能見度不良條件下海上交通風(fēng)險動態(tài)預(yù)評估

戴厚興，吳兆麟

(1.大連海事大學(xué) 航海學(xué)院，遼寧 大連 116026；2.交通運(yùn)輸部 煙臺打撈局，山東 煙臺 264012)

能見度不良條件下海上交通風(fēng)險動態(tài)預(yù)評估

戴厚興1,2，吳兆麟1

(1.大連海事大學(xué) 航海學(xué)院，遼寧 大連 116026；2.交通運(yùn)輸部 煙臺打撈局，山東 煙臺 264012)

為提高海事主管部門的海上交通安全監(jiān)管能力和服務(wù)保障水平，降低在能見度不良條件下發(fā)生海上交通事故的可能性，提出運(yùn)用模糊綜合評價方法建立能見度不良條件下的海上交通風(fēng)險動態(tài)預(yù)評估模型，確立風(fēng)險矩陣，拓展海上風(fēng)險管理的思路和方法。實例分析結(jié)果表明，提出的風(fēng)險動態(tài)預(yù)評估模型可有效提供具有實際指導(dǎo)意義的風(fēng)險預(yù)警和安全操作建議，可為研發(fā)具有可視化、智能化預(yù)警監(jiān)控功能的能見度不良條件下的海上交通風(fēng)險動態(tài)預(yù)評估系統(tǒng)提供重要的理論支持。

交通運(yùn)輸工程；海上交通安全；能見度不良；模糊綜合評價；動態(tài)風(fēng)險預(yù)評估

當(dāng)海上因出現(xiàn)大霧等能見度不良天氣而使能見距離<1 km時，船舶安全航行將受到較大影響。尤其是在港口水域或海上通道水域航行時，受航道寬度、航道彎曲程度、航道水深和船舶交通流量等因素影響，一旦能見度驟降，船舶發(fā)生碰撞、擱淺、觸礁和觸損等海上交通事故的概率將大幅增大。

2010年5月2日，裝載有約2.5萬t鋼材的利比里亞籍散貨船“SEA SUCCESS”輪在能見距離<50 m的濃霧中航行時,在成山頭東偏北約25 n mile處與裝載有17.5萬t鐵礦石的香港籍超大型散貨船“BRIGHT CENTURY”輪碰撞，導(dǎo)致“BRIGHT CENTURY”輪沉沒、“SEA SUCCESS”輪艏部嚴(yán)重破損，并因燃油外泄而造成重大環(huán)境污染。[1]對此,研發(fā)具有可視化、智能化預(yù)警監(jiān)控功能的能見度不良條件下的海上交通風(fēng)險動態(tài)預(yù)評估系統(tǒng)，提供具有實際指導(dǎo)意義的風(fēng)險預(yù)警和安全操作建議，使事故預(yù)防關(guān)口前移，有效提高海事主管部門的海上交通安全監(jiān)管能力和服務(wù)保障能力，從而降低能見度不良條件下海上交通事故發(fā)生的可能性,具有重要意義。

運(yùn)用現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法、風(fēng)險管理理論及風(fēng)險評估技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，借鑒國內(nèi)外有關(guān)海上交通風(fēng)險評估技術(shù)、氣象應(yīng)用技術(shù)的研究成果和我國海事主管部門的事故調(diào)查報告及其數(shù)據(jù)分析，經(jīng)過多方面、多層次、多渠道的問卷調(diào)查和現(xiàn)場調(diào)研，研究確定能見度不良條件下的海上交通風(fēng)險等級。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用模糊綜合評價方法建立能見度不良條件下的海上交通風(fēng)險動態(tài)預(yù)評估模型，重點研究能見度、交通密度及船舶種類和尺度等3個因素相互作用下的海上交通風(fēng)險問題，并確立風(fēng)險矩陣。

提出的模型突出風(fēng)險的動態(tài)可變性和預(yù)先可測性；突出船長的專業(yè)判斷、海員的通常做法和實踐經(jīng)驗的量化；突出重點關(guān)注船舶、重點關(guān)注海域和重大風(fēng)險。該模型通過拓展海上交通風(fēng)險管理的思路和方法，進(jìn)一步提高能見度不良條件下海上交通風(fēng)險管理的科學(xué)性、針對性和實際應(yīng)用的可操作性。[2]

1 能見度不良條件下的海上交通風(fēng)險等級的確定

這里研究的能見度不良條件下的海上交通風(fēng)險主要是指船舶航行海域因在能見度不良條件下存在通航環(huán)境復(fù)雜、通航密度大、工程作業(yè)船或漁船活動頻繁等現(xiàn)象而使船舶存在碰撞、擱淺、觸礁和觸損等事故風(fēng)險。

