水上應(yīng)急救援輔助決策系統(tǒng)構(gòu)建研究

趙杰超，金 浩，張英香，王吉武，陳 健，鞏 琦

(中國船舶集團(tuán)有限公司第七一四研究所，北京 100101)

0 引 言

近年來，隨著“海洋強(qiáng)國”戰(zhàn)略等重大戰(zhàn)略的持續(xù)推進(jìn)，我國水上活動日趨頻繁[1]，隨之而來的是水上突發(fā)險(xiǎn)情的頻發(fā)。據(jù)中國海上搜救中心發(fā)布的數(shù)據(jù)，平均每年我國突發(fā)水上險(xiǎn)情1 700余次，造成1萬余人遇險(xiǎn)，約500人死亡，水上安全形勢非常嚴(yán)峻，突發(fā)險(xiǎn)情應(yīng)急救援任務(wù)繁重艱巨[2]。

通常，當(dāng)水上出現(xiàn)突發(fā)險(xiǎn)情時(shí)，專業(yè)救助隊(duì)伍需要根據(jù)險(xiǎn)情特征快速做出反應(yīng)。然而，針對突發(fā)險(xiǎn)情的應(yīng)急響應(yīng)需要考慮水域、海況、氣象、險(xiǎn)情類型等因素條件對所選擇的救援裝備、救援技術(shù)和參考標(biāo)準(zhǔn)的影響。當(dāng)前針對特定水上險(xiǎn)情的處理主要依靠個別經(jīng)驗(yàn)豐富的救援專家，而大部分專家都是僅精通于特定的領(lǐng)域，一旦出現(xiàn)相關(guān)專家缺席，將會嚴(yán)重影響救援行動的開展。鑒于此，開展水上應(yīng)急救援輔助決策系統(tǒng)開發(fā)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目前，輔助決策技術(shù)已在軍事[3-8]、電力[9]、交通[10]等領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用。然而，作為一項(xiàng)對時(shí)效性要求很高的作業(yè)類型，我國水上應(yīng)急救援卻鮮有運(yùn)用輔助決策技術(shù)，嚴(yán)重影響了對突發(fā)險(xiǎn)情的應(yīng)對能力和救援效率。

1 我國水上應(yīng)急救援建設(shè)概況

如圖1所示，我國建立了在國務(wù)院領(lǐng)導(dǎo)下的國家海上搜救部際聯(lián)席會議制度，統(tǒng)籌研究全國海上搜救和船舶污染應(yīng)急反應(yīng)工作。聯(lián)席會議由交通部牽頭，辦事機(jī)構(gòu)設(shè)在中國海上搜救中心。中國海上搜救中心及地方各海（水）上搜救機(jī)構(gòu)是水上突發(fā)事件的應(yīng)急指揮機(jī)構(gòu)，可協(xié)調(diào)交通運(yùn)輸系統(tǒng)的海事力量和救助力量，以及過往船舶、附近漁船、社會力量、軍隊(duì)力量參與水上突發(fā)險(xiǎn)情的應(yīng)急處置。

圖1 我國水上救援組織體系架構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of the water rescue organization system in China

救助力量和海事力量是我國交通運(yùn)輸系統(tǒng)的兩大專業(yè)救助力量。2003年以來，交通部在煙臺、上海、廣州分別成立了救助局和打撈局，在大連、煙臺、上海、廈門等地建立了交通部海上救助飛行隊(duì)，初步構(gòu)建了我國水上專業(yè)立體救助網(wǎng)。目前交通部根據(jù)季節(jié)氣候變化及海上運(yùn)輸情況，調(diào)整專業(yè)救助待命網(wǎng)點(diǎn)，適應(yīng)不斷變化的救援需要。

海事執(zhí)法船是水上應(yīng)急救援的重要力量之一，承擔(dān)組織協(xié)調(diào)和救援任務(wù)。近年來，交通部大力加強(qiáng)海事執(zhí)法隊(duì)伍的建設(shè)，先后建造了13 000 t，5 000 t，3 500噸級和60 m，40 m，30 m等海事執(zhí)法船，基本形成了能覆蓋我國管轄海域的海事執(zhí)法船隊(duì)。為提升長江干線水上專業(yè)救援能力，交通部根據(jù)長江沿線水域海事機(jī)構(gòu)站點(diǎn)多、海事部門巡航力量強(qiáng)的特點(diǎn)，在長江實(shí)行“海事巡航與救助一體化”的管理格局，建立了長江專業(yè)救助網(wǎng)絡(luò)。

