Как спасательные суда на воде могут осуществлять операции в рамках «группового сотрудничества»? 

Методы реализации совместных операций в кластерах спасательных судов

Суть «кластерного взаимодействия» в спасательных судах заключается в преодолении ограничений, присущих операциям с использованием одного судна. Благодаря обмену информацией о ситуации, единому планированию, динамическому формированию и разделению труда, несколько спасательных судов разных типов могут формировать единое боевое подразделение, обеспечивая крупномасштабные, высокоэффективные и безопасные поисково-спасательные операции на воде, оказание помощи при стихийных бедствиях и транспортировку пострадавших. Это позволяет адаптироваться к сложным сценариям, таким как наводнения, морские аварии и городские затопления. Существует два основных режима: ручное формирование и интеллектуальное беспилотное кластерное взаимодействие. Общая реализация основана на четырехуровневой системе восприятия, связи, принятия решений и выполнения.

I. Основные принципы взаимодействия

Кластерное взаимодействие отказывается от независимого режима работы отдельных судов, используя слабо централизованную/распределенную архитектуру взаимодействия. Единого командного терминала не существует. Каждое спасательное судно действует как независимая интеллектуальная единица, обмениваясь в режиме реального времени информацией о своем состоянии, окружающей среде и ходе операции. Следуя единым правилам работы, они автономно взаимодействуют для выполнения общей спасательной миссии, в конечном итоге достигая эффекта кластерной операции «1+1>2». Спасательные катера, управляемые вручную, в основном работают под береговым командованием и координацией экипажа, в то время как беспилотные спасательные катера полагаются на алгоритмы для автономного взаимодействия. Оба режима могут динамически адаптироваться к сложным условиям, таким как состояние воды, волны, препятствия и распределение потерпевших бедствие объектов.

II. Четырехуровневая система реализации ядра

(I) Уровень восприятия: Единый глобальный сбор ситуационных данных

Это основа кластерного взаимодействия, решающая проблему «четкого обзора места происшествия и понимания ситуации», а также обеспечивающая слияние данных и совместимость между несколькими судами. Каждый спасательный катер оснащен системами позиционирования BeiDou/GPS, радаром, инфракрасным ночным видением, датчиками глубины воды и датчиками течения для сбора многомерных данных в режиме реального времени. Одновременно с этим, система взаимодействует с беспилотными летательными аппаратами для воздушной разведки и берегового мониторинга, создавая интегрированную сеть восприятия воздушной и водной среды.

Собранные данные включают три основных типа информации: во-первых, экологическая обстановка, охватывающая глубину воды, скорость течения, уровень волн, распределение препятствий и условия навигации; во-вторых, целевая обстановка, включая местоположение, количество, состояние и дальность распространения терпящих бедствие людей и судов; и в-третьих, кластерная обстановка, охватывающая местоположение в реальном времени, скорость, оставшийся заряд батареи/топлива, оперативное состояние, а также конфигурацию персонала и оборудования каждого спасательного судна. Все данные агрегируются и интегрируются в реальном времени, устраняя «слепые зоны» в восприятии отдельных судов и формируя единую глобальную карту ситуационной осведомленности.

(II) Коммуникационный уровень: Взаимодействие сетевых данных в реальном времени

Динамическая самоорганизующаяся сеть построена на основе выделенных каналов связи для обеспечения стабильной передачи данных в сложных водных условиях, решая проблемы «информационных пробелов и изолированных операций». Используется резервный режим связи, включающий беспроводную самоорганизующуюся сеть + спутниковую связь + выделенную сетевую внутреннюю связь, что обеспечивает взаимосвязь и совместимость между несколькими судами даже без стационарных базовых станций. Он поддерживает динамическое увеличение и уменьшение количества действующих судов, адаптируясь к временным построениям и сценариям межрегиональных спасательных операций.

Сеть связи передает инструкции, ситуационные данные, информацию о местоположении и ходе операции в режиме реального времени, обеспечивая синхронизацию данных на уровне миллисекунд между береговым командным центром, каждым спасательным судном и беспилотными летательными аппаратами. Это обеспечивает поддержку связи для последующего унифицированного планирования, динамического построения и распределения задач, устраняя задержки и пробелы в информации.

