舰船科学技术  2017, Vol. 39 Issue (11): 183-188   PDF    
基于任务需要的海警大型舰艇基本需求建模与分析
赵伟东, 彭颖     
公安海警学院,浙江 宁波 315801
摘要: 以线性和非线性需求结合方式建立了以满足任务需要为条件的海警大型舰艇基本需求组合模型,预测计算了多个样本国海警大型舰艇基本需求数,结果表明该模型有一定的实用性。据此对中国海警大型舰艇基本需求进行预测,预测结果可对中国海警大型舰艇发展规划提供参考。
关键词: 任务需要     海警     大型舰艇     建模     分析    
Basic requirement modeling and analysis for large patrol ships of coast guard based on the mission need
ZHAO Wei-dong, PENG Ying     
China Maritime Police Academy, Ningbo 315801, China
Abstract: Combination model of the basic requirement for large patrol ships (LPSs) of coast guard is established with linear and nonlinear methods based on the mission, and the number of basic requirement of LPSs of several samples were forecasted, the results show that the model is practical. In view of the above, this paper obtains a result about the basic requirement of China Coast Guard (CCG), and this maybe useful for research and development of CCG's LPSs.
Key words: mission need     coast guard     large patrol ship     modeling     analysis    
0 引 言

2013年中国海警队伍的初步整合,不仅初步解决了中国海上维权执法力量分散布局、海上执法整体效率低下的现实,而且也有效聚合了中国海警队伍的舰艇装备实力,形成了可以统筹使用的海上执法力量,这对有效维护国家海上权益、确保海上安全稳定、实现海洋强国战略目标具有十分重要的现实意义。但是在舰艇实力需求(尤其是1 000 t以上的大型执法舰艇)什么是“够”、什么是“不够”的问题上,仍然有不少分歧。从有效完成海上维权执法任务的角度出发,当然是多多益善;但从效费比出发,还有一个“度”的问题。也就是海警舰艇的数量不可能无限膨胀,太多则经济负担过重、有可能造成政府公共资源的浪费;太少则捉襟见肘、难以完成现实的维权执法任务。本文从满足任务需要出发,探讨海警大型舰艇装备基本数量合理需求问题,为大型舰艇建造规划提供参考依据。

1 主要影响因素

影响海警大型舰艇装备数量需求的因素有多种,如政治因素、经济因素、沿海治安环境因素、法定任务因素等。从满足任务需求角度考虑,则涉及法定任务数量的多少、任务范围的大小、舰艇装备技术性能与舰艇排水量分布比例、任务海区地理和气象环境条件等多个方面。

1.1 法定任务面积、数量和强度

海警的法定任务是决定海警舰艇装备数量的一个重要因素。一是任务数量多,原则上需要参与执法执勤的舰艇数量就多,舰艇数量需求就大;任务少,则正好相反。二是任务范围面积大、纵深远,原则上需要参与执法执勤的大型舰艇数量就多,对大型舰艇的数量需求就多;任务范围小、纵深近,则对大型舰艇的需求数量就少。三是如果存在海上争议区且为双方争议热点,则任务强度就大,那么对舰艇的数量需求也会明显上升;反之,则趋于能维持正常执法执勤的理性需求。因此,单从任务角度看,需要重点考虑任务面积、任务数量和任务强度等因素。

1)任务面积

自从《联合国海洋法公约》(以下简称《公约》)1994年11月16日正式生效后,加入《公约》的沿海国就有了:对内水和领海的主权;在毗连区对移民、海关、财政和卫生等事项的管制权;对200 nmile 专属经济区和一般情况下200 nmile 大陆架自然资源的主权权利和海洋污染、海洋科学研究、海上人工设施建造的管辖权,以及在特殊情况下不超过350 nmile 或2 500m等深线加100 nmile 大陆架的主权权利和管辖权。包括中国在内,世界各国(本文暂不考虑一国内部享有独立海上执法权限的地区)海警的任务范围实际上已扩展到200 nmile 专属经济区并在相关法规、文献中得到明确[1]。因此可以认为,200 nmile 专属经济区范围是海警的基本任务需求范围,又鉴于可达该范围执法的适航舰艇一般为千吨级以上的大型舰艇,所以该范围的大小成为决定大型舰艇基本需求数量的主要因素[24]

2)任务数量

目前,世界各国海警基本上都是为应对海上事务而专门设立的一个机构,该机构所承担的任务、担当的角色在不同的国家虽然存在一定差异,但其最主要、最通行的任务基本都是海上执法、海洋维权和海上边界控制。此外,海警还可能担负港口安保、海上防御、近海巡逻等安全保卫任务。海警队伍的多任务特点,决定了海警执法舰艇的多任务属性,这就为单一舰艇任务的模块化区分奠定了基础(见表1[5]