軍隊(duì)、政府部門及涉海各企事業(yè)單位的船舶、飛機(jī)是我國水上應(yīng)急救援的重要保障力量，在救援過程中發(fā)揮了重要的作用。

2 水上應(yīng)急救援能力需求分析

根據(jù)交通運(yùn)輸部令（2014年第15號）《水上交通事故統(tǒng)計(jì)辦法》中對水上交通事故類型的劃分[11]，同時(shí)考慮水上非交通類事故，將水上常見事故劃分為碰撞事故、擱淺事故等10大類?；谒铣Ｒ娛鹿逝c應(yīng)急救援任務(wù)需求之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，根據(jù)事故誘因和遇險(xiǎn)對象的差異，可將應(yīng)對水上10大類常見事故的關(guān)鍵應(yīng)急救援任務(wù)需求概括為人命救助、環(huán)境救助、財(cái)產(chǎn)救助和搶險(xiǎn)打撈4大類，針對不同救助大類分析對應(yīng)的突發(fā)險(xiǎn)情應(yīng)急救援場景，歸納總結(jié)各個救援場景的基元任務(wù)、能力需求及救援流程，構(gòu)建了如圖2所示包括船舶碰撞、船舶擱淺等在內(nèi)的22種水上應(yīng)急救援場景。

圖2 水上突發(fā)險(xiǎn)情與應(yīng)急救援場景關(guān)聯(lián)關(guān)系Fig.2 Correlation between sudden danger on water and demand for emergency rescue mission

通過對各類水上應(yīng)急救援場景的分析，可得出對應(yīng)的救助能力需求。根據(jù)體系構(gòu)建的原則，從有利于體系化梳理救助裝備、救助技術(shù)、參考標(biāo)準(zhǔn)等需求項(xiàng)的角度出發(fā)，研究各需求項(xiàng)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)關(guān)系，對相關(guān)救助能力需求進(jìn)行整合，得到了如圖3所示的16種水上應(yīng)急救援關(guān)鍵救助能力需求項(xiàng)。

圖3 水上應(yīng)急救援關(guān)鍵能力需求Fig.3 Critical capability requirements for waterborne emergency rescue

3 水上應(yīng)急救援輔助決策系統(tǒng)構(gòu)建

3.1 構(gòu)建思路

如圖4所示，為弱化由于特定救援專家的缺席對水上突發(fā)險(xiǎn)情應(yīng)急救援決策行動的影響，提升水上專業(yè)救助隊(duì)伍的應(yīng)急反應(yīng)能力，聚焦交通運(yùn)輸部發(fā)布的水上10大事故類型，對水上專業(yè)救援隊(duì)伍的救援使命任務(wù)展開系統(tǒng)的梳理與細(xì)化，結(jié)合特定的邏輯關(guān)系，研發(fā)一套水上應(yīng)急救援輔助決策系統(tǒng)，針對性制定實(shí)現(xiàn)每一種使命任務(wù)所需救援裝備、救援技術(shù)等數(shù)據(jù)的匹配明細(xì)表，為快速開展水上突發(fā)險(xiǎn)情應(yīng)急救援提供決策參考。

圖4 水上應(yīng)急救援輔助決策系統(tǒng)Fig.4 Design framework of waterborne emergency rescue assistant decision-making system

3.2 構(gòu)建方法

為便于從宏觀上消除水上應(yīng)急救援輔助選配系統(tǒng)構(gòu)建過程中的邏輯錯誤，保障研究成果的可追溯性和可復(fù)用性，基于軍民融合發(fā)展戰(zhàn)略背景，充分借鑒軍事領(lǐng)域成熟的武器裝備體系設(shè)計(jì)理論方法[12-14]，緊密結(jié)合我國水上應(yīng)急救援現(xiàn)狀及特點(diǎn)，運(yùn)用控制論與系統(tǒng)工程理論，提出了如圖5所示的基于“雙重循環(huán)”機(jī)制的水上應(yīng)急救援輔助決策系統(tǒng)構(gòu)建方法。

圖5 水上應(yīng)急救援輔助決策系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制Fig.5 Operation mechanism of waterborne emergency rescue assistant decision-making system

構(gòu)建過程包括I輸入、R約束條件、M運(yùn)行條件、A分析過程和O輸出共5個方面。I是指構(gòu)建過程的原始輸入數(shù)據(jù)，是構(gòu)建輔助選配系統(tǒng)的來源和基礎(chǔ)，主要包括突發(fā)險(xiǎn)情概況。R是指限制系統(tǒng)最優(yōu)化或核心目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的各類約束要素，包括救援距離、經(jīng)濟(jì)合理性、使用環(huán)境、技術(shù)水平、使用手段等；M是指系統(tǒng)運(yùn)行需要考慮的主要因素，包括救援人員、技術(shù)人員、指揮人員、指揮機(jī)構(gòu)、技術(shù)方法體系；A是分析過程，共包括6個環(huán)節(jié)，“險(xiǎn)情分析（A1）-任務(wù)需求匹配（A2）-能力需求匹配（A3）-救援裝備、技術(shù)等需求分析（A4）-輔助選配草案（A5）-選配草案評估（A6）”的循環(huán)迭代流程構(gòu)成了系統(tǒng)構(gòu)建的“外循環(huán)”機(jī)制，是提升系統(tǒng)針對性和系統(tǒng)性的關(guān)鍵程序；O是指實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)構(gòu)建目標(biāo)所得出的裝備與技術(shù)輔助選配方案。

