無動力船舶適用拖輪搜索需求分析和搜索模式設計

杜曄

摘要：隨著對海洋資源開發需求加快和航運事業的不斷開發，無動力船舶的數量越來越多，無動力船舶的移動需要借助適用拖輪進行拖航。適用拖輪的搜索是無動力船舶拖航作業的前提。在對無動力船舶拖航作業需求和拖輪搜索現狀分析的基礎上，提出一種無動力船舶適用拖輪搜索系統方案，以求通過搜索系統的開發，為無動力船舶的準確高效的搜索符合拖航要求的拖輪。

關鍵詞：無動力船舶；海上拖航；拖輪搜索；需求分析；模式設計

中圖分類號：U675.93 文獻標識碼：A 文章編號：1006-7973（2016）04-0050-02

1.拖輪搜索需求

無動力船舶搜索適用拖輪的目的是開展海上拖航業務。海上拖航是指拖輪利用其動力和拖航設備將他船或他物從一港或水域經海路包括與海相通的可航水域拖至另一港或水域的海上服務方式，可分為海上拖駁運輸、海難救助拖航和海上拖航業務。因拖駁運輸一般有配套拖輪，海上救助拖航的指揮權一般移交到當地海事管理機構，本文主要針對海上拖航業務的搜索需求。

海上拖航是海上運輸方式中的一種特殊形式，是一項風險性很大和專業性要求較高的業務。在非港內遠距離拖航運輸中，會受到風、浪、流等各種海洋環境條件的聯合作用。拖航穩定性是拖航業務中需重點考慮的一個問題，拖輪必須具備較強的抗風浪能力、拖纜要有足夠的強度，才能避免傾覆、沉船、斷纜等事故的發生。拖輪適航必備條件是具有適拖的條件，包括拖輪（船體和船舶的附屬設備）處于適航狀態、拖輪的船長和船員的配備適航以及拖輪拖曳設備必須適航和適拖。

2.拖輪搜索原則

拖輪搜索一般涉及三個利益相關方：無動力船舶的船東（主要關心拖航業務的安全性、及時性與經濟性）、拖輪船東（主要關心拖航業務安全性和多航次的綜合經濟性）、經紀人（主要關心拖航業務的經濟性和安全性）。此外，搜索功能的提供者若不是以上三方之一的角色，作為第四方，其利益訴求在于用戶黏性，即更多用戶通過該搜索功能來尋找無動力船舶適用拖輪。

拖輪搜索功能的使用者相互協同涉及兩大核心變量：目標和利益。各方目標是否一致，直接影響協同能否達成及產生的協同效果。各方目標不一致雖然會導致各方分離和沖突，但并不是實現協同的必備條件。很多情況下，即使各方地位不平等，也可達成協同。目標問題重要變量，目標的一致性與否，直接影響各方能夠形成的協同機制。協同各方利益可能是相互依賴的，也可能相互之間并沒有實質性利益交互關系。

利益和目標兩個變量的組合可形成四種關系類型，分別對應四種協同形式：

（1）利益分離，目標沖突。需科層制協同，即至上而下的協同安排，通過超越各方利益的權力促使協同機制的形成；

（2）利益耦合，目標沖突。類似于市場買賣關系，買賣雙方為各自利益交換，目標并不一致；

（3）利益分離，目標一致。需溝通性協同，即雙方或多方關系一般具有臨時性、溝通性和非制度化特征；

（4）利益耦合，目標一致。需戰略性協同，容易形成持續的、制度化的協同關系，多方可達成制度化的協調合作機制。

在市場機制下，該搜索期望能夠達成的最佳狀態是利益耦合目標一致，但是通常狀態下是利益分離，目標一致，少數情況下是利益分離目標一致。

3.拖輪搜索的信息來源與分類

隨著互聯網對船舶AIS系統信息的開發，眾多專業網站上可對船舶基本信息進行查詢，并對船舶位置進行查詢。對于無動力船舶的調遣較早安排拖輪，則對拖輪使用期限限制較大。目前，市場情況一般分為三個階段：①船舶拖航業務開始前50個工作日左右搜索合適的拖輪；②拖航前30個工作日開始進行商務談判和證書手續辦理；③具體拖航前10個工作日左右確定拖航船舶。本文的搜索是為拖航業務第一階段提供相關信息。

拖輪搜索涉及多方面信息，其中靜態信息包括船名（名稱、呼號、IMO編號等）、船型（船長、船寬、吃水、拖纜機數量、纜繩配備情況、排水量等）、船舶能力（馬力、拖力、操縱參數等）；動態信息則包括船舶位置、航向、船速、航線計劃等數據；此外，還有環境信息：地理環境（水深、方位、助航設備、航道等）、水文氣象（海浪、潮汐、風力等）。以上信息可分別從船舶資料數據庫、AIS信息、ECDIS系統和氣象系統等方面獲得。

