海上搜救区域确定方法

海上搜救区域的确定方法
海上搜救是通过量化一系列不确定因素，及搜寻目标最后的已知位置、搜救对象类型以及影响漂移的风况、海况等，计算搜寻区域以及搜寻时间随区域时间的演变，并且快速调动搜救力量再确定的搜救区域进行救援。

海上搜救区域的确定很大程度上决定着搜救行动的成败，在本文中，重点介绍海上搜救区域的确定方法。

由于在确定搜救区域过程中涉及很多计算，我们将对搜救区域确定技术进行算法实现，并通过VC 编程实现搜救区域确定的辅助程序。

搜救区域的确定算法流程图
基本信息采集系统
遇险船舶基本信息
海事卫星通信系统
船舶交通安全管理系统
海上安全信息播发系统
搜救卫星系统
1评估遇险情况
在搜救事件的早期阶段，对事件的性质、时间和位置作出一些假设是不可避免的。

在确定搜救区域的过程中对遇险船舶的航线、最后已知位置、现场环境的的相关数据采集和分析都是十分重要的。

1．1船舶的目的地。

遇险船舶的计划航线是确定遇险位置的重要线索。

如果船舶的位置接近当时的计划航线，搜救人员则应该相信该位置的可靠性。

1.2遇险船舶最后已知位置。

遇险船舶或航空器最后已知位置和相对应的时间是一条重要的线索，因为它排除了在此的位置和时间之前遇险的可能性，同时显示遇险船舶沿计划航线航的准确性以及其到达最后已知位置的真是速度。

如果遇险位置而时间是已知的，那么搜寻计划人员可根据最后已知位置更好的估算其遇险位置。

1.3事故现场环境。

现场条件决定遇险人员是否还能生存，如气温极限和淡水供应情况等；另外，风和流导致的漂移会影响遇险现场。

2确定搜寻基准
确定搜寻基准是搜寻目标在某一时刻的最可能位置。

根据遇险船舶的最后已知位置的情形，基准分为基准点、基准线和基准区三种类型。

为了确定基准，首先要估算遇险船舶的最后已知位置，然后考虑风、流等漂移作用和目标的漂移时间，得出漂移的方向和距离，从而确定搜寻基准。

2.1遇险位置。

船舶或幸存者的最后已知位置的时间地点将决定基准的类型。

根据最初获得的信息，最后已知位置通常分为点、线、区三种情况。

点：遇险船舶报告其遇险船位，或者其他船舶观测到其遇险船舶位置并报告给搜救人员，或者搜救人员根据遇险船舶在遇险前的可靠船位的计划航线通过航迹推算的出的遇险位置。

线：如果有遇险船舶的计划航线或者遇险前测到的一条位置线，那么遇险船舶可能就位于这条直线上。

区：当具体位置、具体线都未知，则确定一个遇险未知的高概率区域。

2.2海上漂移
遇险事故发生后，由于受到总水流和风压差的影响，可能使搜寻目标产生漂移。

为计算搜寻目标的位置，必须估算出风压差和总水流矢量的大小和方向，并根据矢量叠加原理计算漂移的方向和速度，预测搜寻基准。

为简化模型，在搜寻计划中总水流通常只考虑影响最为显著的海流和风生流。

而计算中我们均取遇险事故发生后的一段时间内的平均海流和风生流。

除总水流外，风压差也能使搜寻目标产生漂移。

漂移速度大致与风速成正比，漂移方向在总体上沿下风向。

风压漂移方向与下风方向的夹角称为风压偏角。

取顺时针方向的转角为正，如果目标风压移动方向与下风向的夹角度数为α，那么在下风向左侧的风压偏角为-α，右侧的风压偏角为+α。

将风压漂矢量和总水流矢量合成就得到总漂移矢量。

具体计算细节参考文献《海上搜寻区域确定的计算机辅助方法》
向左漂移
向右漂移
风压偏角与下风向的关系
总漂移（左）
总漂移（右）
总漂移矢量的两种情形
3确定搜寻区域
搜救区域是由搜救人员确定的最有可能包含搜索目标的地理区域。

确定搜寻区域，首先估算位置总或然误差，然后计算搜索半径，最后利用基点或基线以及搜寻半径来确定需要搜寻的区域。

3.1位置总或然误差
位置总或然误差E（简称总或然误差），是衡量搜寻目标位置的不确定性（基准计算误差）和搜寻设施精确航行能力的综合尺度，也是决定搜寻区域大小的一个重要因素。

