樊海淵 黃祥兵 唐 鑫

(海軍工程大學(xué)艦船工程系 武漢 430033)

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國(guó)際合作趨勢(shì)下的援潛救生決策體系研究*

樊海淵 黃祥兵 唐 鑫

(海軍工程大學(xué)艦船工程系 武漢 430033)

潛艇失事后,及時(shí)、快速和有效地實(shí)施救援十分重要,援潛救生越來(lái)越依賴(lài)于國(guó)際間的相互協(xié)作,國(guó)際合作影響因素眾多。論文在分析影響潛艇救生的主要因素的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了影響援潛救生決策的指標(biāo)體系,研究適用于援潛救生的宏觀決策方法,并建立宏觀決策模型,并用案例具體論述了援潛救生決策模型的應(yīng)用方法,驗(yàn)證了模型的實(shí)用性,該模型的分析結(jié)果可為援潛救生國(guó)際合作的相關(guān)問(wèn)題決策提供參考。

援潛救生; 決策體系; 國(guó)際合作

Class Number O382.1; U661.6

1 引言

隨著潛艇救生的人道主義理念深入人心,利用國(guó)際間的援潛救生力量相互協(xié)作,進(jìn)行潛艇救援的活動(dòng)越來(lái)越多[1],在俄羅斯的“庫(kù)爾斯克”號(hào)核潛艇事故以及AS-28型小潛艇遇險(xiǎn)事件中表現(xiàn)得尤為突出。因此,一旦潛艇失事,合理選擇和組織國(guó)內(nèi)外援救力量,及時(shí)、快速和有效地實(shí)施救援,顯得十分重要。救援救生作業(yè)的難度大、風(fēng)險(xiǎn)高、時(shí)間緊,在選擇救援力量時(shí)考慮的因素眾多。如何在千頭萬(wàn)緒中抓住主要影響因素,正確作出決策,是一項(xiàng)重要的工作。長(zhǎng)期以來(lái),世界各海軍強(qiáng)國(guó)為確保潛艇安全做了大量的工作[1～2],對(duì)作業(yè)過(guò)程也提出了一些廣泛應(yīng)用的分析與評(píng)估方法[3～6],但是這些分析和評(píng)估方法均沒(méi)有涉及到國(guó)際合作的因素,尤其是缺乏在國(guó)際合作情形下的宏觀決策。

本文在分析影響潛艇救生國(guó)際合作的主要影響因素的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了影響援潛救生決策的指標(biāo)體系,研究適用于援潛救生的宏觀決策方法,并建立宏觀決策模型,并用案例具體論述了援潛救生決策模型的應(yīng)用方法,驗(yàn)證了模型的實(shí)用性,該模型的分析結(jié)果可為援潛救生國(guó)際合作的相關(guān)問(wèn)題決策提供參考。

2 影響援潛救生國(guó)際合作決策的因素分析

潛艇救生歷來(lái)受到各國(guó)海軍的高度重視,在援潛救生工作中,受到失事潛艇狀態(tài)、技術(shù)水平、環(huán)境因素、政治因素等條件的制約,給救援工作帶來(lái)了許多困難。

經(jīng)過(guò)初步的分析和研究,影響援潛救生國(guó)際合作決策的因素眾多,涉及范圍也較為廣泛,總結(jié)歸納后大致可分為五個(gè)方面:失事潛艇的基本情況、失事海域的環(huán)境、救援力量的投送、救援力量的技術(shù)水平以及合作救援的政治因素。每一個(gè)方面,尤其是失事潛艇的基本情況與失事海域的環(huán)境又可以細(xì)化為幾個(gè)子因素,綜上完整的影響援潛救生國(guó)際合作決策的因素[7]如圖1所示。

圖1 影響援潛救生國(guó)際合作決策的因素

3 援潛救生的宏觀決策模型

3.1 決策矩陣

以A={A1,A2,…,Am}作為多指標(biāo)決策問(wèn)題的方案集,以G={G1,G2,…,Gn}作為指標(biāo)集,方案Ai中指標(biāo)Gj的屬性值為xij(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n),則矩陣X=(xij)m×n表示方案集A對(duì)指標(biāo)集G的屬性矩陣。一般來(lái)講,不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)往往具有一樣的量綱和量綱單位,為了消除量綱和量綱單位不同所造成的不可公度,應(yīng)對(duì)屬性矩陣進(jìn)行無(wú)量綱處理。本研究采用的評(píng)價(jià)指標(biāo)可以分為效益型和成本型兩種。不同類(lèi)型的評(píng)價(jià)指標(biāo),無(wú)量綱處理的方法是不一樣的,本文按照以下方式對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行無(wú)量綱處理。