考慮到現(xiàn)代海事管理中重點監(jiān)管與差異化管理的理念，突出海上交通風(fēng)險管理的科學(xué)性、針對性和有效性，提出的能見度不良條件下的海上交通風(fēng)險預(yù)評估主要針對容易引發(fā)惡劣社會影響的群死群傷事故、重大環(huán)境污染事故和重大財產(chǎn)損失事故的船舶，主要包括客船、危險品船(含油船)、大型散貨船和大型集裝箱船等重點關(guān)注船舶。同時，對于實施海上交通風(fēng)險預(yù)評估的海域，主要考慮重要航(路)道、事故多發(fā)區(qū)和船舶定線制水域等重點關(guān)注海域。[3]

目前國內(nèi)外針對海上交通風(fēng)險評估的研究多是宏觀的、總體性的，而實際上當(dāng)上述重點關(guān)注船舶在能見度不良條件下航經(jīng)上述重點關(guān)注海域時，海事主管部門、船舶所屬航運(yùn)公司和船舶駕駛員都應(yīng)對船舶未來在該海域航行時的海上交通風(fēng)險進(jìn)行預(yù)評估。這種評估是一種能結(jié)合航行海域各種可能影響航行安全的環(huán)境要素的預(yù)報狀況進(jìn)行的實時動態(tài)預(yù)評估。[4]

根據(jù)對海事主管部門、航運(yùn)企業(yè)安全監(jiān)督管理部門及32位資深船長的問卷調(diào)查結(jié)果和現(xiàn)場調(diào)研成果，結(jié)合相關(guān)航運(yùn)企業(yè)船舶安全管理體系文件對能見度不良條件下船舶安全操作的有關(guān)規(guī)定，在深化《1972年國際海上避碰規(guī)則》第五章“船舶在能見度不良時的行為規(guī)則”的基礎(chǔ)上，研究確定能見度不良條件下的海上交通風(fēng)險等級(見表1)。

表1 能見度不良條件下的海上交通風(fēng)險等級

2 能見度不良條件下的海上交通風(fēng)險動態(tài)預(yù)評估模型的建立

在確定能見度不良條件下的海上交通風(fēng)險預(yù)評估等級之后，即可建立能見度不良條件下的海上交通風(fēng)險動態(tài)預(yù)評估模型。海上交通風(fēng)險可表示為

(1)

海上交通風(fēng)險具有時間變化波動性、空間分布差異性、時空變化不均衡性、單因素變化靈敏性和多因素耦合復(fù)雜性等特點，尤其是時空分布差異大、時空變化率不均衡，對變化速率大的風(fēng)險因素及系統(tǒng)風(fēng)險變化率大的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)評估有助于將事故預(yù)防關(guān)口前移。[6]

在能見度不良條件下航經(jīng)某一海域時，可能引發(fā)海上交通事故的主要因素應(yīng)包括航道自然條件、交通條件、船舶條件和人員條件。由于這里重點分析的是環(huán)境因素對海上交通風(fēng)險的影響，同時考慮到在實際工作中航道的規(guī)劃和交通管理應(yīng)是科學(xué)、有序的，船舶應(yīng)是適航、可靠的，駕駛員和引航員應(yīng)是合格、適崗的，因此假定這些方面的因素不對船舶的交通安全產(chǎn)生不良影響。

這樣，可認(rèn)為船舶在能見度不良條件下航經(jīng)某一海域時可能引發(fā)海上交通事故的主要因素(即造成海上交通風(fēng)險的致災(zāi)因子)主要包括當(dāng)時的能見距離、船舶交通密度及作業(yè)工程船或漁船的數(shù)量等。

采用專家調(diào)研法(即與具有上述重點關(guān)注船舶操縱經(jīng)驗的資深船長研究討論)，根據(jù)在海上航行時上述致災(zāi)因子實際可能出現(xiàn)的狀況，確定致災(zāi)因子的值域。

若能見度不良條件下的海上交通風(fēng)險致災(zāi)因子可能的組合狀態(tài)個數(shù)為m，則致災(zāi)因子A的論域為

A=(a1,a2,…,am)

(2)

由此可知，在能見度不良條件下的海上交通風(fēng)險致災(zāi)因子A不同組合的取值狀態(tài)ai下，可對應(yīng)產(chǎn)生不同等級風(fēng)險的模糊關(guān)系矩陣(即風(fēng)險矩陣)，可表示為

(3)

