危害性天氣下中小型船舶航行安全分析

氣象預報的準確性是建立于測站氣象要素觀測精度，而海洋觀測站點分布稀疏，導致海洋氣象要素收集困難，造成海洋氣象預報與實際天氣存在一定的偏差，這種偏差的存在增加了一些危害性天氣對航行安全的影響程度。近年來隨著地球增暖等因素，海洋氣候環境發生變化顯著，危害性天氣出現增多、增強現象，危害性天氣對船舶航行安全造成危害，特別對3000總噸以下中小型船舶危害更加嚴重。綜合分析這種危害性對于提高船舶航行安全顯得非常重要。

影響航行安全因素分析

自然界處處存在著模糊現象，模糊性是指客觀事物差異的中間過渡中的“不分明性”。對于航海實踐而言，一旦航行環境確立，便會產生這艘船舶在航行時是否安全的疑問，由于對船舶的航行是“安全”還是“不安全”沒有明確的界限，加之影響航行安全的因素眾多，各因素相互之間又有關系，為了解決這個問題，本課題采取模糊綜合評價方法解決這種不確定性，那么首先把各個相關因素單獨列出。

1、危害性天氣于航行安全的因素

危害性天氣中對航海影響較大的有熱帶氣旋、強鋒面氣旋、冷高壓、強對流天氣、春夏季節低能見度等。

西北太平洋上熱帶氣旋風力超過32m/s即為臺風，近幾年來臺風風力不斷加強，大多平均40-50m/s的風力，遠遠超過12級。其對中小船舶的航行帶來巨大影響。

強鋒面氣旋與臺風有相似之處，即都為低壓，但其形成原因與臺風不同，位置往往在副熱帶高壓的北側，往往也能帶來大風，但有時也要濃霧，在地面天氣圖上鋒面氣旋伴隨著濃霧也時有發生。

冷高壓的威脅主要來自與外圍，外圍的偏北風風力最大可達11級，結合鋒面氣旋時可達12級左右，往往伴隨著低溫及海面冰凍現象。

強對流天氣往往體現突然性，特別在海上雷暴、颮線、龍卷等小尺度天氣系統報告非常困難，主要體現在短時間內激烈的天氣變化。

經過對沿海多家航運公司調研發現主要威脅因素為：風、涌、強降水；強鋒面氣旋：風、霧、大面積降水；冷高壓：風、低溫、冰凍；強對流天氣：陣性大風、陣性強降水。

2、中小型船舶自身因素

目前我國航運業發展迅速，造船業也有了較大發展，但主要還是集中在5萬總噸以下船舶，目前沿海航行的船舶3000總噸以下還是有大量存在，這些中小型船舶往往存在船齡大，設備落后，船員綜合素質低等因素。

根據以上因素并經專家咨詢和調查建立評價因素體系，采用了以主要因素為主的方法，按如下重新組合：風因素、浪因素、流因素、能見度因素、航道因素。

危害性天氣及其他因素危險度評價標準的確定

根據國外有關學者對航行危險度的主觀評價值以及我國學者進行的有關專家調查結果來確定評價標準，將危險評價標準分為低危險度、危險度較低、危險度一般、危險度較高、高危險度5個等級。

根據統計及專家論證，本文最后確定以下要素。

能見度、風、流、浪、航道寬度危險度評價標準的確定

1、建立因素集與評判集

1） 因素集

因素集是影響評價對象的各個因素所組成的集合，可表示為U＝u1，u2，…un

其中 ui（i＝1，2，…n） 是若干影響因素，n是同一層次上單個因素的個數，這一集合構成了評價的框架。

通航環境第一層的評價因素集為：

U={ 航道狀況因素u1，水文氣象因素u2，交通量u3，}。

U1={ 能見度u21，風u22，流u23 }；

根據因素集U中的各個元素在評價中具有的重要程度不同，因而必須對各個元素ui按其重要程度給出不同的權重Wi。由各權重組成的因素權重集 是因素U上的模糊子集，可表示為 =( w1 ，w2 ，…，wn)

其中：wi（i=1，2，…，n） 表示因素Ui的權重，即反映了各個因素在綜合評價中所具有的重要程度，通常滿足歸一性和非負性條件：

2）評價集

評價集是由對評價對象可能作出的評價結果所組成的集合，可表示為：

V＝{v1，v2，…，vm}

其中，Vj (j＝1，2…m)是評價結果，m是等級數。這一集合規定了某一評價因素的評價結果的選擇范圍，結果集合的元素可以是定性的，也可以是量化的分值。本文將危險度分為五個等級：高危險度、危險度較高、危險度一般、危險度較低、低危險度。因此，本文確定的評價等級評語集可為：

V={高危險度、危險度較高、危險度一般、危險度較低、低危險度}

為了方便，可記為 V＝{v1 ，v2 ，…，vm}={-2，-1，0，1，2}，其中，-2，-1，0，1，2表示模糊數。

2、評價因素的隸屬函數的確定

由于篇幅的原因，函數的確定在此以風為代表：

風的危險度隸屬函數的確定

根據2.1所確定風的危險度評價標準，所以風的危險度隸屬函數作如下規定（以下式為例）， 其函數圖像如圖1所示：

根據以上評價因素的隸屬度函數，只要將各航行安全影響因素代入即可得到各因素的隸屬度，從而得到因素評價矩陣。

3、評價系統建立

一層級評價：對于航道狀況而言，針對具體的風因素中的各因素的參數代入各自的隸屬度函數中確定其隸屬度，這樣構成單因素評價矩陣，并與已確定的因素權重就可進行矩陣運算得到風的評價向量B1。B1和其它與航道狀況并列的因素評價向量一起繼續參與下一層次的評價。

二層級評價的結果可以得到最終評價航行環境安全狀況的評價向量B：

求出模糊綜合評價的結果是一個模糊向量，即評價對象隸屬于各個評價行動等級的隸屬度向量bj（j=1，2，…，m）后，可采用反模糊化確定最終的評價結果，即確定評價對象的等級時對該向量精確化。

結束語

危害性天氣的不斷出現，對航行安全特別對于中小船舶來說更加嚴重，在此討論了通過數字建模完成對中小型船舶通航安全的可能性，對提高沿海航行安全起到了幫助。

（作者單位：浙江交通職業技術學院）