能見度不良條件下海上交通風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)預(yù)評(píng)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(tái)打撈局，山東 煙臺(tái) 264012)

能見度不良條件下海上交通風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)預(yù)評(píng)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(tái)打撈局，山東 煙臺(tái) 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(píng)價(jià)方法建立能見度不良條件下的海上交通風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)預(yù)評(píng)估模型，確立風(fēng)險(xiǎn)矩陣，拓展海上風(fēng)險(xiǎn)管理的思路和方法。實(shí)例分析結(jié)果表明，提出的風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)預(yù)評(píng)估模型可有效提供具有實(shí)際指導(dǎo)意義的風(fēng)險(xiǎn)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(xiǎn)動(dòng)態(tài)預(yù)評(píng)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(píng)價(jià)；動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)評(píng)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(shí)，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(shí)，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(wàn)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(shí),在成山頭東偏北約25 n mile處與裝載有17.5萬(wàn)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(duì)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(xiǎn)動(dòng)態(tài)預(yù)評(píng)估系統(tǒng)，提供具有實(shí)際指導(dǎo)意義的風(fēng)險(xiǎn)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(xiǎn)管理理論及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，借鑒國(guó)內(nèi)外有關(guān)海上交通風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)、氣象應(yīng)用技術(shù)的研究成果和我國(guó)海事主管部門的事故調(diào)查報(bào)告及其數(shù)據(jù)分析，經(jīng)過(guò)多方面、多層次、多渠道的問(wèn)卷調(diào)查和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，研究確定能見度不良條件下的海上交通風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)方法建立能見度不良條件下的海上交通風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)預(yù)評(píng)估模型，重點(diǎn)研究能見度、交通密度及船舶種類和尺度等3個(gè)因素相互作用下的海上交通風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，并確立風(fēng)險(xiǎn)矩陣。

提出的模型突出風(fēng)險(xiǎn)的動(dòng)態(tài)可變性和預(yù)先可測(cè)性；突出船長(zhǎng)的專業(yè)判斷、海員的通常做法和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的量化；突出重點(diǎn)關(guān)注船舶、重點(diǎn)關(guān)注海域和重大風(fēng)險(xiǎn)。該模型通過(guò)拓展海上交通風(fēng)險(xiǎn)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(xiǎn)管理的科學(xué)性、針對(duì)性和實(shí)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(xiǎn)等級(jí)的確定

這里研究的能見度不良條件下的海上交通風(fēng)險(xiǎn)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(dòng)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(xiǎn)。

考慮到現(xiàn)代海事管理中重點(diǎn)監(jiān)管與差異化管理的理念，突出海上交通風(fēng)險(xiǎn)管理的科學(xué)性、針對(duì)性和有效性，提出的能見度不良條件下的海上交通風(fēng)險(xiǎn)預(yù)評(píng)估主要針對(duì)容易引發(fā)惡劣社會(huì)影響的群死群傷事故、重大環(huán)境污染事故和重大財(cái)產(chǎn)損失事故的船舶，主要包括客船、危險(xiǎn)品船(含油船)、大型散貨船和大型集裝箱船等重點(diǎn)關(guān)注船舶。同時(shí)，對(duì)于實(shí)施海上交通風(fēng)險(xiǎn)預(yù)評(píng)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(diǎn)關(guān)注海域。[3]

目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)海上交通風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究多是宏觀的、總體性的，而實(shí)際上當(dāng)上述重點(diǎn)關(guān)注船舶在能見度不良條件下航經(jīng)上述重點(diǎn)關(guān)注海域時(shí)，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(duì)船舶未來(lái)在該海域航行時(shí)的海上交通風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)評(píng)估。這種評(píng)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(bào)狀況進(jìn)行的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)預(yù)評(píng)估。[4]

根據(jù)對(duì)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(zhǎng)的問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)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(duì)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(guó)際海上避碰規(guī)則》第五章“船舶在能見度不良時(shí)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(xiǎn)等級(jí)(見表1)。

