基于状态预测与自动释放的气胀式救生筏释放控制方法与流程

本发明涉及船舶救生设备控制，尤其涉及基于状态预测与自动释放的气胀式救生筏释放控制方法。

背景技术：

1、现有气胀式救生筏的自动释放主要依赖静水压力释放器，其触发逻辑为单一物理量阈值判断——当船舶沉没至约一点五到四米水深时，水压推动刀片或打开膜片，释放救生筏。该技术存在三个根本性局限：其一，事后触发：hru必须在船舶已大量进水、姿态严重恶化后才动作，丧失了在船舶倾覆前释放的窗口期。其二，单筏独立触发：多只救生筏各自独立动作，缺乏时序协调，易导致水面拥挤、相互碰撞或首缆缠绕。其三，环境盲区：hru对释放后的水面环境无感知能力，在危险化学品泄漏场景下，救生筏会被释放至有毒蒸气云覆盖区域或溶解态污染物扩散区域，人员登筏即暴露于致命风险。在hns泄漏场景中，弃船决策面临独特悖论：留在船上会被火灾、爆炸或船舶沉没波及，登上救生筏则会暴露于有毒化学品。

2、因此亟需研发一种基于状态预测与自动释放的气胀式救生筏释放控制方法，以克服现有释放控制依赖单一物理量、事后触发、多筏缺乏协同和对释放后环境缺乏感知的不足。

技术实现思路

1、为了克服现有气胀式救生筏自动释放依赖静水压力释放器、事后触发、单筏独立动作且对释放后水面环境无感知，在hns泄漏场景下易将人员释放至有毒蒸气云或污染水域的缺点，本发明提供了一种基于状态预测与自动释放的气胀式救生筏释放控制方法。

2、技术方案：基于状态预测与自动释放的气胀式救生筏释放控制方法，包括以下步骤：

3、s1：实时采集发生hns泄露后船上的多源数据，所述多源数据包含hns近场传播数据、动态禁入数据、疏散防护数据和多筏释放数据；

4、s2：根据所述hns近场传播数据生成基础扩散场，基于所述基础扩散场进行扰动分析获取耦合浓度场；

5、s3：基于所述耦合浓度场定义毒性势场，根据所述动态禁入数据和毒性势场获取动态禁入区域；

6、s4：根据所述耦合浓度场确定各救生筏的释放顺序和释放方向，基于所述释放顺序确定释放时刻；

7、s5：根据所述疏散防护数据和多筏释放数据构建可通行图，基于所述动态禁入区域和可通行图获取各人员的最小暴露路径和可达性标志，基于所述最小暴露路径确定后续释放策略；

8、s6：根据各救生筏的释放方向、释放时刻和后续释放策略执行释放装置获取执行状态反馈数据；

9、s7：根据所述执行状态反馈数据判定释放后状态，并对异常状态执行备用策略。

10、优选地，所述实时采集发生hns泄露后船上的多源数据，所述多源数据包含hns近场传播数据、动态禁入数据、疏散防护数据和多筏释放数据，包括：所述hns近场传播数据包含hns种类标识码、泄露源位置、泄露速率、表层流速和环境风向风速；所述动态禁入数据包含hns泄露发生时刻、蒸汽云浓度、船舶内部空间结构和通风部件实时状态及位置；所述疏散防护数据包含船舶外部释放区域空间结构、当前人员位置、呼吸防护设备类型和剩余有效时间；所述多筏释放数据包含各救生筏释放位置和首个救生筏释放时刻；所述多源数据均为释放装置控制器的输入参数。

11、优选地，所述根据所述hns近场传播数据生成基础扩散场，基于所述基础扩散场进行扰动分析获取耦合浓度场，包括：根据所述泄露源位置和泄露速率释放物质粒子模拟hns扩散，每个粒子均携带空间位置和质量；根据所述hns种类标识码通过预先标定的hns理化数据库获取hns基础参数；基于所述hns基础参数对粒子的质量进行更新，当粒子的质量小于预设粒子质量阈值时，判定该粒子被消除；基于所述表层流速获取粒子的平流速度，基于所述环境风向风速获取风致漂移；基于所述平流速度和风致漂移对粒子位置进行更新；将计算域划分为规则网格，基于更新后的粒子位置获取网格单元内的hns浓度，生成基础扩散场。

12、优选地，所述基于所述基础扩散场进行扰动分析获取耦合浓度场，包括：将释放的救生筏作为扰动源，离线计算每个扰动源的扰动张量：对救生筏释放时刻以泄露发生时刻为基准，按预设间隔离散为n个，将释放方向按救生筏实际可选的舷侧方向离散为m个典型方向，对每组离散工况进行瞬态仿真，得到该工况下的扰动场，所述扰动场以空间网格索引和时间索引组成数据张量，其张量元素为对应空间位置和时间的浓度扰动值，获取扰动张量，根据所述扰动张量构建扰动张量表；根据当前考虑的释放时刻和释放方向在所述扰动张量表中采用双线性插值获取该工况对应的扰动张量，将所述扰动张量按释放时序叠加至基础扩散场获取耦合浓度场；所述耦合浓度场作为释放装置触发时序指令生成的输入数据，用于确定各推出单元的触发脉冲。

13、优选地，所述基于所述耦合浓度场定义毒性势场，根据所述动态禁入数据和毒性势场获取动态禁入区域，包括：对所述耦合浓度场进行提取获取船舶外部及水面的hns浓度场，从hns泄露发生时刻到当前时刻对所述hns浓度场进行积分，定义船舶外部及水面的毒性势场：，其中为毒性修正函数，，式中为毒性效应起始阈值，为hns物质对应的idlh毒性阈值，为毒性非线性指数；根据所述毒性势场获取初始外部及水面动态禁入区，并结合所述蒸汽云浓度获取最终的外部及水面动态禁入区；并将所述外部及水面动态禁入区作为释放装置方向选择机构的约束条件，排除指向禁入区的释放方向；所述动态禁入区域包含外部及水面动态禁入区和舱室内部动态禁入区；基于所述动态禁入数据获取舱室内部动态禁入区。

