（交通运输工程专业论文）关门海峡航道安全性分析和研究.pdf

at h e s i ss u b m i t t e dt o d a l i a nm a r i t i m eu n i v e r s i t y ek a n m o ns t r a i t i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fe n g i n e e r i n g b y x i e b a o f e n g ( t r a n s p o r t a t i o ne n g i n e e r i n g ) t h e s i ss u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f e s s o rx i e h o n g b i n j u l y 2 0 11 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究i ：作所取得的成果，撰写成博 硕十学位论文 = = 苤 连坻魈道窒全：睦金垣塑! 盟塞：。除论文中已经注明引片j 的内容外， 对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任 何朱加明确注明的其他个人或集体已经公开发表或未公开发表的成果。本声明的法律责任由 本人承担。 学位论文作者签名：弓嘲 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学位论文的规 定，即：人连海事人学有权保留并向国家有关部门或机构送交学1 7 ：论文的复印件和电子版， 允许论文被夯阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有 关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本 学位论文收录到中国优秀博硕十学位论文全文数据库( 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂 志社) 、中国学位论文全文数据库( 中国科学技术信息研究所) 等数据库中，并以电子出 版物形式出版发行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。 本学位论文属于：保密口在年解密后适用本授权书。 。 不保密d ( 请在以上方框内打“4 ，) 豫佯霄撇：习n 芝 日期：0 1 1 年7 月上日 中文摘要 摘要 随着国际贸易和经济全球化进程的加快，以船舶为t 的海上交通运输业在其 中发挥了巨大的作用。特别是航海科学技术和造船技术的发展，使得船舶正在向 现代化和大型化迈进。这在无形之中也增加了海上，特别是重要水域、习惯航线 上以及航道中船舶交通流量。海上交通安全系统是人、机器、环境和管理相互作 用、相互关联的系统。随着船舶交通流量增加，航行川：境f _ 1 益恶化以及机器设备 的维修不当必将给交通安全系统带来负面影响，从而；致船舶在航行过程中交通 事故频发。关门海峡由于其特殊的地理位置，成为船舟n 途经同本海进出日本内海 的重要通道，随着中、日、韩三国近些年来经济的相! i 依赖，海峡水域交通密度 越来越大，航行环境同益复杂，船舶在该区域操纵困难程度越来越大，航行安全 的问题也越发突出。为了使海上运输更安全，分析研究影响船舶交通安全的主要 因素，进行安全评价，从而采取有针对性的措施进行改善，对提高船舶在关门海 峡航行安全水平具有十分重要的意义。 本文运用模糊综合安全评价法，针对进出r 本关门海峡船舶安全的需要，通 过分析海峡航道、航行以及管理环境特点，找出影响航行安全的主要因素，建立 了安全评价指标体系：以国内外的有关研究成果、操船模拟结果和专家咨询为依 据，为每个评价指标设定了评价标准，通过计算求取符评价指标的隶属度，运用 层次分析法得到各评价指标的权重，进而构建了航道安全性的评价模型；运用该 模型对关门海峡航道安全性进行了评价；根据评价结果，提出了保证船舶航行安 全的措施，并向有关部门提出了改善航路条件和加强安伞管理的建议。 关键词：安全系统工程；通航环境：评价标准；模糊综合安全评价 m a r i t i m et r a n s p o r t a t i o nb a s e do ns h i pt r a n s p o r th a sb e e np l a y i n gah u g er o l e t h e d e v e l o p m e n to fm a r i n es c i e n c ea n ds h i p b u i l d i n gt e c h n o l o g yh a sm a d et h ev e s s e l s g e t t i n gt oat e n d e n c yo fm o