摘 要

中国坐落于亚洲东部，太平洋西岸，多年来凭借其海陆兼备、沿海拥有众多优良港湾的地理优势，港口宽阔水深、海岸线绵长的地形优势，以及国家、港口大力推行航运发展政策的经济优势，在全球贸易中扮演着重要的角色。但随着经济的发展，船舶的大型化以及航道交通流的逐渐密集，船舶通行的环境变得愈发恶劣，不仅导致海上事故频发，也为海上应急搜救工作提出了更高的要求。

海上搜救是在海上事故发生后减小损失的最直接的手段，同时也是保护海上人民财产安全、防止海洋环境被污染的最后一道防线。为了优化船艇、飞机等海空立体搜救资源配置，解决海上救助体系体制不明、机制不活、行动组织不协调、反应不迅速、资源配置分散等问题，确保资源站点的资源供应量满足辖区海域资源需求，进而提升我国搜救行动的效率与能力，为海上人命安全提供保障，本文通过查阅资料与文献，研究了当前海空立体搜救资源配置现状，同时基于多目标决策理论，得出搜救站点布设选址优化模型及站点飞机、船艇等搜救资源优化配置模型，之后提出利用遍历方法以及粒子群算法对模型进行求解，得到了一种最佳海空立体搜救资源优化配置方案的求解思路。

本文研究成果既得到了搜救基地的选址优化模型，也得出了单个搜救站点的资源配资优化模型，并提出了相应的求解算法，可作为海空立体搜救方案制定的数学基础，为搜救中心组织分配资源提供理论支持。

关键词：海上搜救；资源配置；多目标决策

Abstract

China is located in the eastern part of Asia and on the west coast of the Pacific Ocean. Over the years, China plays an important role in global trade, with its geographical advantages of having both sea and land and many excellent harbors, with the terrain advantages of the wide and depth ports,of the the long coastline, with the economic advantages of the country and port to vigorously implement the shipping development policy. However, with the development of the economy, with the large-scale ship developing and the gradual intensive traffic flow, the environment of ship traffic has become more and more serious, which not only causes frequent marine accidents, but also puts forward higher requirements for maritime emergency search and rescue work.

Maritime search and rescue is the most direct means of reducing losses after a marine accident happens, and it is also the last line of defense to protect the safety of people#39;s property at sea and to prevent pollution of the marine environment. In order to optimize the allocation of resources in sea and air combination search and rescue resources such as boats and helicopters, to solve the problems of unclear sea rescue system, inactive mechanism, uncoordinated action organization, unresponsive reaction, and scattered resource allocation, ensure that the resource supply of resource sites meets the demand of jurisdictional waters, and thus improve the efficiency and ability of China#39;s search and rescue operations, to provide security for life and safety at sea. This paper studies the current situation of air and sea combination search and rescue resources allocation by consulting data and literature, and based on multi-objective decision theory, put forward the optimization model of layout of the search and rescue bases and the optimization model of allocation of resources in search and rescue for every base. Then the traversal method and PSO optimization algorithm are used to solve the model, and an optimal solution for the optimal configuration of sea and air combination search and rescue resources is obtained.

The research results of this paper not only obtained the location optimization model of the search and rescue base, but also obtained the resource allocation optimization model of a single search and rescue base, and proposed the corresponding algorithm, which can be used as the solution to models.The models could be the mathematical basis when make the sea-air combination search and rescue plan and could provide theoretical support for the RCC.

Key Words：Maritime SAR; Resource allocation; Multi-objective decision

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究意义 1

1.3 研究现状 2

1.3.1 国内研究现状 2

1.3.2 国外研究现状 2

1.3.3 国内外研究现状分析 3

第2章 海空立体搜救资源优化配置研究 4

2.1 研究基本内容 4

2.2 研究目标 4

2.2 拟采用的技术方案及措施 4

第3章 我国海空立体搜救资源配置现状 6

3.1 我国海上搜救系统 6

3.2 我国海空立体搜救资源配置现状 6

3.2.1 海上应急搜救资源组成 6

3.2.2 海空立体搜救资源配置情况 7

第4章 海空立体搜救基地选址模型 13

4.1 问题描述 13

4.2 模型建立 13

4.3 模型求解 14

第5章 海空立体搜救基地选址模型 15

5.1 问题描述 15

5.2 参数设置 15

5.3 模型建立 16

5.4 模型求解 17

5.4.1 粒子群算法 17

5.4.2 模型代码 17

第6章 结论 19

6.1 研究成果 19

6.2 展望 19

参考文献 21

致谢 22

第1章 绪论

1.1研究背景

海上搜救是指国家或相关部门针对在海上航行、停泊或作业的船舶及人员遭遇突发事故时做出的搜寻、救助等工作，它不仅是在海上事故发生后减小损失的最直接的手段，同时也是保护海上人民财产安全、防止海洋环境被污染的最后一道防线。近年来，随着国家“一带一路”、“海洋强国”战略的实施及“四个交通”发展目标的提出，国家投入了大量人力、物力于促进航运经济发展工作中，使得我国港航沿海经济发展突飞猛进，海上贸易运输呈现一派蓬勃景象^[1]，进出口货物量逐年上升，许多港口规模逐年扩大，船舶呈现出向大型化、智能化发展趋势，但另一方面，海上交通流的逐步密集以及船舶的逐步高危化也导致了海上交通事故的频发及重大险情事故发生后产生的巨大人命财产损失，这对海上搜救工作的开展提出了更高的要求，海上搜救任务更加繁重。

