王書(shū)獻(xiàn),戴 乾,張勝茂*,范秀梅,胡慧娟,楊勝龍

(1. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部漁業(yè)遙感重點(diǎn)試驗(yàn)室,中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院東海水產(chǎn)研究所,上海 200090; 2. 大連海洋大學(xué)航海與船舶工程學(xué)院,遼寧大連 116023; 3. 浙江省海洋水產(chǎn)研究所,浙江省海洋漁業(yè)資源可持續(xù)利用技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙江舟山 316021; 4. 上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院,上海 201306)

在國(guó)際物流運(yùn)輸方式中,水上交通因其低成本、高運(yùn)量的特征被廣泛使用[1]。隨著水上交通的發(fā)展,各類水上交通事故的數(shù)量也不斷增加,包括碰撞、擱淺等。船舶碰撞是引發(fā)海上安全事故的最主要原因之一[2],研究船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域?qū)Ｉ辖煌ò踩哂休^大的理論和實(shí)際意義。精準(zhǔn)的船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域預(yù)警能夠保障船舶航行安全。為降低船舶碰撞事故發(fā)生頻率,減輕碰撞事故后果,國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者針對(duì)船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)、船舶避碰系統(tǒng)展開(kāi)了詳盡的分析和研究。按照其研究?jī)?nèi)容可以劃分為船舶碰撞原因分析、船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)分析與預(yù)報(bào)兩類。

船舶碰撞原因分析是從船舶結(jié)構(gòu)、海上環(huán)境、船舶船員等各方面對(duì)造成船舶碰撞事故的原因進(jìn)行分析,有效的船舶碰撞原因分析能夠從根源上降低船舶碰撞事故發(fā)生概率。郝勇等[3]對(duì)2007年武漢海事局轄區(qū)船舶碰撞材料構(gòu)建事故樹(shù),進(jìn)行定性與定量分析,得出14個(gè)主要的危險(xiǎn)因素,其分析結(jié)果顯示,應(yīng)急操作不當(dāng)、違反分道通航以及疲勞駕駛等人為因素是引發(fā)船舶碰撞的主要原因。RIVAI等[4]對(duì)日本周?chē)Ｓ?998—2008年船舶事故進(jìn)行分析,認(rèn)為人為因素是船舶碰撞的最主要原因之一。李曉松和孔憲衛(wèi)[5]從人為因素、船舶因素和環(huán)境因素3方面出發(fā),利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)理論建立了船舶碰撞致因模型。尹相達(dá)等[6]使用復(fù)雜系統(tǒng)脆性理論深入研究商漁船碰撞事故的形成機(jī)理,認(rèn)為人為不安全因素是事故發(fā)生的主要原因。因此,船舶碰撞事故的發(fā)生與船舶自身因素、環(huán)境因素及人為因素均有緊密的聯(lián)系,但人為因素仍被認(rèn)為是造成船舶碰撞事故發(fā)生的最主要因素。

碰撞風(fēng)險(xiǎn)分析與預(yù)報(bào)研究是基于船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(Automatic Identification System,AIS)、遙感、雷達(dá)等多來(lái)源數(shù)據(jù),利用數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)等數(shù)據(jù)分析技術(shù),對(duì)船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析與預(yù)測(cè)。詳細(xì)的分析報(bào)告與精準(zhǔn)的碰撞預(yù)測(cè)能夠幫助船員提高警惕,從而降低船舶碰撞事故發(fā)生概率。船舶領(lǐng)域(ship domain)和碰撞風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(collision risk index, CRI)是船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)分析與預(yù)報(bào)研究中的重要概念。船舶領(lǐng)域的概念最早由FUJII和TANAKA[7]提出,是船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)研究中的重要概念,其被定義為后船的駕駛員應(yīng)避免進(jìn)入前船周?chē)念I(lǐng)域。在船舶領(lǐng)域的概念被提出后,DAVIS等[8]、賈傳熒[9]等學(xué)者先后引入更多的影響因素,構(gòu)建了更加完善和復(fù)雜的船舶領(lǐng)域模型[10-11]。該類完善的船舶領(lǐng)域模型用于衡量船舶之間碰撞事故發(fā)生的概率,是船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)研究中重要的參數(shù)。因此,基于碰撞風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的船舶碰撞模型是船舶交通安全領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。GANG等[12]提出一種支持向量機(jī)的船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)估計(jì)方法,得到了較好的試驗(yàn)結(jié)果。NAMGUNG等[13]在最近會(huì)遇距離(distance at the closest point of approach, DCPA)、最近會(huì)遇時(shí)間(time to the closest point of approach, TCPA)的基礎(chǔ)上,加入了本船速度、目標(biāo)船速度、本船航向、目標(biāo)船航向、本船與目標(biāo)船之間的相對(duì)位置等船舶參數(shù),引入具有人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的推力模型,提出了更加豐富的擴(kuò)展CRI模型。趙佳妮[14]嘗試將灰色馬爾可夫模型用于海上交通事故預(yù)測(cè),提高了預(yù)測(cè)精度。魏祥淵等[15]基于江蘇鎮(zhèn)江渡船航行避碰智能預(yù)警系統(tǒng),評(píng)價(jià)3種不同精度的雷達(dá)對(duì)預(yù)警準(zhǔn)確性的影響,其研究結(jié)果顯示,雷達(dá)精度對(duì)該系統(tǒng)預(yù)警準(zhǔn)確性有顯著影響。HUANG等[16]從運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)、沖突檢測(cè)、沖突解決等3個(gè)過(guò)程研究船舶避碰技術(shù),重點(diǎn)研究了從人工駕駛船舶避碰到無(wú)人駕駛船舶避碰的過(guò)渡。

