基于態勢的損管輔助決策系統

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(1.92246部隊,浙江 寧波,315100；2.中國船舶工業系統工程研究院,北京,100094; 3.91991部隊,浙江 舟山,316000)

傳統的損管指揮和訓練過程中，由于缺乏信息化工具和“大損管”理念，普遍存在損害定位難、人員調度不合理、損管指揮效率低和決策失誤多等問題，導致實際損管中容易出現過度損管和資源嚴重浪費等情況。隨著船舶信息化水平越來越高，對人員損管水平和能力要求也越來越高，因此，迫切需要開展信息化損管指揮和訓練方面的研究。

1 國內外損管指揮現狀

1.1 國外損管指揮發展

歐美國家最早于20世紀80年代開始提出以計算機技術為基礎的現代損管概念，并成功運用到了艦船的抗沉系統中,以FFG-30艦為試驗船,建成了Ballast損管系統，在DD969艦上進行了實船安裝運用SNIPE損管系統。該系統具備初始的輔助決策功能，能在較短的時間內準確探測到艦船的破損信號，進行分析處理，并計算艦船的損害程度和穩性狀態，最后向艇員推薦最佳的對策。

20世紀90年代以后，由于艦船損管系統逐漸向集成化和自動化方向發展，美國海軍損管指揮與處置效率得到提升，對現有船艇通過加裝便攜機、大屏等信息化設備(見圖1)，統一配備電子標繪等功能[1]。

圖1 電子標繪的損管中心與損管站

從手動標繪指揮模式到電子標繪指揮模式(見圖2)轉變以后，指揮方式也相應由手工標繪與指揮電話相結合方式轉變成無聲指揮，即多個回合的電話通訊變成了即時的交互損管信息(見圖3)，綜合網絡同步獲取的信息態勢，縮短了損管響應時間和決策時間，大幅提高了損管指揮和訓練效率。

圖2 紙質標繪向電子標繪轉變

圖3 指揮方式的轉變

1.2 國內損管指揮技術發展

我國在20世紀80年代開始研發艦船損管技術，已先后推出多套損管系統。這些系統的共同特點是具有較強的安全監測報警功能和損害補救能力， 但在數據分析、計算機輔助決策、系統自能化、系統可靠性以及損管訓練方面存在不足[2-3]。

由于國外技術的封鎖，國內損管指揮系統絕大部分都是通過自主開發電子標繪指揮技術來進行研究。有學者利用地理信息系統對空間數據的高效管理和靈活的綜合分析能力，采用決策支持系統解決問題方法，對損管輔助決策進行了嘗試[4]；以VB為平臺，研發了基于GIS技術的損管輔助決策系統，結合災害模型和專家系統進行輔助決策，提供了一條新思路[5]。但由于開發出來的系統占用計算資源太多，不能應用于實踐的實時指揮。

在艦船損害信息分析和損管決策方面，有學者編制了初步的損管集控智能決策系統，并搭建了試驗平臺，為損管訓練、各項損管技術的試驗以及損管決策系統的不斷完善提供了基礎[6-7]。構建了以模型庫系統為主，數據庫系統、知識庫系統和人機交互系統并重的船舶抗沉輔助決策系統，通過建立抗沉方案計算模型，分別采用非線性規劃法和改進遺傳算法求解最佳抗沉方案；同時提出了用M-H方法依據不沉性標板圖數據，快速搜索得到較優抗沉方案[8]。開展了船長損管決策指揮訓練流程設計，并建立了一套模擬訓練系統[9]。依據不沉性理論、專家系統和多目標決策理論建立了船舶損管輔助決策的有關模型，并針對某型船的破損情況進行了數值仿真，證明了該模型的有效性[10]。以海警船為研究對象，進行了抗沉應急指揮決策系統的研制工作，帶動了相關的損管實訓的開展[11]。基于系統動力學特性建立了虛擬艙室滅火交互模型，結合典型狀態下火災與滅火措施的對抗關系，給出了交互模型的解析形式，通過人員實際損害管制訓練的結果統計，確定模型參數，并對模型適用性進行了驗證[12]。這些損管技術在一定程度上有助于輔助船員進行有效的損管決策和快速響應，但應用在實踐上仍有許多問題待解決。

