海上搜救辅助决策系统设计与应用

论文摘要

近年来发生的一系列海上重大事故,给我们的社会造成了生命和经济上的重大损失,科学应对海上突发事件已刻不容缓。在海上突发事件发生后,当务之急是迅速、准确地锁定遇险目标的准确位置或确定遇险目标所处的海域,及时进行救助。遇险目标的漂移是一个动态的变化过程,要准确锁定它的位置主要途径就是与它建立通讯联络,但是受到现实情况和技术水平等因素的限制,目前我国海上搜救行动还停留在常规阶段,以人工地毯式搜索为主,不能实现大面积、全天候的搜索,因此仅依靠现有的海上搜救决策系统很难快速、准确的确定搜索目标,以致延误搜救的最佳时机。最优搜索理论其核心问题是在总搜索资源有限和目标分布不确定的情况下优化搜索资源的分配,使成功搜索到目标的可能性最大或付出的搜索代价最小。因此利用最优搜索理论对搜索资源进行优化分配,可以极大的提高搜索质量。论文在系统地分析我国海上搜救工作现状的基础上,从目标和搜索资源两个方面分析了影响海上突发事件最优搜索的因素,提出了海上突发事件最优搜索方法,建立了海上搜救辅助决策系统。首先,提出海上搜救辅助决策系统的设计目的和设计思想,结合我国海上搜救工作流程对辅助决策系统应用进行设计。其次,对海上目标的漂移理论进行研究,根据海上突发事件的目标遇险位置,结合当地的海流和海面风场等信息利用蒙特卡罗模拟法,确定了搜索区域,并且得到了目标在搜索区域内的分布函数,针对搜索区域内的目标的分布函数不同,划分搜索子区域。然后,结合最优搜索理论的研究成果,并把搜索子区域的目标分布函数作为探测函数,利用最优搜索方法对有限的搜索资源(有效搜索时间),在各个搜索子区域内进行分配。利用此辅助决策系统对某一海区进行案例分析,得到的结果比传统的顺序搜索模式搜索到目标的平均性能高16.62%,比按目标分布概率比例分配搜索时间搜索到目标的平均性能高15.72%。最后,在Windows系统Microsoft Visual Studio.NET 2003集成开发环境下,结合电子海图显示与信息系统(ECDIS)和海洋环境数据库完成海上搜救辅助决策系统的开发。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 海上搜救技术国内外研究现状
• 1.2.2 智能决策系统研究现状
• 1.3 课题主要研究的目标和内容
• 1.4 研究方法和技术路线
• 1.5 论文的章节安排
• 第2章 海上搜救系统设计与搜索理论研究
• 2.1 海上搜救系统设计
• 2.1.1 海上搜救行动流程
• 2.1.2 系统开发目的
• 2.1.3 系统设计思想
• 2.2 海上搜救行动的理论研究
• 2.2.1 影响搜救行动的主要因素
• 2.2.2 搜救理论研究在搜救行动中的应用
• 2.3 海上搜索方式研究
• 2.4 本章小结
• 第3章 海上搜救区域的确定
• 3.1 海上漂移运动的主要影响因素
• 3.1.1 海流的大小和方向
• 3.1.2 表面风场的大小和方向
• 3.2 其他因素对海上漂移物的影响
• 3.2.1 漂移物自身因素
• 3.2.2 柯氏力
• 3.3 海上漂移物运动模型
• 3.3.1 漂移运动模型的研究
• 3.3.2 确定海上最佳搜索区域的原则
• 3.3.3 通常确定搜索区域的方法
• 3.3.4 蒙特卡罗法确定搜索区域
• 3.4 搜索区域生成案例分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 海上遇险目标的最优搜索方法
• 4.1 最优搜索理论的发展及应用
• 4.2 最优搜索理论研究
• 4.3 最优搜索问题的数学模型
• 4.3.1 初始概率密度函数
• 4.3.2 探测函数
• 4.3.3 探测资源模型
• 4.3.4 离散空间的静止目标最优搜索模型
• 4.4 最优化方法
• 4.4.1 拉格朗日乘数法
• 4.4.2 线性规划
• 4.4.3 动态规划
• 4.4.4 最小二乘法
• 4.5 海上遇险目标的最优搜索方法
• 4.5.1 海上遇险目标最优搜救过程
• 4.5.2 海上最优搜索模型
• 4.6 海上最优搜索案例分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 海上搜救辅助决策系统设计
• 5.1 海上突发事件工作流程
• 5.2 海上搜救辅助决策系统设计框架
• 5.2.1 海上搜救辅助决策系统界面设计
• 5.2.2 系统功能设计及演示
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