在得到能見度不良條件下的海上交通風(fēng)險矩陣之后，可通過預(yù)報、預(yù)測等手段得到船舶未來各航行時段內(nèi)各致災(zāi)因子的具體取值。例如：能見距離可通過當(dāng)?shù)貧庀蟛块T得到；交通密度可依據(jù)船舶交通管理系統(tǒng)(Vessel Traffic Services,VTS)的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測方法得到。這樣即可得到船舶航經(jīng)某一海域時的海上交通風(fēng)險預(yù)評估值。

能見距離和交通密度等致災(zāi)因子的預(yù)報值可能存在誤差，因此應(yīng)對預(yù)報值的準(zhǔn)確性予以考慮。記某一時刻能見度不良條件下的海上交通風(fēng)險致災(zāi)因子A不同組合的取值狀態(tài)ai出現(xiàn)的概率為

P=(p1,p2,…,pm)

(4)

則該時刻、該海域海上交通風(fēng)險預(yù)評估等級的模糊子集可表示為

(5)

式(5)中：xi(i=1,2,3)為預(yù)計在能見度不良條件下該時刻、該海域船舶交通風(fēng)險狀況對黃色(I級)、橙色(II級)和紅色(III級)風(fēng)險等級的隸屬度，0≤xi≤1.0。

3 能見度不良條件下的海上交通風(fēng)險矩陣的確立

從上述分析中可看出，能否得到科學(xué)可靠、與實際船舶風(fēng)險狀況相符合的能見度不良條件下的海上交通風(fēng)險矩陣，直接關(guān)系到能見度不良條件下海上交通風(fēng)險動態(tài)預(yù)評估結(jié)果的準(zhǔn)確性。

這里選取客滾船、大型油船、大型散貨船和大型集裝箱船等重點關(guān)注船舶，結(jié)合專家問卷和討論得到的能見度不良條件下的船舶交通風(fēng)險狀況原始數(shù)據(jù)，采用不完備信息條件下的風(fēng)險評估理論和技術(shù)確定其能見度不良條件下的海上交通風(fēng)險矩陣。[7]在這些船舶中：散貨船按噸位大小分為0.3萬～0.5萬噸級、1萬～3萬噸級、4萬～8萬噸級和10萬～20萬噸級；集裝箱船按箱位數(shù)分為500～<1 000箱級、1 000～<3 000箱級、3 000～<5 000箱級和8 000～10 000箱級；油船按噸位大小分為1萬噸以下級、1萬～2萬噸級、3萬～5萬噸級、10萬噸級和20萬噸級以上；客滾(箱)船主要考慮噸位在2萬t左右、航速在20 kn左右的高速客滾班輪或客箱班輪。調(diào)研得到的4萬～8萬噸級散貨船在能見度不良條件下的海上交通風(fēng)險矩陣見表2,相當(dāng)于眾多具有豐富航海資歷的船長對某類船舶在各種可能的能見距離和船舶交通密度條件下所面臨的海上交通風(fēng)險的一種共同認(rèn)知及專業(yè)判斷。這種共同認(rèn)知及專業(yè)判斷正是船長長期以來對該環(huán)境狀況下的海上交通風(fēng)險的科學(xué)認(rèn)識和實踐總結(jié)，是《1972年國際海上避碰規(guī)則》第2條指出的“海員通常做法”的具體體現(xiàn)。

在船舶航行過程中，駕駛員正是按照這種專業(yè)判斷和“海員通常做法”來操縱船舶的。因此，采用這種方法得出的風(fēng)險矩陣和海上交通風(fēng)險的評估結(jié)果，對于航海者(特別是缺乏經(jīng)驗的船長和駕駛員)而言，其指導(dǎo)意義和應(yīng)用價值是顯而易見的。

4 實例驗證分析

在實際采用該模型對某類重點關(guān)注船舶的海上交通風(fēng)險進(jìn)行預(yù)評估時，可先在其航經(jīng)某一重點關(guān)注海域之前通過預(yù)測得到該海域的能見距離、船舶交通密度等數(shù)據(jù)，然后選擇事先通過不完備信息條件下的風(fēng)險評估理論和技術(shù)得到的該類船舶在能見度不良條件下的海上交通風(fēng)險矩陣，從而得到該類船舶通過該海域時的海上交通風(fēng)險預(yù)評估值。[8]

