面向森林草原防灭火的直升机野外加油调度仿真系统的制作方法

1.本发明属于计算机仿真领域涉及在自然灾害险情下的救援航空器野外加油调度仿真系统，具体涉及一种面向森林草原防灭火的直升机野外加油调度仿真系统。


背景技术：

2.我国地形复杂，森林树种单一，草原地区风向多变，森林草原火灾发生可能性和火灾控制难度都极大，以消防官兵为主的地面救援力量无法充分快速应对森林草原灾害，因而快速高效的航空应急救援重要性日益凸显。
3.航空应急救援，是国家应急救援体系的重要组成部分，是使用航空技术手段和技术装备应对突发事故和灾害的应变救援行为。航空器调度问题是航空应急救援体系的核心问题，是在供求关系框架和一定约束条件下，对于航空器路径规划等进行优化的问题。相比已经建立了较完备的国家航空应急救援体系、相对完善的保障制度和发展规划的英、美、俄、澳等发达国家，我国航空应急救援体系的建设和发展相对滞后，虽已取得部分成果，但也仍存在指挥调度体系不成熟等问题。
4.在航空器调度问题中，对救援航空器进行加油保障是能执行和完成航空应急救援的必要手段。在远离航护基地的森林草原火灾中，组织加油车和相关保障人员等在火灾附近安全区域，近距离为直升机加油的野外加油手段对于扩大航护面积、节约飞行时间等方面尤为重要。
5.考虑到目前缺乏围绕野外加油需求的救援航空器调度模型及相关量化系统，开发一款面向森林草原防灭火的直升机野外加油调度仿真系统，完成对于直升机野外加油的效能论证，对于航空应急救援具有重要的参考意义。


