海上救助基地網絡關鍵點選擇研究

任玉珍 呂靖

摘 要：為提升海上救助系統的救助效率，本文利用復雜網絡模型，對事故點和海上救助基地網絡中的救助點進行風險值與重要性量化，并以此為依據對事故點與救助點進行等級劃分。由于不同風險等級的事故對救助力量需求存在差異性，本文根據高風險等級事故點救援匹配高等級救助力量的原則，提出了一種基于雙覆蓋標準的關鍵點選擇模型。最后，以渤海海上救助現狀為實例進行分析。

關鍵詞：網絡布局;復雜網絡模型;雙覆蓋選址模型;海上救助基地

中圖分類號：U698.2 ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號：1006—7973（2020）07-0085-03

優化應急救助相關設施的選址能有效提升海上救助系統的救助效率。海上救助基地網絡關鍵點選擇問題實質上屬于應急服務設施選址問題。在該領域中，現有研究多注重于對救助點的救助能力覆蓋面大小、救助點與事故點間的可達性以及救助點選址的經濟性展開討論[1-5]，但對不同事故點間的差異性需求往往采用同一化處理，來實現模型構造與計算求解的簡化。這與海上救助工作開展的實際情況存在差異，海上事故的屬性多種多樣，同時不同救助點的救助力量配備情況也不盡相同，若將事故點關于救助力量差異性的需求進行同一化處理，則可能導致高風險事故得不到相應級別的救援力量的應急救助而延誤救助時機。因此，本文根據高風險值事故點分配高級別救助力量的原則，提出了一種基于雙覆蓋標準的關鍵點選擇模型，并利用實例分析，驗證了該研究方法的有效性與可靠性。

1 海上救助響應復雜網絡分析

1.1 海上救助響應復雜網絡構成

本文以三元組的形式構建了海上救助響應復雜網絡。其中，點集是救助點和事故點的合集（），救助點集合表示為，事故點集合表示為;邊集表示救助點和事故點間的救助響應關系;代表每條邊上的權重，由表示每條邊的具體權值。

權重分布差異性實質是與救助點相連邊的權值分布離散度，的數值越大，則說明其權值分布離散程度越高，受個別高風險值點的影響程度越大，越容易出現復雜網絡分析結果失真的情況。

2 基于雙覆蓋標準的關鍵點選擇模型

2.1 問題提出及相關假設

本文考慮到具體海上事故的救助需求差異性，按照高風險等級事故點分配高等級救助力量的原則，構建了基于雙覆蓋標準的關鍵點選擇模型。為突出模型的研究目標，簡化計算流程，故作出如下假設：

（1）在我國實際的海上救助基地網絡布局規劃中，救助點的建設級別主要分為綜合基地、基地以及救助站，其中綜合基地數目極少，且與基地相比，除其具有監管作用和進行平時的業務培訓功能外，在救助能力上與基地沒有實質性差別，則可視其等同于基地，故可將實際規劃中的救助力量看作兩級劃分。參照實際規劃中救助點等級劃分，故將模型中的救助點集合也主要分為兩類，高級救助點集合和一般救助點集合。

（2）為滿足救助力量分布與事故風險等級分布特征相適應的原則，將研究海域中的事故點集合也分為兩類，高風險事故點集合和一般風險事故點集合。

（3）考慮到目前我國海上各救助點所配備的救助船舶航速基本一致，且現有規劃中對救助范圍與救助反應時間有著統一的基本要求，故假設救助點的覆蓋半徑均相等，且均為。

2.2 模型構建

根據前文的問題描述與條件假設，構建的基于雙覆蓋標準的關鍵點選擇模型如下：

式（5）為模型的目標函數，表示各類事故點滿足覆蓋的要求的數量總和為最大。式（6）中，表示救助點與事故點間的地理距離，若在的覆蓋半徑內，則為1，否則為0。式（7）表示任一事故點至少被一個救助點的救助半徑所覆蓋。式（8）表示中的高風險事故點被中兩個以上高級救助點所覆蓋的數量。式（9）表示中的一般風險事故點被中兩個及以上救助點所覆蓋的數量。式（10）表示根據規劃目標需要所確定的關鍵點數目為。式（11）為變量范圍的約束條件。式（12）為決策變量，若救助點被選為關鍵點，為1，否則為0。