由于船舶碰撞事故的危害性極大,國(guó)內(nèi)外避碰研究較為豐富。但是,在過(guò)去的船舶避碰研究中,除了致因分析[17-18]外,多注重基于某艘船附近的狀態(tài),建立危險(xiǎn)度模型用于表征該狀態(tài)下船舶發(fā)生碰撞的危險(xiǎn)程度。例如,鄭中義和吳兆麟[19]提出空間碰撞危險(xiǎn)度與時(shí)間碰撞危險(xiǎn)度的概念,完善了船舶碰撞危險(xiǎn)度模型。章澤虎[20]使用模糊綜合評(píng)價(jià)方法提出了新的船舶碰撞危險(xiǎn)度模型。TSOU和HSUEH[21]使用人工智能領(lǐng)域的蟻群算法,構(gòu)建了優(yōu)化的避碰模型。倪生科等[22]基于混合遺傳算法,針對(duì)不同會(huì)遇狀態(tài)下的船舶避碰路徑規(guī)劃問(wèn)題,建立了避碰路徑規(guī)劃模型。馬杰等[23]針對(duì)受限水域避碰問(wèn)題,提出將速度障礙思想與人工勢(shì)場(chǎng)理論相結(jié)合的船舶避碰決策方法,該模型在仿真環(huán)境下能夠滿足船舶避碰過(guò)程中的操縱受限要求。該類研究可服務(wù)于船舶實(shí)時(shí)智能避碰系統(tǒng),輔助避碰系統(tǒng)做實(shí)時(shí)決策。但這些傳統(tǒng)船舶避碰研究多為從單艘船舶出發(fā)探究某船舶微觀層面的碰撞風(fēng)險(xiǎn)模型,著眼于單艘船舶在其航行過(guò)程中根據(jù)周?chē)h(huán)境實(shí)時(shí)判斷船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)并作出避碰反應(yīng)。從微觀上對(duì)單艘船舶做碰撞風(fēng)險(xiǎn)分析和決策,理論上能夠大大減輕船舶發(fā)生碰撞事故的概率,但是,微觀上的船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)分析存在2點(diǎn)不足:第一,該方式需要船舶上配備有較高算力以完成實(shí)時(shí)運(yùn)算,目前,中國(guó)漁船通常依賴船長(zhǎng)經(jīng)驗(yàn),根據(jù)AIS或雷達(dá)數(shù)據(jù)做出避碰決策,復(fù)雜的實(shí)時(shí)碰撞風(fēng)險(xiǎn)模型難以得到充分應(yīng)用,即當(dāng)前的漁業(yè)船舶信息化普及程度難以支持其高強(qiáng)度運(yùn)算;第二,該方式難以得到碰撞風(fēng)險(xiǎn)與海域之間的關(guān)系,不能為航線規(guī)劃等宏觀避碰工作做參考。針對(duì)以上2點(diǎn)不足,本文從宏觀上分析了浙江近海各個(gè)區(qū)域的船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn),并進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分,對(duì)航線規(guī)劃、降低船舶碰撞行為發(fā)生概率具有重要意義。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與特征