表1 能見度不良條件下的海上交通風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

2 能見度不良條件下的海上交通風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)預(yù)評(píng)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(xiǎn)預(yù)評(píng)估等級(jí)之后，即可建立能見度不良條件下的海上交通風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)預(yù)評(píng)估模型。海上交通風(fēng)險(xiǎn)可表示為

(1)

海上交通風(fēng)險(xiǎn)具有時(shí)間變化波動(dòng)性、空間分布差異性、時(shí)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(diǎn)，尤其是時(shí)空分布差異大、時(shí)空變化率不均衡，對(duì)變化速率大的風(fēng)險(xiǎn)因素及系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)變化率大的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)評(píng)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(shí)，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(diǎn)分析的是環(huán)境因素對(duì)海上交通風(fēng)險(xiǎn)的影響，同時(shí)考慮到在實(shí)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(duì)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(shí)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(xiǎn)的致災(zāi)因子)主要包括當(dāng)時(shí)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(diǎn)關(guān)注船舶操縱經(jīng)驗(yàn)的資深船長(zhǎng)研究討論)，根據(jù)在海上航行時(shí)上述致災(zāi)因子實(shí)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(xiǎn)致災(zāi)因子可能的組合狀態(tài)個(gè)數(shù)為m，則致災(zāi)因子A的論域?yàn)?/p>

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(xiǎn)致災(zāi)因子A不同組合的取值狀態(tài)ai下，可對(duì)應(yīng)產(chǎn)生不同等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)的模糊關(guān)系矩陣(即風(fēng)險(xiǎn)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(xiǎn)矩陣之后，可通過(guò)預(yù)報(bào)、預(yù)測(cè)等手段得到船舶未來(lái)各航行時(shí)段內(nèi)各致災(zāi)因子的具體取值。例如：能見距離可通過(guò)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)方法得到。這樣即可得到船舶航經(jīng)某一海域時(shí)的海上交通風(fēng)險(xiǎn)預(yù)評(píng)估值。

能見距離和交通密度等致災(zāi)因子的預(yù)報(bào)值可能存在誤差，因此應(yīng)對(duì)預(yù)報(bào)值的準(zhǔn)確性予以考慮。記某一時(shí)刻能見度不良條件下的海上交通風(fēng)險(xiǎn)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(shí)刻、該海域海上交通風(fēng)險(xiǎn)預(yù)評(píng)估等級(jí)的模糊子集可表示為

(5)

式(5)中：xi(i=1,2,3)為預(yù)計(jì)在能見度不良條件下該時(shí)刻、該海域船舶交通風(fēng)險(xiǎn)狀況對(duì)黃色(I級(jí))、橙色(II級(jí))和紅色(III級(jí))風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)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(xiǎn)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(shí)際船舶風(fēng)險(xiǎn)狀況相符合的能見度不良條件下的海上交通風(fēng)險(xiǎn)矩陣，直接關(guān)系到能見度不良條件下海上交通風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)預(yù)評(píng)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(diǎn)關(guān)注船舶，結(jié)合專家問(wèn)卷和討論得到的能見度不良條件下的船舶交通風(fēng)險(xiǎn)狀況原始數(shù)據(jù)，采用不完備信息條件下的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)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(xiǎn)矩陣。[7]在這些船舶中：散貨船按噸位大小分為0.3萬(wàn)～0.5萬(wàn)噸級(jí)、1萬(wàn)～3萬(wàn)噸級(jí)、4萬(wàn)～8萬(wàn)噸級(jí)和10萬(wàn)～20萬(wàn)噸級(jí)；集裝箱船按箱位數(shù)分為500～<1 000箱級(jí)、1 000～<3 000箱級(jí)、3 000～<5 000箱級(jí)和8 000～10 000箱級(jí)；油船按噸位大小分為1萬(wàn)噸以下級(jí)、1萬(wàn)～2萬(wàn)噸級(jí)、3萬(wàn)～5萬(wàn)噸級(jí)、10萬(wàn)噸級(jí)和20萬(wàn)噸級(jí)以上；客滾(箱)船主要考慮噸位在2萬(wàn)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(wàn)～8萬(wàn)噸級(jí)散貨船在能見度不良條件下的海上交通風(fēng)險(xiǎn)矩陣見表2,相當(dāng)于眾多具有豐富航海資歷的船長(zhǎng)對(duì)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(xiǎn)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(zhǎng)長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)該環(huán)境狀況下的海上交通風(fēng)險(xiǎn)的科學(xué)認(rèn)識(shí)和實(shí)踐總結(jié)，是《1972年國(guó)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(guò)程中，駕駛員正是按照這種專業(yè)判斷和“海員通常做法”來(lái)操縱船舶的。因此，采用這種方法得出的風(fēng)險(xiǎn)矩陣和海上交通風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估結(jié)果，對(duì)于航海者(特別是缺乏經(jīng)驗(yàn)的船長(zhǎng)和駕駛員)而言，其指導(dǎo)意義和應(yīng)用價(jià)值是顯而易見的。