對(duì)于效益型指標(biāo):

(1)

對(duì)于成本型指標(biāo):

(2)

若某一指標(biāo)在各個(gè)方案中的屬性值相同,處理時(shí)就可根據(jù)該指標(biāo)的重要程度將其屬性值均賦值1或均賦值0。經(jīng)無(wú)量綱處理后,屬性矩陣X=(xij)m×n轉(zhuǎn)化為無(wú)量綱決策矩陣Y=(yij)m×n。在無(wú)量綱決策矩陣中,無(wú)論評(píng)價(jià)指標(biāo)是效益型還是成本型,只要yij越大,那么其指標(biāo)屬性值越好。

3.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重

在決策過(guò)程中,合理確定各指標(biāo)的權(quán)重非常重要。指標(biāo)權(quán)重的確定往往需要綜合主觀和客觀兩方面因素。

1) 主觀權(quán)重

指標(biāo)的主觀權(quán)重主要依賴(lài)于決策者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)。決策時(shí)對(duì)指標(biāo)集G中指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較,構(gòu)建兩兩比較的判斷矩陣R=(rij)m×n,其中標(biāo)度rij取1～9之間的整數(shù)及其倒數(shù),其意義如表1所示,且rii=1,rij=1/rji。

表1 判斷矩陣標(biāo)度定義

各指標(biāo)需要?dú)w一化,主觀權(quán)重wi按式(3)計(jì)算,即:

(3)

wi越大,相應(yīng)指標(biāo)對(duì)決策的影響也越大。當(dāng)n>2時(shí),比較矩陣R的一致性需要進(jìn)行校核,須計(jì)算其一致性比例C.R.,即:

(4)

式中:R.I.為同階隨機(jī)矩陣的一致性指標(biāo)的平均值,其按表2中取值。

表2 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)

當(dāng)C.R.<0.10,矩陣具有較好的一致性;否則,調(diào)整比較判斷矩陣,直到具有滿(mǎn)意的一致性為止。

2) 客觀權(quán)重

客觀上某一個(gè)指標(biāo)在不同的方案中的數(shù)值差別越大,在決策中越重要?？陀^權(quán)重從決策矩陣固有信息的角度,反映各指標(biāo)對(duì)決策的影響,其可以通過(guò)熵信息導(dǎo)出。對(duì)于m個(gè)評(píng)價(jià)方案、n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)、無(wú)量綱決策矩陣為Y=(yij)m×n的決策問(wèn)題,第j個(gè)指標(biāo)的熵[6]定義為

(5)

第j個(gè)指標(biāo)的熵ej越大,說(shuō)明各方案在該指標(biāo)上取值與該指標(biāo)最優(yōu)值間的差異越小,從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度看,該指標(biāo)對(duì)決策的影響也就越小。因此,可通過(guò)熵的互補(bǔ)值進(jìn)行歸一化處理后求出各指標(biāo)的熵權(quán)θj,即:

(6)

顯然,指標(biāo)的熵ej越大,其熵權(quán)θj越小,表明該指標(biāo)向決策者提供的信息量有限,因此該指標(biāo)對(duì)決策的影響也較小。相反,指標(biāo)的熵ej越小,其熵權(quán)θj越大,表示各方案在該指標(biāo)上有明顯的差異,應(yīng)重點(diǎn)考察,自然該指標(biāo)對(duì)決策的影響也就較大[8]。

3) 綜合權(quán)重

在處理復(fù)雜問(wèn)題時(shí),不僅要重視決策者的經(jīng)驗(yàn),同時(shí)也不應(yīng)當(dāng)忽視各種方案的客觀信息,因此全面考察主觀和客觀因素,是科學(xué)決策的前提條件。綜合考慮各指標(biāo)的主觀權(quán)重和客觀權(quán)重,可得到其綜合權(quán)重μi,即:

μi=f(wi,θi) (i=1,2,…,n)

(7)

決策中對(duì)主、客觀權(quán)重的要求不同,修正的方法也不盡相同,本文采用以下修正方式:

(8)

各指標(biāo)的綜合權(quán)重μi構(gòu)成了指標(biāo)集的權(quán)重向量μ=(μ1,μ2,…,μn)T。

3.3 決策分析

雙基點(diǎn)法[9～10]是一種有效的決策分析方法,它利用待選方案與理想方案的相對(duì)貼近度來(lái)進(jìn)行優(yōu)化決策。利用無(wú)量綱決策矩陣Y和各指標(biāo)的綜合權(quán)重μi,可得到一個(gè)更合理的加權(quán)決策矩陣Z=(zij)m×n:

zij=μj·yij(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)

(9)

(10)

(11)

