国际合作趋势下的援潜救生决策体系研究*

樊海渊 黄祥兵 唐 鑫

(海军工程大学舰船工程系 武汉 430033)



国际合作趋势下的援潜救生决策体系研究*

樊海渊 黄祥兵 唐 鑫

(海军工程大学舰船工程系 武汉 430033)

潜艇失事后,及时、快速和有效地实施救援十分重要,援潜救生越来越依赖于国际间的相互协作,国际合作影响因素众多。论文在分析影响潜艇救生的主要因素的基础上,构建了影响援潜救生决策的指标体系,研究适用于援潜救生的宏观决策方法,并建立宏观决策模型,并用案例具体论述了援潜救生决策模型的应用方法,验证了模型的实用性,该模型的分析结果可为援潜救生国际合作的相关问题决策提供参考。

援潜救生; 决策体系; 国际合作

Class Number O382.1; U661.6

1 引言

随着潜艇救生的人道主义理念深入人心,利用国际间的援潜救生力量相互协作,进行潜艇救援的活动越来越多[1],在俄罗斯的“库尔斯克”号核潜艇事故以及AS-28型小潜艇遇险事件中表现得尤为突出。因此,一旦潜艇失事,合理选择和组织国内外援救力量,及时、快速和有效地实施救援,显得十分重要。救援救生作业的难度大、风险高、时间紧,在选择救援力量时考虑的因素众多。如何在千头万绪中抓住主要影响因素,正确作出决策,是一项重要的工作。长期以来,世界各海军强国为确保潜艇安全做了大量的工作[1～2],对作业过程也提出了一些广泛应用的分析与评估方法[3～6],但是这些分析和评估方法均没有涉及到国际合作的因素,尤其是缺乏在国际合作情形下的宏观决策。

本文在分析影响潜艇救生国际合作的主要影响因素的基础上,构建了影响援潜救生决策的指标体系,研究适用于援潜救生的宏观决策方法,并建立宏观决策模型,并用案例具体论述了援潜救生决策模型的应用方法,验证了模型的实用性,该模型的分析结果可为援潜救生国际合作的相关问题决策提供参考。

2 影响援潜救生国际合作决策的因素分析

潜艇救生历来受到各国海军的高度重视,在援潜救生工作中,受到失事潜艇状态、技术水平、环境因素、政治因素等条件的制约,给救援工作带来了许多困难。

经过初步的分析和研究,影响援潜救生国际合作决策的因素众多,涉及范围也较为广泛,总结归纳后大致可分为五个方面:失事潜艇的基本情况、失事海域的环境、救援力量的投送、救援力量的技术水平以及合作救援的政治因素。每一个方面,尤其是失事潜艇的基本情况与失事海域的环境又可以细化为几个子因素,综上完整的影响援潜救生国际合作决策的因素[7]如图1所示。

图1 影响援潜救生国际合作决策的因素

3 援潜救生的宏观决策模型

3.1 决策矩阵

以A={A1,A2,…,Am}作为多指标决策问题的方案集,以G={G1,G2,…,Gn}作为指标集,方案Ai中指标Gj的属性值为xij(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n),则矩阵X=(xij)m×n表示方案集A对指标集G的属性矩阵。一般来讲,不同的评价指标往往具有一样的量纲和量纲单位,为了消除量纲和量纲单位不同所造成的不可公度,应对属性矩阵进行无量纲处理。本研究采用的评价指标可以分为效益型和成本型两种。不同类型的评价指标,无量纲处理的方法是不一样的,本文按照以下方式对各指标进行无量纲处理。

对于效益型指标:

(1)

对于成本型指标:

(2)

若某一指标在各个方案中的属性值相同,处理时就可根据该指标的重要程度将其属性值均赋值1或均赋值0。经无量纲处理后,属性矩阵X=(xij)m×n转化为无量纲决策矩阵Y=(yij)m×n。在无量纲决策矩阵中,无论评价指标是效益型还是成本型,只要yij越大,那么其指标属性值越好。

3.2 评价指标的权重

在决策过程中,合理确定各指标的权重非常重要。指标权重的确定往往需要综合主观和客观两方面因素。

1) 主观权重

指标的主观权重主要依赖于决策者根据经验。决策时对指标集G中指标进行两两比较,构建两两比较的判断矩阵R=(rij)m×n,其中标度rij取1～9之间的整数及其倒数,其意义如表1所示,且rii=1,rij=1/rji。

表1 判断矩阵标度定义

各指标需要归一化,主观权重wi按式(3)计算,即:

