海上搜救力量配置問題研究*

任東彥

（海軍軍醫(yī)大學(xué)海軍衛(wèi)勤訓(xùn)練基地 上海 200433）

1 引言

海上搜救是一個(gè)世界性難題，特別是海上作戰(zhàn)中對(duì)落水人員的搜救工作難度更大。這是由于海上環(huán)境惡劣，且海域廣闊，傷員分布廣泛，人員落水后，若長時(shí)間得不到救治，受低溫、海洋有害生物侵襲、淡水和食物缺乏等影響，極易死亡，因此，加強(qiáng)戰(zhàn)時(shí)海上落水人員搜救工作的相關(guān)研究具有十分重要的意義。海上落水人員包括由于戰(zhàn)損、碰撞、故障、觸礁、火災(zāi)、傾覆、進(jìn)水、失控等各種原因而導(dǎo)致的處于海面險(xiǎn)境的艦船落水人員、戰(zhàn)斗機(jī)落水飛行員等人員，對(duì)落水人員搜救的關(guān)鍵是爭取時(shí)間[1～2]。這其中，搜救力量能否科學(xué)配置并迅速準(zhǔn)確到達(dá)搜救海域是搜救工作成敗的關(guān)鍵，本文針對(duì)海上搜救力量配置問題進(jìn)行研究，在定性分析的基礎(chǔ)上建立海上搜救力量配置解析模型，為海上搜救力量配置提供理論參考，有助于提高海上搜救效率。

2 搜救作業(yè)區(qū)的優(yōu)化配置

達(dá)到高效率，是海上搜救工作所要達(dá)到的基本目標(biāo)之一。為了以最快速度搜索到落水人員，海上搜救力量配置的前提是要合理劃分搜救作業(yè)區(qū)。

2.1 搜救作業(yè)區(qū)的選擇

在搜救過程中，為了將搜救區(qū)域限制在盡可能小的范圍內(nèi)，需要確定基本搜救區(qū)?；舅丫葏^(qū)就是根據(jù)已知落水人員信息或已發(fā)現(xiàn)落水人員的位置結(jié)合海區(qū)海流流向和風(fēng)向初步確定的搜救區(qū)。理論上，基本搜救區(qū)的形狀可以有很多種，但在實(shí)際應(yīng)用中，為便于搜救行動(dòng)，一般情況下，多將搜救區(qū)確定為矩形。確定基本搜救區(qū)的原則是搜救區(qū)既包含所有搜救目標(biāo)又滿足面積最小。

按照這一原則，基本搜救區(qū)是包含某一組中所有搜救目標(biāo)且面積最小的外接矩形。為滿足這一要求，就要針對(duì)已發(fā)現(xiàn)搜救目標(biāo)計(jì)算多個(gè)面積。一般而言，由于這里所確定的搜救區(qū)僅僅是概略的，因此只要大致方向差不多就可以滿足要求，例如選取0，60°，90°三個(gè)方向的外接矩形進(jìn)行計(jì)算和比較，從中選出面積最小的。但現(xiàn)代搜救艦船多攜帶有直升機(jī)，對(duì)直升機(jī)搜救而言，風(fēng)向?qū)χ鄙龣C(jī)飛行穩(wěn)定性、航跡保持和懸停點(diǎn)間的過渡影響很大。因此，在對(duì)基本搜救區(qū)進(jìn)行選擇時(shí)，一般按照風(fēng)向選擇外接矩形[3]。

2.2 搜救作業(yè)區(qū)的合理劃分

當(dāng)搜救海域面積較大時(shí)，為便于搜救行動(dòng)，可將搜救作業(yè)區(qū)劃分為若干地段，對(duì)每個(gè)地段編號(hào)并劃定作業(yè)區(qū)，由搜救力量按編號(hào)逐段搜索。劃分搜救地段時(shí)按下列要求進(jìn)行。

1）盡量將某一類搜救目標(biāo)劃分到一個(gè)作業(yè)區(qū)內(nèi)；

2）保持搜救帶為直向配置；

3）便于轉(zhuǎn)向機(jī)動(dòng)。

2.3 搜救方向的確定

搜救方向是指艦船或直升機(jī)在劃分好的搜救作業(yè)區(qū)內(nèi)實(shí)施搜索時(shí)的起始方向。確定搜救方向時(shí)，應(yīng)根據(jù)下列情況綜合分析比較，抓住主要矛盾：