任一方案與理想方案和最劣方案的標(biāo)準(zhǔn)差分別為

(12)

(13)

顯然,待選方案與理想方案的標(biāo)準(zhǔn)差越小越好,與最劣方案的標(biāo)準(zhǔn)差越大越好,則待選方案與理想方案的相對(duì)貼近度可定義為

(14)

與理想方案的相對(duì)貼近度越大,則方案越優(yōu)。根據(jù)相對(duì)貼近度的大小,可以確定方案的優(yōu)劣。

4 典型案例研究

本文以一個(gè)假想案例為例,來(lái)詳細(xì)闡述援潛救生國(guó)際合作決策模型在具體救援活動(dòng)中的應(yīng)用。由上文可知,潛艇救生國(guó)際合作決策中的影響因素太多,給決策帶來(lái)了較大的困難。為了簡(jiǎn)明扼要地討論決策模型的應(yīng)用程序,文中對(duì)影響決策的因素進(jìn)行了簡(jiǎn)化,只選擇部分有代表性的因素進(jìn)行分析。在具體的案例和現(xiàn)實(shí)的救援工作中,決策者應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來(lái)選擇合理的決策因素,不要局限于本案例中的情形。

4.1 案例背景

假設(shè)一潛艇在某海域失事,潛艇失事時(shí)艇體及艇員狀態(tài)、失事海域的環(huán)境信息如下所列。

1) 潛艇失事后,艇員立即發(fā)布了失事信息,艇內(nèi)生存環(huán)境良好。

2) 潛艇縱傾角約22°,橫傾角約12°,救生平臺(tái)結(jié)構(gòu)完好。

3) 失事海域的水深約350m。

4) 據(jù)氣象預(yù)報(bào),失事海域近5天內(nèi)的海況均為4級(jí)。

4.2 建立決策指標(biāo)體系

援潛救生國(guó)際合作決策中,對(duì)救援力量分析研究時(shí),最為重要的是考慮以下幾個(gè)問(wèn)題:

1) 從技術(shù)層面考慮,救援力量能否對(duì)已經(jīng)失事的潛艇進(jìn)行救援?若能開(kāi)展救援,失事潛艇和失事海域的狀況與救援力量的匹配程度如何?

2) 救援力量的裝備技術(shù)水平、經(jīng)驗(yàn)如何?即救援力量的對(duì)援潛救生的可操作度怎么樣?

3) 救援力量的投送是否能滿(mǎn)足失事潛艇救援的要求?

4) 從國(guó)與國(guó)之間的關(guān)系考慮,外國(guó)救援力量參與合作救援的可能性有多大?

基于對(duì)上述幾個(gè)方面問(wèn)題的考慮,結(jié)合圖1中的影響因素,定義適用于本案例的以下四個(gè)決策指標(biāo),并構(gòu)建相應(yīng)的決策指標(biāo)體系。

1) 救援力量的契合度:反應(yīng)救援力量與救援任務(wù)之間的契合程度,其值取0～10間的評(píng)估值。若某種救援力量完全不能完成救援任務(wù),其值為0;救援力量與救援任務(wù)的相適契合越好,則契合度的取值也越大。

2) 救援力量的可操作度:體現(xiàn)了救援力量的整體水平,其值取1～10間的評(píng)估值。救援力量可操作度越高,則該取值也越大。

3) 救援力量的快速性:用快速性來(lái)表征救援力量投送的能力,顯然投送所需的時(shí)間越短,則救援力量投送能力越強(qiáng)。

4) 合作救援的可能性:反應(yīng)合作救援中對(duì)政治因素的考慮,其值取1～10間的評(píng)估值。兩國(guó)間的關(guān)系越友好,則該指標(biāo)的取值也越大。

上述四個(gè)指標(biāo)的詳細(xì)定義如表3所示。

表3 案例中決策指標(biāo)的定義

4.3 制定合作救援方案

綜合考慮本案例中潛艇失事的狀態(tài)和環(huán)境條件(失事水深為400m,海況為5級(jí)),并結(jié)合對(duì)各國(guó)援潛救生裝備水平的分析,可以得出一個(gè)初步的判斷。目前,可以利用四個(gè)救援力量具備順利開(kāi)展此次救援任務(wù)的能力,分別是北約NSRS系統(tǒng)、美國(guó)SRDRS系統(tǒng)、俄羅斯的Becrep型深潛救生艇以及德國(guó)的MERMAID型深潛救生艇。因此,便可制定四個(gè)援潛救生國(guó)際合作的救援方案。

