劉 清 王冠雄

（武漢理工大學(xué)交通學(xué)院 武漢 430063）

0 引 言

冰區(qū)、島礁區(qū)、極區(qū)、淺水區(qū)、狹水道等視為復(fù)雜水域，主要表現(xiàn)在：（1）灘險(xiǎn)、不穩(wěn)定的坡岸等地質(zhì)條件；（2）河道縱橫交錯(cuò)、相互干擾形成的繁錯(cuò)的水上交通流；（3）復(fù)雜的水文氣象條件；（4）水面上存在橋梁墩、隱藏淺灘、暗礁等．復(fù)雜水域是水上安全事故的多發(fā)地帶，如南通的長(zhǎng)江29至33號(hào)浮水域、張家港的福南水道、泰州的嘶馬彎曲航段、鎮(zhèn)江的尹公洲航段等．影響復(fù)雜水域船舶通航安全的風(fēng)險(xiǎn)因素較多，而且多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素相互作用造成系統(tǒng)故障比單個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素造成系統(tǒng)故障的概率要大很多．本文提出對(duì)影響復(fù)雜水域船舶通航安全各風(fēng)險(xiǎn)因素的耦合進(jìn)行分析和研究，以便減少船舶在復(fù)雜水域因特殊環(huán)境或條件而引發(fā)的水上事故．

當(dāng)前關(guān)于復(fù)雜水域船舶通航安全研究非常少，D．Roeleven等［1］采用二項(xiàng)分布理論分析建立了事故概率預(yù)測(cè)的模型并考慮能見(jiàn)度、風(fēng)速、可航寬度、彎曲半徑與每個(gè)交通狀況因子（ETS）等因素的影響．美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局（NOAA）開(kāi)發(fā)出海洋觀測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)物理觀測(cè)獲得港口、航道周邊的潮汐、海流、水溫、空氣溫度、氣壓和風(fēng)速等觀測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)科學(xué)的分析和計(jì)算，得出最佳的通航方案，從而可以進(jìn)一步使得船舶更加安全、更高效率的行駛［2］．鄭中義等［3］運(yùn)用灰色理論對(duì)通航水域危險(xiǎn)度進(jìn)行評(píng)價(jià)，分別分析了船舶交通事故與通航水域環(huán)境各因素的關(guān)系，并提取出了影響通航環(huán)境危險(xiǎn)態(tài)勢(shì)的主要因素．項(xiàng)峰等［4］對(duì)港口的船舶交通環(huán)境作了系統(tǒng)的研究，通過(guò)分析提取出了船舶交通安全的主要影響的因素，并建立了相應(yīng)的船舶交通安全評(píng)價(jià)模型．湯嘉輝等［5］在VTS對(duì)復(fù)雜水域監(jiān)管的幾點(diǎn)思考一文中主要對(duì)長(zhǎng)江江蘇段復(fù)雜水域水域發(fā)生的事故定性進(jìn)行分析，并從VTS監(jiān)管的實(shí)際情況出發(fā)提出充分利用VTS進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)復(fù)雜水域的監(jiān)管措施．在研究方法上和理論應(yīng)用上，國(guó)內(nèi)外相差不大，多從以人－機(jī)－環(huán)境為系統(tǒng)的整體性風(fēng)險(xiǎn)的角度去評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)和設(shè)計(jì)指標(biāo)體系，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)踐操作性不強(qiáng)，而且針對(duì)復(fù)雜水域通航環(huán)境研究非常少．因此，通過(guò)防范船舶在復(fù)雜水域通航安全風(fēng)險(xiǎn)耦合研究，對(duì)于復(fù)雜水域通航安全的各個(gè)細(xì)分機(jī)構(gòu)的安全風(fēng)險(xiǎn)管理提供了參考和借鑒．