本文基于AIS數(shù)據(jù)研究浙江近海的船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),使用的船舶信息均來(lái)自浙江沿海岸基AIS和衛(wèi)星AIS。信息主要包括船舶基本信息(靜態(tài)數(shù)據(jù))及船位信息(動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù))。船舶動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)與船舶靜態(tài)數(shù)據(jù)格式分別如表1和表2所示。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)包括船舶唯一標(biāo)識(shí)符、數(shù)據(jù)上傳時(shí)間、位置、航速、航向、數(shù)據(jù)來(lái)源等信息。其中數(shù)據(jù)來(lái)源為1時(shí),表示數(shù)據(jù)來(lái)自岸基;數(shù)據(jù)來(lái)源為17時(shí),表示數(shù)據(jù)來(lái)自衛(wèi)星。本文使用浙江近海AIS數(shù)據(jù)共170GB,包含的數(shù)據(jù)量較大。為了保證數(shù)據(jù)的可用性,首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了初步清洗。數(shù)據(jù)清洗的原則為,剔除數(shù)據(jù)集中航速、航向、經(jīng)度、緯度等關(guān)鍵信息缺失的記錄。

表1 AIS動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)格式Tab.1 AIS dynamic data format

表2 AIS靜態(tài)數(shù)據(jù)格式Tab.2 AIS static data format

1.2 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分

1.2.1 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)要素

海上船舶的避碰是一個(gè)復(fù)雜龐大的課題,某個(gè)海域內(nèi)的碰撞風(fēng)險(xiǎn)不僅與船舶因素有關(guān),還與氣候氣象、船員健康等外界因素有關(guān),且各個(gè)因素之間可能會(huì)存在相互影響,形成相互關(guān)聯(lián)、制約的復(fù)雜系統(tǒng)。因此,對(duì)船舶的碰撞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)具有模糊性,運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)方法是必要的可行方案之一。運(yùn)用該方法首先需要確定可能對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響的因素。

某海域的碰撞風(fēng)險(xiǎn)高低與該海域內(nèi)各個(gè)船舶的碰撞風(fēng)險(xiǎn)有關(guān),因此,為確定某海域船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)的影響因素,可以參照單艘船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)的影響因素。在當(dāng)前有關(guān)單艘船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)的相關(guān)研究中,主要使用最近會(huì)遇距離DCPA、最近會(huì)遇時(shí)間TCPA作為評(píng)價(jià)船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)的依據(jù)。其中DCPA主要與兩船的位置和航向有關(guān),TCPA主要與兩船的位置和航速有關(guān)。因此,本文在評(píng)價(jià)單個(gè)格網(wǎng)內(nèi)的碰撞風(fēng)險(xiǎn)時(shí),將船舶分布密度、船舶平均航速及船舶平均航向變化率作為影響海域內(nèi)船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)的3個(gè)因素。

其中,船舶分布密度計(jì)算方法如公式(1)所示。

(1)

式(1)中,ρ表示船舶分布密度,N表示單位時(shí)間段某個(gè)格網(wǎng)內(nèi)AIS接收到的數(shù)據(jù)量,S表示該格網(wǎng)的面積,其計(jì)算方法如公式(2)。

S=R2(λ2-λ1)·(sinφ2-sinφ1)

(2)

式(2)中,S表示格網(wǎng)面積,R表示地球半徑(km),λ1、λ2表示經(jīng)度(弧度),φ1、φ2表示緯度(弧度)。

船舶平均航速計(jì)算方法如公式(3)所示。

(3)

船舶平均航向變化率計(jì)算方法如公式(4)所示。

(4)

為綜合評(píng)價(jià)船舶分布密度、船舶平均航速與船舶平均航向變化率3個(gè)因素的影響,本技術(shù)采用判斷矩陣分析法對(duì)上述3個(gè)要素做權(quán)重分析。判斷矩陣分析法是模糊綜合評(píng)價(jià)中的一種常見(jiàn)方法,常常用于層次分析法中要素權(quán)重的確定[24]。判斷矩陣分析法將n個(gè)因素排列成一個(gè)n階判斷矩陣,通過(guò)在因素之間的兩兩比較,根據(jù)各個(gè)因素的重要程度確定矩陣中元素值的大小。并計(jì)算出判斷矩陣的最大特征根及其對(duì)應(yīng)的特征向量,該特征向量即為各個(gè)因素的權(quán)重系數(shù)。在對(duì)各個(gè)要素之間做兩兩比較時(shí),參照的標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