r em o d e r n i z e da n dm a x i m i z e d ，w h i c ha l s oi n c r e a s e sv e s s e l t r a f f i cf l o wa ts e a ，e s p e c i a l l yi ni m p o r t a n tw a t e r s ，s h i p p i n gr o u t e sa n dc h a n n e l s v e s s e l t r a f f i cs a f e t ys y s t e mi sa s y s t e mi nw h i c hp e r s o n ，s h i p ，e n v i r o n m e n ta n dm a n a g e m e n t a r ei n t e r a c t e da n di n t e r r e l a t e d w i t ht h ei n c r e a s eo ft r a f f i cf l o w ，t h ed e t e r i o r a t i o n o f n a v i g a t i o n a le n v i r o n m e n ta n di m p r o p e rm a i n t e n a n c eo f e q u i p m e n ta r eb o u n dt o a d v e r s e l ya f f e c tt r a f f i cs a f e t ys y s t e m ，w h i c hl e a d st ot h ef r e q u e n to c c u r r e n c eo fs h i p a c c i d e n t sd u r i n gt h e i rv o y a g e b e c a u s eo fi t ss p e c i a ll o c a t i o n ，k a n m o ns t r a i tb e c o m e sa v i t a lc h a n n e lc o n n e c t i n gt h es e ao fj a p a nw i t hi n l a n ds e ao fj a p a n w i t he c o n o m i c i n t e r d e p e n d e n c eo fc h i n a ，j a p a na n dk o r e ai nr e c e n ty e a r s ，t r a f f i cd e n s i t yi nt h es t r a i t w a t e r sg r o w s ，a n dn a v i g a t i o ne n v i r o n m e n tb e c o m e sm o r ec o m p l i c a t e d t h ed e g r e eo f s h i pm a n e u v e r i n gd i f f i c u l t yi nt h er e g i o ni n c r e a s e s ，a n dn a v i g a t i o ns a f e t yi s s u e sa l s o b e c o m e sm o r ep r o m i n e n t t om a k em a r i t i m et r a n s p o r tm o r es a f e 。i tb e c o m e sm o r e s i g n i f i c a n tt oa n a l y z ea n de v a l u a t et h ef a c t o r sa f f e c t i n gs h i pt r a f f i cs a f e t ya n d r a i s e s o m ep o i n t e dm e a s u r e st oi m p r o v et h en a v i g a t i o n a ls a f e t yo f s h i p sn a v i g a t i n gi nt h et h e w a t e r so fk a n m o ns t r a i t a c c o r d i n gt ot h en e e d so fv e s s e l sn a v i g a t i n gi nt h ew a t e r so fk a n m o ns t r a i t m i s p a p e ra p p l i e df u z z yc o m p r e h e n s i v es a f e t ye v a l u a t i o nm e t h o dt oa n a l v z et h em a i n f a c t o r