1 復(fù)雜水域船舶通航安全風(fēng)險(xiǎn)因子分析

通過(guò)對(duì)復(fù)雜水域所發(fā)生的事故進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，提取出域影響復(fù)雜水域船舶通航安全風(fēng)險(xiǎn)主要因子見(jiàn)圖1．

圖1 復(fù)雜水域船舶通航安全風(fēng)險(xiǎn)因子體系框架圖

1．1 風(fēng)險(xiǎn)因子分析

1）航道狀況 復(fù)雜水域航道狀況主要體現(xiàn)在航道寬度、航道水深、航道彎曲度以及航道交叉狀況等．航道寬度通常情況是取平均船舶寬度與航道寬度之比來(lái)衡量航道的寬度是否足夠，當(dāng)比值較大時(shí)，通航船舶容易發(fā)生岸推、浪損以及岸吸現(xiàn)象；船舶在淺水域中行使會(huì)造成船舶橫移阻力增大，同時(shí)船員在操縱過(guò)程中也會(huì)出現(xiàn)舵效大幅度降低的狀況，從而影響船舶的航行安全；另外一些復(fù)雜水域往往由于航道彎曲度較大，船舶途徑時(shí)會(huì)受到航道水流及彎曲限制造成機(jī)動(dòng)性較差，發(fā)生事故率高；而航道的交叉處，由于船舶流量和密度增大，船舶在交叉口會(huì)遇次數(shù)增多，易形成緊迫局面，并導(dǎo)致船舶駕駛員心理緊張，成為碰撞等事故高發(fā)地帶．

2）水文氣象 多數(shù)復(fù)雜水域由于獨(dú)特的地理位置，水文氣象復(fù)雜多變，如三峽庫(kù)區(qū)常有團(tuán)霧出現(xiàn)，造成能見(jiàn)度不良，而雪、雨和冰雹等氣象都會(huì)造成能見(jiàn)度較低，據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，能見(jiàn)度小于4 km對(duì)航行有一定的影響；當(dāng)能見(jiàn)距離降至1km時(shí)，由于不能很好的了解通航情況如果不及時(shí)停泊，易造成事故［6］．其次是風(fēng)的影響，風(fēng)力增大使得波浪增高，航行在復(fù)雜水域的船舶航速較高時(shí)受風(fēng)力影響產(chǎn)生傾斜、漂移以及偏轉(zhuǎn)，很容易導(dǎo)致船舶碰撞．另外水流速度會(huì)對(duì)船舶受力產(chǎn)生一定影響，一般順流舵效差；逆流舵效較好，在復(fù)雜水域環(huán)境下航行時(shí)，如漲落潮流后的水方向缺乏確定性及穩(wěn)定性，易導(dǎo)致舵效變化快，給船舶操縱帶來(lái)困難．

3）交通狀況 在一些復(fù)雜的水域一旦交通量增多、交通密度增大，船舶交通的擁擠達(dá)到一定數(shù)量后很容易造成碰撞事故概率的增加．船舶交通流是指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)水域中某一地點(diǎn)的所有船舶的數(shù)目，交通密度是指單位面積上船舶的數(shù)量，一般來(lái)說(shuō)，交通密度越大，交通越擁擠，安全程度越差，主要是在空間上制約船舶行動(dòng)，另外船舶安全心理受到嚴(yán)重影響，給船舶駕駛員帶來(lái)很大的壓迫感，從而造成事故．另外安全航速也是影響復(fù)雜水域通航風(fēng)險(xiǎn)的重要參數(shù)，如果船舶在復(fù)雜水域中航行速度過(guò)快，船員無(wú)法在遇到緊急情況時(shí)及時(shí)停住；而船舶航速較慢時(shí)因舵效較低，船員無(wú)法采取及時(shí)的避讓操作；因此船舶駕駛員應(yīng)綜合考慮船舶和交通環(huán)境及時(shí)調(diào)整規(guī)避船舶碰撞等風(fēng)險(xiǎn)事故發(fā)生．