1）盡量與搜救作業(yè)區(qū)邊長方向一致；

2）盡量與風(fēng)向平行，以便直升機(jī)搜索發(fā)現(xiàn)目標(biāo)時(shí)迎風(fēng)懸停；

3）便于艦船和直升機(jī)轉(zhuǎn)向機(jī)動(dòng)；

4）盡量減少轉(zhuǎn)向次數(shù)。

2.4 搜救起點(diǎn)和順序的確定

搜救起點(diǎn)是指艦船或直升機(jī)在劃分好的搜救作業(yè)區(qū)內(nèi)實(shí)施搜索時(shí)的起始位置。確定搜救起點(diǎn)，應(yīng)考慮下列因素：

1）一般應(yīng)從搜救作業(yè)區(qū)邊緣開始，逐帶順序搜索，也可從航道或地域中心線開始，逐帶向兩側(cè)擴(kuò)大；

2）搜救帶按順序以羅馬字母標(biāo)注，確定了搜救起點(diǎn)，也即確定了搜救的順序。

3 海上搜救方法

海上搜救一般結(jié)合具體任務(wù)由艦船或直升機(jī)完成。實(shí)施海上搜救，搜索目標(biāo)是前提，只有及時(shí)準(zhǔn)確地搜索到目標(biāo)才能實(shí)現(xiàn)以最大的效率救治目標(biāo)。在搜救過程中，多數(shù)情況下，應(yīng)根據(jù)搜救任務(wù)的需要，在搜救作業(yè)區(qū)的優(yōu)化配置的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步確定搜救方法。搜救方法就是指艦船或直升機(jī)相鄰搜索帶之間的配置方法[4～5]。搜救方法為相鄰搜索航路的搜索寬度之間有一定的重疊，重疊寬度一般為二倍航跡均方誤差（2δ），見圖1。搜索帶的實(shí)際寬度，可按下式求得：BS=B-2δ。

圖1 搜索航線

4 海上搜索樣式

搜索樣式是指在確定搜救作業(yè)區(qū)的位置、大小、形狀后，對(duì)搭載搜索設(shè)備的搜救力量在搜救作業(yè)區(qū)的路線規(guī)劃和運(yùn)用方式。選擇搜索樣式的主要依據(jù)有落水人員位置坐標(biāo)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性、搜救作業(yè)區(qū)的大小和形狀、搜救力量的定位精度。適用于對(duì)海搜索的方法主要有扇形搜索、擴(kuò)展方形搜索、橫移線搜索和平行線搜索。分析四種搜索方式，對(duì)比如表1所示。

表1 搜索方式對(duì)比

從表1中可以看出，扇形搜索樣式和方形擴(kuò)展搜索適用于定基點(diǎn)小范圍的小散布區(qū)域落水人員的搜索，但不適合多個(gè)搜救力量協(xié)同搜索；平行線搜索適合于不定基點(diǎn)的大范圍區(qū)域搜索，能夠運(yùn)用多種搜救力量協(xié)同搜索；橫移線搜索適合不定基點(diǎn)的長且窄的大范圍區(qū)域搜索，適合直升機(jī)或艦機(jī)協(xié)同搜索。

5 海上搜救力量配置算法

戰(zhàn)時(shí)，為了提高海上落水人員救治效率，要求搜救兵力在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)必須完成規(guī)定海域的搜索，因此，提高海上落水人員救治效率的前提是要達(dá)到較高的搜索效率。在搜救作業(yè)區(qū)滿足戰(zhàn)術(shù)要求并合理劃分的基礎(chǔ)上，應(yīng)科學(xué)配置搜救兵力并迅速完成各項(xiàng)搜索任務(wù)。

假設(shè)在某海域內(nèi)（面積為S）內(nèi)實(shí)施搜索，預(yù)先只了解該海域存在落水人員，并不了解有關(guān)落水人員的具體位置。可假設(shè)目標(biāo)在該區(qū)域內(nèi)均勻分布，在搜索過程中，將搜索海域劃分為若干小段（設(shè)其個(gè)數(shù)為n），每一小段采用平行線樣式對(duì)搜索海區(qū)進(jìn)行覆蓋。

搜索區(qū)域是長為L1、寬為L2的矩形，搜索寬度為l，搜救力量速度為v，相鄰搜索帶之間的重復(fù)區(qū)域?yàn)槎逗桔E均方誤差（2δ），每次180°轉(zhuǎn)向所需的時(shí)間為Δt。