(III) Уровень принятия решений: Интеллектуальное планирование и распределение задач

На основе всесторонних ситуационных данных используется двойной режим ручного управления + интеллектуальные алгоритмы для координации кластерных задач, точно решая ключевые вопросы: «кто это сделает, что это сделает и как это сделать». Система сначала обрабатывает данные с места происшествия, определяя потребности в спасательных работах, включая количество спасательных лодок, комбинации типов лодок, распределение персонала и материалов, а также разделение рабочих зон. Затем, стремясь максимизировать эффективность спасательных работ и минимизировать риски, она генерирует оптимальное совместное решение.

Дифференцированное планирование реализовано для различных сценариев спасательных работ: в крупномасштабных поисково-спасательных операциях система автоматически делит зону поиска на сетки и назначает каждой лодке выделенные рабочие зоны, избегая дублирования и пропуска поисков; в сценариях аварийно-спасательных работ приоритет отдается скоростным спасательным лодкам, приближающимся к очагу опасности, в то время как тяжелые спасательные лодки развертываются для обеспечения защиты и чистой воды на периферии; в сценариях переброски персонала задачи разделяются для выполнения замкнутых циклов, таких как спасение на месте, переброска персонала, швартовка к берегу и медицинская связь. Одновременно система отслеживает состояние кластера в режиме реального времени и динамически корректирует распределение задач, адаптируясь к изменениям условий на месте происшествия.

(IV) Уровень выполнения: динамическое формирование и взаимосвязанные операции

Это ядро ​​кластерного взаимодействия. Каждая спасательная лодка автономно корректирует свою траекторию, поддерживает строй и действует в соответствии с инструкциями диспетчера, обеспечивая стандартизированные и модульные совместные операции. Это делится на две формы: ручное формирование и беспилотное автономное формирование.

Рой спасательных лодок, работающих вручную, использует стандартизированные построения: треугольное построение для быстрого развертывания на месте происшествия, балансируя скорость и взаимное укрытие для обеспечения стабильности построения; S-образное построение для сложных акваторий с препятствиями, гибко избегая препятствий и быстро приближаясь к цели; веерообразное построение для крупномасштабных поисково-спасательных работ, обеспечивая полное покрытие акватории; и O-образное построение для спасения заблокированных людей, образуя замкнутый цикл для концентрации спасательных усилий. Каждая лодка строго соблюдает правила координации расстояния, скорости и курса, подчиняется командам построения и синхронно продвигается вперед.

Рой беспилотных спасательных катеров использует алгоритмы совместного управления для достижения автономного формирования, синхронизации траекторий и координации обхода препятствий. Он поддерживает режимы «лидер-следуй» и распределенного адаптивного формирования, автоматически переключая формации в зависимости от ситуации, исключая необходимость индивидуального ручного управления и точно выполняя совместные задачи, такие как поиск, спасение, буксировка и наблюдение.

III. Типичные режимы совместной работы кластера

1. Комплексное сетевое взаимодействие при поиске

В крупномасштабных сценариях поиска и спасения пропавших без вести или потерпевших крушение судов система управления делит зону поиска на несколько равных блоков сетки. Операционные блоки распределяются в соответствии с производительностью и количеством спасательных катеров, при этом несколько катеров одновременно обыскивают каждый участок. Каждый катер передает данные поиска в режиме реального времени, и система автоматически отмечает обысканные и необысканные участки, обеспечивая всестороннее покрытие без слепых зон, значительно сокращая время поиска и спасения и исключая дублирующие операции и слепые зоны поиска.

