护装置属性包括保护装置安装区域、保护范围、延迟敌手入侵平均时间、通讯概率、敌手和响应部队行进速率；所述设计基准威胁值是引用敌手入侵核电站的设计基准威胁。

4.根据权利要求1所述的关键设施实物保护系统的启发式有效性分析方法，其特征在于，步骤S4具体包括下述步骤：

S41、计算启发式信息为检测概率的实物保护系统有效性；

在A*算法搜索过程，针对启发式信息为检测概率的估计函数记为P(D)，实际代价值为P(D)_G，估计代价值为P(D)_H；检测概率最低的路径为最薄弱的防守路径；启发式信息为检测概率的估计函数为：P(D)＝P(D)_G+P(D)_H；

假设警卫可成功提前到达目标区域进行防御，入侵警报信息能成功通知到反应部队；只考虑探测器检测概率对入侵路径的影响，相关代价公式如下：

其中n为中间状态过渡点；i为起点到中间点n的一个节点；P(D)_G是从起点到中间点n的检测概率，属于实时计算的代价值；P(D)_H为估计代价值；h(p)为计算估计代价值的影响因子；

S42、计算启发式信息为中断概率的实物保护系统有效性；

在A*算法搜索过程，针对启发式信息为中断概率的估计函数记为P(I)，实际代价值为P(I)_G，估计代价值为P(I)_H，中断概率最低的路径为最薄弱的防守路径；针对启发式信息为中断概率的估计函数为：P(I)＝P(I)_G+P(I)_H；

P(I)_H＝0

式中，P(I)_G为A*算法中的实际代价值，用于计算起点到中间点n的中断概率；P(I)_H为中间点n到目标点t的估计代价值，由于这两点之间路线的不明确，估计值很难与实际值相符，假设P(I)_H＝0；P(R|A_i)表示在第i保护层下，警卫提前到达目标区域进行防御的概率；P(C)_i为各保护装置检测敌手入侵后，成功通知响应部队的通讯概率；

S43、计算启发式信息为响应时间的最有效响应路径，具体如下：

在A*算法搜索过程，针对启发式信息为响应时间的估计函数记为RFT，实际代价值为RFT_G，估计代价值为RFT_H，响应时间最长的路径为最薄弱的防守路径；针对启发式信息为响应时间的估计函数为：RFT＝RFT_G+RFT_H；

式中RFT_G表示当前状态下反应部队已经行进的时间，为实际代价值；RFT_H表示当前状态节点下反应部队到目标状态节点的时间估计值，为估计代价值；n_x和n_y属于当前状态节点；t_x和t_y属于目标状态节点，使用欧氏距离计算当前节点和目标状态节点两者之间的距离，同时得出启发式响应时间，v是敌手入侵速率。