天基智聯海上應急救生模式概念設計*

楊嘉舜 吳 迪 陽東升 韋定江 劉潤鐸

（1.海軍大連艦艇學院 大連 116015）（2.暨南大學 廣州 510045）（3.中國人民解放軍91593部隊 三亞 572011）（4.海巽云科技有限公司 青島 266440）

1 引言

自2007年至今，我國海上遇險人員、獲救人員、失蹤等死亡人員超10 萬余人，水上遇險人數與20世紀初期相比增加2.6 倍，特別是近期，海上風電場項目施工浮吊船“福景001”號在廣東陽江附近海域防臺錨地避3 號臺風“暹芭”時，出現走錨遇險的重大海上事故導致多位人員落水失聯，都反映了當前我國救生模式存在一定的短板弱項。據調研資料，國內大部分艦船未安裝海上救生系統，而安裝救生系統的艦船卻未最大程度發揮單艦救生系統效能。我國傳統海上救生系統的發展相較于救生需求出現了遲滯，構建一款可滿足海上搜救需求的系統顯得尤為重要［1］。

2 系統設計思路

2.1 傳統海上救生模式的現狀分析

傳統海上救生系統在面對人員落水事故發生時，僅憑落水現場其他人員的反饋與集合清點人數，目力搜索落水人員，直升機航空救援［2］等傳統救生手段，存在落水人員即使發現精確定位難、救援指揮模式層級多、應急管理過程復雜、救援裝備搜救能力不足［3］等主要問題。

2.2 概念框架設計的基本思想

天基智聯海上救生系統思想是發揮系統高精度定位優勢，以定位加救援流程優化構建體系，以經典理論——OODA 環為指導建立高效運行模式，實現海上應急救援的準確高效、反應迅速、多維救生。

2.2.1 準確高效

針對存在的人員發現難、搜救響應慢等諸多問題，天基智聯海上應急救生模式可發揮重要作用，彌補救援行動中存在的短板弱項。該救生模式基于天基系統通過星間、星地鏈路相連的不同軌道、種類、性能的飛行器及相應地面設施和應用系統，按照空間信息資源的最大有效利用原則所組成的空天地一體化綜合信息網［4］，對海上信息進行智能化獲取、存儲、傳輸、處理、融合和分發，同時還具備高度的自主運行和管理能力。

運用高效指揮控制理論設計適用于現場救援的OODA 環［5］，優化救生流程，簡化指揮程序。天基物聯智能化技術執行OODA 環運行的魯棒性，實現海上搜救的精確定位，同時，全過程實施任務節點閉環評價，對每個環節精準修正，可視化反饋給救援實施單元，推進救生系統的連續性和穩定性。

2.2.2 多維救生

天基智聯海上應急救生模式聯合通信監控設備，形成分布式覆蓋搜救。利用天基智聯的核心處理方式，定位救生設備提供精準實時定位，接受衛星授時與位置信息［6］。將信息與指揮決策傳導至邊緣船只，實現多方位、多角度、多聯動的智能應用。天基太空低軌道衛星鏈路提供引導空中救援。處理各項救援信息，分布式網絡覆蓋天基、空基、海基協同救援，如圖1。

圖1 多維救生概念理解

3 運行模式

3.1 報警示位—“O”觀察

設計基于RFID和水浸傳感器技術的前端報警示位系統，在艦船周圍布設電子圍欄，改裝傳統救生衣，在救生衣后部左下角處加裝水浸傳感器、無線電報警裝置、艦員身份標識卡與GPS定位模塊。

RFID 特定的識別卡讀取技術OODA 環中“O”觀察階段能夠實現對落水人員身份信息的快速識別，及時發現人員落水。通過定位落水人員穿越電子圍欄位置，判斷落水人員大致位置（前后左右）。為防止異物穿越電子圍欄引起虛假報警，前端報警示位系統根據救生衣水浸傳感器判斷是否人員真正落水，在水浸傳感器與電子圍欄雙重報警機制響應下，前端報警示位系統報警。報警響應后指控中心完成預案的制定，運行模式如圖2。