4 實(shí)例驗(yàn)證分析

在實(shí)際采用該模型對(duì)某類重點(diǎn)關(guān)注船舶的海上交通風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)評(píng)估時(shí)，可先在其航經(jīng)某一重點(diǎn)關(guān)注海域之前通過(guò)預(yù)測(cè)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(guò)不完備信息條件下的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)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(xiǎn)矩陣，從而得到該類船舶通過(guò)該海域時(shí)的海上交通風(fēng)險(xiǎn)預(yù)評(píng)估值。[8]

例如，某日13:15時(shí)預(yù)計(jì)會(huì)有一艘8萬(wàn)噸級(jí)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(bào)可得到該船未來(lái)所經(jīng)海域的能見距離。考慮到天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，將氣象部門對(duì)歷史預(yù)報(bào)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得到的該海域大霧的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率近似代替各時(shí)刻預(yù)報(bào)能見距離發(fā)生的概率。[9]同時(shí)，使用交通流預(yù)報(bào)工具得到上述3個(gè)時(shí)刻相應(yīng)海域的船舶交通密度和出現(xiàn)概率。按照2個(gè)獨(dú)立事件同時(shí)發(fā)生的概率公式計(jì)算出未來(lái)各時(shí)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(shí)的計(jì)算結(jié)果見表3(15:00時(shí)和16:00時(shí)的計(jì)算結(jié)果略)。

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

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

表3未來(lái)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(shí))

能見距離交通密度預(yù)測(cè)值/nmile發(fā)生概率/%預(yù)測(cè)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(wàn)～8萬(wàn)噸級(jí)散貨船的風(fēng)險(xiǎn)矩陣，可得到對(duì)應(yīng)該船未來(lái)風(fēng)險(xiǎn)狀況的風(fēng)險(xiǎn)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(lái)14:00時(shí)船舶所在海域海上交通風(fēng)險(xiǎn)狀況預(yù)評(píng)估結(jié)果為

B14:00=(0.20，0.50，0.30)

(8)

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

同理可得15:00 時(shí)和16:00時(shí)船舶所處海域的風(fēng)險(xiǎn)狀況預(yù)評(píng)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(shí)船舶所在海域隸屬于橙色風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的概率大，而15:00時(shí)和16:00時(shí)船舶所在海域隸屬于紅色風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的概率大。從海上交通風(fēng)險(xiǎn)控制的角度來(lái)看，繼續(xù)航行的安全風(fēng)險(xiǎn)過(guò)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(dòng)的船舶數(shù)量減少之后再繼續(xù)航行。

5 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)有的針對(duì)海上交通風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估理論和技術(shù)在能見度不良條件下的海上交通風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)預(yù)評(píng)估方面與實(shí)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(xiǎn)動(dòng)態(tài)預(yù)評(píng)估模型可有效提供能見度不良條件下的海上交通風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和安全操作建議，對(duì)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(shí)際應(yīng)用價(jià)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(xiàng)目(0706-14400003N010)

戴厚興(1966—)，男，山東臨沂人，高級(jí)工程師，船長(zhǎng)，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