海上搜救决策支持系统(修改)

海上落水人员搜救决策支持系统研究

程存学刘世栋

摘要：基于案例推理机制，本文提出了海上落水人员搜救决策支持系统体系结构、数据结构、案例结构及推理机制，为建立海上落水人员精确快速搜救提供技术支持。

1、引言

随着国家经济快速发展，海上交通运输和旅游业呈高速发展的势头，海难事故的发生频率也随之增加，导致遇难人数越来越多。而海难一般发生在恶劣天气下，这种天气气候条件差、能见度低，导致救援工作很难开展,海上搜救的关键在于及时发现被救对象。海上落水人员搜救属于应急处置范畴，目前我国海上搜救被救对象的方法是采用救助船或救助直升机上简单的观测仪和照明系统，并依赖于操作人员的手工作业，这种传统的搜救方法因其搜索速度慢，目标易丢失等缺点已远远不能满足实际搜救工作的需要。依靠海上搜救决策支持系统,可以减少人为因素的干扰,帮助指挥人员及时准确地做出科学的决策。在信息化、网络化的今天,建立海上搜救决策支持系统,应为各级海上搜救中心提高其效能的首选方案。

根据调查,我国搜救系统的最主要问题在于整个搜救程序(从通报、计划、搜寻、救助、到援救后的后续处理)的效率偏低。搜救程序的进行与搜救信息的流通处理应该说是同步并行、息息相关的。利用计算机辅助支持搜救信息的管理、搜救资源快速查询、搜救决策与搜救作业的协调进行,能使搜救相关信息的搜集、传递与运用迅速而准确,使有限的搜救资源发挥最大效益,提高整体搜救效率。在研究海上搜救决策支持系统时，如果将已经发生的各类海难事故及其搜救模式作为海上搜救的案例库，就可以从中寻求解决和处理新问题的经验与方略，是提高决策水平的重要方法。基于案例推理(Case-based

reasoning,CBR)是国际人工智能领域的一个研究热点,其方法是从所记忆的以往案例中搜索与当前问题类似的案例,并选择一个或多个与当前问题最相似和相关的案例,通过对所选案例的适当调整和改写,

从而获得当前问题求解结果和对这一新案例的存贮以备复用的一种

推理模式。

2、决策支持系统结构设计

落水人员搜救决策支持系统体系结构分为三层，即用户接口层、案例管理层和数据库层，如图1所示。

图 1 落水人员搜救决策支持系统结构

1、接口构件

接口构件由人机接口、网络接口和内部软件接口三个部分组成。人机接口建立用户和系统之间的交互,包括用户输人信息和系统输出预案信息。多数情况下, 用户所掌握的危机信息是有限的, 而且多为模糊信息、不确定信息、非结构化信息,这就需要人机接口具有较强的信息识别、处理和扰动适应能力。人机接口可以通过启发诱导、多项选择、问题填充、是非问答、参数默认等方式实现人机交互。网络接口的基本作用接收落水人员自身携带定位模块和无线射频模块信息, 以利于更好的收集、处理和发布危机信息，制订搜救方案。内部接口用于本系统与其他系统的连接（例如船舶定位、导航、气象等）, 接收搜救船舶导航信息、海域实时监测信息、危机预警信息等。

2、案例库及其管理构件

案例库中存储了各种各样的救援案例,也就是对历史上落水人员搜救事件、解决方案及其实施结果的完整而真实的描述。其中关于落水人员搜救案例的解决方案,既有成功的经验,也不排除失败的教训, 这样决策者就能在新的情况下,吸取正反两方面的知识,对危机信息做出更为合理的判断,进而产生更为有效的决策。同时,案例库中的案例必须保持丰富多样性和适时性,为复杂危机情景中的应急决策提供具有参考价值的危机案例。案例库管理构件由案例检索、案例适配和案例管理三个模块构成。其中案例检索负责解释用户的检索要求,完成对预案案例和具体案例的检索；案例适配负责对检索到的源案例进行修改,使其能满足当前问题的求解要求；案例管理负责对危机案例库进行案例增加、删除、修改等操作。

