基于情境理論與ANP的水災(zāi)搜救無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)研究

萬(wàn)浩田　高矚

摘要：目的：在現(xiàn)代技術(shù)環(huán)境下，無(wú)人機(jī)的用途已從初步的娛樂(lè)和攝影應(yīng)用有所演變，尤其在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)領(lǐng)域，如搜救、環(huán)境測(cè)繪、物品運(yùn)輸、人員搜尋等方面的應(yīng)用已經(jīng)得到廣泛的認(rèn)可。文章旨在探討無(wú)人機(jī)在特定應(yīng)用場(chǎng)景，特別是水災(zāi)搜救中的造型設(shè)計(jì)和功能定位。盡管無(wú)人機(jī)技術(shù)在航空航天工程、自動(dòng)化技術(shù)、電信技術(shù)、制造技術(shù)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，但相對(duì)于這些技術(shù)驅(qū)動(dòng)的領(lǐng)域，工業(yè)設(shè)計(jì)的研究相對(duì)較少。這種研究的缺乏在一定程度上限制了無(wú)人機(jī)在災(zāi)后搜救這一特定應(yīng)用場(chǎng)景中的潛在價(jià)值。方法：首先采用情境理論對(duì)水災(zāi)搜救無(wú)人機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行情境分析，對(duì)無(wú)人機(jī)的使用需求作出界定。隨后，引入ANP法，用于對(duì)相關(guān)需求進(jìn)行權(quán)重計(jì)算，從而為設(shè)計(jì)師提供明確的設(shè)計(jì)決策方向。結(jié)果：結(jié)合情境理論和ANP法，可以為災(zāi)后搜救無(wú)人機(jī)的造型設(shè)計(jì)提供一個(gè)系統(tǒng)的分析框架。結(jié)論：這有助于明確設(shè)計(jì)要求和優(yōu)先級(jí)，并為設(shè)計(jì)師提供決策依據(jù)，從而確保無(wú)人機(jī)更好地滿足實(shí)際應(yīng)用需求。

關(guān)鍵詞：情境理論；ANP；水災(zāi)搜救；無(wú)人機(jī)

中圖分類號(hào)：V279 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-9436（2023）24-00-03

1 相關(guān)理論背景與研究方法

1.1 情境理論

情境理論是一種在設(shè)計(jì)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的方法，其主要探討人、物和環(huán)境之間的交互關(guān)系。通過(guò)對(duì)未來(lái)系統(tǒng)環(huán)境的預(yù)測(cè)和分析，設(shè)計(jì)師可以創(chuàng)造出更適應(yīng)變化的產(chǎn)品。這種方法充分考慮了產(chǎn)品的使用環(huán)境和用戶需求，從而幫助設(shè)計(jì)師制定出更具適用性的設(shè)計(jì)方案。學(xué)者譚浩在國(guó)內(nèi)研究早期首創(chuàng)了“設(shè)計(jì)情境”這一概念，其中包括問(wèn)題情境、求解情境和解情境，并基于此概念構(gòu)建了工業(yè)設(shè)計(jì)情境模型［1］。在汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域，王巍運(yùn)用情境語(yǔ)義學(xué)的方法，深入探討了汽車造型中的品牌意象、車型意象、審美意象等多個(gè)維度［2］。王瑋采用情境構(gòu)建法，成功設(shè)計(jì)了一款旋風(fēng)式垃圾清潔車［3］。

1.2 網(wǎng)絡(luò)層次分析法

1996年，運(yùn)籌學(xué)家T.L.Saaty教授提出了一種名為

Analytic Network Process（網(wǎng)絡(luò)層次分析法，ANP）的定量決策方法。該方法主要用于處理那些準(zhǔn)則和元素集之間存在相互依賴和反饋關(guān)系的無(wú)結(jié)構(gòu)或半結(jié)構(gòu)決策問(wèn)題。隨著時(shí)間的推移，ANP方法在多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，如安全水平評(píng)估、性能評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)控制等。

郭俞辰利用ANP方法對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的安全管理水平進(jìn)行了評(píng)估［4］。王鼎方則將ANP與模糊綜合評(píng)價(jià)法相結(jié)合，對(duì)客運(yùn)站的安全防范系統(tǒng)效能進(jìn)行了深入的評(píng)估［5］。張驍在其碩士論文中，采用ANP方法并結(jié)合32個(gè)指標(biāo)，為預(yù)警機(jī)任務(wù)電子系統(tǒng)構(gòu)建了一套完整的效能評(píng)估體系［6］。本文使用yaanp軟件計(jì)算權(quán)重，得到水災(zāi)搜救無(wú)人機(jī)的設(shè)計(jì)權(quán)重排序。