E的计算公式如下：
E=√X2+Y2+D e2
E的单位是海里，X为目标初始误差，Y为搜寻设施位置误差，D e为漂移误差。

3.1.1目标初始位置误差
目标初始位置误差X的计算公式为：
X=Fix e+DR e
式中：Fix e为搜寻目标定位误差，DR e为搜寻目标航迹推算误差。

Fix e的取值可参考定位误差表，DR e与推算航程的长度成正比。

商船的航迹推算误差取推算航程的5%，小艇则取15%。

定位误差表
3．1.2设施位置误差
搜寻设施误差Y的计算公式为：
Y=Fix e+DR e
Fix e为搜寻设施的定位误差，取值参考定位误差表，DR e的计算方法同上。

3．1.3漂移误差
漂移误差D e的计算公式为：
D e=√ASWDV e2+TWC e2+lW e2∗t
式中， ASWDV e表示平均风误差引起的漂移速度误差； TWC e表示总水流误差；LW e表示风压误差；t表示漂移时间长度。

对于实际观测的风向风速变化缓慢的风力数据，ASWDV e取0.3海里；其他情况下取0.5海里。

在《国际航空和海上搜救手册》的附录中可查出各种漂浮物的风压误差LW e，而总水流误差TWC e可由下列公式计算：
TWC e=√TC e2+SC e2+WC e2+OWC e2
式中：T C e表示潮流误差；SC e表示海流误差；WC e表示风生流误差；OWC e表示其他水流误差。

在具体场合中，上述水流中有的水流不一定存在，要视情况舍取。

如果总水流作为一个整体观测的，当测到的数据能代表目标所在海域的总水流时，TWC e取0.1海里，否则取0.2海里，不用再估算总水流误差的各个分量；如果没有观测总水流，又没有其他更为准确的办法估算各个分量，则T C e、SC e、 WC e和OWC e可分别取0.3海里。

如果按照上述海上漂移算法取平均基准，那么漂移误差D e的计算公式为：
D=D e(L)+D e(R)+RL
2
式中：D e(L)表示左基准的误差，取从最后已知位置（LKP）到左基准的距离的12.5%；D e(R)表示右基准的误差，取从最后已知位置到右基准的距离的12.5%；RL表示左右基准之间的距离，如图：
LKP
平均基准的误差
3.2搜寻半径
位置总或然误差E确定后，可用下式计算搜寻半径：
R=f s∗E
式中：f s表示最佳搜寻因素，是一个基于相对搜寻能力的数值。

根据基准类型，用积累相对能力Z rc可以表得到最佳搜寻因数。

Z rc等于先前所有积累相对搜寻能力再加上下一搜寻行动的相对搜寻能力，即
Z re=Z r1+Z r2+Z r3+⋯+Z rn
式中：Z m表示即将要开展的搜寻行动的相对搜寻能力，其计算公式为：
Z r=
VTW
√X2+D e2+Y2
式中：V表示搜寻设施的速度；T表示的搜寻时间长度；W表示搜寻设施的扫视宽度。

3.3搜寻区域的确定
根据基准不同，可利用的基点或基线来确定搜寻区域。

3.3.1基点确定搜寻区域
在单个基准点时，以基准点为圆心、以搜救半径R为半径的圆周外切正方形为最佳搜寻区域。

实际采用的搜救区域是根据可用的搜救力量及其他限制条件下要达到的搜寻效果对此区域作出相应调整，但总的来说，仍是以搜寻基准为中心或大或小的矩形。

单基准点正态分布的最佳搜寻区域
在左右两个漂移分支基准点的情形下，分别以左右两个基准点为圆心，以R为半径画圆，
这两个圆周的外切圆即为最佳搜寻区域，如图：
LKP
基于两个漂移分支基准点的最佳搜寻区域
3．3.2基线确定搜寻区域
在基线情形下，以基准线的两个端点及中间转折点为圆心、以R为半径做圆，这些圆周的切线所围成的矩形（或多边形）为最佳搜寻区域。

基于基准线的最佳搜寻区域
4搜寻区域的确定模型的软件实现
根据上述的分析，在只考虑风和流漂浮物的影响的情况下，借助计算机，引入蒙特卡洛算法，减小存在着的很多不确定因素和误差，并用Matlab 语言编写一个演示性的海上搜救区域确定软件，输入相关数据即得到失事船舶的漂移轨迹和最终搜寻区域。

软件预期实施效果图
重点参考《国家海上搜救手册》（中国海事搜救中心、天津市海上搜救中心、大连海事大学编）
漂移信息搜寻区域
遇险船舶船名遇险位置遇险时间
海面风资料设定总水流信息风压信息
或然误差设定。