需求分析（包括任務(wù)需求分析、能力需求分析、裝備、技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)等需求分析）是系統(tǒng)構(gòu)建的核心環(huán)節(jié)，關(guān)乎所構(gòu)建系統(tǒng)的合理性與實(shí)用性。鑒于此，如圖6所示，結(jié)合應(yīng)急救援實(shí)際，提出了“以險(xiǎn)情救助為牽引、以決策需求為導(dǎo)向”的需求融合分析理念，即系統(tǒng)建設(shè)的“內(nèi)循環(huán)”機(jī)制，按照“任務(wù)需求?能力需求?裝備與技術(shù)需求”的邏輯線將需求從抽象到具體逐層遞進(jìn)，對不同類型需求逐層向上合并，或向下展開，循環(huán)迭代，繼而形成同一層次上規(guī)范化的需求結(jié)構(gòu)框架和指標(biāo)體系。

圖6 水上應(yīng)急救援輔助決策系統(tǒng)分解流程Fig.6 Decomposition process of waterborne emergency rescue assistant decision-making system

4 水上應(yīng)急救援輔助決策系統(tǒng)應(yīng)用

4.1 輔助決策系統(tǒng)基本架構(gòu)

根據(jù)水上活動特點(diǎn)，聚焦海洋、江河、湖泊和水庫4大水域，瞄準(zhǔn)水上10大事故類型，旨在保障人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全和生存環(huán)境健康。對常見的水上突發(fā)險(xiǎn)情應(yīng)急救援場景的救援能力需求可具體概括為落水人員救助能力、傷病/被困人員轉(zhuǎn)移能力、翻扣船水下人命救助能力等16項(xiàng)，每一種救助能力關(guān)聯(lián)出的救助裝備、救助技術(shù)等如圖7所示。從所屬分類、裝備名稱、裝備型譜、裝備編號、關(guān)鍵性能參數(shù)、適用場景和所屬單位7個方面對每一種救助裝備的具體數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)梳理，構(gòu)建救助裝備體系表。整理歸納每一種救助技術(shù)的操作要點(diǎn)、注意事項(xiàng)、適用條件，形成救助技術(shù)體系表。對于參考標(biāo)準(zhǔn)、典型案例等內(nèi)容也梳理構(gòu)建相應(yīng)的體系表。

圖7 水上應(yīng)急救援輔助決策系統(tǒng)基本架構(gòu)圖Fig.7 Architecture diagram of the waterborne emergency rescue assistant decision-making system

4.2 輔助決策系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

基于對救援裝備知識庫、技術(shù)知識庫、標(biāo)準(zhǔn)知識庫、典型案例庫等知識庫的構(gòu)建，采用系統(tǒng)關(guān)聯(lián)性設(shè)計(jì)方法，開發(fā)了水上應(yīng)急救援輔助決策系統(tǒng)。

在“輔助決策”選項(xiàng)卡，根據(jù)水上突發(fā)險(xiǎn)情情況，分析所需的人命救助、環(huán)境救助等應(yīng)急救援使命任務(wù)，并選擇所屬使命任務(wù)對應(yīng)的救助能力需求，可單選或多選，當(dāng)選定某一種或某幾種救助能力，可在右側(cè)顯示所需的救助裝備、救助技術(shù)等需求項(xiàng)的詳細(xì)參數(shù)。

為進(jìn)一步明確所需的裝備、技術(shù)等需求項(xiàng)，可進(jìn)行二次決策，即輸入事故發(fā)生的位置、水深、氣溫、天氣狀況，風(fēng)浪情況、事故類型、遇險(xiǎn)船舶噸位、遇險(xiǎn)人員數(shù)量等參數(shù)，系統(tǒng)將根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，映射相關(guān)的救助裝備、技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)等需求項(xiàng)，從而給出更精準(zhǔn)的輔助決策方案。

5 結(jié) 語

1）基于對全國4大水域、10大類事故類型的分析，構(gòu)建了包含人命救助、環(huán)境救助、財(cái)產(chǎn)救助和搶險(xiǎn)打撈4個方面22類主要水上突發(fā)險(xiǎn)情應(yīng)急救援場景，明確了我國水上應(yīng)急救援的核心任務(wù)需求和能力需求。

2）基于“雙重循環(huán)”機(jī)制的水上應(yīng)急救援輔助決策系統(tǒng)構(gòu)建方法的提出，可通過“外循環(huán)”機(jī)制提升系統(tǒng)運(yùn)行的合理性，“內(nèi)循環(huán)”機(jī)制使抽象的需求逐層具體化，保障決策系統(tǒng)的針對性。

3）開發(fā)了水上應(yīng)急救援輔助決策系統(tǒng)，采用系統(tǒng)關(guān)聯(lián)性設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)了水上應(yīng)急救援裝備、技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)等需求項(xiàng)的關(guān)聯(lián)組合，可根據(jù)水上突發(fā)險(xiǎn)情應(yīng)急救援需要快速給出針對性輔助決策方案。