2 水災(zāi)搜救任務(wù)特點(diǎn)與要求

2.1 水災(zāi)搜救任務(wù)特點(diǎn)

在自然災(zāi)害中，水災(zāi)作為一種嚴(yán)重影響人類社會(huì)的自然災(zāi)害，所導(dǎo)致的損失已引起學(xué)界和應(yīng)急管理部門的高度關(guān)注。水災(zāi)搜救緊急性體現(xiàn)在其突發(fā)性、規(guī)模性以及潛在的多重影響層面。首先，水災(zāi)事件往往以突發(fā)性著稱，其發(fā)生具有較短的前兆期，應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間極為有限，因此必須迅速采取救援行動(dòng)以盡力縮小受災(zāi)范圍。其次，水災(zāi)常常涵蓋廣大區(qū)域，其規(guī)模性可能導(dǎo)致人員、財(cái)產(chǎn)以及基礎(chǔ)設(shè)施集中受損，因此迅速且有序的救援行動(dòng)在水災(zāi)搜救過(guò)程中尤為重要。最后，水災(zāi)帶來(lái)的淹沒(méi)、泥石流等多重影響，可能導(dǎo)致人員被困、居民生活供應(yīng)中斷、交通中斷、供電中斷等問(wèn)題，進(jìn)一步凸顯了緊急救援的必要性。因此，水災(zāi)搜救的緊迫性不僅在于其自身的快速發(fā)展特點(diǎn)，更在于其可能引發(fā)的多方面連鎖反應(yīng)，迫使相關(guān)部門在最短的時(shí)間內(nèi)采取有效行動(dòng)，以保障公眾的生命與財(cái)產(chǎn)安全。

綜上所述，水災(zāi)搜救存在復(fù)雜性、廣泛性、多樣性、緊急性、風(fēng)險(xiǎn)性、協(xié)調(diào)性的特點(diǎn)。

2.2 水災(zāi)搜救的任務(wù)要求

水災(zāi)搜救的首要任務(wù)在于迅速的應(yīng)急響應(yīng)，以減少水災(zāi)造成的損失。因此，要建立高效的搜救體系，確保信息流通暢、決策迅速，以便實(shí)施緊急搜索、救援和資源調(diào)配。另外，為解決水災(zāi)中的人員被困問(wèn)題，搜救隊(duì)伍要具備專業(yè)的設(shè)備與指導(dǎo)，這樣才能在復(fù)雜的水域環(huán)境中開(kāi)展安全有效的救援行動(dòng)。

水災(zāi)搜救的任務(wù)要求還涉及基礎(chǔ)設(shè)施的供應(yīng)與恢復(fù)。災(zāi)害可能導(dǎo)致道路、橋梁、電力等基礎(chǔ)設(shè)施受損，影響救援和資源調(diào)配效率。因此，及時(shí)的災(zāi)后評(píng)估與修復(fù)工作至關(guān)重要，以確保救援隊(duì)伍能暢通無(wú)阻地進(jìn)入受災(zāi)區(qū)域，同時(shí)保障居民基本的生活需求。此外，水災(zāi)可能導(dǎo)致飲用水和衛(wèi)生設(shè)施中斷，從而引發(fā)疾病傳播的風(fēng)險(xiǎn)。因此，維護(hù)供水設(shè)施、提供干凈的飲用水以及健全的衛(wèi)生條件是救援任務(wù)的重要組成

部分。

此外，水災(zāi)搜救的任務(wù)要求還包括社會(huì)心理支持和長(zhǎng)期重建。災(zāi)害往往會(huì)給受災(zāi)居民帶來(lái)或多或少的心理創(chuàng)傷，因此需要提供心理援助和社會(huì)支持，以幫助他們渡過(guò)難關(guān)。而長(zhǎng)期重建則是要仔細(xì)規(guī)劃災(zāi)后恢復(fù)和發(fā)展，修復(fù)受損的基礎(chǔ)設(shè)施，恢復(fù)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，以及增強(qiáng)當(dāng)?shù)氐目篂?zāi)能力，從而減少將來(lái)類似災(zāi)害帶來(lái)的不利影響。

3 水災(zāi)搜救無(wú)人機(jī)的情境分析

3.1 水災(zāi)搜救無(wú)人機(jī)因素集分析

通過(guò)上述分析，基于情境理論，分別從環(huán)境因素、產(chǎn)品情境因素、用戶情境因素、任務(wù)情境因素這四個(gè)點(diǎn)分析水災(zāi)搜救無(wú)人機(jī)的設(shè)計(jì)情境，再根據(jù)設(shè)計(jì)方法基本要素造型列出水災(zāi)搜救無(wú)人機(jī)造型要素特征，并構(gòu)建水災(zāi)搜救無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)情境因素影響指標(biāo)合集（見(jiàn)表1）。

