水上应急救援辅助决策系统构建研究

赵杰超，金 浩，张英香，王吉武，陈 健，巩 琦

(中国船舶集团有限公司第七一四研究所，北京 100101)

0 引 言

近年来，随着“海洋强国”战略等重大战略的持续推进，我国水上活动日趋频繁[1]，随之而来的是水上突发险情的频发。据中国海上搜救中心发布的数据，平均每年我国突发水上险情1 700余次，造成1万余人遇险，约500人死亡，水上安全形势非常严峻，突发险情应急救援任务繁重艰巨[2]。

通常，当水上出现突发险情时，专业救助队伍需要根据险情特征快速做出反应。然而，针对突发险情的应急响应需要考虑水域、海况、气象、险情类型等因素条件对所选择的救援装备、救援技术和参考标准的影响。当前针对特定水上险情的处理主要依靠个别经验丰富的救援专家，而大部分专家都是仅精通于特定的领域，一旦出现相关专家缺席，将会严重影响救援行动的开展。鉴于此，开展水上应急救援辅助决策系统开发具有非常重要的现实意义。

目前，辅助决策技术已在军事[3-8]、电力[9]、交通[10]等领域取得了广泛的应用。然而，作为一项对时效性要求很高的作业类型，我国水上应急救援却鲜有运用辅助决策技术，严重影响了对突发险情的应对能力和救援效率。

1 我国水上应急救援建设概况

如图1所示，我国建立了在国务院领导下的国家海上搜救部际联席会议制度，统筹研究全国海上搜救和船舶污染应急反应工作。联席会议由交通部牵头，办事机构设在中国海上搜救中心。中国海上搜救中心及地方各海（水）上搜救机构是水上突发事件的应急指挥机构，可协调交通运输系统的海事力量和救助力量，以及过往船舶、附近渔船、社会力量、军队力量参与水上突发险情的应急处置。

图1 我国水上救援组织体系架构图Fig.1 Structure diagram of the water rescue organization system in China

救助力量和海事力量是我国交通运输系统的两大专业救助力量。2003年以来，交通部在烟台、上海、广州分别成立了救助局和打捞局，在大连、烟台、上海、厦门等地建立了交通部海上救助飞行队，初步构建了我国水上专业立体救助网。目前交通部根据季节气候变化及海上运输情况，调整专业救助待命网点，适应不断变化的救援需要。

海事执法船是水上应急救援的重要力量之一，承担组织协调和救援任务。近年来，交通部大力加强海事执法队伍的建设，先后建造了13 000 t，5 000 t，3 500吨级和60 m，40 m，30 m等海事执法船，基本形成了能覆盖我国管辖海域的海事执法船队。为提升长江干线水上专业救援能力，交通部根据长江沿线水域海事机构站点多、海事部门巡航力量强的特点，在长江实行“海事巡航与救助一体化”的管理格局，建立了长江专业救助网络。

军队、政府部门及涉海各企事业单位的船舶、飞机是我国水上应急救援的重要保障力量，在救援过程中发挥了重要的作用。

2 水上应急救援能力需求分析

根据交通运输部令（2014年第15号）《水上交通事故统计办法》中对水上交通事故类型的划分[11]，同时考虑水上非交通类事故，将水上常见事故划分为碰撞事故、搁浅事故等10大类。基于水上常见事故与应急救援任务需求之间的关联关系，根据事故诱因和遇险对象的差异，可将应对水上10大类常见事故的关键应急救援任务需求概括为人命救助、环境救助、财产救助和抢险打捞4大类，针对不同救助大类分析对应的突发险情应急救援场景，归纳总结各个救援场景的基元任务、能力需求及救援流程，构建了如图2所示包括船舶碰撞、船舶搁浅等在内的22种水上应急救援场景。

图2 水上突发险情与应急救援场景关联关系Fig.2 Correlation between sudden danger on water and demand for emergency rescue mission

通过对各类水上应急救援场景的分析，可得出对应的救助能力需求。根据体系构建的原则，从有利于体系化梳理救助装备、救助技术、参考标准等需求项的角度出发，研究各需求项的内在关联关系，对相关救助能力需求进行整合，得到了如图3所示的16种水上应急救援关键救助能力需求项。

图3 水上应急救援关键能力需求Fig.3 Critical capability requirements for waterborne emergency rescue

3 水上应急救援辅助决策系统构建

3.1 构建思路

如图4所示，为弱化由于特定救援专家的缺席对水上突发险情应急救援决策行动的影响，提升水上专业救助队伍的应急反应能力，聚焦交通运输部发布的水上10大事故类型，对水上专业救援队伍的救援使命任务展开系统的梳理与细化，结合特定的逻辑关系，研发一套水上应急救援辅助决策系统，针对性制定实现每一种使命任务所需救援装备、救援技术等数据的匹配明细表，为快速开展水上突发险情应急救援提供决策参考。