3、综合信息库及其管理构件

综合信息库实际上是一个多库系统, 包括数据库、模型库等常用的库系统, 也有对应于落水人员搜救应急决策各类知识库、图形库、方法库等。综合信息库中存储的信息包括人机接口所依赖的约束条件、规则知识和技术指标、各类应急信息( 如进行落水人员搜救应急决策和危机管理工作所需人力、物力和财力资源的信息)以及CBR中的各种推理规则、算法、函数等。为提高系统的效率, 综合信息库又可细分为通用信息库和各类专用信息库,如接口信息库和应急信息库等。信息库管理构件执行对各类信息库的操作, 实现综合信息库的一致性, 它又由相应的数据库管理、模型库管理和图形库知识库管理等模块组成。

3、决策支持系统功能设计

海上搜寻与救助协调决策系统是以电子海图为基础, 在电子海图上实现对海难事故地点的准确定位,对海难事故搜寻与救助的可视化管理。系统应具有海难事故报告及更新、遇险目标漂流路径预测、救助资源管理、搜寻模式和海上救助方式模块构成,如图-2所示。

决策系统还集成了与海上搜救相关的其他信息,包括风、浪、流等水文气象信息, 通信条件, 船舶交通和搜救资源等信息数据库, 便于用户查询和决策支持。功能结构如图-2所示。

图2 功能框架

主要功能如下：

1、遇险报告及更新

主要作用是在通过接口构件接收到遇险报警时,将遇险人员的信息输入或更新到海上搜寻与救助决策支持系统中。输入的遇险信息同时将会保存到数据库中, 作为搜救辅助决策的重要参考依据。

应输入或接受解析的信息主要包含:

（1）落水人员位置( 经度/ 纬度) 。

（2）落水人员基本生命体征信息（血压、脉搏等）。

（3）险情发生地气象海况、障碍物等其他情况。

（4）所需援助( 医疗、撤离人员)。

遇险信息更新主要用于增加和修正下列遇险信息。

（5）遇险报告的信息来源、通信方式及报告时间。

（6）最新风、流、能见度等天候信息。

（7）可能漂流或航行的航向、航速或地点。

2、遇险目标漂流路径预报

在得到落水人员的遇险地点和时间后, 系统可以根据海流、潮汐、海浪、风向、风速等多种要素, 通过数值模型计算, 实时海况分析等方法, 预报未来一段时间遇险目标漂移路径。从而确定搜寻救助的基点位置。漂流路径预报系统按照遇险目标的种类不同,得出不同的风流漂移系数,从而得出不同的计算轨迹。漂流预报模块采用基于海洋环流模式(Ocean general circulation model,OGCM) 的原始方程, 引入变边界处理技术, 针对海域进行三维数值模拟, 实现漂移

预报功能。

3、搜救资源评估管理

建立搜救资源评估机制,首先将搜救资源所在位置标示在电子海图中，透过图文连接功能，使搜救资源位置与搜救资源数据库连接，查询详细搜救资源数据。同样, 可以通过搜救资源数据, 查询搜救资源所在位置。使搜救资源显示与查询方面，可以符合实际搜救需求。采用人工智能中最短路径算法，求出救助船舶到达出事地点的最短路径。计算搜救资源数据库中各机场或港口的飞机或船舶驶往遇险地点所需的时间，显示搜救资源执行海上搜寻与救助任务的优先次序。选派合适的救助资源进行救助。

4、搜寻模式的选择

搜寻模式的选择包括搜寻基点的确定，搜寻模式的选择和搜寻间距设定等功能。搜寻基点由漂流预报模块根据漂流物的类型、漂流时间和风浪流等信息来确定。系统以数据库模式将IMO（国际海事组织）所建议的各类搜救模式及其适用的遇险型态、搜救流程、注意事项等分别建立文件储存。

根据遇险信息、救助资源等信息来辅助决策人员选择最优搜寻模式。选定的搜寻模式将在电子海图显示，搜寻间距的大小是根据能见度、救助资源的数量、搜寻目标的大小来确定。

5、海上救助方式

当搜寻到目标后, 必须要采用适当的救助方式来救助。救助方式按救助力量类别(直升飞机或船舶) , 救助类型(人员、医疗或拖带) 来确定具体的救助方式。每一种救助方式的适用条件、救助设备的使