14、优选地，所述基于所述动态禁入数据获取舱室内部动态禁入区，包括：基于所述船舶内部空间结构定义节点集合；基于通风部件的位置定义边集合，基于所述通风部件实时状态对所述边集合进行实时更新获取实时边集合，并为每条实时边赋予衰减系数作为边权重；根据所述节点集合和实时边集合构建船舶内部有向图；将泄露源位置处的节点定义为源节点，从源节点出发，根据对应的所有前驱节点的浓度通过非源节点浓度函数重新定义每个非源节点对应的浓度；对重新定义后的舱室内部区域的浓度进行积分，定义舱室内部的毒性势场；根据所述舱室内部的毒性势场获取舱室内部动态禁入区；并将所述舱室内部动态禁入区作为释放装置触发时序指令的约束条件。

15、优选地，所述根据所述耦合浓度场确定各救生筏的释放顺序和释放方向，基于所述释放顺序确定释放时刻，包括：根据所述每个扰动源的扰动张量构建筏间扰动矩阵，所述筏间扰动矩阵的元素表示第只筏释放后对第只筏入水点禁入区状态的影响系数，矩阵的稀疏结构反映多筏之间的耦合拓扑；在所述筏间扰动矩阵中寻找使累积扰动效应最小的释放顺序作为各救生筏的释放顺序；根据所述耦合浓度场中的环境风向风速、表层流速和所述毒性势场获取各救生筏的释放方向；基于首个救生筏释放时刻和释放顺序通过确定每只筏的释放时刻，其中为时序间隔；将所述释放顺序、释放方向和释放时刻作为释放装置的控制指令。

16、优选地，所述根据所述疏散防护数据和多筏释放数据构建可通行图，基于所述动态禁入区域和可通行图获取各人员的最小暴露路径和可达性标志，基于所述最小暴露路径确定后续释放策略，包括：将所述船舶内部有向图通过所述船舶外部释放区域空间结构和各救生筏释放位置进行外扩构建可通行图，其中为通行节点集合，为通行边集合，为时间维度；基于所述动态禁入区域的毒性势场定义通行节点和通行边的毒性势；基于所述呼吸防护设备类型和剩余有效时间定义每个人员的暴露修正系数；对每个人员的当前人员位置，通过所述暴露修正系数、可通行图的毒性势和剩余等待时间获取到各救生筏释放位置的暴露路径积分，根据所述暴露路径积分获取各人员的最小暴露路径，并通过所述动态禁入区域为所述最小暴露路径赋予可达性标志；定义总暴露预算，根据所述暴露修正系数确定人员分配顺序，每释放一只筏消耗的暴露预算为该筏承载人员从当前位置到释放点的暴露路径积分之和，剩余预算决定后续筏的释放策略；将所述释放策略作为释放装置的荷载参数，设定推出气缸的推力参数和时序间隔，并将根据所述可达性标志作为释放装置触发时序指令的约束条件。

17、优选地，所述根据各救生筏的释放方向、释放时刻和后续释放策略执行释放装置获取执行状态反馈数据，包括：所述释放装置包括多路独立驱动推出单元阵列，每个推出单元对应一个救生筏容器并接收独立时序触发脉冲，推出单元间的时序间隔根据耦合浓度场的扩散预测实时获取；记录救生筏充气过程中的张力特征曲线；在释放时刻到达前根据所述释放方向调整可转动释放底座，记录调整后的方向作为实际推出方向；在到达第只筏的释放时刻时，向对应推出单元发送触发脉冲，记录触发时刻作为实际释放时刻；每个推出单元配备压力传感器，若触发脉冲后预设时间内压力未达到预设压力阈值，则判定推出失败，触发释放策略重规划；所述执行状态反馈数据包含各救生筏的实际推出方向、实际释放时刻、张力特征曲线和推出完成信号。

18、优选地，所述根据所述执行状态反馈数据判定释放后状态，并对异常状态执行备用策略，还包括：对所述张力特征曲线进行提取获取张力特征量，根据所述张力特征量判定释放后状态，所述张力特征量包含张力峰值、峰值到达时间、稳态张力和张力回落比；根据所述释放后状态判定结构调节释放装置的触发信号；若所述推出完成信号为推出失败，则启动备用释放通道策略；将各救生筏释放后的实际推出方向、实际释放时刻、状态判定结果、张力特征量和备用通道启动记录输出为释放后整体状态报告。

19、与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明通过实时采集hns泄漏后的多源数据并生成基础扩散场，经扰动分析获取耦合浓度场，进而定义毒性势场和动态禁入区域，能够在释放前预测并规避有毒蒸气云和污染水域；通过确定各救生筏的释放顺序、释放方向和释放时刻，实现多筏协同、方向可选、时序可控的安全释放，有效减少水面拥挤、相互碰撞和首缆缠绕；同时结合疏散防护数据与多筏释放数据构建可通行图，获取人员最小暴露路径和可达性标志并确定后续释放策略，使释放过程与人员撤离风险相匹配；释放装置执行过程中还能采集实际推出方向、实际释放时刻、张力特征曲线和推出完成信号的反馈数据，判定释放后状态，并在异常时启动备用策略，从而提高释放可靠性和环境适应性，最终解决hns泄漏场景下释放即暴露的问题，为复杂事故中人员安全撤离提供可靠保障。