方案1(A1):與北約NSRS系統(tǒng)(重點(diǎn)是英國(guó))尋求國(guó)際合作,實(shí)施失事潛艇的救援行動(dòng)。

方案2(A2):與美國(guó)尋求國(guó)際合作,實(shí)施失事潛艇的救援行動(dòng)。

方案3(A3):與俄羅斯尋求國(guó)際合作,實(shí)施失事潛艇的救援行動(dòng)。

方案4(A4):與德國(guó)尋求國(guó)際合作,實(shí)施失事潛艇的救援行動(dòng)。

對(duì)四個(gè)方案中的決策指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估,其結(jié)果如表4所示。

表4 救援方案中各指標(biāo)的評(píng)估值

4.4 決策分析與結(jié)果

決策分析的目的是以四個(gè)決策指標(biāo)(G1～G4)為準(zhǔn)則,對(duì)四個(gè)援救方案(A1～A4)進(jìn)行分析,尋找最佳的方案。

四個(gè)方案和四個(gè)決策指標(biāo)構(gòu)成了如下的決策矩陣X:

利用式(1)～式(2)對(duì)決策矩陣進(jìn)行無(wú)量綱化,得到無(wú)量綱的決策矩陣Y:

根據(jù)決策者的主觀經(jīng)驗(yàn),得到指標(biāo)之間的兩兩判斷矩陣。

決策者對(duì)決策指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較,并根據(jù)式(3)～式(4)得到主觀權(quán)重,根據(jù)式(6)～式(7)求得客觀權(quán)重,再利用式(8)～式(9)計(jì)算得出綜合權(quán)重,詳細(xì)計(jì)算結(jié)果如表5所示。

表5 決策指標(biāo)的權(quán)重計(jì)算值

利用式(9)得到加權(quán)的決策矩陣Z:

根據(jù)式(10)～式(11)分別得到待選方案中的最優(yōu)方案和最劣方案:

S+=(0.2086,0.261,0.4327,0.0977);
S-=(0,0,0,0)

根據(jù)式(12)～式(13),可計(jì)算得出各個(gè)待選方案與理想方案和最劣方案的標(biāo)準(zhǔn)差分別為

λ1+=0.0122,λ2+=0.0714,λ3+=0.273,λ4+=0.152;
λ1-=0.2758,λ2-=0.258,λ3-=0.0488,λ4-=0.0288

根據(jù)式(14),便可計(jì)算出各個(gè)待選方案與理想方案的相對(duì)貼近度為

c1=0.957,c2=0.783,c3=0.151,c4=0.159

由于c1>c2>c3>c4,因此各待選方案的優(yōu)劣度排序?yàn)?A1>A2>A4>A3。

經(jīng)過(guò)計(jì)算分析,結(jié)果表明:方案1為最佳方案,即優(yōu)先與北約NSRS系統(tǒng)(重點(diǎn)是英國(guó))尋求國(guó)際合作,實(shí)施失事潛艇的救援行動(dòng)。其次是與美國(guó)尋求援潛救生國(guó)際合作,最后再考慮與德國(guó)和俄羅斯尋求國(guó)際合作來(lái)開(kāi)展救援行動(dòng)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)分析影響援潛救生國(guó)際合作決策的因素,建立了影響援潛救生國(guó)際合作決策的指標(biāo)體系和援潛救生的宏觀決策模型,并以一個(gè)假想的潛艇事故為案例,介紹了援潛救生國(guó)際合作決策的理論和具體的應(yīng)用方法。由于資料的缺乏,案例涉及到的因素較少,決策指標(biāo)體系建立得也較為簡(jiǎn)單,但這并不影響決策理論應(yīng)用的實(shí)用性。在實(shí)際應(yīng)用中,應(yīng)根據(jù)具體情況,準(zhǔn)確選擇影響因素和決策指標(biāo),合理制定援救方案,以保證決策的正確性。

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Decision-making System for Submarine Rescue Under the Trend of International Cooperation

FAN Haiyuan HUANG Xiangbing TANG Xin

(Department of Naval Architecture & Ocean Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033)

How to rescue the marine quickly and effectively after a submarine accident is a very difficult problem up to the present. So the submarine rescue system needs the international cooperation. But it is effected by a lot of factors. On the basis of analyzing the factors, the index system for the submarine rescue is proposed. After that the decision-making model for submarine rescue under the trend of international cooperation is established. In order to validate the model, a hypothetic case is analyzed by use of it. The model and the result may provide the reference for the decision-making process of submarine rescue.

submarine rescue, decision-making system, international cooperation

2014年12月2日,

2015年1月28日

樊海淵,男,碩士研究生,研究方向:援潛救生。黃祥兵,男,博士,副教授,研究方向:援潛救生。唐鑫,男,碩士研究生,研究方向:船舶與海洋工程。

O382.1; U661.6

10.3969/j.issn1672-9730.2015.06.001