圖2 “O”觀察環節

3.2 天基定位—“O”定位

在人員落水后，救生衣定位信標觸發，將定位信息及時間信息通過北斗短衛星報文形式（或公網），傳送到接收機或服務器，平臺自動接收到相關信息，并自動聲光報警。定位信息可根據設置頻率按時發送到接收機，服務器對數據進行存檔，進行歷史數據訪問。根據多點定位信息，連線即可顯示漂流軌跡，根據洋流、風向、潮汐等因素，系統自動給出預計漂流軌跡，供指揮員參考，指揮員根據漂流軌跡調整航向，避免艦船推進器損傷落水者，如下圖。

圖3 “O”定位環節

3.3 救援開展—“D”決策

“D”行動中結合軌跡漂流預測系統［7］，根據氣象水文條件合理預測落水人員水中漂流運動情況。

獲取落水信息獲取后，無人機第一時間前往天基系統定位的海域范圍內進行偵察，同時利用成像偵察、電子偵察、紅外偵察和海洋監視等衛星協助偵察［8］。無人設備獲取的信息將實時傳輸給艦船控制室，并經天基系統預處理后，引導無人船前往落水人員位置，由指揮員控制艦艇航向，避免救生過程中艦船對落水人員的二次傷害。根據無人機現場救援信息判斷落水人員是否有自主行為能力，如果存在自主行為能力，落水人員能夠由無人船拖拽前往艦船完成艦船［9］。如果不能自主完成救援，需要提前布設有人快艇和醫療救生力量快速前往事故地點，配合無人艇［10］，協同完成救援任務。另外艦船能與搜救單位共享信息，由指揮員調度周邊救生力量，形成統一指揮模式，保證共同完成救生任務。

3.4 天基反饋—“A”行動

海上救援的重點在于救生力量的調度，不僅在于裝備技術的使用，還在于救生資源的協調［11］。天基智聯模式能夠與飛行、水面、水下裝備構成多維度網絡式覆蓋搜救。在確認落水人員身份后，天基信息系統智能聯動無人救生設備，開始對落水人員進行搜索鎖定，如圖4。

圖4 無人裝備救援

與此同時，天基系統對救援現場船只發出救援信息，并調度就近邊緣艦船救生力量，建立天基臨時搜救指揮平臺。由搜救艦船擔任總指揮，在臨時搜救平臺中發布救生指揮信息，反饋救生信息，協調各救生資源。

由搜救艦船擔任總指揮，邊緣船只根據總指揮艦指揮信息聯合行動，反饋一線寶貴救生信息資源共享［12］，完成對救援方案的準備，最大限度提高救生效率。

4 實驗驗證

對天基智聯海上應急救生模式進行仿真試驗驗證，圖5 是實際黃海海域，天氣晴朗，氣溫25℃左右，水流速度0.18m/s，風向西南，風速2.3m/s 時，落水假人的漂移軌跡。

圖5 實際假人落水軌跡

天基智聯綜合了定位系統，通訊系統，導航系統，軌跡漂流預測系統，導彈攔截，機械視覺系統等算法，明確算法間的輸入輸出關系，建立精準的數學模型，將實際水文數據，天氣情況等數據輸入，運用Matlab進行仿真模擬，輸出結果如圖6。

圖6 模擬仿真路徑

其中紅綠交錯的區域為模擬路線區，點狀是實際定位點，預計路徑面積越小，圖6所示與上半部分點狀定位點重合度越高，證明預測路徑較為準確。

通過實驗驗證，天基智聯海上救生模式概念設計能夠高效地完成海上應急救生人員落水任務。

5 結語

通過對傳統救生系統中加入對天基智聯的發展應用模式，艦艇救生系統在面對發現落水人員，確定落水人員信息、信息資源共享等難題上有了巨大的突破，無論是落水人員定位信號是否消失，應急救生系統仍可以高效運行。利用衛星通訊［13］，環境適應力強，調度資源范圍廣，信息精準高效，為救援救生提供更多的可能。在后期模式設計中，期待裝備關鍵技術的突破［14］，實現天基智聯海上應急救生系統高層次發展。