技术实现要素：

6.针对上述现有技术中的不足，本发明提供了一种面向森林草原防灭火的直升机野外加油调度仿真系统，从而实现对直升机包含野外加油与否的飞行模式进行调度仿真、效能评估及论证。
7.本发明的具体技术方案如下：
8.一种面向森林草原防灭火的直升机野外加油调度仿真系统，包括飞行模式选择模块、调度仿真模块与任务效能评估模块；
9.所述飞行模式选择模块包括直飞模式子模块和野外加油飞行模式子模块，根据是否需要野外加油，在两种飞行模式之间进行选择；
10.所述调度仿真模块包括仿真智能体和gis地图展示界面，所述仿真智能体基于险情想定信息和航空应急力量信息生成；所述gis地图展示界面用于可视化展示野外加油及森林草原灭火任务的仿真推演，体现推演规则约束下仿真智能体间的交互行为；
11.所述任务效能评估模块基于仿真推演结果，进行任务效能评估计算，并输出当前飞行模式下任务总耗时以表征任务效能，包括仿真结果展示子模块和任务效能表征子模
块。
12.在一些实施例中，所述直飞模式子模块包括直升机在选择直飞模式下的飞行剖面信息，所述野外加油飞行模式子模块包括直升机在选择野外加油飞行模式下的飞行剖面信息。
13.在一些实施例中，所述直飞模式子模块包括直升机在执行不包含野外加油的森林草原防灭火任务中各个环节的执行时间和所需油耗信息；所述野外加油飞行模式子模块包括直升机在执行包含野外加油的森林草原防灭火任务中各个环节的执行时间和所需油耗信息。
14.在一些实施例中，所述险情想定信息包括着火点、取水点、野外加油保障点和机场的名称、位置和保障能力信息；所述航空应急力量信息包含救援航空器数量、机型和性能参数。
15.在一些实施例中，所述保障能力信息包括是否允许直升机起降、能否为直升机提供加油保障、能否为直升机提供汲水条件。
16.在一些实施例中，所述性能参数包括直升机巡航速度、加油保障时间、油箱容量、巡航过程中耗油率、悬停过程中耗油率、载水量、汲水时间和放水时间信息。
17.在一些实施例中，所述仿真结果展示子模块实时展示直升机汲水量和剩余油量；所述任务效能表征子模块对森林草原防灭火任务过程中的各个环节的飞行用时进行求和，并输出当前飞行模式下任务总耗时以表征任务效能。
18.在一些实施例中，所述直升机野外加油调度仿真系统具有倍速调节功能。
19.在一些实施例中，所述推演规则包括：
20.(1)单架直升机必须满油才能从通航机场或野外加油保障点起飞；
21.(2)森林草原防灭火任务包括巡航飞行、汲水、灭火和加油补给四个环节；
22.(3)直升机参与的森林草原火灾态势严重，直升机单次汲水不能满足灭火需求，直升机需要多次往返执行汲水和洒水灭火任务；
23.(4)在直升机每次完成当前架次洒水灭火任务后需进行直升机油量判断，若剩余燃油小于百分之三十，则需前往通航机场或野外加油保障点进行加油补给；
24.(5)若选择野外加油飞行模式，则在灭火任务完成前，直升机不返回通航机场加油补给，只在野外加油保障点加油补给；
25.(6)若选择直飞模式，则在灭火任务完成前，直升机只返回通航机场加油补给，完成加油补给后再继续执行任务。
26.本发明还提供了一种基于上述仿真系统的仿真方法，包括如下步骤：
27.s1通过仿真系统的调度仿真模块设置完整的险情想定信息和航空应急力量信息；
28.s2通过飞行模式选择模块选择飞行模式，在当前飞行模式下，基于险情想定信息、航空应急力量信息，利用计算机语言和状态图可视化建模语言，通过调度仿真模块进行模型构建和推演仿真；
29.s3在推演仿真过程中，任务效能评估模块实时显示直升机当前油量和当前汲水量，同时在任务完成后自动计算并表征任务效能评估结果；
30.s4利用仿真系统的倍速调节功能，反复进行不同飞行模式下的仿真推演，比较不同飞行模式的优劣。
31.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
32.本发明围绕航空应急救援体系建设与发展、直升机野外加油的调度与效能论证，开发了面向森林草原防灭火的直升机野外加油调度仿真系统，实现了对于直升机野外加油的调度仿真和效能论证，对于实际的航空应急救援中的直升机野外加油效能有论证参考价值。
附图说明
33.图1为本发明实施例的面向森林草原防灭火的直升机野外加油调度仿真系统框架图；
34.图2为本发明实施例的救援航空器行为逻辑图；
35.图3为本发明实施例的面向森林草原防灭火的直升机野外加油调度仿真方法流程图；
36.图4为本发明实施例的险情想定信息数据库；
37.图5为本发明实施例的航空应急力量信息数据库；
38.图6为本发明实施例的一种面向森林草原防灭火的直升机野外加油调度仿真系统仿真态势图。
具体实施方式
39.下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是作为例示，并非用于限制本发明。
40.如图1所示，本发明的面向森林草原防灭火的直升机野外加油调度仿真系统，包括飞行模式选择模块、调度仿真模块与任务效能评估模块。所述飞行模式选择模块是仿真开始前的用户选择环节，包含执行救援任务各个环节的飞行剖面信息，用于展示是否选择野外加油任务流程下的两种飞行模式，用户在推演开始前手动选择仿真推演开始后的飞行模式。所述调度仿真模块是仿真推演环节，用于在用户完成飞行模式选择后，基于推演规则的约束下，可视化展示调度仿真过程，包含险情信息和可用救援航空器信息。所述任务效能评估模块是仿真过程中结果实时展示环节和仿真结束后的效能计算环节，用于计算并输出任务效能信息。本发明的仿真系统通过anylogic仿真实现。