自2003年救捞体制改革以来，我国救捞事业焕发出新的生机与活力，专业救助能力显著提升，成为了国家应急反应体系最重要的组成部分^[2]。但是，因为海上搜救工作起步晚、发展慢，纳入地方应急管理体系时间短，以及缺乏政府重视等原因，目前海上救助体系仍存在体制不明、机制不活、行动组织不协调、反应不迅速、资源配置分散等问题，这不仅长期制约了我国救助系统的发展，使其缺少核心竞争力，而且不完善的救助体系与有待加强的救助能力无法适应新形势下国家所提出的战略发展目标与要求。

在海上搜救中，船艇是最基础的搜救资源，其机动性可以使其在事故发生后迅速调动赶往现场，并长时间地进行搜寻、救助工作。而飞机是最有效的搜救资源，其快速性可使其尽快地响应搜救行动，同时，飞机可以克服在恶劣天气海况下船艇无法到达事故现场及船艇搜救覆盖范围不广的缺点。优化船艇、飞机等资源配置，解决资源站点布设及每个站点装备资源种类、数量问题，可有助于我国搜救行动的效率与能力提升，有利于我国贯彻落实作为国际海事组织A类理事国应提供的搜救应急行动支持，切实专业救助力量的关键性作用^[3]。

1.2研究意义

本文以中国海域海空立体搜救资源配置现状为基础，通过分析搜救站点的搜救资源供应能力与海域搜救资源需求度之间的关系，探求建立海空立体搜救资源配置模型的新思路，同时基于多目标决策理论，根据搜救行动应覆盖范围广、响应时间快、救援效率高等工作要求，围绕搜救资源站点选址及单个站点船艇、飞机等应急资源优化配置问题开展研究，并建立相关数学模型。研究成果可为中国海域海空搜救装备资源组织与分配工作提供理论与技术支持，帮助交通运输部海上相关部门整合资源、践行发展理念，有利于我国救捞系统建立更加组织协调、反应迅速的管理体制与运行体制。优化海空立体搜救资源配置，可解决当前资源分散、供需不平衡等问题，从而提升海空立体搜救机制建设，发挥专业救助力量的关键性作用，提高海上搜救能力，保障海上人民财产安全，促进航运经济发展。

1.3研究现状

搜救装备资源配置可分为宏观配置与微观配置。宏观配置一般是指搜救站点的布设选址，微观配置一般是指单个站点的资源种类、数量配置。如何合理配置供应资源，一般应包含以下三个方面内容：供应迅速及时、装备种类正确、装备资源数量充分。为优化搜救资源配置，提升搜救工作效率，国内外学者围绕应急物资站点、应急交通等科学门类做了大量研究。

1.2.1国内研究现状

国外学者Karatas, Mumtaz等^[4]提出了一种结合优化和模拟的搜救直升机分配混合方法。该方法先通过构建一个整数线性规划（ILP）模型来提供有效的分配规划，之后利用模拟模型求解ILP模型无法解出的约束，再基于规则算法，生成替代解决方案并求出更优解。与单一的优化模型相比，该混合方法能更有效地利用资源。在船艇资源配置方面，Razi, Nasuh^[5]等采用IB-BAM方法，令搜救船只配置站点选址问题取决于一个包含区域下的事故密度及类型、资源能力、地理因素和政府运营规则等要素的标准集合，由此建立了一个多目标模型分配搜救资源模型，得出了基于事故的最优船只分配方案。Abi-Zeid, Iregrave;ne等^[6]基于经典搜索理论和约束规划，提出了一种可求解多个不可分割的搜索者存在的航空搜救事件的搜索资源分配问题，使搜索计划在操作上可行并且成功的总概率最大化的算法。Akbari, Amin等^[7]综合考虑主要和备用覆盖范围以及平均访问时间等因素，开发了一个多目标规划模型，用以优化搜救船舶在潜在的未来事故中的位置和分配，以实现更大的目标响应能力和覆盖范围。Akbayrak E^[8]等认为管理海上救援资源配置应根据一些明确的标准进行，以便适当地覆盖世界的搜救区域，并讨论了一种基于搜救责任区域上的海上和空中道路的交通密度，定位搜救站并将搜救资源分配到台站的新方法，但并未涉及模型本身，只是讨论了该方法主要特征及框架。