4）航行支持度 復(fù)雜水域的通航需要很高的航行支持度來(lái)規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，如加強(qiáng)VTS等監(jiān)管度、完善導(dǎo)助航標(biāo)志設(shè)施、清除礙航物等．船舶航行在復(fù)雜水域中，復(fù)雜水域中各種隱藏淺灘、暗礁、橋墩以及航道上方修建違規(guī)建筑物等，這些都在很大程度上降低了船舶航行安全．而導(dǎo)助航設(shè)施可以幫助船舶定位，擁有危險(xiǎn)警告和確認(rèn)等功能．復(fù)雜水域地區(qū)導(dǎo)、助航標(biāo)志設(shè)置是否合理和完善對(duì)船舶航行安全的意義重大．如果大量船舶交叉航行時(shí)，相應(yīng)的引導(dǎo)和監(jiān)督是保證維持良好的水上交通秩序的重要條件［7］．

1．2 復(fù)雜水域船舶通航安全風(fēng)險(xiǎn)耦合特性分析

在風(fēng)險(xiǎn)管理領(lǐng)域，耦合是指系統(tǒng)中2個(gè)或2個(gè)以上的風(fēng)險(xiǎn)因素相互依賴于對(duì)方的1個(gè)量度，以及影響別的風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生和影響力的程度．把這種風(fēng)險(xiǎn)間的依賴以及影響關(guān)系稱之為風(fēng)險(xiǎn)耦合．風(fēng)險(xiǎn)間的依賴和影響程度越大，則風(fēng)險(xiǎn)耦合度越大，反之風(fēng)險(xiǎn)耦合度越小．

復(fù)雜水域船舶通航安全風(fēng)險(xiǎn)的大小主要是由復(fù)雜水域的動(dòng)態(tài)性、復(fù)雜性和挑戰(zhàn)性等特點(diǎn)決定．根據(jù)上節(jié)分析可將復(fù)雜水域船舶通航安全風(fēng)險(xiǎn)分為4類，即航道狀況因素風(fēng)險(xiǎn)、交通狀況因素風(fēng)險(xiǎn)、水文氣象因素風(fēng)險(xiǎn)和航行支持度因素風(fēng)險(xiǎn)，分別記為a，b，c和d．因而復(fù)雜水域通航安全風(fēng)險(xiǎn)是指其系統(tǒng)內(nèi)部及與其關(guān)系密切的各種與安全相關(guān)的因素，在特定的時(shí)間、空間及環(huán)境下，造成復(fù)雜水域事故發(fā)生的可能性以及事故帶來(lái)的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失程度．

本文主要針對(duì)的是復(fù)雜水域通航環(huán)境，重點(diǎn)體現(xiàn)水域的復(fù)雜性，因此主要研究多因素耦合風(fēng)險(xiǎn)，即3個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素或者4個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素之間相互影響而發(fā)生的因素耦合風(fēng)險(xiǎn)．見(jiàn)圖2．

圖2 復(fù)雜水域船舶通航安全多因素耦合風(fēng)險(xiǎn)圖示模型

2 復(fù)雜水域船舶通航安全風(fēng)險(xiǎn)耦合測(cè)度研究

2．1 復(fù)雜水域船舶通航安全風(fēng)險(xiǎn)耦合模型

N－K模型不僅可計(jì)算出可能的風(fēng)險(xiǎn)網(wǎng)絡(luò)組合形式同時(shí)還可用于分析影響船舶通航環(huán)境的重要因素，是通過(guò)計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)交互信息考察風(fēng)險(xiǎn)耦合的有效方法．N－K模型是分析復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的常用模型，與本文復(fù)雜水域的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)較契合度較高，它包括2個(gè)主要參數(shù)：K是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中相互依賴關(guān)系的個(gè)數(shù)；N是系統(tǒng)中所有構(gòu)成要素的數(shù)量．根據(jù)系統(tǒng)中的N種要素，其中每種要素又有n種不同的狀態(tài)，則nN種就是所有可能的組合方式．系統(tǒng)中各要素按照不同方式進(jìn)行組合便形成了網(wǎng)絡(luò)．K 的最小值為0，最大值為N－1［8］．