(3)

wi越大,相应指标对决策的影响也越大。当n>2时,比较矩阵R的一致性需要进行校核,须计算其一致性比例C.R.,即:

(4)

式中:R.I.为同阶随机矩阵的一致性指标的平均值,其按表2中取值。

表2 平均随机一致性指标

当C.R.<0.10,矩阵具有较好的一致性;否则,调整比较判断矩阵,直到具有满意的一致性为止。

2) 客观权重

客观上某一个指标在不同的方案中的数值差别越大,在决策中越重要。客观权重从决策矩阵固有信息的角度,反映各指标对决策的影响,其可以通过熵信息导出。对于m个评价方案、n个评价指标、无量纲决策矩阵为Y=(yij)m×n的决策问题,第j个指标的熵[6]定义为

(5)

第j个指标的熵ej越大,说明各方案在该指标上取值与该指标最优值间的差异越小,从统计学的角度看,该指标对决策的影响也就越小。因此,可通过熵的互补值进行归一化处理后求出各指标的熵权θj,即:

(6)

显然,指标的熵ej越大,其熵权θj越小,表明该指标向决策者提供的信息量有限,因此该指标对决策的影响也较小。相反,指标的熵ej越小,其熵权θj越大,表示各方案在该指标上有明显的差异,应重点考察,自然该指标对决策的影响也就较大[8]。

3) 综合权重

在处理复杂问题时,不仅要重视决策者的经验,同时也不应当忽视各种方案的客观信息,因此全面考察主观和客观因素,是科学决策的前提条件。综合考虑各指标的主观权重和客观权重,可得到其综合权重μi,即:

μi=f(wi,θi) (i=1,2,…,n)

(7)

决策中对主、客观权重的要求不同,修正的方法也不尽相同,本文采用以下修正方式:

(8)

各指标的综合权重μi构成了指标集的权重向量μ=(μ1,μ2,…,μn)T。

3.3 决策分析

双基点法[9～10]是一种有效的决策分析方法,它利用待选方案与理想方案的相对贴近度来进行优化决策。利用无量纲决策矩阵Y和各指标的综合权重μi,可得到一个更合理的加权决策矩阵Z=(zij)m×n:

zij=μj·yij(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)

(9)

(10)

(11)

任一方案与理想方案和最劣方案的标准差分别为

(12)

(13)

显然,待选方案与理想方案的标准差越小越好,与最劣方案的标准差越大越好,则待选方案与理想方案的相对贴近度可定义为

(14)

与理想方案的相对贴近度越大,则方案越优。根据相对贴近度的大小,可以确定方案的优劣。

4 典型案例研究

本文以一个假想案例为例,来详细阐述援潜救生国际合作决策模型在具体救援活动中的应用。由上文可知,潜艇救生国际合作决策中的影响因素太多,给决策带来了较大的困难。为了简明扼要地讨论决策模型的应用程序,文中对影响决策的因素进行了简化,只选择部分有代表性的因素进行分析。在具体的案例和现实的救援工作中,决策者应根据实际情况来选择合理的决策因素,不要局限于本案例中的情形。

4.1 案例背景

假设一潜艇在某海域失事,潜艇失事时艇体及艇员状态、失事海域的环境信息如下所列。

1) 潜艇失事后,艇员立即发布了失事信息,艇内生存环境良好。

2) 潜艇纵倾角约22°,横倾角约12°,救生平台结构完好。

3) 失事海域的水深约350m。

4) 据气象预报,失事海域近5天内的海况均为4级。

4.2 建立决策指标体系

援潜救生国际合作决策中,对救援力量分析研究时,最为重要的是考虑以下几个问题:

1) 从技术层面考虑,救援力量能否对已经失事的潜艇进行救援?若能开展救援,失事潜艇和失事海域的状况与救援力量的匹配程度如何?

2) 救援力量的装备技术水平、经验如何?即救援力量的对援潜救生的可操作度怎么样?

3) 救援力量的投送是否能满足失事潜艇救援的要求?

4) 从国与国之间的关系考虑,外国救援力量参与合作救援的可能性有多大?

