天基智联海上应急救生模式概念设计*

杨嘉舜 吴 迪 阳东升 韦定江 刘润铎

（1.海军大连舰艇学院 大连 116015）（2.暨南大学 广州 510045）（3.中国人民解放军91593部队 三亚 572011）（4.海巽云科技有限公司 青岛 266440）

1 引言

自2007年至今，我国海上遇险人员、获救人员、失踪等死亡人员超10 万余人，水上遇险人数与20世纪初期相比增加2.6 倍，特别是近期，海上风电场项目施工浮吊船“福景001”号在广东阳江附近海域防台锚地避3 号台风“暹芭”时，出现走锚遇险的重大海上事故导致多位人员落水失联，都反映了当前我国救生模式存在一定的短板弱项。据调研资料，国内大部分舰船未安装海上救生系统，而安装救生系统的舰船却未最大程度发挥单舰救生系统效能。我国传统海上救生系统的发展相较于救生需求出现了迟滞，构建一款可满足海上搜救需求的系统显得尤为重要［1］。

2 系统设计思路

2.1 传统海上救生模式的现状分析

传统海上救生系统在面对人员落水事故发生时，仅凭落水现场其他人员的反馈与集合清点人数，目力搜索落水人员，直升机航空救援［2］等传统救生手段，存在落水人员即使发现精确定位难、救援指挥模式层级多、应急管理过程复杂、救援装备搜救能力不足［3］等主要问题。

2.2 概念框架设计的基本思想

天基智联海上救生系统思想是发挥系统高精度定位优势，以定位加救援流程优化构建体系，以经典理论——OODA 环为指导建立高效运行模式，实现海上应急救援的准确高效、反应迅速、多维救生。

2.2.1 准确高效

针对存在的人员发现难、搜救响应慢等诸多问题，天基智联海上应急救生模式可发挥重要作用，弥补救援行动中存在的短板弱项。该救生模式基于天基系统通过星间、星地链路相连的不同轨道、种类、性能的飞行器及相应地面设施和应用系统，按照空间信息资源的最大有效利用原则所组成的空天地一体化综合信息网［4］，对海上信息进行智能化获取、存储、传输、处理、融合和分发，同时还具备高度的自主运行和管理能力。

运用高效指挥控制理论设计适用于现场救援的OODA 环［5］，优化救生流程，简化指挥程序。天基物联智能化技术执行OODA 环运行的鲁棒性，实现海上搜救的精确定位，同时，全过程实施任务节点闭环评价，对每个环节精准修正，可视化反馈给救援实施单元，推进救生系统的连续性和稳定性。

2.2.2 多维救生

天基智联海上应急救生模式联合通信监控设备，形成分布式覆盖搜救。利用天基智联的核心处理方式，定位救生设备提供精准实时定位，接受卫星授时与位置信息［6］。将信息与指挥决策传导至边缘船只，实现多方位、多角度、多联动的智能应用。天基太空低轨道卫星链路提供引导空中救援。处理各项救援信息，分布式网络覆盖天基、空基、海基协同救援，如图1。

图1 多维救生概念理解

3 运行模式

3.1 报警示位—“O”观察

设计基于RFID和水浸传感器技术的前端报警示位系统，在舰船周围布设电子围栏，改装传统救生衣，在救生衣后部左下角处加装水浸传感器、无线电报警装置、舰员身份标识卡与GPS定位模块。

RFID 特定的识别卡读取技术OODA 环中“O”观察阶段能够实现对落水人员身份信息的快速识别，及时发现人员落水。通过定位落水人员穿越电子围栏位置，判断落水人员大致位置（前后左右）。为防止异物穿越电子围栏引起虚假报警，前端报警示位系统根据救生衣水浸传感器判断是否人员真正落水，在水浸传感器与电子围栏双重报警机制响应下，前端报警示位系统报警。报警响应后指控中心完成预案的制定，运行模式如图2。