計(jì)算復(fù)雜水域船舶通航安全系統(tǒng)中航道狀況的因素風(fēng)險(xiǎn)、交通狀況因素風(fēng)險(xiǎn)、水文氣象因素風(fēng)險(xiǎn)以及航行支持度因素風(fēng)險(xiǎn)之間的交互信息，可以用來(lái)評(píng)價(jià)它們相互作用之后形成耦合風(fēng)險(xiǎn)的態(tài)勢(shì)．如果某種方式出現(xiàn)耦合的次數(shù)多，那么這種耦合方式發(fā)生的概率就大；以某種方式耦合的值越大，就說(shuō)明這種耦合風(fēng)險(xiǎn)越大，表示發(fā)生事故的概率越大．交互信息的計(jì)算公式

式中：phijk為航道狀況在第h種狀態(tài)、水文氣象在第i種狀態(tài)、交通狀況在第j種狀態(tài)、航行支持度第k種狀態(tài)下，4種因素風(fēng)險(xiǎn)耦合發(fā)生的概率；T為對(duì)復(fù)雜水域船舶通航安全風(fēng)險(xiǎn)耦合的量化評(píng)估，T值愈高，說(shuō)明船舶在此復(fù)雜水域通航安全風(fēng)險(xiǎn)愈大．由于復(fù)雜水域的特性決定了船舶通航安全風(fēng)險(xiǎn)大部分在局部（3因素）進(jìn)行耦合，例如：航道支持度因素風(fēng)險(xiǎn)、交通因素風(fēng)險(xiǎn)以及航道因素風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生耦合后導(dǎo)致不安全事件，此時(shí)與水文因素風(fēng)險(xiǎn)關(guān)系不大時(shí)，就界定為3個(gè)風(fēng)險(xiǎn)局部的耦合．因此，考察局部耦合的風(fēng)險(xiǎn)情況，可以通過(guò)計(jì)算3種因素風(fēng)險(xiǎn)之間的交互信息來(lái)量化局部風(fēng)險(xiǎn)．計(jì)算出3個(gè)變量的聯(lián)合熵再減去3個(gè)變量各自的熵得出交互信息，得出復(fù)雜水域船舶通航安全風(fēng)險(xiǎn)流的計(jì)算公式

2．2 基于N－K模型復(fù)雜水域船舶通航安全風(fēng)險(xiǎn)耦合測(cè)度

影響復(fù)雜水域船舶通航安全的航道、交通、水文和航行支持度風(fēng)險(xiǎn)因素耦合有多種形式．為了便于研究，用0和1分別表示風(fēng)險(xiǎn)因素未發(fā)生耦合的情況和發(fā)生耦合的情況，則總共有5種可能的風(fēng)險(xiǎn)耦合形式．在對(duì)2008年1月～2013年1月期間發(fā)生在我國(guó)長(zhǎng)江南京、泰州、張家港、鎮(zhèn)江段等復(fù)雜水域的324事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，得到多因素風(fēng)險(xiǎn)耦合發(fā)生的次數(shù)及其頻率，見(jiàn)表1～2．

表1 風(fēng)險(xiǎn)耦合發(fā)生次數(shù)

