[发明专利]一种佩戴空气呼吸器人员执行既定任务的路径规划方法

说明书

本发明公开一种佩戴空气呼吸器人员执行既定任务的路径规划方法，本发明基于蚁群算法做了改进，包括：本发明方法中两点间距离不仅包括同一平面的两点间距离，还考虑了不同平面的两点间距离；增加基于空呼气量预测的约束限制判断；增加充气保障条件影响的判断，即增加了执行任务现场是否具备充气条件的判断。本发明方法优在于：用本方法通过由样本人员数据总结出的耗气率变化规律来预测同一批人的执行任务情况，得到的结果较为可靠、贴合实际。本方法为佩戴空气呼吸器的人员在危险环境中安全高效地完成任务提供判断及决策依据。

技术领域

本发明涉及一种佩戴空气呼吸器人员执行既定任务的路径规划的方法，尤其是一种基于蚁群算法改进的考虑人员在三维环境下适用于空气呼吸器不同初始气量及充气条件下执行既定任务的路径规划方法。此方法为佩戴空气呼吸器的救援人员在危险环境中安全高效地完成任务提供判断及决策依据，属于救援行动的辅助决策领域。

背景技术

在有毒有害气体、烟雾粉尘等特殊环境下，由于环境中存在危害人员呼吸系统的有毒有害物质或缺氧情况，所以救援人员通常需要佩戴正压式空气呼吸器(下文简称空呼)。但空呼气瓶的气体容量是有限的，一旦发生人员在气体用尽时没有撤出危害环境的情况，失去保护效果。就极有可能面临生命威胁。

执行这类救援任务的专业人员，个人工作通常是明确的，如检查矿井内瓦斯、停用电或风流情况、关闭化工厂内的原料输送节点阀等。对救援时任务明确，要前往的每个位置也明确的情况，若救援人员根据任务、空呼气体量等条件，能高效到各任务点，少走或不走“冤枉路”，尽快使人员完成任务脱离危险环境，是一个需要解决的问题。

对这类佩戴正压式空气呼吸器执行既定任务人员的路径规划问题进行研究，希望通过科学手段为他们规划出完成任务的最优路径，缩短工作时间，提高安全保护。此路径规划方法，对指挥人员和佩戴正压式空气呼吸器执行任务个人的行动判断及决策具有理论和指导意义，评估救援能力有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于针对受空气呼吸器气量限制无法科学规划佩戴空气呼吸器人员执行既定任务的路径的问题，提出一种基于蚁群算法改进的在三维环境下适用于空气呼吸器不同初始气量及充气条件下执行既定任务的路径规划方法。其目的对佩戴空气呼吸器人员的路径规划是为了在完成任务的同时，尽可能减少人员在危险环境停留的总时间。

对使用空气呼吸器的人来说，救援人员不同的身体素质，差异化的救援强度，最终都会反映在空气呼吸器气体量消耗速率上，为此提出了一个概念：空呼耗气率，表示工作范围使用者在单位时间内消耗空呼的气体量多少，单位为MPa/min(兆帕每分钟)，通过空气呼吸器的压力表示。

本发明一种佩戴空气呼吸器人员执行既定任务的路径规划的方法，其具体技术方案如下：

步骤1)、录入佩戴空气呼吸器人员的基本信息参数、空呼基本参数和充气条件；其中，佩戴空气呼吸器人员的基本信息参数包括：人员静止状态耗气率Y₀、佩戴空气呼吸器的活动强度下人员行进速度v、动静心率比r、上/下楼梯的时间h、独立完成某类任务的时间t、根据该人员在佩戴空气呼吸器下在任务现场活动情况得到的耗气率变化量Y_b＝f(x)，b为活动强度代号；

其中，空呼基本参数包括空呼初始气压P₀；

步骤2)、对蚁群算法基本参数m，n，α，β，ρ等初始化，令迭代次数N_c＝0，初始时刻每条路径上的信息素浓度τ_ij(t)＝C，C为常数，Δτ_ij(t)＝0，设置最大迭代次数N_cmax；

步骤3)、对禁忌表、选项表初始化，令N_c＝N_c+1，从第一只蚂蚁开始依次进入循环；

步骤4)、判断选项表是否为空，即是否执行完所有任务；若为空，使蚂蚁返回起点，执行步骤9)，若不为空，执行步骤5)；