搜索區(qū)域面積即為L1·L2，如圖2所示。則目標(biāo)出現(xiàn)在某一小段之內(nèi)的概率為

圖2 平行線搜索覆蓋區(qū)域

如圖2根據(jù)幾何關(guān)系可得，對(duì)該矩形搜索區(qū)域進(jìn)行一次全覆蓋搜索，搜救力量所需要往返次數(shù)為

其中n1為進(jìn)位取整的正整數(shù)。

則搜索力量搜索過的航路距離長為

所需的時(shí)間為

由此，在計(jì)算海上搜救力量配置數(shù)量時(shí)，可結(jié)合具體的搜救任務(wù)，根據(jù)要求的搜救時(shí)間t1反向計(jì)算出航線距離長為d1和搜索力量所需要往返次數(shù)為n1，進(jìn)而可計(jì)算出海上搜救力量配置數(shù)量。

6 示例

假設(shè)在某次海上作戰(zhàn)中，紅方1艘護(hù)衛(wèi)艦被敵方一枚反艦導(dǎo)彈擊中，導(dǎo)致15名人員落水（位遠(yuǎn)海某島西南15海里附近海域），見圖3。編隊(duì)指揮部接到求救信號(hào)后即組織搜救艦船對(duì)落水人員的搜救。

1）搜救作業(yè)區(qū)的優(yōu)化選擇

根據(jù)受損艦船位置或已知落水人員信息或已發(fā)現(xiàn)落水人員的位置并考慮風(fēng)向、海流流向等海區(qū)地理水文氣象資料，初步將70°方向的外接矩形確定為搜救作業(yè)區(qū)，編號(hào)為S，搜救作業(yè)區(qū)長L為10km，寬W為6km，如圖3所示。

圖3 受損艦船搜救作業(yè)區(qū)

2）海上搜救力量配置數(shù)量

在S海域內(nèi)實(shí)施搜救，因?yàn)轭A(yù)先只了解該海域存在落水人員，并不了解有關(guān)落水人員的所有具體位置，可假設(shè)目標(biāo)在該區(qū)域內(nèi)均勻分布。根據(jù)對(duì)海上落水人員的搜索樣式分析，平行線樣式完成全覆蓋的時(shí)間更少，所需航路距離更短，具有較高的搜索效率。可將搜索海域劃分為若干小段（設(shè)其個(gè)數(shù)為 n），編號(hào)分別為 S1，S2，…，Sn，每一小段采用平行線樣式對(duì)搜索海區(qū)進(jìn)行覆蓋，n即為搜救力量配置數(shù)量。

考慮傷員的時(shí)效救治，上級(jí)要求搜救兵力在1h內(nèi)必須完成全部海域的搜索；搜索海域S1，S2，…，Sn是長L1為10KM，寬為L2待定的矩形區(qū)域，搜索寬度l綜合考慮海區(qū)氣象條件設(shè)定為1000m，搜救艦船速度v設(shè)定為15kn，相鄰搜索帶之間的重復(fù)區(qū)域（二倍航跡均方誤差2δ）設(shè)定為50m，艦船每次180°轉(zhuǎn)向所需的時(shí)間Δt設(shè)定為3min。

根據(jù)幾何關(guān)系可得，對(duì)該矩形搜索區(qū)域進(jìn)行一次全覆蓋搜索，搜救力量所需要往返次數(shù)為

其中n1為進(jìn)位取整的正整數(shù)。

所需的搜救時(shí)間為

且滿足約束條件：t1≤1。

由式（4）、（5）可計(jì)算出搜救海域?qū)扡2，則：搜救力量配置數(shù)量為

其中n為進(jìn)位取整的正整數(shù)。

將數(shù)據(jù)代入式（4）、（5）、（6）計(jì)算可得：

由于n為進(jìn)位取整的正整數(shù)，則：n=3。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，完成上級(jí)要求在1h內(nèi)對(duì)全部海域的搜索，指揮部結(jié)合現(xiàn)有搜救力量，需至少配置3艘搜救艦船分別完成對(duì)搜索海域S1，S2，S3的搜索，見圖4。

圖4 平行線搜索覆蓋區(qū)域

7 結(jié)語

由于海上環(huán)境的復(fù)雜性，各國海軍都十分重視海上搜救的研究。本文首先對(duì)搜救作業(yè)區(qū)的優(yōu)化選擇方法進(jìn)行了研究，明確了艦船或直升機(jī)在劃分好的搜救作業(yè)區(qū)內(nèi)實(shí)施搜索時(shí)的起始方向、搜救起點(diǎn)和順序，在對(duì)海上搜索方法和搜索樣式分析的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對(duì)海上搜救力量配置數(shù)量計(jì)算方法進(jìn)行研究，在定性分析的基礎(chǔ)上建立海上搜救力量配置解析模型，以期進(jìn)一步豐富海上搜救理論，為海上搜救力量配置提供理論依據(jù)，輔助海上搜救指揮決策。