表3 因素重要程度判斷值表Tab.3 Factor importance judgment value

1.2.2 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分

在碰撞危險(xiǎn)度相關(guān)研究中,傳統(tǒng)研究一般為碰撞危險(xiǎn)度設(shè)定一個(gè)安全閾值。例如,碰撞危險(xiǎn)度模糊取值在0～1之間,安全閾值設(shè)為0.5,碰撞危險(xiǎn)度大于0.5則為危險(xiǎn)情況,碰撞危險(xiǎn)度小于0.5則為安全情況。將每個(gè)格網(wǎng)的安全等級(jí)劃分為“安全”和“不安全”2個(gè)等級(jí)太過(guò)簡(jiǎn)化,不能明確比較不同格網(wǎng)之間的碰撞風(fēng)險(xiǎn)差異。因此,本文將風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)設(shè)定為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ共5個(gè)等級(jí),Ⅰ級(jí)表示風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)最低,Ⅴ級(jí)表示風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)最高。等級(jí)劃分方式選用等距離劃分法:首先計(jì)算出船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)要素的標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù);為了使分類數(shù)值均為正數(shù),對(duì)要素集合按照公式(5)再做一次線性變換。

x**=x+|min(X)|

(5)

式(5)中,X表示所有碰撞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)要素集合,x是X集合中的值,x**表示x經(jīng)過(guò)線性變換后的值;最后,將新集合按照數(shù)值大小5等分,對(duì)應(yīng)不同的碰撞風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),如表4所示。

表4 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分Tab.4 Classification of risk levels

2 結(jié)果

2.1 船舶時(shí)空分布結(jié)果

對(duì)所有船舶進(jìn)行分類后,對(duì)2020年各月浙江近海漁船、商船的空間分布與速度分布按照時(shí)間段進(jìn)行統(tǒng)計(jì),得到的結(jié)果如圖1所示。

圖1 2020年浙江近海船舶時(shí)空信息統(tǒng)計(jì)圖Fig.1 Statistics of time and space information of Zhejiang offshore vessels in 2020

在圖1(a)中,4條曲線分別表示漁船白晝、漁船夜間、商船白晝、商船夜間的分布密度情況。該分布密度是每個(gè)格網(wǎng)內(nèi)的船舶數(shù)量與格網(wǎng)面積的比值,單位是艘·km-2。一個(gè)月份的平均船舶分布密度能夠體現(xiàn)船舶在該月份內(nèi)的密集程度。在圖1(b)中,4條曲線分別表示漁船白晝、漁船夜間、商船白晝、商船夜間的航速信息,某時(shí)間段內(nèi)航速信息是該時(shí)間段內(nèi)所有AIS航速信息的平均值,表示該時(shí)間段內(nèi)船舶的整體行進(jìn)速度。圖1(a)顯示,2020年浙江近海商船在各個(gè)月份的分布密度較漁船穩(wěn)定,在2020年2月分布最稀疏,4—9月分布較為密集,且商船在白晝與夜間的分布沒(méi)有明顯差異;漁船在不同月份的分布差異較大,且具有明顯的晝夜差異性(漁船白晝分布密度高于夜間分布密度)。漁船在2月、5—7月的分布相對(duì)稀疏,在4月份達(dá)到峰值,分布密度從8月開(kāi)始逐步上升到穩(wěn)定水平。圖1(b)顯示,商船在2020年全年的平均航速較漁船穩(wěn)定,基本保持在10節(jié)左右,且白晝與夜間的速度差異不明顯;漁船在不同月份的航速變化較大,且具有明顯的晝夜差異性(漁船白晝航速整體高于夜間航速)。漁船速度在3—4月達(dá)到最低值,約為4節(jié),5月航速值達(dá)到最高,約為8節(jié)。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)要素評(píng)價(jià)結(jié)果

從表5可以看出,船舶分布密度的權(quán)重最高,平均航速次之,平均航向變化率權(quán)重最低。其結(jié)果與實(shí)驗(yàn)前的預(yù)調(diào)查分析基本一致(一般近岸海域航速較低,但近岸海域是船舶事故高發(fā)區(qū)域,且航速高僅在船舶密度大的情形下存在風(fēng)險(xiǎn),因此航速的權(quán)重低于船舶分布密度),船舶分布密度是影響某區(qū)域內(nèi)船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的最主要因素。