表 1 海警大型舰艇任务的模块化区分 Tab.1 Modular distinction of LPS’s tasks

由于一艘舰艇既可以执行单一任务模块,又可以执行多项任务模块,其中除了个别专业装备外,只是对舰艇人员的执法业务技能要求不同,因此可认为,模块化任务数量的多少对舰艇基本需求数量的影响不大,所以本文暂不考虑该因素的影响。

3)任务强度

若将各任务模块的任务量大小(或任务繁重程度)表述为任务强度,显然任务强度是舰艇基本需求数量的一个重要影响因素。由于各国海警任务模块的强度大小难以准确界定,所以本文假定对于同一任务模块,各国海警并无轻重之分,对于超出该假定条件的任务强度采用“热区”(或“热点”)进行处理。例如,对于海上维权,如果两国在海上没有领土争议,则两国在该模块的任务强度与其他国家相同,所需舰艇基本数量只可维持正常巡逻即可,也就是与任务面积强相关。但如果两国存在领土争议,则需要增派巡逻舰艇、加大巡护力度,以彰显两国在争议海区的海洋权益。故本文把两国间海上存在争议(包括敌对状态、领土争议、专属经济区重叠等引起的渔业纠纷等)且争议激烈的地区定义为一个热区,记数为1;若两国间的争议区有多个且不重叠,则热区分别计数并作求和处理。每一热区都有不同的斗争激烈程度,而斗争激烈程度与任务强度直接相关。存在热区且斗争越激烈,则任务强度就越大,需要的舰艇数量就越多,否则相反。因此,任务强度也是影响舰艇需求数量的主要因素。

此外,对于热区,尚有持续时间长短之分。若持续时间短,对舰艇需求数量的影响不大,因为可以通过临时调用其他无争议海区的舰艇来加强争议海区的实力来解决。但是若持续时间长,则需要作长远打算,故对舰艇需求数量产生正向影响。目前各国的海上维权实践大多表明,海上热区的解决并非一日之功。既然存在热区,一般均需长时间的博弈方可能达成妥协方案,因此可以认为一般不用考虑其持续时间的长短。

1.2 以排水量区分的舰艇数量分布与舰艇装备技术性能

1)以排水量区分的舰艇数量分布

若将千吨以上排水量的海警舰艇均称为大型舰艇,则大型舰艇有1 000 吨级、3 000 吨级、5 000 吨级甚至万吨级之分。虽然千吨级以上的大型舰艇均可满足巡航200 nmile 专属经济区的能力,但是不同的排水量级别,显然巡航执法能力不一样,而且级差越大性能区别也越大,因此在舰艇数量需求上还要考虑按排水量分布的合理性问题。由于该问题涉及的因素更多,所以本文暂假定各国大型舰艇按排水量区分的舰艇数量分布都合理且一致。

2)同级排水量舰艇的性能

由于各国的经济实力、技术能力、建造标准、政策法规等各不相同,所以即使是同级排水量的大型舰艇,其性能也可能存在很大差异,这也是不能简单地以舰艇吨位数衡量一个国家海上实力的原因之一。海军实力评估如此,海警实力评估也如此。为方便建立模型,本文暂假定各国同级排水量舰艇的性能基本一致,且不将执行消防、助航、破冰等专项特殊任务的大型舰艇考虑在内。

1.3 其他影响因素

1)海上态势感知能力

海上态势感知能力是一个国家对海洋实施全方位监控和管理的能力。这一能力的具体体现就是海上信息的实时掌控、海上态势演变的实时估判和海上执法力量的及时到达与处置。因此,有没有强大的海上态势感知能力对舰艇的数量需求影响明显。也就是说在同等条件下,具备强大海上信息态势感知能力的一方(比如装备有覆盖全海域的海洋巡逻监视飞机),即可全时空、全时域掌控海上发生的事件,进而更有针对性地选派舰艇或飞机进行巡逻,因此其对舰艇的数量需求可以更少,反之则需求数量更多。为方便模型建立,本文暂不考虑此因素的影响。

2)联合协同执法能力

海上执法力量体系是一个由海警系统、海军系统和其他涉海力量共同组成的、各系统之间相互配合、协同行动的统一整体。即使在海警力量体系内部,也已形成一个完整的由大型舰艇、舰载工作艇、舰载直升机、海上巡逻监视飞机等组成的海空一体化联合协同执法体系。在这一体系中,执法舰艇(包括工作艇)只是其中的一个重要执法载体而已。虽然多数国家海警或多或少已具备这一能力,为方便建模,本文暂且忽略这一因素对舰艇基本需求数量的影响。

3)任务海区环境、气象条件及其他

除以上因素外,由于各国所处的地理位置不同,所属海区地理、气象环境条件等也各有差异,故对舰艇的基本需求数量也会产生一些影响。此外,国家政策导向也是影响因素之一。这如同战争中的进攻和防御,政策导向不一样,舰艇基本需求的数量也不同。本文暂且忽略这些因素的影响。

