（交通信息工程及控制专业论文）锚泊船安全避台有效性核查.pdf

中文摘要 摘要 船舶在避离台风时，通常都要在港内或港外的锚地抛锚。船舶锚泊后由于受 到风、流、浪等外力因素的作用，可能发生走锚、碰撞和搁浅等事故。随着世界 经济和科技的发展，船舶规模不断壮大，船舶数量的增加及吨位的扩大，加大了 锚泊船舶密集度，给锚泊安全带来了严重影响，尤其对在台风季节进行锚泊避风 的锚泊船的安全影响更为突出。本文细致分析了导致船舶走锚的锚泊安全系统各 因素，提出了一种单船锚泊系统安全评价的实用方法。 船舶锚泊安全的评价是系统性评价。在人、船、环境三要素所构成的船舶安 全系统中，每一个要素都是由更为细小的若干指标因素构成。本文预先构造了各 指标因素的隶属度表并建立了评价隶属函数，通过层次分析法和模糊数学综合评 判方法，对船舶锚泊安全状况进行系统性的评价和分析，重点考虑各评价指标对 船舶锚泊系统安全评价的影响。同时通过对船舶锚泊抗台过程中的入为因素、船 舶因素、环境因素等特性的分析，对锚泊安全措施进行了初步探讨。籍此以满足 各船公司或船长对船舶抗台安全状况评价的需求，为船公司尤其是船长的决策提 供依据，具有一定的实际指导意义。 关键词：层次分析：模糊数学；隶属度；锚泊船舶；抗台措施 英文摘要 t h e f u z z ys y n t h e s i z ea s s e s s m e n to nt h es a f e t ys t a t eo fa n c h o rs h i p s a b s t r a c t 硼”v e s s e ls h o u l dd r o pa n c h o ra ta n c h o r a g ew h e r e v e ri no ro u to f p o r tf o re s c a p i n g f r o mt h et y p h o o n a sar e s u l to ft h ew i n d ，c u r r e n ta n dw a v e ，t h ev e s s e lm a yd r a y , c o l l i d e a n dg r o u n da f t e rl y i n ga ta n c h o r a sf o rt h ed e v e l o p m e n to f e c o n o m ya n ds c i e n c eo f t h e w o f l d t h ei n h e r eo ft h en u m b e ro ft o n n a g eo fv e s s e l sw i l li n t e n s i f yt h es h i p s d e n s e n e s si nt h e 舡屺h o r a g e hw i l lb ei nt h ed a n g e ro fs a f e t ye s p e c i a l l yf o rt h es h i p s s a f e t yd u r i n gt h et y p h o o ns e a s o n t h i sa r t i c l em a i n l ya n a l y z e sd e m e n t st h a tr e s u l ti n d r a gw h i c hw i l li n f l u e n c et h es a f e t yo ft h ev e s s e l ，a n di tp r o p o s e sp r a c t i c a lm e t h o dt h a t i sr e l e v a n tt ot h es a f ea n a l y s i st ot h ea n c h o r i n gs y s t e mf o rt h es i n 百es h i p t h es h i ps a f ee v a l u a t i o ni na n c h o r a g ei sas y s t e m i ce v a l u a t i o n t h ef a c t o mo ft h e s y s t e mi n c l u d em a r i n e r s , s h i pc o n d i t i o n sa n de n v i r o n m e n t e a c hf a c t o ri sc o m p o s e do f m o r es m a l la f f e e t i v ef a c t o r s i nt h ea r t i c l e ，t h ea u t h o rt r i e st oe s t i m a t et h es y s t e mb y a h pa n df i l z z ym a t h e m a r i e sm e t h o d s a l s o ，t h ea u t h o rt r i e st 0g i v et h em e a s l l r eo f s h e l t e r i n gb yt h er e s e a r c ho fm a r i n e r s , s h i pc o n d i t i o n sa n de n v i r o n m e n to ft h e a n c h o r a g es h i p s t h ea s s e s s m e n ta n dt h er e s e a r c ho ft h em e a s u r eo fs h e l t e r i n g c a n p m v i d es c i e n t i f i cb a s i sf o rs h i p p i n gc o m p a n i e s ，a n da d m i n i s t r a t i o nt oe n h a n c et h el e v e l o f m a n a g e m e n t k e yw o r d s ：a h p ；f u z z ym a t h e m a t i c s ；s u b o r d i n a t ed e g r e e ；a n c h o r a g es h i p ； m e a s u r et os h e l t e r i n g 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，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成硕士学位论文! 缝泊篮塞全避台直敦缝擅查：。