图4 水上应急救援辅助决策系统Fig.4 Design framework of waterborne emergency rescue assistant decision-making system

3.2 构建方法

为便于从宏观上消除水上应急救援辅助选配系统构建过程中的逻辑错误，保障研究成果的可追溯性和可复用性，基于军民融合发展战略背景，充分借鉴军事领域成熟的武器装备体系设计理论方法[12-14]，紧密结合我国水上应急救援现状及特点，运用控制论与系统工程理论，提出了如图5所示的基于“双重循环”机制的水上应急救援辅助决策系统构建方法。

图5 水上应急救援辅助决策系统运行机制Fig.5 Operation mechanism of waterborne emergency rescue assistant decision-making system

构建过程包括I输入、R约束条件、M运行条件、A分析过程和O输出共5个方面。I是指构建过程的原始输入数据，是构建辅助选配系统的来源和基础，主要包括突发险情概况。R是指限制系统最优化或核心目标实现的各类约束要素，包括救援距离、经济合理性、使用环境、技术水平、使用手段等；M是指系统运行需要考虑的主要因素，包括救援人员、技术人员、指挥人员、指挥机构、技术方法体系；A是分析过程，共包括6个环节，“险情分析（A1）-任务需求匹配（A2）-能力需求匹配（A3）-救援装备、技术等需求分析（A4）-辅助选配草案（A5）-选配草案评估（A6）”的循环迭代流程构成了系统构建的“外循环”机制，是提升系统针对性和系统性的关键程序；O是指实现系统构建目标所得出的装备与技术辅助选配方案。

需求分析（包括任务需求分析、能力需求分析、装备、技术、标准等需求分析）是系统构建的核心环节，关乎所构建系统的合理性与实用性。鉴于此，如图6所示，结合应急救援实际，提出了“以险情救助为牵引、以决策需求为导向”的需求融合分析理念，即系统建设的“内循环”机制，按照“任务需求↔能力需求↔装备与技术需求”的逻辑线将需求从抽象到具体逐层递进，对不同类型需求逐层向上合并，或向下展开，循环迭代，继而形成同一层次上规范化的需求结构框架和指标体系。

图6 水上应急救援辅助决策系统分解流程Fig.6 Decomposition process of waterborne emergency rescue assistant decision-making system

4 水上应急救援辅助决策系统应用

4.1 辅助决策系统基本架构

根据水上活动特点，聚焦海洋、江河、湖泊和水库4大水域，瞄准水上10大事故类型，旨在保障人民群众的生命财产安全和生存环境健康。对常见的水上突发险情应急救援场景的救援能力需求可具体概括为落水人员救助能力、伤病/被困人员转移能力、翻扣船水下人命救助能力等16项，每一种救助能力关联出的救助装备、救助技术等如图7所示。从所属分类、装备名称、装备型谱、装备编号、关键性能参数、适用场景和所属单位7个方面对每一种救助装备的具体数据进行系统梳理，构建救助装备体系表。整理归纳每一种救助技术的操作要点、注意事项、适用条件，形成救助技术体系表。对于参考标准、典型案例等内容也梳理构建相应的体系表。

图7 水上应急救援辅助决策系统基本架构图Fig.7 Architecture diagram of the waterborne emergency rescue assistant decision-making system

4.2 辅助决策系统的实现

基于对救援装备知识库、技术知识库、标准知识库、典型案例库等知识库的构建，采用系统关联性设计方法，开发了水上应急救援辅助决策系统。

在“辅助决策”选项卡，根据水上突发险情情况，分析所需的人命救助、环境救助等应急救援使命任务，并选择所属使命任务对应的救助能力需求，可单选或多选，当选定某一种或某几种救助能力，可在右侧显示所需的救助装备、救助技术等需求项的详细参数。

为进一步明确所需的装备、技术等需求项，可进行二次决策，即输入事故发生的位置、水深、气温、天气状况，风浪情况、事故类型、遇险船舶吨位、遇险人员数量等参数，系统将根据输入的数据进行关联分析，映射相关的救助装备、技术、标准等需求项，从而给出更精准的辅助决策方案。

5 结 语

1）基于对全国4大水域、10大类事故类型的分析，构建了包含人命救助、环境救助、财产救助和抢险打捞4个方面22类主要水上突发险情应急救援场景，明确了我国水上应急救援的核心任务需求和能力需求。

2）基于“双重循环”机制的水上应急救援辅助决策系统构建方法的提出，可通过“外循环”机制提升系统运行的合理性，“内循环”机制使抽象的需求逐层具体化，保障决策系统的针对性。

3）开发了水上应急救援辅助决策系统，采用系统关联性设计方法实现了水上应急救援装备、技术、标准等需求项的关联组合，可根据水上突发险情应急救援需要快速给出针对性辅助决策方案。