例如，某日13:15時預(yù)計會有一艘8萬噸級散貨船在13:50—16:10航經(jīng)某一海域，根據(jù)氣象部門的預(yù)報可得到該船未來所經(jīng)海域的能見距離?？紤]到天氣預(yù)報的準(zhǔn)確性，將氣象部門對歷史預(yù)報情況進(jìn)行統(tǒng)計得到的該海域大霧的預(yù)報準(zhǔn)確率近似代替各時刻預(yù)報能見距離發(fā)生的概率。[9]同時，使用交通流預(yù)報工具得到上述3個時刻相應(yīng)海域的船舶交通密度和出現(xiàn)概率。按照2個獨立事件同時發(fā)生的概率公式計算出未來各時刻船舶所在海域出現(xiàn)某一能見度狀況和船舶交通密度狀況的概率。14:00時的計算結(jié)果見表3(15:00時和16:00時的計算結(jié)果略)。

表2 散貨船(4萬～8萬噸級)在能見度不良條件下的海上交通風(fēng)險矩陣

由此可知，該船在14:00時各種可能的致災(zāi)因子組合的出現(xiàn)概率為

表3未來船舶所在海域出現(xiàn)某一能見度狀況和船舶交通密度狀況的概率(14:00時)

能見距離交通密度預(yù)測值/nmile發(fā)生概率/%預(yù)測值/(艘/nmile2)發(fā)生概率/%該種組合發(fā)生概率/%0.5200.3750.15351.0028016.001153.00353.7528060.0011511.25350.252804.001150.75

P14:00=(0.010 0,0.160 0,0.030 0,0.037 5,0.600 0,0.112 5,0.002 5,0.040 0,0.007 5)

(6)

根據(jù)表2給出的4萬～8萬噸級散貨船的風(fēng)險矩陣，可得到對應(yīng)該船未來風(fēng)險狀況的風(fēng)險矩陣為

(7)

由此，將式(6)和式(7)代入到式(5)中并進(jìn)行歸一化處理，即可得到未來14:00時船舶所在海域海上交通風(fēng)險狀況預(yù)評估結(jié)果為

B14:00=(0.20，0.50，0.30)

(8)

即14:00時船舶所在海域隸屬于黃色、橙色和紅色風(fēng)險的隸屬度分別為0.20，0.50和0.30。

同理可得15:00 時和16:00時船舶所處海域的風(fēng)險狀況預(yù)評估結(jié)果分別為

B15:00=(0.03，0.29，0.68)

(9)

B16:00=(0.10，0.40，0.50)

(10)

綜上，可認(rèn)為14:00時船舶所在海域隸屬于橙色風(fēng)險等級的概率大，而15:00時和16:00時船舶所在海域隸屬于紅色風(fēng)險等級的概率大。從海上交通風(fēng)險控制的角度來看，繼續(xù)航行的安全風(fēng)險過大，應(yīng)考慮擇地錨泊或滯航，待航行海域的能見距離增大或在海域內(nèi)活動的船舶數(shù)量減少之后再繼續(xù)航行。

5 結(jié)束語

現(xiàn)有的針對海上交通風(fēng)險的評估理論和技術(shù)在能見度不良條件下的海上交通風(fēng)險實時動態(tài)預(yù)評估方面與實際應(yīng)用尚有較大差距。

本文建立的能見度不良條件下的海上交通風(fēng)險動態(tài)預(yù)評估模型可有效提供能見度不良條件下的海上交通風(fēng)險預(yù)警和安全操作建議，對海事主管部門的海上安全監(jiān)管和航海者的安全操作具有重要的實際應(yīng)用價值。

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DynamicRiskPre-EvaluationforMaritimeTrafficUnderLimitedVisibility

DAIHouxing1,2,WUZhaolin1

(1.School of Navigation,Dalian Maritime University,Dalian 116026,China;2.Yantai Salvage Bureau,Ministry of Transport,Yantai 264012,China)

The general idea and method to determine the risk matrix for maritime traffic under restricted visibility is presented for maritime departments to improve the supervision of maritime traffic and their service level.The example analysis shows that the proposed new pre-evaluation model can effectively provide practical early warning and operational suggestions for maritime traffic management under restricted visibility.This work can provide important theoretical support for developing the visualized and intelligent dynamic risk pre-evaluation system.

traffic and transportation engineering; maritime traffic safety; restricted visibility; fuzzy comprehensive assessment; dynamic risk pre-evaluation

U698

A

2017-01-15

交通運(yùn)輸部海事局項目(0706-14400003N010)

戴厚興(1966—)，男，山東臨沂人，高級工程師，船長，博士生，主要從事交通運(yùn)輸安全保障與防護(hù)技術(shù)研究。E-mail:capt.dai@163.com

1000-4653(2017)02-0065-04