基于態(tài)勢的損管輔助決策系統(tǒng)

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

傳統(tǒng)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(diào)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(xiàn)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(nèi)外損管指揮現(xiàn)狀

1.1 國外損管指揮發(fā)展

歐美國家最早于20世紀80年代開始提出以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代損管概念，并成功運用到了艦船的抗沉系統(tǒng)中,以FFG-30艦為試驗船,建成了Ballast損管系統(tǒng)，在DD969艦上進行了實船安裝運用SNIPE損管系統(tǒng)。該系統(tǒng)具備初始的輔助決策功能，能在較短的時間內(nèi)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(wěn)性狀態(tài)，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(tǒng)逐漸向集成化和自動化方向發(fā)展，美國海軍損管指揮與處置效率得到提升，對現(xiàn)有船艇通過加裝便攜機、大屏等信息化設(shè)備(見圖1)，統(tǒng)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(zhuǎn)變以后，指揮方式也相應由手工標繪與指揮電話相結(jié)合方式轉(zhuǎn)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(wǎng)絡(luò)同步獲取的信息態(tài)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(zhì)標繪向電子標繪轉(zhuǎn)變

圖3 指揮方式的轉(zhuǎn)變

1.2 國內(nèi)損管指揮技術(shù)發(fā)展

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

由于國外技術(shù)的封鎖，國內(nèi)損管指揮系統(tǒng)絕大部分都是通過自主開發(fā)電子標繪指揮技術(shù)來進行研究。有學者利用地理信息系統(tǒng)對空間數(shù)據(jù)的高效管理和靈活的綜合分析能力，采用決策支持系統(tǒng)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(fā)了基于GIS技術(shù)的損管輔助決策系統(tǒng)，結(jié)合災害模型和專家系統(tǒng)進行輔助決策，提供了一條新思路[5]。但由于開發(fā)出來的系統(tǒng)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(tǒng)，并搭建了試驗平臺，為損管訓練、各項損管技術(shù)的試驗以及損管決策系統(tǒng)的不斷完善提供了基礎(chǔ)[6-7]。構(gòu)建了以模型庫系統(tǒng)為主，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、知識庫系統(tǒng)和人機交互系統(tǒng)并重的船舶抗沉輔助決策系統(tǒng)，通過建立抗沉方案計算模型，分別采用非線性規(guī)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(jù)不沉性標板圖數(shù)據(jù)，快速搜索得到較優(yōu)抗沉方案[8]。開展了船長損管決策指揮訓練流程設(shè)計，并建立了一套模擬訓練系統(tǒng)[9]。依據(jù)不沉性理論、專家系統(tǒng)和多目標決策理論建立了船舶損管輔助決策的有關(guān)模型，并針對某型船的破損情況進行了數(shù)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(tǒng)的研制工作，帶動了相關(guān)的損管實訓的開展[11]。基于系統(tǒng)動力學特性建立了虛擬艙室滅火交互模型，結(jié)合典型狀態(tài)下火災與滅火措施的對抗關(guān)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(jié)果統(tǒng)計，確定模型參數(shù)，并對模型適用性進行了驗證[12]。這些損管技術(shù)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(tài)勢損管輔助決策

2.1 定義

基于態(tài)勢損管輔助決策系統(tǒng)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(tǒng)(見圖4)。其核心理念是借助損管信息化技術(shù)和輔助決策能力完成3次反饋指揮：損害發(fā)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(jié)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(diào)配。

開展基于態(tài)勢的損管指揮和訓練，基本前提要實現(xiàn)全船損管信息資源的全面監(jiān)測和控制，只有對損管態(tài)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(guī)律和損壞程度評估，才能實現(xiàn)精細、精準層面上的輔助損管指揮決策。

圖4 基于態(tài)勢的損管輔助決策基本流程

2.2 系統(tǒng)功能

1)損管態(tài)勢集成功能。損管態(tài)勢集成功能主要指能夠?qū)λ袚p管信息及相關(guān)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(tài)、消防系統(tǒng)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(yōu)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(tài)預估，在全面分析損管信息的基礎(chǔ)上，結(jié)合火(水)災蔓延模型、強度計算以及破損穩(wěn)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(shè)備及電路轉(zhuǎn)換、油路和消防水轉(zhuǎn)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(jié)，為正確作出損管決策謀取數(shù)據(jù)優(yōu)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(guān)戰(zhàn)位人員能夠依據(jù)損管標示符號同步交互損管戰(zhàn)術(shù)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(zhuǎn)換、動力轉(zhuǎn)換等行動，完成損害事故的處置和現(xiàn)場裝備恢復，保證指揮員能全面把控損管行動細節(jié)，為及時作出損管決策謀取時間優(yōu)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(jié)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(zhí)行任務的影響等方面，給指揮員提供決策依據(jù)，保證指揮員能清醒掌控損管資源，為合理作出損管調(diào)配謀取綜合優(yōu)勢。

2.3 系統(tǒng)優(yōu)點

因為災害的突發(fā)和隨機性，損管事件也應該具有隨機性。傳統(tǒng)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(xié)。基于態(tài)勢的損管輔助決策系統(tǒng)能夠解決預案的靜態(tài)性帶來的無針對訓練，實現(xiàn)動態(tài)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(jié)約損管資源；還能夠把所有系統(tǒng)納入整個損管指揮，根據(jù)實際情況進行綜合控制和指揮。

基于態(tài)勢的損管輔助決策系統(tǒng)相比傳統(tǒng)的損管系統(tǒng)，具有明顯的優(yōu)勢。

1)在全面掌握損管信息的基礎(chǔ)上，能夠減少損管發(fā)現(xiàn)、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(qū)動的輔助決策基礎(chǔ)上，能夠更加合理科學決策，提高決策質(zhì)量。

3)在全面掌控損管態(tài)勢和科學決策的基礎(chǔ)上，能夠?qū)p管裝備器材和人員合理調(diào)度，真正做到物盡其用和人盡其用，節(jié)約資源，避免過度損管的發(fā)生，并最大化地減小全船損失。

3 發(fā)展趨勢

3.1 指揮設(shè)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(zhàn)位可以掌握完整的損害態(tài)勢，支持損管指揮的協(xié)商、損管輔助決策及損管綜合控制。

圖5 新的損管指揮設(shè)備

3.2 損管控制技術(shù)方面

外軍新型船艇考慮使用偽三維形式實現(xiàn)GAP圖層展示[13]，表明輕量化的計算技術(shù)已經(jīng)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?shù)摹４送猓梢越Y(jié)合推進、電力和輔助設(shè)備的軟控制界面，綜合完成相關(guān)設(shè)備的交互操控，達到快速止損目的。