搜索信息可分為目標信息和利益信息，目標信息用來判斷拖輪是否能夠安全完成拖航業務的指標，利益信息用來估算拖航業務成本信息；部分信息即可作為目標信息也可作為利益信息。目標信息主要有拖輪主機馬力、纜繩拖力、抗風能力等；利益信息主要有調遣距離、拖航速度、拖航油耗等。

4.拖輪搜索的有效性保證

無動力船舶的船東在船舶信息平臺上通過該功能搜索到的備選拖輪中是否能涵蓋最終選擇的拖輪是搜索結果有效性的指標。同時，拖輪數據的完整性對搜索結果的有效性有很大影響，因此船舶信息平臺需采用一定的激勵措施確保拖輪數據完整和真實。

根據作者的工作經歷，目前此類搜索多是依賴拖輪經紀人自身經驗，其搜索范圍多是曾使用過的拖輪。因此，建立拖輪搜索信息系統將大大提高無動力船舶船東搜索適合船舶的效率。

5.拖輪搜索模式設計

因搜索無動力船舶適用拖輪所需信息維度較多，且目標信息和利益信息間有多種組合方式，多目標情況的搜索需借助人工智能技術。一般，無動力船舶船東搜索得到的結果希望能收斂于5艘拖輪以內，且能按照利益目標權重因子進行排列。因此，擬用神經網絡算法作為搜索算法來解決類似的搜索問題。

人工神經網絡首先要以一定的學習準則進行學習，在學習或訓練過程中改變突觸權重值，以適應周圍環境的要求。同一網絡因學習方式及內容不同可具有不同功能。人工神經網絡是具有學習能力的系統，考慮到拖輪搜索雖有目標和利益兩個維度分析，但其中關鍵信息在兩個方面都有影響，因此采用有一個隱含層的三層網絡結構即可學習形成拖輪搜索的神經網絡。

在神經網絡第一個階段輸入已知學習樣本時，通過設置的網絡結構和前一次迭代的權值和閾值，從網絡的第一層向后計算各神經元的輸出。第二階段是對權和閾值進行修改，從最后一層向前計算各權值和閾值對總誤差的影響，據此對各權值和閾值進行修改。

根據拖輪業務的特點，將主機馬力、系柱拖力、調遣距離、拖航速度、平均日變動成本、平均日固定成本和航線季節氣象影響這7個變量作為輸入量。因無動力船舶拖航可訓練數據較多，確定隱含層節點數取20。對于輸出結果則根據之前的目標和利益的原則分為可靠性和經濟性2個輸出節點。對隱含層節點和輸出節點的激活函數可采用Sigmoid函數。

在網絡結構和參數確定以后利用現有無動力船舶選擇適用拖輪的實際結果作為神經網絡的學習樣本進行輸入。期間需對點數據進行處理形成一系列有重疊區域的區間。例如對某拖輪主機功率為3980匹馬力，可將該拖輪歸入3900～4100匹馬力和3800～4000匹馬力兩個區間。此外，調遣距離是隨著不同查詢時間或拖輪預計位置而隨著時間變化的，拖航速度需對無動力船舶和拖輪進行計算，日變動成本和日固定成本需拖輪船東或使用過拖輪的船東或經紀人提供。

考慮到無動力船舶實際操作中最終選擇過的拖輪可作為重要的學習材料進行學習，因此每次搜索可先從使用過的拖輪開始搜索，然后再逐步增加調遣距離來逐步搜索可用的拖輪。直到可靠性高、經濟性好的拖輪達到5條拖輪以上。

以上流程為：①對無動力船舶的特性和所有拖輪對應的數據進行歸一化處理；②系統中拖輪按照是否被無動力船舶使用過及其調遣距離形成搜索比較序列；③將序列中的拖輪數據逐個輸入神經網絡系統中；④獲得輸出節點數據；⑤輸出節點數據和該無動力船舶期望的可靠性與經濟性數據進行比較，判斷結果是否符合要求；⑥找到合適的拖輪是否達到期望的數量，未達到則繼續尋找；⑦對符合要求的拖輪作為搜索結果進行輸出；⑧將搜索到的拖輪作為備選拖輪進行商務談判。

6.結語

高效便捷的適用拖輪搜索有助于海上拖航業務的順利開展，維護拖航作業安全，減少拖上作業利益相關方的利益分歧，實現利益耦合目標一致。適用拖輪搜索模式的提出可以為拖輪搜索提供決策參考，為拖輪搜索系統的實現提供有益借鑒。