基于时空可达性的海上搜救系统动态选址-分配优化模型研究

为解决海上搜救(SAR)系统中资源分配效率与成本效益的平衡问题，研究人员提出了一种动态选址-分配模型(LAP)，结合季节性需求变化和海洋条件波动，通过k-means聚类与多目标植物生长模拟算法(MO-PGSA)优化救援站点(RSC)布局。结果表明，该模型在渤海案例中显著提升了SAR系统的时空可达性和资源利用率，为海事安全管理提供了科学决策支持。

　　

研究背景
全球航运业的快速发展伴随着海上事故风险的上升，但传统海上搜救(SAR)系统依赖固定的海岸基地，难以应对远海事故的快速响应需求。现有系统面临三大矛盾：事故需求的季节性波动与静态资源配置的冲突、恶劣海况对救援效率的制约，以及高成本投入与有限覆盖范围的失衡。以渤海为例，冬季风浪加剧与夏季渔船密集形成的需求差异，暴露了静态SAR系统的适应性缺陷。

为突破这一瓶颈，中国的研究团队在《Ocean Engineering》发表研究，首次将时空可达性(ST-2SFCA方法)引入动态选址-分配问题(LAP)，构建了涵盖海上救援站(RSC)、异构船舶和应急物资的多周期优化模型。通过整合k-means聚类与改进的多目标植物生长模拟算法(MO-PGSA)，实现了救援资源随季节动态调度的突破。

关键技术方法
研究采用网格化处理将渤海海域划分为事故点与候选RSC站点，建立多目标混合整数非线性规划模型。通过ST-2SFCA量化时空可达性，结合MO-PGSA算法求解Pareto最优解，并利用渤海历史事故数据与海洋环境参数进行验证。

研究结果

1. 动态LAP模型构建
   提出双目标优化框架：最大化时空可达性期望值，最小化系统总成本。模型创新性地引入季节性参数，如冬季波浪阻力系数较夏季增加35%，导致船舶响应时间延长20%。

2. 算法性能验证
   MO-PGSA在收敛速度上较传统NSGA-II提升42%，获得的Pareto前沿显示：当系统成本控制在预算的85%时，可达性覆盖率可提升至92%。

3. 渤海案例应用
   实证表明：动态配置使冬季偏远海域响应时间缩短47%，夏季高频事故区资源饱和度下降28%。通过设立3个浮动RSC站，年救援成功率预计提高19%。

结论与意义
该研究突破了传统SAR系统静态规划的局限，首次实现"需求-资源-环境"三重动态耦合优化。提出的ST-2SFCA-MO-PGSA框架为海事应急管理提供了可扩展的方法论，其季节性资源配置策略已被纳入渤海SAR体系建设指南。未来可延伸至极地航运等特殊场景，推动全球海事安全管理的范式革新。