41.所述飞行模式选择模块包括不同飞行模式下的直升机飞行剖面信息。其中，飞行剖面信息以内部数据库形式在anylogic软件内部建立，在仿真过程中调用内部数据库并使用。
42.其中，飞行剖面信息包括救援航空器在执行救援任务的各个环节对应的油耗和时间信息。
43.所述调度仿真模块包括险情想定信息、航空应急力量信息、仿真智能体和gis地图展示界面。所述险情想定信息和航空应急力量信息，以内部数据库形式在anylogic软件内部建立并调用。所述仿真智能体基于险情想定信息、航空应急力量信息和内部流程图生成。所述gis地图展示界面为展示智能体行为逻辑和智能体间交互的可视化界面
44.其中，险情想定信息包括火灾险情点、野外加油保障点、取水点和通航机场的名称、位置和保障能力信息；保障能力信息包括是否允许直升机起降、能否为直升机提供加油
保障、能否为直升机提供汲水条件。
45.其中，航空应急力量信息包括救援航空器数量、机型、直升机巡航速度、加油保障时间、油箱容量、巡航过程中耗油率、悬停过程中耗油率、载水量、汲水时间和放水时间信息。
46.其中，仿真智能体内部流程图在anylogic软件内部建立，用于体现救援航空器基于推演规则的调度逻辑及方法。
47.所述推演规则为救援航空器调度逻辑中的约束规范。本实施例的调度规则具体说明如下：
48.(1)单架直升机必须满油才能从通航机场或野外加油保障点起飞；
49.(2)森林草原防灭火任务包括巡航飞行、汲水、灭火和加油补给四个环节；
50.(3)直升机参与的森林草原火灾态势严重，直升机单次汲水不能满足灭火需求，直升机需要多次往返执行汲水和洒水灭火任务；
51.(4)在直升机每次完成当前架次洒水灭火任务后需进行直升机油量判断，若剩余燃油小于百分之三十，则需前往通航机场或野外加油保障点进行加油补给；
52.(5)若选择野外加油飞行模式，则在灭火任务完成前，直升机不返回通航机场加油补给，只在野外加油保障点加油补给；
53.(6)若选择直飞模式，则在灭火任务完成前，直升机只返回通航机场加油补给，完成加油补给后再继续执行任务。
54.所述任务效能评估模块包括仿真结果展示子模块和任务效能表征子模块，所述仿真结果展示子模块实时展示直升机汲水量和剩余油量；所述任务效能表征子模块对森林草原防灭火任务过程中的各个环节的飞行用时进行求和，并输出当前飞行模式下任务总耗时以表征任务效能。
55.结合图3，以简化编制后的森林草原火灾航空应急救援任务为例，进一步说明利用本发明仿真系统的仿真方法。
56.实施例1
57.s1在anylogic软件中按照内部数据库格式输入并建立完整的飞行剖面信息、险情想定信息和航空应急力量信息；
58.具体险情想定信息为：20xx年x月x日白天，西南林区连续干旱、高温并伴随大风，发生火灾，林区告急，启动ⅳ级响应，需要救援航空器航护支援。火灾所在林区面积大、航线长、海拔高，飞机飞行速度降低且航程加大。
59.附近机场，坐标为31.00122
°
n，103.60076
°
e，可提供满足消防功能的救援航空器参与灭火，同时具有救援航空器起飞前加油保障和返航后补给的能力。
60.着火点，坐标为31.00428
°
n，103.59032
°
e，过火森林面积超过5公顷，需要30吨水扑灭明火。
61.取水点，坐标为31.00757
°
n，103.59641
°
e，为着火点附近蓄水湖泊，水面宽度在50米以上，水深在3米以上，满足直升机就地取水要求。
62.野外加油保障点，坐标为31.00217
°
n，103.59305
°
e，为着火点附近的符合野外加油标准的乡城县临时起降点。护林总站调度加油车和相关保障人员至该地完成直升机野外加油及相关保障工作。
63.具体航空应急力量信息为：某型国产直升机装备消防吊桶、机腹式水箱和消防水炮，可实施侧向、俯仰方向的灭火，机腹式水箱系统可根据火情大小调节放水速度，洒水面积大，机动灵活性好，适合复杂地形的森林防灭火。可用直升机数量为1，巡航速度为160千米/小时，每次加油保障时间为30分钟，油箱容量为3800千克，耗油率为608千克/小时，可载水3吨，汲水与放水时间为10秒。
64.根据上述险情想定信息和航空应急力量信息建立数据库如图4及图5所示。
65.s2在仿真系统的飞行模式选择模块选择飞行模式。
66.s3进行仿真，系统会调用飞行剖面信息、险情想定信息和航空应急力量信息，基于状态图逻辑进行当前选定飞行模式下的推演仿真，并按照需要调节仿真倍速，仿真态势如图6所示。
67.s4仿真结束后系统会对执行任务过程中的各个环节的飞行用时自动处理和计算，并输出表征任务效能的评估结果，如图6任务效能评估界面所示。
68.s5可进行多次仿真，对比不同飞行模式下任务效能的优劣，论证航空应急救援中的直升机野外加油效能。
69.以上所述之实施例仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出更多可能的变动和润饰，或修改均为本发明的等效实施例。故凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明之思路所作的等同等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围。