2 模型的建立 2.1 假定条件

根据以上分析,特作如下假定:

1)不考虑除海警力量体系之外其他涉海力量的影响;

2)海警大型舰艇基本需求数量主要受海警任务面积、任务强度制约,其中基本需求数与任务面积成线性关系、与任务强度成非线性关系;不考虑任务模块多少的影响;

3)各国海警大型舰艇都具有执行多种任务的能力,不计入用来执行如消防、助航、破冰等特殊任务的舰船;

4)各国海警大型舰艇按排水量区分的舰艇数量分布都合理且一致,且同一级排水量舰艇的性能基本一致;

5)不考虑海上态势感知能力、海空联合执法能力以及任务海区环境、气象条件及其他因素的影响。

2.2 建模方法

对海警大型舰艇基本需求数进行预测,尚未有成熟模型可以参考。根据各国实际拥有的大型执法舰艇数量和影响因素分析,本文采用组合模型予以实现,即假定该需求由线性需求和非线性需求组成[6]。处理方法是:根据以上分析和假设,首先建立模型的线性需求部分Ql;然后,根据模型线性部分需求Ql和现役舰艇数QA预测残差并构建模型的非线性需求部分Qnl;最后将两部分相加而成组合模型:

$Q = {Q_l} + {Q_{nl}}\text{。}$ (1)

1)样本的选取

样本数据的选取条件是:①该国海警任务需包含海上边界巡护和海上执法;②有1 000 吨级以上适宜远航专属经济区范围的大型执法舰艇;③数据来源明确且相对准确。以此条件选取美国、俄罗斯、日本、韩国、印度、土耳其、挪威、越南8个国家的海警为样本数据。

2)线性需求

线性需求模型表示为:

${{\rm{Q}}_l} = \delta {A_{EEZ}}\text{。}$ (2)

其中:AEEZ为任务海区面积,单位为百万平方千米;δ为大型舰艇平均分布密度,即每百万平方千米海域上的大型舰艇部署数量。

一般认为,假设每100万平方千米海域面积保持有1艘在航巡逻执法的舰艇合理,若要满足不间断巡航执法,则另需1艘在港备勤的舰艇和1艘在坞维修的舰艇方为合适,故取大型舰艇平均分布密度δ=3。各国海警的基础数据以及线性需求、残差的计算结果如表2所示。

表 2 各国基础数据与线性需求、残差、非线性需求表 Tab.2 All basic data,linear and nonlinear requirement and residual

3)非线性需求

①任务强度的确定

将各国海警的基本任务强度xb定义为1,一国因存在海上热区而加强的任务用加强任务强度处理,记 ${x_e} = \sum {{x_{{e_i}}}} $ ,其中 ${x_{{e_i}}}$ 为第i个海上热区的加强任务强度。故各国任务强度表示为:

$x = {x_b} + \sum {{x_{{e_i}}}} \text{。}$ (3)

各国海警加强任务强度分级标准与任务强度赋值如表3表4所示。

表 3 加强任务强度分级标准表 Tab.3 Grading standards of reinforced mission strength

表 4 各国海警任务强度数值表 Tab.4 Amount of mission strength of samples

②非线性需求模型

非线性需求模型定义为:

${Q_{nl}} = {p_1}x + {p_2}{x^2}\text{,}$ (4)

其中,p1p2均为模型系数;x为任务强度。

根据表2中的残差和表3中确定的任务强度,采用麦夸特法(Levenberg-Marquardt)+通用全局优化法对模型系数进行拟合,结果为:p1=2.482 7,p2=0.670 26。

基本需求模型表示为:

$Q = {Q_l} + {Q_{nl}} = \delta {A_{EEZ}} + {p_1}x + {p_2}{x^2}\text{。}$ (5)

非线性需求Qnl和基本需求预测Q的计算结果如表2所示。

3 模型的应用与分析 3.1 模型预测结果分析

由式(5)基本需求模型,得美、日、俄等8个样本的大型舰艇基本需求数Q(见表2)。比较需求预测数Q和现役数QA可知,除韩国和越南海警外,其他6个样本的需求预测误差均在±5艘以内,说明所建模型基本可用。因尚有多项影响因素没有考虑,故作如下分析说明:

1)美国海警大型舰艇基本需求数43艘(取整,下同),与2016年现役数38艘和2015年现役数40艘相比,需求短缺从3艘增加到5艘,说明其远海执法能力与之前相比已略有下降,但这并不意味着美国海警大型舰艇实力不能满足其当前的任务需求。因为美国海警具有承担“两洋”(大西洋和太平洋)执法任务的能力,装备有先进的C4ISR系统,更有近40余架海洋巡逻监视飞机和近140余架直升机协助搜救和执法,所以其海上态势感知能力和海空联合协同执法能力极为强大,其真实能力绝非可用“38艘”就可简单描述。另一方面,从美国海警的21世纪发展战略[11]和北极战略[12]看,美国海警的任务范围已有调整,正急于打造一支具有全球视野的“国家舰队”,故对大型舰艇的未来需求肯定要高于现役的38艘,只是目前新服役大型舰艇(“传奇”级国家安全缉私船)的数量没能及时弥补退役大型舰艇(“汉密尔顿”级高续航力缉私船)的数量而已。当然,这一目标能否实现还要依赖美国政府财政经济状况的进一步改善。

2)韩国海警的大型舰艇现役数比需求数多13艘,可从以下方面解释:

①任务强度低估。由于韩国与朝鲜长期处于分裂敌对状态,在两国东西海上分界线附近海域的任务强度可能已超出常规的“很大”级别,作为“第二海军”的韩国海警必须保持超常规的战备实力,以随时准备应对海上不测事件。

②国家海洋政策导向。韩国无论从国土面积还是专属经济区面积上看,都不是所谓“大国”。但从其在国际上排在前列的海洋渔业、位居世界第2位的造船业和具有一定实力的港口与海运业来看[13],韩国又是一个不可小觑的“海洋大国”,其国家海洋政策导向可见一斑,故需配置超出常规的海上执法力量。

③海上态势感知能力和海空联合协同执法能力有限。韩国海警配备的海洋巡逻监视飞机约为6架、搜救与执法直升机约为18架。与美日相比,其海上态势感知能力和联合协同执法能力不够强大,需依靠增加舰艇数量作为弥补。

3)日本海上保安厅的大型舰艇现役数比基本需求数多4艘,说明经过近2年的努力,日本海上保安厅为强化在我国钓鱼岛及其周围海域的所谓“实控”状态,持续建造大型舰艇且数量呈明显上升趋势。若再观察日本海上保安厅2015年[14]和2016年[15]财政预算及资金使用说明,今后日本海上保安厅千吨级以上大型舰艇的现役数量还要增加并且比基本需求数要多出10艘以上。鉴于日本海上保安厅尚有约27架海洋监视飞机和50架搜救与执法直升机的大力协助以及装备有先进的一体化指挥控制系统,说明日本海上保安厅的远海执法能力已远超其基本需求范围。

4)越南海警的大型舰艇需求数比现役数少17艘,考虑其有限的海上态势感知能力和海空联合协同执法能力,可推断越南海警大型舰艇现役数还不满足其当前任务需求。这从越南近年不遗余力扩充其大型舰艇数量(正计划建造2 500 吨级大型舰艇7艘以上)也可得到印证。

3.2 中国海警大型舰艇基本需求预测

取我国专属经济区面积 ${A_{EEZ}} = {\rm{3}}{\rm{.879}}\;{\rm{666}}$ 百万平方千米,加强任务强度xei=8.8(钓鱼岛及其周围海域,强度1;西沙及其附近海域,强度1;黄岩岛及其附近海域,强度1;仁爱礁及其附近海域,强度1;褚碧岛及其附近海域,强度1;永暑岛及其附近海域,强度1;美济岛及其附近海域,强度1;西南渔场附近海域,强度1;中韩暂定渔业区,强度0.6;中朝海上划界及渔争,强度0.2),任务强度总计x=9.8。据式(5)计算,则我国海警大型舰艇基本需求数Q=100.3艘,其中线性需求为11.6艘、非线性需求为88.7艘,取整为100艘,即当前任务条件下我国大型舰艇的基本需求为100艘左右。考虑我国目前对海上态势的感知能力尚处于“半盲”状态[16],装备的直升机数量也有限,因此面对东海及南海日益严峻的海洋维权执法形势,100艘左右仅仅是最低基本需求。

4 结 语

若不考虑其他因素的影响,以满足任务需要为前提,综合考虑任务范围、任务强度等因素,可建立包含线性需求与非线性需求在内的大型舰艇基本需求组合模型。该模型的计算结果除与2个样本(韩国、越南)的现役数相差较大外,与其他样本现役数均有较好的符合度,可见该模型有一定的实用性。

依据该模型预测计算的中国海警大型舰艇基本需求数为100艘左右。考虑到目前中国海警的海上态势感知能力和海空联合协同执法能力有限,而海洋维权执法形势十分严峻,中国海警目前所需大型舰艇数应高于此值才更趋合理。

另外,如能增加海上态势感知能力、海空协同执法能力等影响要素进行研究并加入基本需求组合模型,将有利于该模型的优化并使其具备更好的实用性和可靠性,如此可对中国海警大型舰艇发展规划提供更为可靠的参考依据。

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