2. Многоуровневое и поэтапное взаимодействие при проведении аварийно-спасательных работ

Этот метод, подходящий для ситуаций высокого риска и сложных сценариев, таких как наводнения, прорывы дамб, опрокидывание судов и крупномасштабные затопления, использует трехуровневое кластерное разделение труда: «оповещение внешнего периметра — основное спасение — тыловая поддержка». Команда лодок внешнего периметра отвечает за контроль водной акватории, управление движением и изоляцию опасности, предотвращая вмешательство посторонних судов и водных течений в спасательные работы; основная команда скоростных лодок быстро приближается к месту бедствия для проведения эвакуации персонала, спасения и оказания экстренной помощи; команда лодок тыловой поддержки отвечает за снабжение материалами, транспортировку пострадавших и готовность к действиям в чрезвычайных ситуациях, формируя многоуровневую, скоординированную и замкнутую систему аварийно-спасательных работ.

3. Многолодочная эстафетная переброска

В сценариях спасения на больших расстояниях, на мелководье или в сложных течениях, где прямой доступ в рамках одной операции невозможен, несколько лодок развертываются по секциям в пунктах переброски для формирования водного канала переброски. Небольшие надувные лодки на мелководье вблизи берега используются для проведения спасательных операций на близком расстоянии, спасательные лодки среднего размера — для быстрой транспортировки на средние расстояния, а большие спасательные лодки служат транзитными и вспомогательными платформами, обеспечивая ретрансляцию терпящего бедствие персонала и грузов, решая проблемы ограниченной мобильности и низкой эффективности транспортировки, связанные с использованием только одного типа лодок.

4. Интегрированное гетерогенное взаимодействие воздуха и воды

Спасательные дроны и рои спасательных лодок работают в тандеме. Дроны быстро сканируют всю территорию с большой высоты, обнаруживают опасности и передают изображения в режиме реального времени, направляя рой лодок к целям и прогнозируя риски на воде. Рой лодок точно приближается к цели, исходя из воздушных условий, одновременно обеспечивая платформу для взлета и посадки на воде, а также платформу для пополнения запасов для дронов, достигая гетерогенного взаимодействия роя, включающего «воздушную разведку, реагирование с воды и связь на всей территории».

IV. Система совместной поддержки (ключ к стабильной работе)

1. Стандартизированные оперативные процедуры

Единое построение, скоростной режим, терминология командования и процедуры реагирования на чрезвычайные ситуации; четко определенные обязанности для каждого руководителя и оператора группы катеров; обеспечение быстрого формирования и бесперебойного взаимодействия между различными подразделениями и типами катеров, предотвращение оперативного хаоса.

2. Динамический отказоустойчивый механизм управления

Система отслеживает оперативное состояние каждого катера в режиме реального времени. Если один катер выходит из строя, теряет связь или отклоняется от курса, неисправное подразделение может быть автоматически отстранено, а задачи оставшихся групп катеров могут быть перераспределены, а построение скорректировано, обеспечивая бесперебойную работу всего кластера и повышая помехоустойчивость в сложных сценариях.

3. Модульная адаптируемость оборудования

Спасательные катера оснащены модульным спасательным оборудованием, позволяющим быстро переключаться между функциями поиска и спасения, подъема затонувших объектов, преодоления препятствий, переброски и наблюдения в соответствии с требованиями миссии кластера. Различные типы судов выполняют свои роли и дополняют сильные стороны друг друга, повышая общие оперативные возможности кластера.

V. Полный практический процесс сотрудничества

1. Ситуационная осведомленность: После получения сигнала тревоги система быстро собирает данные о местоположении опасности, водной среде, терпящем бедствие объекте и доступных ресурсах спасательных судов, создавая исчерпывающую ситуационную карту.

2. Генерация решений: Система объединяет требования к спасению с условиями на месте происшествия для определения состава судов, распределения задач, построения и навигационного пути.

3. Развертывание роя: Суда направляются к месту происшествия в заранее определенном строю, синхронизируя свое состояние в режиме реального времени во время навигации, динамически избегая препятствий и корректируя свои маршруты.

4. Совместные операции: Каждое судно проводит поисково-спасательные, наблюдательные и транспортные операции в соответствии со своими назначенными задачами, передавая информацию о ходе работ в режиме реального времени и динамически корректируя задачи.

5. Замкнутый цикл: После завершения спасательной операции рой упорядоченно отступает и возвращается на свои позиции, одновременно обобщая оперативные данные и проводя подведение итогов миссии.