3.2 ANP模型構(gòu)建和填寫(xiě)判斷矩陣

根據(jù)ANP法，構(gòu)建其控制層與準(zhǔn)則層（主要包括四種不同的情境因素）。這些情境因素下的元素集合不僅彼此之間相互作用，而且在每個(gè)元素集合內(nèi)部均存在關(guān)聯(lián)性。為了深入理解這些情境因素是如何影響水災(zāi)搜救無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)的，可通過(guò)分析它們之間的相互影響和反饋關(guān)系來(lái)構(gòu)建一個(gè)ANP模型。如圖1，在模型構(gòu)建完成后，填寫(xiě)判斷矩陣來(lái)進(jìn)一步分析各因素之間的權(quán)重關(guān)系（見(jiàn)表2）。

3.3 一致性檢驗(yàn)

在進(jìn)行決策分析時(shí)，要對(duì)已填充的判斷矩陣展開(kāi)一致性檢驗(yàn)。當(dāng)其一致性比例C.R.低于0.1的標(biāo)準(zhǔn)閾值時(shí)，意味著矩陣的一致性達(dá)標(biāo)。若超出此閾值，則須進(jìn)一步審查與修正判斷矩陣的數(shù)據(jù)。根據(jù)本次研究的驗(yàn)證結(jié)果，所有判斷矩陣的一致性均滿足了小于0.1的標(biāo)準(zhǔn)，從而為后續(xù)的權(quán)重計(jì)算奠定了基礎(chǔ)。

3.4 最終排序結(jié)果

對(duì)各指標(biāo)下的權(quán)量，依據(jù)其控制層情境的權(quán)量進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，輸出所有指標(biāo)的綜合排序結(jié)果（見(jiàn)表3），進(jìn)而得出水災(zāi)搜救無(wú)人機(jī)造型設(shè)計(jì)要素特征權(quán)重（見(jiàn)表4）。

4 結(jié)語(yǔ)

在水災(zāi)搜救無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)中，應(yīng)更加偏重于考慮其與用戶之間的聯(lián)系，要更加貼合搜救任務(wù)中用戶的實(shí)際情境，如無(wú)人機(jī)要能夠迅速啟動(dòng)并響應(yīng)命令。這意味著其應(yīng)具有快速的啟動(dòng)時(shí)間、高效的電池和即時(shí)的控制響應(yīng)。例如，應(yīng)使無(wú)人機(jī)在水災(zāi)環(huán)境中容易被發(fā)現(xiàn)，可以使用醒目的顏色或特定的標(biāo)識(shí)。對(duì)無(wú)人機(jī)的控制即使在緊急情況下也能快速操作，這就需要一個(gè)簡(jiǎn)化的用戶界面和清晰的操作指引。此外，無(wú)人機(jī)應(yīng)配備高分辨率的攝像頭和其他傳感器，以便幫助救援人員在復(fù)雜的水災(zāi)環(huán)境中開(kāi)展搜救工作。

在水災(zāi)搜救無(wú)人機(jī)造型設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)特征可能涉及無(wú)人機(jī)的整體框架、部件的布局、連接方式等。設(shè)計(jì)師應(yīng)確保無(wú)人機(jī)的結(jié)構(gòu)既堅(jiān)固又輕便，能夠適應(yīng)各種環(huán)境條件，同時(shí)要考慮到維護(hù)和升級(jí)的便利性。總的來(lái)說(shuō)，這些數(shù)據(jù)為設(shè)計(jì)師提供了一個(gè)明確的框架，可以幫助他們理解在設(shè)計(jì)無(wú)人機(jī)造型時(shí)應(yīng)考慮的關(guān)鍵要素和優(yōu)先級(jí)。在水災(zāi)搜救無(wú)人機(jī)造型設(shè)計(jì)要素特征中，結(jié)構(gòu)特征是最關(guān)鍵的，其他三個(gè)特征也有其重要性，須綜合考慮，才能設(shè)計(jì)出既實(shí)用又美觀的無(wú)人機(jī)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：萬(wàn)浩田（1997—），男，江蘇淮安人，碩士在讀，研究方向：設(shè)計(jì)學(xué)。

高矚（1965—），男，上海人，博士，教授，研究方向：交通工具設(shè)計(jì)形態(tài)學(xué)及其產(chǎn)業(yè)化。

基金項(xiàng)目：本論文為2022年度上海市促進(jìn)文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)發(fā)展財(cái)政扶持資金支持項(xiàng)目“‘上海工程技術(shù)大學(xué)工業(yè)設(shè)計(jì)中心設(shè)計(jì)創(chuàng)新”研究成果，項(xiàng)目編號(hào)：2022410013V0