sa f f e c t i n gt h es a f e t yo fn a v i g a t i o ns a f e t ya n dt o e s t a b l i s ht h ee v a l u a t i o ni n d e x s y s t e ma c c o r d i n gt ot h ea n a l y s i so ft h ec h a r a c t e r so ft h es t r a i tw a t e r w a y ，n a v i g a t i o na n d m a n a g e m e n te n v i r o n m e n t ；b a s e do nt h er e l e v a n tr e s e a r c hf i n d i n g sa th o m ea n da b r o a d s h i pm a n e u v e r i n gs i m u l a t i o nr e s u l t sa n de x p e r ta d v i c e ，t h ee v a l u a t i o nc r i t e r i af o re a c h f a c t o rw a ss e t ，t h em e m b e r s h i pd e g r e eo fe a c hi n d e xw a sc a l c u l a t e d ，t h ew e i g h to f e a c h i n d e xw a sc a l c u l a t e du s i n gt h em e t h o do fa h p ，a n dt h e nt h es h i p n a v i g a t i o ns a f e t v e v a l u a t i o nm o d e lw a se s t a b l i s h e d ；t h em o d e lw a s a p p l i e dt ot h es a f e t ye v a l u a t i o no ft h e k a n m o ns t r a i t ；a c c o r d i n gt ot h ee v a l u a t i o nr e s u l t s ，s o m em e a s u r e sw e r e p r o l p o s e dt o g u a r a n t e en a v i g a t i o n a ls a f e t yo fs h i p s ，a n dr e c o m m e n d a t i o n sc o n c e m e dt ot h e 英文摘要 i m p r o v e m e n to fr o u t ec o n d i t i o n sa n ds a f e t ym a n a g e m e n tw e r eh a n d e dt ot h er e l a t e d d e p a r t m e n t s k e y w o r d s ：s a f e t ys y s t e me n g i n e e r i n g ； n a v i g a t i o ne n v i r o n m e n t ；e v a l u a t i o n s t a n d a r d ；f u z z yc o m p r e h e n s i v es a f e t ye v a l u a t i o n 目录 目录 摘 要4 第l 章绪论1 1 1 课题研究的背景l 1 2 课题研究的意义l 1 3 海上交通安全评价的研究现状2 1 3 1 国外海上交通安全的研究2 1 3 2 国内海上交通安全的研究3 1 4 本文研究的思路和方法一3 第2 章交通安全评价方法5 2 1 交通安全概述5 2 2 交通安全评价方法5 2 2 1 安全指数法6 2 2 2 灰色关联度评价方法7 2 2 3 模糊综合评价方法9 2 3 本文评价方法的选择10 第3 章狭水道安全评价1 3 3 1 评价指标的确定一1 3 3 2 评价指标的分析和评价标准1 5 3 2 1 船舶安全状况的分析和评价标准1 5 3 2 2 航道安全环境的分析和评价标准1 8 3 2 3 航行安全环境的分析和评价标准2 1 3 2 4 航道安全管理的分析和评价标准2 5 3 3 模糊综合评价模型的确定2 6 3 3 1 综合评价模型体系和冈素集的建立2 6 3 。