禁區界限

在海洋測繪中，禁區即水雷區，在禁區內面臨的最主要任務將是水雷偵查、航線探查、反水雷導航以及為儘快開闢安全航道而進行的航道疏通和局部水雷清除等任務。為在最短時間內為任務艦船開闢安全可靠的航道，可以採取使用探雷聲納在雷區中快速確定部分雷區邊界和搜尋薦用航道的方法，進而儘快打破敵方水雷封鎖，實現作戰目的。

基本介紹

• 中文名：禁區界限
• 外文名：Limits of forbidden area
• 目的：作戰分析
• 學科：海洋測繪

簡介

由於現代海戰的非對稱、非接觸和快速性等特點，現代反水雷作戰的主要目的是在戰時以最短的時間開闢能夠保證戰鬥艦艇編隊或其他任務艦船安全通過禁區的可靠航道，打破敵方的水雷封鎖、阻滯或圍堵，確保後續作戰行動的順利開展和海軍作戰目標的實現。在這一情況下，戰時反水雷作戰兵力面臨的最主要任務將是水雷偵查、航線探查、反水雷導航以及為儘快開闢安全航道而進行的航道疏通和局部水雷清除等任務。為在最短時間內為任務艦船開闢安全可靠的航道，可以採取使用探雷聲納在禁區中快速確定部分禁區邊界和搜尋薦用航道的方法，進而儘快打破敵方水雷封鎖，實現作戰目的。搜尋薦用航道需在已知部分禁區邊界和水雷位置的前提下開展規劃，其推薦航道的安全性、合理性和快速性將直接影響反水雷作戰任務的完成效果。為提高反水雷艦艇在執行航線探查任務中的作戰效能，分析其進行薦用航道判定的條件和步驟，並利用搜尋最短路徑的迷宮算法基本原理進行軟體開發，為反水雷作戰中快速合理的實現薦用航道判定提供方法。

搜尋薦用航道的實施方法

薦用航道搜尋任務指利用獵雷聲納的探測識別功能，通過對禁區或水雷可疑區域進行偵查，並對可疑目標進行記錄，快速搜尋出一條或數條通道，為我任務艦船通過禁區或水雷危險區提供安全保證。

實施薦用航道搜尋任務時，應制定搜尋計畫將禁區或水雷可疑區劃分為若干個平行搜尋帶，搜尋帶的方向與艦船穿越的方向要基本一致，從中心搜尋帶開始搜尋並逐步依次向兩邊擴展，並逐帶記錄下探測結果。若已搜尋過的航線總寬度滿足通航航線寬度要求時，檢查已發現的水雷位置是否確實允許艦船通航，其要求是搜尋出的薦用航道必須是直線或有限轉向的簡單折線，如果在探測結果的基礎上沒有發現可用航道，則繼續按原搜尋計畫擴大搜尋範圍，直至找到可用航道。完成搜尋任務後，應根據水雷和其他礙航目標分布情況和通航航道的寬度要求進行薦用航道判定，其判定結果的準確性、合理性和快速性將直接影響任務艦船的通航安全和後續作戰任務的順利進行。

基於迷宮算法的薦用航道判定方法

1 基於迷宮算法的薦用航道判定基本思想

能否根據薦用航道的搜尋結果對薦用航道進行正確判定直接影響到任務艦船的通航安全和反水雷作戰任務的順利完成。錯誤的薦用航道判定結果會導致任務艦船遭到水雷打擊，致使反水雷任務的失敗，而對於複雜禁區薦用航道的人工判定需要大量的繪圖工作和經驗的積累，判定過程通常需要消耗較長時間，可能造成任務艦船行動遲滯和貽誤戰機等嚴重後果。

在完成快速確定部分禁區邊界和搜尋薦用航道的基礎上，為了能夠快速、合理地對薦用航道進行科學判定，可採用某種搜尋算法進行快速查找和計算。由Lee 最先提出的李氏迷宮算法作為一種廣度優先的搜尋算法可套用於對薦用航道的判定工作。其基本方法是在矩形格線中針對每個單元位置採用上下左右4 個擴展方向進行障礙物繞行，從而找到出發點Start 和目的點Target 之間的最短路徑。

李氏迷宮算法的基本思想可以按照對波的傳播過程來描述，即在一個存在障礙物的水面上，搜尋2 點之間的最短傳播路徑，設Start 點為一波源並朝4 個方向進行波的傳播，傳播時無能量損失，觀察波的傳播情況，當遇到障礙時，波會產生反射，到達水面邊緣時也會產生反射，而最先到達目的點Target 的波顯然所經過的路徑最短。只要起點和終點間存在通路，該算法經必然能夠找到一條最短路徑。

