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态势的损管辅助决策系统分析

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摘要:针对传统损管指挥存在的损害定位难,人员调度不合理、指挥效率低和决策失误多等问题,提出一种基于态势的损管辅助决策系统。该系统是一个基于全船损管信息集成和损管辅助决策的损管指挥系统,代表着国外损管指挥的发展趋势,综合了态势集成、分析决策、行动指挥和损害评估等功能特点。

关键词:态势;信息化;辅助决策;损管指挥

传统的损管指挥和训练过程中,由于缺乏信息化工具和“大损管”理念,普遍存在损害定位难、人员调度不合理、损管指挥效率低和决策失误多等问题,导致实际损管中容易出现过度损管和资源严重浪费等情况。随着船舶信息化水平越来越高,对人员损管水平和能力要求也越来越高,因此,迫切需要开展信息化损管指挥和训练方面的研究。

1国内外损管指挥现状

1.1国外损管指挥发展欧美国家最早于20世纪80年代开始提出以计算机技术为基础的现代损管概念,并成功运用到了舰船的抗沉系统中,以FFG-30舰为试验船,建成了Ballast损管系统,在DD969舰上进行了实船安装运用SNIPE损管系统。该系统具备初始的辅助决策功能,能在较短的时间内准确探测到舰船的破损信号,进行分析处理,并计算舰船的损害程度和稳性状态,最后向艇员推荐最佳的对策。20世纪90年代以后,由于舰船损管系统逐渐向集成化和自动化方向发展,美国海军损管指挥与处置效率得到提升,对现有船艇通过加装便携机、大屏等信息化设备(见图1),统一配备电子标绘等功能[1]。从手动标绘指挥澳门葡京娱乐手机版到电子标绘指挥澳门葡京娱乐手机版(见图2)转变以后,指挥方式也相应由手工标绘与指挥电话相结合方式转变成无声指挥,即多个回合的电话通讯变成了即时的交互损管信息(见图3),综合网络同步获取的信息态势,缩短了损管响应时间和决策时间,大幅提高了损管指挥和训练效率。

1.2国内损管指挥技术发展我国在20世纪80年代开始研发舰船损管技术,已先后推出多套损管系统。这些系统的共同特点是具有较强的澳门葡京娱乐网址监测报警功能和损害补救能力,但在数据分析、计算机辅助决策、系统自能化、系统可靠性以及损管训练方面存在不足[2-3]。由于国外技术的封锁,国内损管指挥系统绝大部分都是通过自主开发电子标绘指挥技术来进行研究。有学者利用地理信息系统对空间数据的高效管理和灵活的综合分析能力,采用试[4];以VB为平台,研发了基于GIS技术的损管辅助决策系统,结合灾害模型和专家系统进行辅助决策,提供了一条新思路[5]。但由于开发出来的系统占用计算资源太多,不能应用于实践的实时指挥。在舰船损害信息分析和损管决策方面,有学者编制了初步的损管集控智能决策系统,并搭建了试验平台,为损管训练、各项损管技术的试验以及损管决策系统的不断完善提供了基础[6-7]。构建了以模型库系统为主,数据库系统、知识库系统和人机交互系统并重的船舶抗沉辅助决策系统,通过建立抗沉方案计算模型,分别采用非线性规划法和改进遗传算法求解最佳抗沉方案;同时提出了用M-H方法依据不沉性标板图数据,快速搜索得到较优抗沉方案[8]。开展了船长损管决策指挥训练流程设计,并建立了一套模拟训练系统[9]。依据不沉性理论、专家系统和多目标决策理论建立了船舶损管辅助决策的有关模型,并针对某型船的破损情况进行了数值仿真,证明了该模型的有效性[10]。以海警船为研究对象,进行决策支持系统解决问题方法,对损管辅助决策进行了尝试[4];以VB为平台,研发了基于GIS技术的损管辅助决策系统,结合灾害模型和专家系统进行辅助决策,提供了一条新思路[5]。但由于开发出来的系统占用计算资源太多,不能应用于实践的实时指挥。在舰船损害信息分析和损管决策方面,有学者编制了初步的损管集控智能决策系统,并搭建了试验平台,为损管训练、各项损管技术的试验以及损管决策系统的不断完善提供了基础[6-7]。构建了以模型库系统为主,数据库系统、知识库系统和人机交互系统并重的船舶抗沉辅助决策系统,通过建立抗沉方案计算模型,分别采用非线性规划法和改进遗传算法求解最佳抗沉方案;同时提出了用M-H方法依据不沉性标板图数据,快速搜索得到较优抗沉方案[8]。开展了船长损管决策指挥训练流程设计,并建立了一套模拟训练系统[9]。依据不沉性理论、专家系统和多目标决策理论建立了船舶损管辅助决策的有关模型,并针对某型船的破损情况进行了数值仿真,证明了该模型的有效性[10]。以海警船为研究对象,进行了抗沉应急指挥决策系统的研制工作,带动了相关的损管实训的开展[11]。基于系统动力学特性建立了虚拟舱室灭火交互模型,结合典型状态下火灾与灭火措施的对抗关系,给出了交互模型的解析形式,通过人员实际损害管制训练的结果,确定模型参数,并对模型适用性进行了验证[12]。这些损管技术在一定程度上有助于辅助船员进行有效的损管决策和快速响应,但应用在实践上仍有许多问题待解决。