3 2 评价指标权重的确定2 8 3 3 3 综合评价模型的建立3 2 第4 章关门海峡航道安全性评价3 5 4 1 关门海峡概述3 5 4 2 关门海峡的气象水文条件3 6 4 2 1 关门海峡的气象条件3 6 4 2 2 关门海峡水文条件3 7 4 3 关门海峡通导环境3 8 4 3 1 关门海峡通航环境3 8 4 3 2 关门海峡导航环境：3 9 4 4 关门海峡航法4 l 4 5 关门海峡海难事故情况4 3 4 5 1 海难事故原因4 3 4 5 2 海难事故种类和多发场所4 4 4 5 3 海难事故预防4 4 4 6 关门海峡航道评价指标值的确定4 5 4 7 关门海峡航道安全性评价4 6 4 8 关门海峡航道改善意见4 7 第5 章结论5 1 参考文献5 3 攻读学位期间公开发表的论文5 7 致谢5 9 关门海峡航道安全性分析和研究 第1 章绪论 1 。1 课题研究的背景 伴随着国际贸易和经济全球化进程的加快，船舶j 下在向现代化和大型化方向 发展。海上交通安全系统是人、机器、环境和管理相互作用，相互关联的一个整 体【l 】。船舶流量的增加，航行环境的恶化，人员培训和休息制度欠缺以及机器设备 的维修不当等，都将给交通安全系统带来负面影响，从而导致船舶交通事故的发 生。为了应对航运环境变化，应该加强对海上交通安全系统的研究。 关门海峡【2 1 位于日本内海的西端，一端与濑户内海衔接，另一端与日本海相连。 海峡两岸密布着山口、九州广大工业区，点缀着多个内外贸易港口，每天数以千 计的船舶在这里驶过，使得关门海峡成为重要的交通枢纽和知名的通航水道。关 门海峡航道呈“u 字形，可航水道最宽处不足1 海里，最窄处只有5 0 0 米。由于 港口众多、航道弯曲、潮流多变以及船舶交通流复杂，使之成为航行的高风险区。 根据近些年调查，超过6 0 的船长在通过海峡时感到紧张。 关门海峡地理位置特殊，给峡区通航环境造成很大的影响，极易导致事故发 生。据统计，关门海峡的日通航量达1 0 0 0 艘之多，东口和早丙濑户的日通航量达 8 0 0 艘，门司和下关港区为9 0 0 多艘，大濑户7 0 0 艘，西口为6 0 0 艘【3 】。可见海峡 东部水域交通量比西部大，但是2 0 万吨以上大型船舶集中在西部的安濑区和户烟 港区。在西部水域通航的船舶中，3 0 0 吨以下的船舶占7 0 ，其中以小渔船居多， 给过往船舶的安全通行带来了很大影响。 1 2 课题研究的意义 人、机器、环境和管理是组成海上交通安全系统的四大要素。研究该系统的 安全性就必须从上述四大要素入手，分析问题症结，找出解决问题的办法。这也 是很多专家和学者一直以来努力的方向。但是由于上述四大要素的存在具有不确 定性，给系统的评判带来很大的难度。如何科学并合理地对海上交通安全系统进 行评价，一直是该领域努力和发展的方向，也成为船舶行动决策的依据和海事管 理部门执法的基础。 第1 章绪论 2 0 0 0 年以来，关门海峡海上交管中心加大对关门港水域的监督和执法力度。 通过报告线制度设定，信号旗的悬挂，v h f l 6 频道的值守以及航行信息及时发布 等措施给关门海峡航行环境带来改善，但是由于关门海峡特殊的地理、水文、航 道等原因，使得很多船长和驾驶员在航经该区域前都会非常重视，这也从另一个 侧面说明关门海峡海上交通安全系统研究的重要性。 1 3 海上交通安全评价的研究现状 海上交通安全研究的前提是要对系统进行安全评价。安全评价的目的是为了 实现系统的安全，安全评价的程序必须是科学合理的，通过系统分析，找出影响 系统的指标因素，筛选主要指标，通过查找文献资料，走访专家并进行实地考察， 确定其对系统的影响程度，为指标因素的可靠性和模型的实用性提供科学的依据。 1 3 1 国外海上交通安全的研究 国外专家和学者对海上交通安全的研究已经作了大量的工作，也取得了令人 振奋的成果。尤其是以原洁、小林弘明、井上欣三等为代表的日本专家【4 】，应用海 上交通流模拟、操船模拟器模拟的方法对海上交通安全进行研究，所取得成果以 及研究思路一直在指引着海上交通安全研究的前进方向。在航行安全评价中的 自然环境条件的影响一文中【5 】，新井康夫把影响操船能力的自然环境作为研究对 象，分析影响自然环境的各指标要素并进行量化赋值，深入研究各要素客观变化 的规律性关系，为更好完善航行环境添砖加瓦；在船舶操纵特性对航行环境安 全评价的影响一文中【6 】，小林弘明从操船困难度入手研究航行环境安全性，把船 型、船长、水深、风作为指标，通过分析和量化来评价整个海域的交通安全状况； 在操船负担的定量评价【| 7 】一文中，井上欣三通过分析某水域碰撞危险度的大小 来定量评价船舶航行的潜在危险水平。文中主要从会遇率和操船者负担两个方面 进行分析，会遇率是指船舶航行于该水域期间有多少与他船会遇的机会，操船者 负担是指每次会遇给操船者增加多少负担。随着综合安全评估( f o r m a ls a f e t y a s s e s s m e n t ，f s a ) 在其他领域成功运用的案例层出不穷，i m o 已经注意到其重要 性，并着手研究其在航海领域新思路和新方法，通过f s a 方法更好的分析和评判 海上交通系统安全性1 8 】。 关门海峡航道安全性分析和研究 1 3 2 国内海上交通安全的研究 我国在海上交通安全方面的研究与国外相比，无论研究文献的数量和质量都 存在不小的差距。