2 基于態勢損管輔助決策

2.1 定義

基于態勢損管輔助決策系統是一個基于全船損管信息集成和損管輔助決策的損管指揮系統(見圖4)。其核心理念是借助損管信息化技術和輔助決策能力完成3次反饋指揮：損害發生時通過自動報警第一次反饋給指揮員，完成災害艙室快速定位；災害蔓延過程通過視頻或其他信息化手段第二次反饋給指揮員，結合輔助決策卡完成精細指揮；受損程度評估通過輔助決策軟件第三次反饋給指揮員，完成損管資源和人力的精準調配。

開展基于態勢的損管指揮和訓練，基本前提要實現全船損管信息資源的全面監測和控制，只有對損管態勢做到全面掌控，才能支持人在回路的損管行動快速響應。其次，要建立不同位置和不同種類火(水)災蔓延模型，研究災害蔓延規律和損壞程度評估，才能實現精細、精準層面上的輔助損管指揮決策。

圖4 基于態勢的損管輔助決策基本流程

2.2 系統功能

1)損管態勢集成功能。損管態勢集成功能主要指能夠對所有損管信息及相關要素進行實時報警、標注和定位，包含艙室信息、附近損管器材、防火門、水密門、艙口蓋開閉狀態、消防系統操作等信息，保證指揮員全面及時了解艙室受損情況和人員分布情況，為快速作出事故分析和決策謀取信息優勢。

2)損管分析決策功能。損管分析決策功能主要指通過對災害事故的受損狀態預估，在全面分析損管信息的基礎上，結合火(水)災蔓延模型、強度計算以及破損穩性模型，針對不同艙室不同損害部位實時給出損管輔助建議，包含冷卻邊界及加固支撐、人員進攻、撤退路線、電器設備及電路轉換、油路和消防水轉換、排煙等方面的輔助建議，保證指揮員能精心把控損管行動細節，為正確作出損管決策謀取數據優勢。

3)損管行動指揮功能。損管行動指揮功能是指揮員、損管隊及相關戰位人員能夠依據損管標示符號同步交互損管戰術動作，包括堵漏-支撐-排水-平衡、滅火-冷卻-支撐-排水-排煙、電路轉換、動力轉換等行動，完成損害事故的處置和現場裝備恢復，保證指揮員能全面把控損管行動細節，為及時作出損管決策謀取時間優勢。

4)損管評估功能。損管評估功能指通過評估模型軟件對災害和損管行動結果進行綜合評估，包括船體受損情況、裝備損壞情況、人員傷亡情況以及對執行任務的影響等方面，給指揮員提供決策依據，保證指揮員能清醒掌控損管資源，為合理作出損管調配謀取綜合優勢。

2.3 系統優點

因為災害的突發和隨機性，損管事件也應該具有隨機性。傳統訓練中，基于損管預案來進行損管訓練和指揮，實際上是一種訓練上的妥協。基于態勢的損管輔助決策系統能夠解決預案的靜態性帶來的無針對訓練，實現動態指揮和訓練；也能夠解決預案的不精準帶來的盲目耗費損管器材，節約損管資源；還能夠把所有系統納入整個損管指揮，根據實際情況進行綜合控制和指揮。

基于態勢的損管輔助決策系統相比傳統的損管系統，具有明顯的優勢。

1)在全面掌握損管信息的基礎上，能夠減少損管發現、定位、決策和行動時間，加快損管處置效率。

2)在基于災害模型驅動的輔助決策基礎上，能夠更加合理科學決策，提高決策質量。

3)在全面掌控損管態勢和科學決策的基礎上，能夠對損管裝備器材和人員合理調度，真正做到物盡其用和人盡其用，節約資源，避免過度損管的發生，并最大化地減小全船損失。

3 發展趨勢

3.1 指揮設備方面

外軍新型船艇考慮損管指揮與會商、實時綜合控制等需要，普遍采用觸摸式大屏(見圖5)進行損管綜合指揮與操控，在損管指揮戰位可以掌握完整的損害態勢，支持損管指揮的協商、損管輔助決策及損管綜合控制。

圖5 新的損管指揮設備

3.2 損管控制技術方面

外軍新型船艇考慮使用偽三維形式實現GAP圖層展示[13]，表明輕量化的計算技術已經相當成熟，否則巨大信息量是無法在實際裝備上面達到同步傳輸的。此外，可以結合推進、電力和輔助設備的軟控制界面，綜合完成相關設備的交互操控，達到快速止損目的。