1.2.2国外研究现状

国内对于搜救资源配置的研究虽相较于国外部分发达国家的研究起步较晚，发展较慢，但在相关领域的学者与机构的共同努力下，仍取得了许多极具实用性、创新性的研究成果。李良^[9]等针对震后紧急搜救期搜救资源配置问题特点，建立了以囤陷人员总期望存活人数最大化为目标的运筹学模型，并提出了一种按照期望存活人数最大增量顺序逐步配置搜救资源的模型求解方法。唐林霞^[10]以物资动态变化、物资供应点位置、资源供应数量、运输路线距离、救援时间为约束，将地震灾害应急救援全过程简要划分为储备期、搜救期、治疗期、安置期四个阶段进行研究，得出了一种以满足需求为目标的地震灾害应急救援物资配置的全过程概念模型。在对应急资源的配送路径选择研究中，臧子慧^[11]结合一定的应急物流车辆路径诱导策略，设计了适合在突发事件下的路阻函数模型，并建立了应急物流车辆的动态路径诱导模型。

在水上搜救资源装备配置研究方面，周文武^[12]围绕三峡—葛洲坝两坝间水上交通事故应急资源配置需求，考虑两坝间航行环境及事故险情特征等因素，利用多目标决策方法，提出了应急冲滩区选址优化方案，并通过定性分析，提出了应急资源站点资源数量及种类优化配置方案。邢胜伟^[13]综合考虑待搜寻海域的面积、搜救船舶和搜救飞机的性能特点，如搜救能力、到往待搜寻海域的面积、续航能力等因素，以使搜寻力量的利用率达到最优为目标，建立了海上立体搜寻全局优化模型，并针对海上立体搜寻全局优化模型的求解结果，提出了一种海上大面积搜寻时搜寻区域的剖分算法。肖方兵^[14]以理想条件下静止目标的最优搜寻资源分配算法为基础，结合实际海上搜救中制定搜寻计划需要遵循的可操作性约束条件，以海上搜寻资源的最优分配为研究目标，提出了一种可操作的最优搜寻矩形分配模型。

1.2.3国内外研究现状分析

纵观国内外研究文献，搜救资源装备配置研究主要包括搜救资源站点选址、单个站点资源种类及数量分配、资源配送路线选择三个核心内容。资源优化配置模型的建立通常以响应时间、救援成功率、存活人数、期望存活人数、搜救资源总量等作为约束条件，以满足多目标约束作为前提，综合考虑船艇、飞机的搜救能力、响应所需时间、所配装备、数量、功率及最大续航时间等因素，基于多目标决策、应急管理等理论，并采用目标规划法、最优解法、遍历法、遗传算法、粒子群算法等算法进行模型求解。

目前我国对于海空立体搜救装备资源配置的研究仍存在所用模型较单一、考虑资源需求和供应的动态变化以及非专业搜救力量的文献较少、多定性分析而少基于算法、数学模型支持的定量分析决策方法研究等问题，这说明我国对海空立体搜救的理论研究尚处于初步发展阶段,整个系统及机制还有许多不完善和不成熟的地方。而海上搜救工作作为避免或减轻海难事故危害的最后的也是最直接的手段，作为保障海上安全的“最后一道防线”^[15]，资源配置作为搜救工作的核心环节，对资源优化配置进行研究，从而在理论上支撑和丰富海空立体搜救体系,具有较为重要的意义。

第2章 海空立体搜救资源优化配置研究

2.1研究基本内容

本文基于国家鼓励推动海空立体搜救机制建设的背景，以海空立体搜救资源装备为研究对象，围绕海空立体搜救资源配置问题，结合海空立体搜救资源配置现状，建立海空立体搜救站点布设模型及单个站点资源配置模型，提出搜救资源配置优化方案，可解决各海区搜救资源分散、资源组织难协调及搜救行动效率不高等问题，从而提高海上应急救助能力，保障海上人命及财产安全。具体研究内容如下：

（1）研究中国海域海空搜救工作开展情况及海空立体搜救资源配置现状，分析当前海空搜救工作存在的问题。

（2）结合各搜救站点与各海域之间的供应-需求关系，基于多目标决策理论，研究搜救站点布设选址优化模型及站点飞机、船艇等搜救资源优化配置方法。

（3）提出利用遍历方法及粒子群算法对模型进行求解，并为日后有关海空立体搜救资源配置研究工作的开展提供建议。

2.2研究目标

1. 了解目前中国海空立体搜救装备资源配置现状，分析当前搜救站点分布及单个站点资源配置方面存在的不足；
2. 建立海上搜救站点选址优化模型及单个站点船艇、飞机等重要搜救资源配置优化模型，解决装备资源站点布设问题及立体搜寻装备资源优化问题；
3. 提出海空立体搜救装备资源优化方案，作为海空立体搜救方案制定的数学基础，为搜救中心组织分配资源提供理论支持。

2.3拟采用的技术方案及措施

本文关注于各海域海空立体搜救装备资源优化问题，以各搜救站点与各海域之间的供-需关系为导向，围绕国内海空立体搜救工作开展研究，拟采用的技术方案及措施如下：

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