我国近年来海上交通运输业的发展，以及沿海或沿江港口对交 通安全管理的重视，很大程度上促进了国内海上交通安全研究的发展。以吴兆麟 教授为主导的研究团队，根据国内船舶交通安全研究需要，把船舶交通事故数与 对应的船舶活动量的比值作为衡量一个港口或水域某一期间船舶交通安全状况的 指标，这种港r 3 船舶航行安全的评价方法叫做安全指数法【l o 】。这种方法比传统的 海损事故统计法更可靠、更科学，目前己在国内港口部门推广运用；陈伟炯教授 的“人一机一环境一控制( 管理) 系统模型”为国内研究交通安全提出新的思路，也 让本来并不明朗的四大指标要素的关系紧密起来，通过构建指标体系以及系统模 型，找出问题根源并提出整改意见，更好运用到船舶安全管理中【9 】。国内对海上交 通安全进行过分析和研究的专家和学者还有很多，以港口为研究对象的有：大连 海事大学郑中义教授港口船舶航行环境危险度的灰色评估数学模型，大连海 事大学马会副教授港口航道水域操船环境危险度的综合评价；以船舶为研究 对象的有：大连海事大学史国友船舶航行安全综合评价系统；以航道为研究 对象的有：周振超狭水道船舶操纵安全综合评价，周斌马六甲海峡航行环 境安全性评价等，上述专家和学者从影响交通系统安全的角度出发，找出指标 要素，通过专业的评价工具取得了一定的成果。 尽管国外和国内专家和学者在海上交通安全方面已取得了很大成绩，但是研 究方法和思路还有待进一步的提高和完善，研究成果的实际运用还需要一个漫长 的过程，对我们来说任重而道远。 1 4 本文研究的思路和方法 纵观国内外的研究成果，不难发现研究的思路和方法有两种：一是利用航海 操纵模拟器对研究对象进行模拟，分析数据进行评价。该评价方法简单，评价结 果可靠性较强。但是当研究对象发生改变以及研究因素较多时，将很难实现。二 是通过专家分析和实地考察找出评价指标要素，并得出各要素权重，最后利用数 学工具进行评价。本文主要研究狭水道航道安全系统，其中影响因素较多，为了 研究需要，本文选择第二方法进行评价分析。 第1 章绪论 狭水道航道安全影响因素较多，指标权重的确定较难，指标因素之间容易产 生交集，这给系统研究的准确性和可行性增加了难度。为了解决这一问题，本文 选取模糊综合评判法进行评价分析。第一步，根据研究对象的需要建立评价指标 体系；第二步，运用层次分析法确定各评价指标权重；第三步，构建隶属度函数， 通过计算得出各模糊关系矩阵；第四步，建立安全性模糊综合评价模型，运用该 模型对关门海峡航道系统进行评价，确定其危险程度。对影响较大的指标进行分 析，找出问题根源。为船舶安全航行和海峡科学管理提供依据。从而改善航行环 境，减少事故的隐患，为关门海峡航道系统的安全保驾护航。 关门海峡航道安全性分析和研究 第2 章交通安全评价方法 2 1 交通安全概述 人类对意外事故防范的认识经历了宿命论、经验论、系统论和本质论四个过 程，从主动寻找对策，探索预防事故本质，构建安全系统工程，到安全科学原理 研究。安全的科学体系理论是安全评价的理论基础。从最早的事故理论到目前的 风险控制理论，安全科学理论体系的发展经历了三个阶段，己初具规模，目前还 在不断的发展和完善之中。 交通安全是指在交通范畴内，不受威胁，没有危险、危害、损失【1 4 】。在传统 的交通安全系统中，危险和事故往往是表征交通安全程度的指标量。但是在现实 生活中能够明显发现危险和安全是相对意义上统一。不能说没有危险就一定安全， 也不能说安全的就定没有危险。所以说交通安全系统中没有绝对的安全，也没 有绝对危险。随着模糊理论的出现，我们能够在某一特定的环境下把交通系统的 安全程度很好的表达出来。安全程度大小可以通过安全性指标来表示，其符号用 s t 表示；危险性在交通领域主要是指对人、机器、环境和管理造成威胁的潜在可 能性。危险性用d 表示。安全性与危险性的关系为： s t = 1 d 事故是危险在一定环境的影响下产生的结果。危险程度( d w ) 大小可以通过事 故的危害度( s h ) 大小以及事故发生的概率( s g ) 来表征，即： d w = s h s g 事故的危害度是指事故发生所造成后果的程度，主要表现为人身损失、经济 损失以及所带来的消极影响等。事故的发生概率是指某一具体的条件下，事故的 发生数占总交通量的比例。 2 2 交通安全评价方法 随着研究的深入，安全评价的方法也层出不穷。针对研究问题的需要，不同 的评价方法具有不同的特性。根据研究问题性质的不同可分为：定性分析法、定 量分析法、定性与定量相结合分析法；按照研究问题角度不同分为安全指标法和 事故率法；其中数学工具和现代航海仿真是主要的安全评价工具。最常见的数学 第2 章交通安全评价方法 工具：概率与数理统计方法、模糊数学方法、运筹学方法。其中最具代表性、最 常用的方法有安全指数法、灰色关联度分析评价法和模糊综合评价法。 