2 薦用航道判定基本步驟

假定任務艦船計畫穿越某禁區，反水雷艦艇已在該禁區根據任務艦船預定航線和航道海區地理情況確定了禁區邊界，由於任務艦船的預定航線大致上為自南至北，其航道中線只穿越了禁區南北兩條邊界，因此只需確定禁區南北2 條邊界即可。根據薦用航道搜尋的實施方法，將禁區分為若干個方向與任務艦船預定航線平行的搜尋帶，從中心搜尋帶開始搜尋並逐步依次向兩邊擴展，逐帶記錄探測結果。完成薦用航道搜尋步驟後，將2 條邊界內的禁區劃出若干個方格組成的長方陣形成迷宮，方格寬度和迷宮的設定步驟如下：

1) 將水雷和沉船、淺灘、岩礁等其他礙航物標記在迷宮中。

2) 根據礙航物的性質及其對任務艦船航行安全產生影響的最大範圍確定方格寬度，對於水雷而言，應首先確定其危險圓半徑。

3) 由於水雷爆炸對艦船航行安全產生影響的範圍最大，因此把確保任務艦船航行安全的航道寬度作為迷宮方格的寬度。

4) 根據已偵查得到的部分禁區邊界和迷宮方格寬度，將禁區劃為方格組成的長方陣迷宮。

3 薦用航道判定的實現

根據禁區迷宮的設定，設計迷宮算法，並繪製出迷宮2 點之間的合理路徑，其基本步驟是：

1) 定義二維數組存儲迷宮數據，迷宮數據根據搜尋得到的禁區邊界、任務艦船安全航道寬度B和水雷及其他礙航物在禁區中位置設定。

2) 在迷宮中設定某方格為出發點Start，並作為程式運算的當前位置，再設定迷宮中某方格為目的點Target，以0 和1 分別標示為迷宮中的通路方格和障礙物方格，定義1 個以鍊表作存儲結構的棧類型。

3) 編寫求解迷宮的遞歸程式，迷宮各方格以三元組的形式輸出：tij(x,y,d) (3)

其中：tij為迷宮中的某一點；x為tij的橫坐標；y為tij的縱坐標；d為步進到下一點的方向，0 為北，1 為南，2 為西，3 為東。從當前位置向某一方向步進，同時將原位置設為障礙物方格，步進後判斷新的位置是否為目的點Target，若是則找到路徑，搜尋結束，直接跳至步驟5)，否則，放置障礙物方格於新位置，以防再次繞回該位置。

4) 檢測相連單元是否存在障礙物方格，若不存在，則步進至該相鄰位置，並將該相鄰位置存入堆疊中，然後令該位置為當前位置，跳回至步驟3)，若存在障礙物方格，則選擇其他方向的另一個相鄰位置按照上述步驟繼續搜尋，如果當前位置所有相鄰位置均被搜尋過且都存在障礙物方格，則當前位置不能通往出口，從堆疊中彈出一個元素作為新的當前位置，以此位置的一個未被選擇過的相鄰方向繼續搜尋。

5) 將堆疊中所有位置依次連成一條路徑，即得到出發點Start 和目的點Target 最短路徑。薦用航道判定過程中，可先將禁區中任務艦船預定航線起始位置的無障礙方格作為起始出發點Start 位置，而目的點Target 可從預定航線在禁區中的終點位置無障礙方格開始設定，如沒有滿足條件的航線在向兩側的無障礙方格擴展，直至找到最短安全航道。

在探雷聲納完成的一定寬度的禁區偵查基礎上，若存在滿足要求的薦用航道則停止搜尋，將滿足條件的航道從圖上標註出來。若沒有找到滿足要求的薦用航道則繼續擴大搜尋範圍，直到找到滿足要求的航道，或是在某一區域通過清除最少數量的水雷滿足任務艦船的通航要求，此時任務艦船的出發點Start 應向航線起始位置兩側擴展再進行判定。

薦用航道判定方法的套用擴展

以上基於迷宮算法的薦用航道判定方法立足於4 個擴展方向，在實際使用過程中，如果方格寬度較大，最短路徑轉向較多，則會產生較遠的迂迴現象，此時可通過將單元位置擴展方向增至8 向或16向進行改進，但計算量也會因此增大。

對於實現任務艦船兩側旋迴、單側旋迴、單向航行3 種任務要求，由於其根本區別在於安全航道的寬度不同，因此也可通過改變迷宮方格寬度的方式分別獲得不同情況下的薦用航道，也可以為最短時間完成航道疏通任務提供依據。若禁區水雷密度較小，而任務艦船由於機動能力的限制，其轉向次數和角度只能限定在一定數值以內，此時可採取在障礙物方格密度較小的禁區內進行人工分段設定出發點Start 位置和目的點Target 位置的方法，以確保薦用航道為直、斜或是有限的轉向次數。