基于对上述几个方面问题的考虑,结合图1中的影响因素,定义适用于本案例的以下四个决策指标,并构建相应的决策指标体系。

1) 救援力量的契合度:反应救援力量与救援任务之间的契合程度,其值取0～10间的评估值。若某种救援力量完全不能完成救援任务,其值为0;救援力量与救援任务的相适契合越好,则契合度的取值也越大。

2) 救援力量的可操作度:体现了救援力量的整体水平,其值取1～10间的评估值。救援力量可操作度越高,则该取值也越大。

3) 救援力量的快速性:用快速性来表征救援力量投送的能力,显然投送所需的时间越短,则救援力量投送能力越强。

4) 合作救援的可能性:反应合作救援中对政治因素的考虑,其值取1～10间的评估值。两国间的关系越友好,则该指标的取值也越大。

上述四个指标的详细定义如表3所示。

表3 案例中决策指标的定义

4.3 制定合作救援方案

综合考虑本案例中潜艇失事的状态和环境条件(失事水深为400m,海况为5级),并结合对各国援潜救生装备水平的分析,可以得出一个初步的判断。目前,可以利用四个救援力量具备顺利开展此次救援任务的能力,分别是北约NSRS系统、美国SRDRS系统、俄罗斯的Becrep型深潜救生艇以及德国的MERMAID型深潜救生艇。因此,便可制定四个援潜救生国际合作的救援方案。

方案1(A1):与北约NSRS系统(重点是英国)寻求国际合作,实施失事潜艇的救援行动。

方案2(A2):与美国寻求国际合作,实施失事潜艇的救援行动。

方案3(A3):与俄罗斯寻求国际合作,实施失事潜艇的救援行动。

方案4(A4):与德国寻求国际合作,实施失事潜艇的救援行动。

对四个方案中的决策指标进行评估,其结果如表4所示。

表4 救援方案中各指标的评估值

4.4 决策分析与结果

决策分析的目的是以四个决策指标(G1～G4)为准则,对四个援救方案(A1～A4)进行分析,寻找最佳的方案。

四个方案和四个决策指标构成了如下的决策矩阵X:

利用式(1)～式(2)对决策矩阵进行无量纲化,得到无量纲的决策矩阵Y:

根据决策者的主观经验,得到指标之间的两两判断矩阵。

决策者对决策指标进行两两比较,并根据式(3)～式(4)得到主观权重,根据式(6)～式(7)求得客观权重,再利用式(8)～式(9)计算得出综合权重,详细计算结果如表5所示。

表5 决策指标的权重计算值

利用式(9)得到加权的决策矩阵Z:

根据式(10)～式(11)分别得到待选方案中的最优方案和最劣方案:

S+=(0.2086,0.261,0.4327,0.0977);
S-=(0,0,0,0)

根据式(12)～式(13),可计算得出各个待选方案与理想方案和最劣方案的标准差分别为

λ1+=0.0122,λ2+=0.0714,λ3+=0.273,λ4+=0.152;
λ1-=0.2758,λ2-=0.258,λ3-=0.0488,λ4-=0.0288

根据式(14),便可计算出各个待选方案与理想方案的相对贴近度为

c1=0.957,c2=0.783,c3=0.151,c4=0.159

由于c1>c2>c3>c4,因此各待选方案的优劣度排序为:A1>A2>A4>A3。

经过计算分析,结果表明:方案1为最佳方案,即优先与北约NSRS系统(重点是英国)寻求国际合作,实施失事潜艇的救援行动。其次是与美国寻求援潜救生国际合作,最后再考虑与德国和俄罗斯寻求国际合作来开展救援行动。

5 结语

本文通过分析影响援潜救生国际合作决策的因素,建立了影响援潜救生国际合作决策的指标体系和援潜救生的宏观决策模型,并以一个假想的潜艇事故为案例,介绍了援潜救生国际合作决策的理论和具体的应用方法。由于资料的缺乏,案例涉及到的因素较少,决策指标体系建立得也较为简单,但这并不影响决策理论应用的实用性。在实际应用中,应根据具体情况,准确选择影响因素和决策指标,合理制定援救方案,以保证决策的正确性。

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Decision-making System for Submarine Rescue Under the Trend of International Cooperation

FAN Haiyuan HUANG Xiangbing TANG Xin

(Department of Naval Architecture & Ocean Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033)

How to rescue the marine quickly and effectively after a submarine accident is a very difficult problem up to the present. So the submarine rescue system needs the international cooperation. But it is effected by a lot of factors. On the basis of analyzing the factors, the index system for the submarine rescue is proposed. After that the decision-making model for submarine rescue under the trend of international cooperation is established. In order to validate the model, a hypothetic case is analyzed by use of it. The model and the result may provide the reference for the decision-making process of submarine rescue.

submarine rescue, decision-making system, international cooperation

2014年12月2日,

2015年1月28日

樊海渊,男,硕士研究生,研究方向:援潜救生。黄祥兵,男,博士,副教授,研究方向:援潜救生。唐鑫,男,硕士研究生,研究方向:船舶与海洋工程。

O382.1; U661.6

10.3969/j.issn1672-9730.2015.06.001