2 2 1 安全指数法 为了满足我国交通研究的需要，研究和评价不同时期船舶在不同港口或水域 交通安全状况，以吴兆麟教授为主导的研究团队，把船舶交通事故数与对应的船 舶活动量的比值作为衡量一个港口或水域某一期间船舶交通安全状况的指标，这 种港口船舶航行安全的评价方法叫做安全指数法。为了使安全指数能更好的适用 于不同的水域和( 或) 不同等级的事故，对安全指数进行了统一标准的换算【1 5 】。 其表达式： 安全指数= 综合换算事故数船长换算船舶活动量 按照交通部规定报表“船舶交通事故分级标准表”中规定，把重大事故、大 事故、一般事故作为事故级别的基础。为研究问题的需要，并结合船舶交通事故 的实际情况，把特大事故、小事故和事故隐患也作为事故的级别。其中以一般事 故作为参考标准，经过分析计算给出了各级事故换算系数，见表2 1 。 表2 1 事故分级及换算系数表 t a b2 1a c c i d e n tc l a s s i f i c a t i o na n dc o n v e r s i o nf a c t o r 船舶穿过港界的艘次数和船舶在港界内活动的艘次数总和构成了港口船舶活 动量。船舶穿过港晁的艘次数指的是船舶在单位时间内穿过设在港界线或其附近 的船舶交通实态观测门线的艘次数，船舶在港界内活动的艘次数指上述同一时间 内船舶从港界内的一地出发到达港界内的另一地( 或多地) 或回到出发地的艘次数。 取标准船为5 0 0 2 9 9 9 总吨( 或船长5 0 9 0 m ) 的船舶，根据船舶大小的不同将船舶分 为1 1 个等级，并赋予不同的换算系数( 见表2 2 ) 。对于拖带船队( 包括吊拖、旁拖 和项推) 而言，以其总长度或总吨之和作为参考，取表中对应的总吨或长度的换算 系数。 关门海峡航道安全陛分析和研究 表2 2 船舶分级及换算系数表 t a b2 2s h i pc l a s s i f i c a t i o na n dc o n v e r s i o nf a c t o r 2 2 2 灰色关联度评价方法 1 9 8 2 年，邓聚龙灰色系统控制问题在国际性杂志系统与控制通信上 的发表，宣告了灰色系统理论的诞生。灰色系统理论主要是利用已知信息来确定 系统的未知信息，使系统由“灰”变“白”，其最大的特点是对样本量没有严格 的要求，不要求服从任何分布。由于社会、经济等系统具有明显的层次复杂性， 结构关系的模糊性，动态变化的随机性，指标数据的不完全性和不确定性，使得 灰色系统理论得到了长足的发展1 4 j 。 海上交通安全系统包含多种因素，为了研究因素之间关系需要，有学者提出 了系统的关联度分析方法。通过对海上交通安全系统进行关联度分析，得出评价 对象的优劣次序。关联度分析方法的最大优点是它对数据量没有太高的要求，即 数据多与少都可以进行分析，针对某些海上交通安全系统获取资料有限和研究条 件不满足统计要求的情况，该评价方法具有实用性。 关联度是因素之间关联性大小的量度，它定量地描述了因素之间相对变化的 情况。灰色关联度分析是一种多因素统计分析方法，用灰色关联度来描述因素间 关系的强弱、大小和次序。从思路上看，关联度分析属于几何处理范畴。基本思 想是根据序列曲线几何形状的相似程度来判断其联系是否紧密，即认为几何形状 越接近，则发展变化态势越接近，关联程度越大。关联分析是通过分析、比较的 第2 章交通安全评价方法 方法，找出各因素曲线与结果曲线在几何形状上的差别。曲线之间关联度的定义 如下： 设x 。( t ) ( t ：l ，2 ，m ) 是参考序列( 母序列) ，x i ( t ) ( t = 1 ，2 ，m ；i = 1 ，2 ，n ) 是n 关门海峡航道安全性分析和研究 鼽荟w n _ 1 0 对r i 与r i 进行比较，当f ， _ 时，代表对结果的影响程度为第i 个因素比第 i 个因素大。 将各母序列与各子序列对应的关联度序列构成关联矩阵，适用于研究的母序 列和子序列不限于一个时。 设有l 个母序列( 结果) ： y l ( t ) ，y 2 ( 耽，y l ( 力 t = l ，2 ，m 有n 个子序列( 影响因素) ： x l ( f ) ，x 2 ( ，) ，x 。( 力 t = l ，2 ，m 如果用r i j 表示第i 个结果与第j 个因素的关联度，则 ( ，) f 甩= lr 2 1 1 2 1r 2 2 巧l乃2 为结果y l ( t ) ，y 2 ( 耽，y l ( t ) 与影响因素x l ( 力，x 2 ( t ) , - - , x 。( f ) 之间的关联度矩阵， 其中矩阵的每一行表示不同因素对同一结果的影响，每一列表示同一因素对不同 结果的影响。 2 2 3 模糊综合评价方法 海上交通安全系统是由人、机器、环境和管理等要素所组成，影响系统安全 的因素众多，而且其中大部分指标概念的界定比较模糊，对系统进行评价难度较 大，而模糊综合评价方法的提出能很好满足海上交通安全系统的评价需要。1 9 6 2 年美国控制论专家l a z a d e h 在一次国际学术会议上首次谈到模糊性的观念【3 3 】 【6 l 】，从而掀起对模糊理论的研究。