關于事故點和救助點的分級，本文決定采用Fisher最優分割法對研究節點分級展開研究。因為Fisher最優分割法是以樣本結構不受損為前提，使其分類的級內離差平方和為最小而級間離差平方和最大的一種聚類分析方法。它能有效地對有序樣本或可調整為有序的樣本進行客觀分級，以確保最終研究結果的真實、可靠[7]。

3 渤海海上救助實例分析

3.1 渤海海上救助現狀分析

目前北海救助局部署在渤海海域的救助基地僅有大連、秦皇島、天津、煙臺等4個海上救助基地，將被作為救助點參與本文實例研究?？紤]到港口水域具有優良的通航條件，有利于救助資源的儲存與調配，在實際海上救助活動中往往會協助救助工作的開展，故在本文的研究過程中，將渤海海域內其他主要港口（包括營口、錦州、葫蘆島、唐山、黃驊、東營、蓬萊、威海、濰坊以及萊州），也作為救助點參與研究，考慮其被進一步的海上救助系統布局規劃發展為救助基地或救助點的可能性。

關于事故點的分析，本文收集了北海救助局關于渤海海域2012-2016年間所有海上救助工作開展的信息，從中篩選出了救助無果與救助無效（遇險人員罹難）的事故作為事故點參與本文研究。事故點分布情況如下圖：

3.2 渤海救助響應復雜網絡分析

將救助無效的事故點的相關屬性數據代入式（2），可得相應事故點的風險值，經統計后將風險值分布情況表示如下：

由于風險值小于1的事故點風險程度低、危險性小且分布面積廣，在加強救助點的救助力量部署后，必定會有效降低其發生概率，故本文主要將風險值超過1的50個事故點作為研究對象。將作為研究對象的事故點按照風險值降序排列并編號至。

現有相關水上救助系統布局規劃明確表示救助點的有效覆蓋半徑于2020年需達到100海里，故將選定的事故點與救助點以100海里為距離限制來確定兩者間的救助響應關系，從而構建出救助響應復雜網絡，見圖3。

基于構造出的救助響應復雜網絡模型，根據式（1）、（3）和（4），即可求得救助點的點強度與權重分布差異性，見表2。

到分別為大連、蓬萊、煙臺、唐山、秦皇島、威海、萊州、東營、天津、黃驊、葫蘆島、營口、錦州和濰坊。表示各救助點在復雜網絡中的點強度，該指標數值越大，代表該救助點在網絡中所處位置越重要。同時，結合各救助點的權重分布差異性指標，可見各救助點的權值分布離散程度處于較低水平，各救助點覆蓋面內的事故點風險分布特征穩定，表明復雜網絡救助點重要性分析結果真實、可靠。

3.3 救助力量部署關鍵點選擇

根據Fisher最優分割法可得分級結果：

當從救助基地網絡中選擇4個點作為海上救助力量部署關鍵點時，能以高級救助點雙覆蓋標準完全覆蓋高風險事故點，同時對所有事故點的雙覆蓋率可達90%，幾近于完全覆蓋。此時，被選中的模型設定的高級救助點有大連、蓬萊、唐山、秦皇島，未有一般救助點入選。當取值為5時，又新增天津作為救助點，且由于天津救助點的入選，使天津附近的3個風險點也符合被救助力量雙覆蓋的要求。

當取值為6時，可實現所有事故點均被符合自身救助需求的救助力量雙覆蓋。此時，被選中的模型設定的高級救助點有大連、蓬萊、唐山、秦皇島，一般救助點有天津、葫蘆島。此時的渤海救助基地網絡如下圖：

4 結論

本文為提升海上救助系統應急救援效率，以渤海海上救助現狀為實例展開了研究。研究結果證實，該研究方法確能有效提升海上風險區域救助力量覆蓋效率，并為今后的救助力量部署規劃提供決策支持。

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