表5 層次分析法分析結(jié)果Tab.5 Analytic hierarchy process analysis results

2.3 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分結(jié)果

綜合考慮漁船、商船的區(qū)域碰撞風(fēng)險(xiǎn),并按照等距離法劃分2020年浙江附近海域各區(qū)域內(nèi)的碰撞風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),得到的劃分結(jié)果如圖2所示。

圖2結(jié)果顯示,2020年浙江近海船舶碰撞高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域(碰撞風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)在Ⅲ級(jí)以上)主要集中在航線附近。但是不同月份的具體情況略有差異,5—7月的碰撞高風(fēng)險(xiǎn)(Ⅴ級(jí))區(qū)域極少,3—4月的碰撞高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域較多。為了得到更具有普遍性的結(jié)論,對(duì)2020年全年浙江近海做整體碰撞風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分,如圖3所示。

圖2 2020年各月浙江附近海域船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)Fig.2 Risk levels of ship collisions in waters near Zhejiang in each month of 2020

圖3顯示,浙江近海船舶碰撞高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域主要集中在舟山漁場(chǎng)中部(尤其是29.5°N～30.4°N、121.5 E°～123°E之間的海域)、魚(yú)山漁場(chǎng)西部與陸地交界處(尤其是28.5°N～29.4°N、121.6°E ～122.5°E之間的海域)等,溫臺(tái)漁場(chǎng)的整體風(fēng)險(xiǎn)碰撞等級(jí)相對(duì)較低。

圖3 2020年浙江近海碰撞風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分布圖Fig.3 Distribution map of Zhejiang offshore collision risk levels in 2020

為了進(jìn)一步驗(yàn)證本文提出模型的可靠性,對(duì)中華人民共和國(guó)海事局網(wǎng)站中公布的浙江近海船舶事故報(bào)告進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,2020年浙江近海發(fā)生的有明確位置信息的船舶碰撞事故共20起,其中15起發(fā)生在舟山漁場(chǎng)中部,5起發(fā)生在魚(yú)山漁場(chǎng)西部。在2020年全年船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域評(píng)估結(jié)果中,該20起事故發(fā)生地點(diǎn)的碰撞風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)均在Ⅲ級(jí)以上。本文得出的浙江近海區(qū)域碰撞風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)在2020年得到驗(yàn)證。因此,該碰撞風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算方案具有一定的可行性,能夠?yàn)楹叫写疤峁└唢L(fēng)險(xiǎn)區(qū)域碰撞預(yù)警。

3 討論

本文在宏觀上對(duì)浙江近海的船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)做了劃分,與相關(guān)學(xué)者的研究有一定的相似之處。馮馨予等[25]利用AIS數(shù)據(jù)引入船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)算子(vessel collision risk operator,VCRO),得到宏觀層面的風(fēng)險(xiǎn)模型。其VCRO主要考慮到船舶之間的安全距離、船舶在相遇過(guò)程中距離的變化率及船舶航向的相對(duì)方向等,研究思路與本文類似。但馮馨予對(duì)6 n mile內(nèi)每艘船舶建立關(guān)系風(fēng)險(xiǎn)矩陣,直觀顯示觀測(cè)船舶與周?chē)鞍l(fā)生碰撞風(fēng)險(xiǎn)的嚴(yán)重程度。而本文使用0.1°格網(wǎng)對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行格網(wǎng)劃分,根據(jù)各個(gè)區(qū)域內(nèi)的船舶動(dòng)態(tài)信息劃分碰撞風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。本文方案的優(yōu)勢(shì)在于能夠直觀地顯示出目標(biāo)海域內(nèi)各個(gè)格網(wǎng)的碰撞風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),幫助船員提高防范警惕高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域,為船舶管理部門(mén)制定航線提供參考資料。