模糊理论以模糊集合为基础，模糊集合就是指 具有某个模糊概念所描述的属性的对象的全体。其基本精神是接受模糊性现象存 在的事实，而以处理概念模糊不确定的事物为其研究目标。模糊集合是应事物描 第2 章交通安全评价方法 述的模糊性而产生的，即对于模糊概念所表现出的差异的中介过渡状态，需要引 入模糊集合才能用精确的数学语言对其进行定量的描述。 模糊综合评价是对具有多种属性的事物，或者说其总体优劣受多种因素影响 的事物，做出一个能合理地综合这些属性或因素的总体评判的方法。模糊综合评 价具有以下特征。一、模糊性：评价的结果为集合，模糊综合评价的结果是一个 集合，而不是一个点值，它较为准确地刻画了事物本身的模糊状况，因此模糊综 合评价结果在信息的质量上都具有优越性。二、定量性：各项评价指标用来衡量 评价对象的不同方面，因此具有不同的本质特性、价值体系和评价尺度。可量化 指标通过模拟或计算取得评价值，可调查性指标则通过建立评价标准等级，运用 对应的评价值进行评分，将结果汇总分析，以平均值为相应指标的隶属度；而经 验性评价指标则属于宏观评价指标，缺少具体的可量化测量工具，因此根据相关 管理者或专家经验评分，按模糊数学的隶属原则进行指标取值的量化。三、层次 性：评价的核心问题是对多指标进行综合处理。评价的指标众多且它们之间存在 层次性，必须进行多指标的分级，建立指标分级体系，以确保评价模型的科学性 和可行性。 根据模糊综合评价的特征，具体评价步骤如下：首先建立评价因素集、评价 集和权重集；其次进行单因素模糊评判和模糊综合评价；最后对系统体系要素进 行多层次模糊综合评价，具体的层次模糊综合评价方法将会在第3 章3 3 2 节进行 详细介绍。根据模糊综合评价方法，建立综合评价模型的程序一般为1 3 6 】： 评价因素体系的设计与确定；各评价因素权重的确定；各评价因素隶属度的确定； 综合评价模型的建立与应用。 2 3 本文评价方法的选择 狭水道航道安全系统是由人、机器、环境和管理等因素所组成，各因素之间 相互影响，相互作用，左右着狭水道航行安全，影响的因素众多，而且其中大部 分指标概念的界定比较模糊，对系统定量分析与评价难度较大。具体指标特点如 下： ( 1 ) 评价指标因素多 关j 海峡航道安全性分析和研究 狭水道航道安全系统的影响因素较多，所涉及的方面也比较广。主要由人， 机器、环境和管理四个方面组成。为了研究问题需要，本文主要从船舶安全状况， 航道环境安全，航行环境安全和航道安全管理四个方面入手。上述四个方面又包 括众多具体化的因素。为了避免判断所带来的局限性和片面性，更好反映狭水道 航道安全状况，建立单因素评判和多因素考虑的综合评价。 ( 2 ) 指标概念模糊 “低危险”、“较低危险”、“一般危险”、“较高危险”、“高危险”等 模糊概念在船舶交通安全性评价中经常使用。专家赋值和专家打分也存在一定的 模糊性。本文选择模糊综合评价方法，该方法为解决问题需要，对模糊概念加以 分析和定量化处理，既具有客观性，又具有主观性。接着通过对隶属度的求取来 评价系统安全状况，最后根据结果提出系统改善意见，更好的确保系统安全。 安全指数法认为船舶交通量的大小是造成交通事故重要因素，在研究中主要 把单位时间单位水域内船舶交通量作为研究依据。灰色关联度评价方法的基本思 想是根据序列曲线几何形状的相似程度来判断其联系是否紧密，分析影响因素。 模糊综合评价方法能对各影响因素进行定量计算，并考虑中间过程，为系统评价 研究提出有利支持。根据本文研究对象的需要，考虑各研究方法特点，本文选用 模糊综合评价方法作为评价方法。 第2 章交通安全评价方法 1 2 关i 、j 海峡航道安全性分析和研究 第3 章狭水道安全评价 3 1 评价指标的确定 影响狭水道安全的因素很多，从不同的角度出发，会得到不同的评价结果。 在进行综合评价时，科学、合理的选取评价指标尤为重要，确定评价指标的原则 如下： ( 1 ) 独立性和不兼容性：为了确保系统安全，所有指标应该既能够反映系统 的整体，同时相互之间又不存在交集。 ( 2 ) 可行性和时效性：可行性主要是指指标使用时的可靠和方便。时效性主 要是指指标能够适应时间和空间的改变，保证系统的安全有效。 ( 3 ) 定性和定量相结合：定性研究主要从问题的特征出发，把握问题变化规 律，以文字叙述为主。定量分析是以数据和公式的形式出现，根据定性指标提供 的实例或数据，找出其内在规律。 鉴于此，在选取评价指标时，本文充分考虑指标选取的原则，分层次、分步 骤进行，具体思路如下： ( 1 ) 根据狭水道航行的特点 狭水道特点为航道弯曲、宽度狭窄、水深不定、浅滩较多、潮流多变、障碍 物多、航行环境复杂，给船舶安全操纵带来了很大麻烦。其中影响条件包括：船 舶安全、航道环境、航行环境和航道管理。 ( 2 ) 根据影响船舶安全航行的因素 根据上海海事大学陈伟炯教授的安全分析的观点，船舶安全主要受人、机器、 环境和管理等因素的影响，狭水道安全也不例外。