图2 “O”观察环节

3.2 天基定位—“O”定位

在人员落水后，救生衣定位信标触发，将定位信息及时间信息通过北斗短卫星报文形式（或公网），传送到接收机或服务器，平台自动接收到相关信息，并自动声光报警。定位信息可根据设置频率按时发送到接收机，服务器对数据进行存档，进行历史数据访问。根据多点定位信息，连线即可显示漂流轨迹，根据洋流、风向、潮汐等因素，系统自动给出预计漂流轨迹，供指挥员参考，指挥员根据漂流轨迹调整航向，避免舰船推进器损伤落水者，如下图。

图3 “O”定位环节

3.3 救援开展—“D”决策

“D”行动中结合轨迹漂流预测系统［7］，根据气象水文条件合理预测落水人员水中漂流运动情况。

获取落水信息获取后，无人机第一时间前往天基系统定位的海域范围内进行侦察，同时利用成像侦察、电子侦察、红外侦察和海洋监视等卫星协助侦察［8］。无人设备获取的信息将实时传输给舰船控制室，并经天基系统预处理后，引导无人船前往落水人员位置，由指挥员控制舰艇航向，避免救生过程中舰船对落水人员的二次伤害。根据无人机现场救援信息判断落水人员是否有自主行为能力，如果存在自主行为能力，落水人员能够由无人船拖拽前往舰船完成舰船［9］。如果不能自主完成救援，需要提前布设有人快艇和医疗救生力量快速前往事故地点，配合无人艇［10］，协同完成救援任务。另外舰船能与搜救单位共享信息，由指挥员调度周边救生力量，形成统一指挥模式，保证共同完成救生任务。

3.4 天基反馈—“A”行动

海上救援的重点在于救生力量的调度，不仅在于装备技术的使用，还在于救生资源的协调［11］。天基智联模式能够与飞行、水面、水下装备构成多维度网络式覆盖搜救。在确认落水人员身份后，天基信息系统智能联动无人救生设备，开始对落水人员进行搜索锁定，如图4。

图4 无人装备救援

与此同时，天基系统对救援现场船只发出救援信息，并调度就近边缘舰船救生力量，建立天基临时搜救指挥平台。由搜救舰船担任总指挥，在临时搜救平台中发布救生指挥信息，反馈救生信息，协调各救生资源。

由搜救舰船担任总指挥，边缘船只根据总指挥舰指挥信息联合行动，反馈一线宝贵救生信息资源共享［12］，完成对救援方案的准备，最大限度提高救生效率。

4 实验验证

对天基智联海上应急救生模式进行仿真试验验证，图5 是实际黄海海域，天气晴朗，气温25℃左右，水流速度0.18m/s，风向西南，风速2.3m/s 时，落水假人的漂移轨迹。

图5 实际假人落水轨迹

天基智联综合了定位系统，通讯系统，导航系统，轨迹漂流预测系统，导弹拦截，机械视觉系统等算法，明确算法间的输入输出关系，建立精准的数学模型，将实际水文数据，天气情况等数据输入，运用Matlab进行仿真模拟，输出结果如图6。

图6 模拟仿真路径

其中红绿交错的区域为模拟路线区，点状是实际定位点，预计路径面积越小，图6所示与上半部分点状定位点重合度越高，证明预测路径较为准确。

通过实验验证，天基智联海上救生模式概念设计能够高效地完成海上应急救生人员落水任务。

5 结语

通过对传统救生系统中加入对天基智联的发展应用模式，舰艇救生系统在面对发现落水人员，确定落水人员信息、信息资源共享等难题上有了巨大的突破，无论是落水人员定位信号是否消失，应急救生系统仍可以高效运行。利用卫星通讯［13］，环境适应力强，调度资源范围广，信息精准高效，为救援救生提供更多的可能。在后期模式设计中，期待装备关键技术的突破［14］，实现天基智联海上应急救生系统高层次发展。