表2 風(fēng)險(xiǎn)耦合發(fā)生頻率

為了計(jì)算多因素風(fēng)險(xiǎn)T值，需要先計(jì)算以下風(fēng)險(xiǎn)耦合不同形式發(fā)生的概率．

1）航道因素風(fēng)險(xiǎn)不參與耦合的情況下事故發(fā)生的概率

航道因素風(fēng)險(xiǎn)參與耦合的情況下事故發(fā)生的概率

同 理 可得 P．0．．＝0．336 4，P．1．．＝0．663 6，

2）航道因素風(fēng)險(xiǎn)和交通因素風(fēng)險(xiǎn)不參與耦合的事故發(fā)生的概率

P00．．＝P0000＋P0010＋P0001＋P0011＝0．079 5．

航道因素風(fēng)險(xiǎn)不參與，而交通因素風(fēng)險(xiǎn)參與耦合的事故發(fā)生的概率

P01．．＝P0100＋P0110＋P0101＋P0111＝0．253 2．

同理可得：

3）航道因素風(fēng)險(xiǎn)、交通因素風(fēng)險(xiǎn)和水文因素風(fēng)險(xiǎn)不參與耦合的情況下事故發(fā)生概率

航道因素風(fēng)險(xiǎn)和交通因素風(fēng)險(xiǎn)不參與，而水文因素風(fēng)險(xiǎn)參與耦合的情況下事故發(fā)生概率

同理可得：0．046 2，P111．＝0．277 3，P．010＝0．061 0，P．000＝0．048 1，P．001＝0．085 0，P．011＝0．142 3，P0．11＝0．162 7，P0．01＝0．064 7，P0．10＝0．059 1，P1．00＝0．094 3，P1．01＝0．144 2，P01．1＝0．164 5，P10．1＝0．164 5，P10．0＝0．092 4，P11．0＝0．138 6，P11．1＝0．271 7．

根據(jù)式（1）～（5），可分別計(jì)算出多因素風(fēng)險(xiǎn)耦合的T值

同理可得：

從計(jì)算結(jié)果可以得出，T4＞T32＞T33＞T34＞T31＞T26＞T21＞T24＞T23＞T22＞T25．

其中4因素耦合形成的風(fēng)險(xiǎn)概率值最大為5．8%，4因素風(fēng)險(xiǎn)耦合發(fā)生事故的概率將近是三因素耦合形成的風(fēng)險(xiǎn)（在2%～1%之間）的3倍；3因素耦合形成的風(fēng)險(xiǎn)比2因素形成的風(fēng)險(xiǎn)大了1倍，因而耦合風(fēng)險(xiǎn)值的大小會(huì)隨風(fēng)險(xiǎn)因素的增加而變大，應(yīng)盡量避免4因素耦合．另外，3因素耦合形成的風(fēng)險(xiǎn)中，航道狀況－交通狀況－航道支持度因素耦合風(fēng)險(xiǎn)、航道狀況－水文－航道支持度因素耦合風(fēng)險(xiǎn)較大，表明航道狀況和航道支持度完全耦合形成風(fēng)險(xiǎn)比較大．

3 結(jié)束語(yǔ)

將風(fēng)險(xiǎn)耦合分析方法引入到復(fù)雜水域船舶通航安全風(fēng)險(xiǎn)分析中，對(duì)復(fù)雜水域船舶通航安全風(fēng)險(xiǎn)耦合過(guò)程的分析，實(shí)質(zhì)是度量復(fù)雜水域船舶通航過(guò)程中的安全風(fēng)險(xiǎn)．計(jì)算結(jié)果所得出的結(jié)論為復(fù)雜水域通航安全管理工作提供了理論依據(jù)，即在風(fēng)險(xiǎn)控制的過(guò)程中，要充分的完善復(fù)雜水域航道條件，維護(hù)航道提高航道水平，并加強(qiáng)復(fù)雜水域的通航監(jiān)管，如進(jìn)一步加強(qiáng)VTS，AIS等監(jiān)管技術(shù)水平，完善預(yù)警系統(tǒng)，預(yù)防事故的發(fā)生．同時(shí)應(yīng)盡可能量避免多因素風(fēng)險(xiǎn)耦合，尤其是4因素風(fēng)險(xiǎn)耦合．

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