本文从上述四个方面出发，深 度剖析在狭水道航行过程中各因素所占的比重，建立二级和三级指标，力求在不 产生交集的情况尽量多考虑影响因素。 ( 3 ) 根据专家、船员、港口官员的意见 定性分析离不开专家和从业人员的经验支持，评价指标的确定更是如此。指 标的选取是综合专家、船员、港口官员的意见而得到的，其中包括大量的理论知 识和丰富的实践经验。他们对指标的选择以及比重的确定所给的建议有着绝对的 权威。专家调查是系统评价过程中一条不可多得的捷径。通过问卷调查和专家走 第3 章狭水道安全评价 访，对如何从定性角度解决问题有很大的启发。通过他们的指导，得到了狭水道 安全航行的操纵要领，也为系统指标的确定提供了依据。 在参考上述三点的基础上，本文通过综合考虑和有效整理，得出决定狭水道 航道安全的因素，然后结合关门海峡航道特点，对这些因素进行了必要的筛选。 在既不产生交集又能兼顾系统决策的方方面面的要求下，本文从定性和定量角度 进行评价，着重对船舶安全状况( 船舶吨位、船龄、船舶结构强度、船舶设备、船 舶应急反应水平) ，航道安全环境( 航道相对宽度、航道相对水深、航道弯曲度、碍 航物、航道交叉点) ，航行安全环境( 风的影响、流的影响、能见度情况、船舶交通 流) 和航道安全管理( v t s 监管服务、助航标志、应急反应能力) 几个方面进行评 价。狭水道安全评价指标体系如图3 1 所示。 狭 水 道 安 全 评 价 手旨 标 体 系 船舶安全状况 航道安全环境 航行安全环境 船舶吨位 斜 ) 9 自瑞 龄 船舶结构强度 搿 舶设备 应急反应水平 航道相对水深 航道相对宽度 航道弯曲度 碍航物 航道交叉点 能见度情况 风的影u 向 流的影响 船舶交通流量 一乇嚣 图3 1 狭水道安全评价指标体系 f i g3 1 a s s e s s m e n ti n d i c e so fn a r r o wc h a n n e ls e c u r i t y 关门海峡航道安全性分析和研究 3 2 评价指标的分析和评价标准 3 2 1 船舶安全状况的分析和评价标准 人、机器、环境和管理是决定安全的四大因素，如果船舶结构和设备存在隐 患，将直接影响整个系统的安全。为了减少船舶因素的影响，排除船舶安全的隐 患是狭水道航道安全研究中重要的一环。本节将主要从船舶自身的物理固有条件 出发，分析与船舶因素相关联的各子因素，其中主要对船舶结构、设备及性能进 行分析研究，同时也考虑了船舶的电子系统和自动控制系统等。为了考虑问题的 需要，本文把影响船舶安全的技术性因素仅作为参考。综上所述，本节主要从船 舶吨位、船龄、船舶强度、船舶设备和船舶应急反应水平入手，来分析和研究船 舶系统安全。 ( 1 ) 船舶吨位 船舶尺寸大小与海难事故的发生存在直接的关系。船舶尺寸主要是指船舶吨 位和船舶长度。在研究海难事故时，通常用船舶吨位来表示船舶大小。船舶吨位 越大，对船舶安全的影响也越大。从日本海事专家盐原对港口海事的统计得知， 船舶发生事故的平均概率与船长的3 2 次方成正比【3 2 】；而船舶发生碰撞事故的概率 ( m ) 随船舶吨位( t ) 的增大而增高，可以表示为m = o 0 0 1 4 1 9 t + 0 0 0 0 9 t 18 1 。众多权 威机构的船舶碰撞率统计数据显示，吨位大小是决定碰撞事故发生的直接因素。 此外，通过对厦门港1 9 8 8 1 9 9 7 年所发生碰撞事故的海事调查分析得知：3 0 0 0 5 0 0 0 总吨船舶碰撞事故数为1 0 0 0 1 5 0 0 总吨船舶碰撞事故数的3 倍；5 0 0 0 1 0 0 0 0 总吨船 舶碰撞的件数上升到7 倍。本文把船舶吨位分为五个等级，船舶吨位指标参考值 如表3 1 所示： 表3 1 船舶吨位的评价标准 t a b3 1e v a l u a t i o ns t a n d a r do fs h i pt o n n a g e ( 2 ) 船龄 船舶船龄的大小与船舶安全状况密不可分。据统计表明，1 9 9 0 1 9 9 4 年间全世 晃造成人命损失的散货船沉没事故为2 5 起，其中船龄最小的是1 4 1 6 年，最大的 第3 章狭水道安全评价 是2 2 2 6 年，船龄超过1 8 年的为绝大多数【3 4 】。虽然有些船舶通过必要的保养，机 器设备仍处于良好的工作状态，但是就一般情况而言，船舶事故的发生率随船龄 的增长而增多。为了增加公司收益，本来已经进入老年期的船舶仍然活跃在航运 战线上，这无形之中增加了狭水道航行的危险程度。为了减少船舶老龄化给船舶 安全带来的影响，在p s c 等相关检查中，加大了对老龄船的检查力度及检查范围， 从执法层面来加强对老龄船的监管。由此可见把船龄作为评价船舶安全的一个重 要指标是恰当和可行的。船龄评价指标参考值如表3 2 所示： 表3 2 船舶船龄的评价标准 t a b3 2e v a l u a t i o ns t a n d a r do fs h i pa g e ( 3 ) 船舶结构强度 船舶结构强度好坏