為進(jìn)一步探究本文得出的區(qū)域碰撞風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)在更長(zhǎng)時(shí)間范圍內(nèi)的正確性,統(tǒng)計(jì)2011—2020年浙江省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳報(bào)告中公布的商漁船碰撞事故42起。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示:從空間分布看,商漁船碰撞事故高發(fā)區(qū)域主要集中在28.5°N ～31.5°N、121.5°E～124.0°E之間海域,涉及舟山漁場(chǎng)中部、魚(yú)山漁場(chǎng)西部與陸地接壤處等。在該42起事故中,28起發(fā)生在航路附近(距離航路距離小于10 n mile),14起事故發(fā)生在其他區(qū)域,航路附近事故數(shù)是其他區(qū)域的2倍。將浙江近海按照禁漁區(qū)線分為禁漁區(qū)線內(nèi)和禁漁區(qū)線外,則該42起商漁船碰撞事故可以分為30起禁漁區(qū)線內(nèi)事故和12起禁漁區(qū)線外事故,這可能是由于禁漁線內(nèi)有較多的小型捕撈漁船作業(yè),而小型捕撈漁船是船舶事故高發(fā)船型。上述統(tǒng)計(jì)及分析表明,浙江近海船舶碰撞事故在空間上具有明顯的分布規(guī)律,且分布規(guī)律主要受航道、禁漁區(qū)線等因素影響。航道、禁漁區(qū)線直接影響商船、漁船的分布密度,與本文判斷矩陣分析法的權(quán)重矩陣趨勢(shì)吻合。從分析結(jié)果看,該42起事故均發(fā)生在全年碰撞風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)Ⅲ級(jí)以上區(qū)域,進(jìn)一步說(shuō)明了本文得出的全年區(qū)域碰撞風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)圖具有長(zhǎng)期可用性。從時(shí)間分布看,各月份碰撞事故發(fā)生比例呈現(xiàn)雙峰結(jié)構(gòu)。10年間的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,4月發(fā)生碰撞事故的頻次最高,為7起,占全部事故的16.7%,其次為3月和9月,各發(fā)生6起碰撞事故,分別占全部事故的14.3%,6—7月較低,6—7月發(fā)生的碰撞事故一共僅占7.1%?？傊?碰撞事故高發(fā)月份主要集中在休漁期前與期后數(shù)月。從本文的分月分析結(jié)果看,3月、4月和9月的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域明顯高于其他月份,5—7月的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域較少,與10年間的碰撞事故時(shí)間特性相吻合。

本文提出的船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分方法具有很強(qiáng)的普適性,除可應(yīng)用在浙江附近海域外,還可移植到其他任何目標(biāo)海域,具有較大的應(yīng)用前景。但是本文方法在風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)確定中仍存在一定的優(yōu)化空間。例如,在確定區(qū)域碰撞風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)時(shí),本文僅僅考慮了船舶分布密度、船舶航速、船舶平均航向變化率等要素。事實(shí)上,影響區(qū)域碰撞風(fēng)險(xiǎn)的因素除了上述船位因素外,還有氣候、光照、時(shí)間等外界因素。例如,根據(jù)浙江省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳公布的商漁船碰撞事故報(bào)告[26],船舶碰撞事故發(fā)生在夜間(18:00—次日6:00)的頻次要遠(yuǎn)高于發(fā)生在白晝(6:00—18:00)的頻次,且發(fā)生在下半夜(0:00—6:00)的頻次尤其高。本文為從宏觀評(píng)價(jià)區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),忽略了時(shí)間等要素,但從歷史碰撞事故看,晝夜信息對(duì)碰撞事故的發(fā)生具有顯著影響,因此,在未來(lái)研究中可以添加晝夜因素,按照晝夜分別計(jì)算區(qū)域碰撞風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。另外,各個(gè)區(qū)域的光照、氣候也有規(guī)律可循,在未來(lái)研究中應(yīng)加入氣候、光照等外界信息,進(jìn)一步細(xì)化不同區(qū)域的碰撞風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

4 結(jié)論

本文基于2020年浙江附近岸基AIS及星基AIS數(shù)據(jù),使用模糊綜合評(píng)價(jià)等多種方法,對(duì)浙江附近海域做碰撞風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分。本文針對(duì)浙江近海,以1年的船舶數(shù)據(jù)做分析,試圖找到碰撞行為時(shí)空分布的一般規(guī)律,以提高船員在中高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的警惕,降低船舶碰撞行為的發(fā)生概率。研究結(jié)果表明:

(1)浙江近海船舶碰撞高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域主要集中在舟山漁場(chǎng)中部、魚(yú)山漁場(chǎng)西部與陸地交界處等,溫臺(tái)漁場(chǎng)的整體風(fēng)險(xiǎn)碰撞等級(jí)相對(duì)較低。

(2)本文提出的船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分方法具有較強(qiáng)的可行性和可移植性。浙江近海2020年全年的船舶碰撞事故均發(fā)生在風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)Ⅲ級(jí)以上區(qū)域。