2基于态势损管辅助决策

2.1定义基于态势损管辅助决策系统是一个基于全船损管信息集成和损管辅助决策的损管指挥系统(见图4)。其核心理念是借助损管信息化技术和辅助决策能力完成3次反馈指挥:损害发生时通过自动报警第一次反馈给指挥员,完成灾害舱室快速定位;灾害蔓延过程通过视频或其他信息化手段第二次反馈给指挥员,结合辅助决策卡完成精细指挥;受损程度评估通过辅助决策软件第三次反馈给指挥员,完成损管资源和人力的精准调配。开展基于态势的损管指挥和训练,基本前提要实现全船损管信息资源的全面监测和控制,只有对损管态势做到全面掌控,才能支持人在回路的损管行动快速响应。其次,要建立不同位置和不同种类火(水)灾蔓延模型,研究灾害蔓延规律和损坏程度评估,才能实现精细、精准层面上的辅助损管指挥决策。

2.2系统功能1)损管态势集成功能。损管态势集成功能主要指能够对所有损管信息及相关要素进行实时报警、标注和定位,包含舱室信息、附近损管器材、防火门、水密门、舱口盖开闭状态、消防系统操作等信息,保证指挥员全面及时了解舱室受损情况和人员分布情况,为快速作出事故分析和决策谋取信息优势。2)损管分析决策功能。损管分析决策功能主要指通过对灾害事故的受损状态预估,在全面分析损管信息的基础上,结合火(水)灾蔓延模型、强度计算以及破损稳性模型,针对不同舱室不同损害部位实时给出损管辅助建议,包含冷却边界及加固支撑、人员进攻、撤退路线、电器设备及电路转换、油路和消防水转换、排烟等方面的辅助建议,保证指挥员能精心把控损管行动细节,为正确作出损管决策谋取数据优势。3)损管行动指挥功能。损管行动指挥功能是指挥员、损管队及相关战位人员能够依据损管标示符号同步交互损管战术动作,包括堵漏-支撑-排水-平衡、灭火-冷却-支撑-排水-排烟、电路转换、动力转换等行动,完成损害事故的处置和现场装备恢复,保证指挥员能全面把控损管行动细节,为及时作出损管决策谋取时间优势。4)损管评估功能。损管评估功能指通过评估模型软件对灾害和损管行动结果进行综合评估,包括船体受损情况、装备损坏情况、人员伤亡情况以及对执行任务的影响等方面,给指挥员提供决策依据,保证指挥员能清醒掌控损管资源,为合理作出损管调配谋取综合优势。

2.3系统优点因为灾害的突发和随机性,损管事件也应该具有随机性。传统训练中,基于损管预案来进行损管训练和指挥,实际上是一种训练上的妥协。基于态势的损管辅助决策系统能够解决预案的静态性带来的无针对训练,实现动态指挥和训练;也能够解决预案的不精准带来的盲目耗费损管器材,节约损管资源;还能够把所有系统纳入整个损管指挥,根据实际情况进行综合控制和指挥。基于态势的损管辅助决策系统相比传统的损管系统,具有明显的优势。1)在全面掌握损管信息的基础上,能够减少损管发现、定位、决策和行动时间,加快损管处置效率。2)在基于灾害模型驱动的辅助决策基础上,能够更加合理科学决策,提高决策质量。3)在全面掌控损管态势和科学决策的基础上,能够对损管装备器材和人员合理调度,真正做到物尽其用和人尽其用,节约资源,避免过度损管的发生,并最大化地减小全船损失。

3发展趋势

3.1指挥设备方面外军新型船艇考虑损管指挥与会商、实时综合控制等需要,普遍采用触摸式大屏(见图5)进行损管综合指挥与操控,在损管指挥战位可以掌握完整的损害态势,支持损管指挥的协商、损管辅助决策及损管综合控制。

3.2损管控制技术方面外军新型船艇考虑使用伪三维形式实现GAP图层展示[13],表明轻量化的计算技术已经相当成熟,否则巨大信息量是无法在实际装备上面达到同步传输的。此外,可以结合推进、电力和辅助设备的软控制界面,综合完成相关设备的交互操控,达到快速止损目的。

参考文献

[2]李明,谢江辉,张德满,等.舰船损管技术综述[J].舰船科学技术,2013(4):12-15.

[3]浦金云,候岳,陈晓洪.国外舰船生命力评估与损管技术发展现状综述[J].中国舰船研究,2013(8):1-5.

[4]邢云,张德钦.基于GIS的损管辅助决策支持系统[J].广州航海高等专科学校学报.2007(12):8-11.

[5]金宁,迟卫,徐玉明,等.GIS在舰艇损管辅助决策系统中的应用[C].第四届海峡两岸GIS发展研讨会暨中国GIS协会第十届年会,中国云南,2006.

[6]刘俊,浦金云.舰艇损管决策及自动化控制[J].船海工程,2001(增刊2):1-2.

[7]何正宏,浦金云.实时潜艇损管专家系统的设计与实现[J].海军工程大学学报,2002(5):72-75.

[8]胡晓芬.船舶抗沉辅助决策系统研究[D].大连:大连理工大学,2010.

[9]吴晞,韩晓光.舰船长损管决策指挥训练模拟系统设计与实现[J].舰船电子工程,2014(9):82-85,103.

[10]谢田华,迟卫,唐宇,等.舰船损管辅助决策模型的建立与数值仿真[C].2004防止船舶行事故新经验新技术学术研讨会,中国大连,2004.

[11]冯明奎,赵伟东.海警舰艇抗沉应急指挥决策实训系统的研制[J].实验技术与管理,2009(4):66-68.

[12]任凯,杨立,浦金云,等.基于系统动力学特性的虚拟舱室灭火交互模型[J].兵工学报,2013(9):1137-1143.

作者:厉行军 杨少波 冯宗彬 韩磊 刘超 单位:92246部队

决策咨询杂志责任编辑:张雨    阅读:人次
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