除论文中已经注明引 用的内容外，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未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表或未公 开发的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 敝储獬7 名饥。h 钆月弓日 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“大连海事大学研究生学位论文提交、 版权使用管理办法”，同意大连海事大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。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。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于：保密口 不保密斫请在以上方框内打“”) 论文作者签名： 导师签名：毒差犀 日期：) 礴，口月弓日 锚泊船安全避台有效性核查 第1 章引言 1 1 研究背景及意义 西北太平洋海域每年都遭遇相当数量的台风袭击，由此造成的损失也相当巨 大，尤其是航运业造成的损失极为惨重，即使是在锚泊中的船舶也摆脱不了台风 的肆虐破坏。目前，船舶在锚地避台风过程中大多凭航海经验制定避台方案，往 往没有一个量化的校验方法来核实方案的有效性。而且，一旦发生走锚也不易察 觉，等到发现拖锚也为时已晚。因此有必要开展系列研究用以提高锚泊船避台措 施的有效性。锚泊船抗台核查方案，有比较突出的特色： 1 ) 本方案可以为船长采取避台措施提供更有利的支持。只要在避台风前提供 若干相关的系统因素就可以利用数学方法极其方便的得到本核查方案所提供的锚 泊安全状况，从而使船长对自己所采取的措施有效性心中有数。 2 ) 同时，这套避台方案是当前锚泊船实时检测本船在抵抗台风袭击过程中是 否安全有效的得力助手，具有良好的准确性效果，可以大大减轻船长和驾驶员在 避台过程中的负担，也可大大提高锚泊船的避台安全性。 3 ) 另外，该系统对航运公司的管理人员也有一定的参考价值，不仅可以使管 理人员正确地调度船舶，还可以加强对船舶的监管。将来随着航海技术和网络技 术的发展，船舶避台核查系统将会在航海实践中发挥越来越大的作用。 1 2 研究现状 为确保锚泊安全，揉船者应能根据本船的船舶条件( 船舶种类、装载状况、 吃水、船体强度、主机及舵性能等) 系泊条件( 锚的种类、锚链长度、锚泊方 法等) ；外力因素( 风、浪、流及其持续时间等) ；锚地环境( 海底底质、水 深、遮蔽情况、锚地面积、锚泊船密度等) 确定应采取的安全措施，并能够对本 船锚泊安全状况作出综合评价，以便事先对将要采取的避台措施作出正确的判断。 关于锚泊安全性评价的研究，目前总起来看，主要是从研究走锚入手。与走 锚问题有关的研究主要有3 个方面： ( 1 ) 预测锚泊船的偏荡运动 预测锚泊船偏荡运动的研究，多集中在偏荡运动数学模型的研究；偏荡运动 第1 章引言 与外界条件( 风、流、浪) 关系的研究，偏荡船体与锚链受力关系的研究。 象n o r r i b i n 的整体数学模型，宝田等o ”对风、流、浪同时作用于单点系泊系 统的情况进行了讨论，提出了在定常风和定常流的假设下的数学模型。该模型定 性地描述了试验结果，但定量上还是不够的。藤野1 的数学模型，提出了在单独 流作用下的偏荡运动计算方法，并取得与模型试验极其相符的结果。数学模型均 基于准定常流体力的假设。这种假设是不太合理的，这说明，偏荡运动数学模型 还不完善，还有待于进行大量的模型及实船试验和深入的理论分析，进一步完善 数学模型。 从收集的资料来看，无论模型试验还是理论分析，均是基于定常风的假设条 件，同对风的处理方法一样，对流也作定常处理，有的不考虑流的作用。 ( 2 ) 锚的特性 与走锚特性有关的研究主要集中在锚性能的研究和底质特性及与锚抓力关系 的研究。底质特性及与锚抓力关系的研究，主要集中于实验研究。花房进行了底 质采样、测定和拖锚试验，得到锚抓力系数与底质含泥率的关系式，并得到锚链 摩擦系数与含泥率的关系式。当锚爪向上时，底质越租糙，锚抓力越低。此外， 不同海湾，有不同底质条件，即底质有地域性，这也是影响锚抓力的因素。 ( 3 ) 对走锚危险的判断 关于判断走锚的方法，国内外学者也进行了探讨。可以说目前还没有准确、 清晰的走锚判定标准。研究工作者提出锚泊安全的评价指标及评价模型。单锚泊 安全性评价指标有两种：一种是走锚概率：另一种为走锚危险指数，即“超过概 率”。两者均是采用风险概率来评价锚泊安全度的。走锚概率评价模型是长尾义三 等基于走锚特性的模型实验结果而建立的。井上欣三出于操船者在安全方面的实 际感觉角度考虑，认为实际操船者更着眼于作用在锚上的外力有无使锚在海底拖 动的可能性，据此建立走锚危险指数评价模型。走锚危险指数若低于3 0 。，则走 锚危险性较小；当指数超过7 0 。时，走锚危险性将极大。 ( 3 ) 井上欣三以走锚船与其他船舶的碰撞概率为评价指标，建立了锚泊地安全 评价模型，但是，该模型有两条件：必须推定走锚后船舶漂流方向的概率密度函 数f ( 由) 的形式；假定有关各艘船的碰撞事故都是相互独立的。 锚泊船安全避台有效性核查 上述走锚概率评价模型和走锚危险指数评价模型都属于精确性数学模型，其 输出量( 评价指标) 表达的风险性的真实程度取决于走锚研究的结果。 综上所述，与走锚概率或走锚危险指数计算有关的走锚问题研究，存在着许多 没有能精确定量化的方面，而且对于造成船舶走锚的因素也不够全面，以致对其 认识还是不够客观、不够全面( 如自然风、非定常流、底质与锚抓力的关系等) 。 这就使走锚概率或走锚危险指数表达的锚泊风险性的真实性受到限制，于是也就 存在着提高锚泊安全性评价模型的客观性、真实性的必要性。 1 3 研究方向 本文是对抵抗台风过程中的锚泊船进行安全性评价，这与对正常营运中船舶 的安全评价是有较大区别的。从一般意义上讲，避台风过程中的船舶危险程度很 高。所谓“安全性评价”是对锚泊船的相对安全程度做出评价。本文通过对人、 船、环境三因素的综合评价，对锚泊中船舶安全状况进行核查，并对锚泊船走锚 原因进行研究。安全措施来源于对锚泊船的安全评价结果。由于对锚泊船的评价 具有复杂性和模糊性的特点，本文通过对人、船、环境因素的深入研究，采用多 级综合评判方法和层次分析法评价锚泊安全状况。如果船舶处于危险状态，则必 须采取相应措施。本文采用定量和定性的分析方法分析船舶的安全状况，特别是 对船舶造成走锚、偏荡的原因，如：船员的人为因素、船舶因素、环境因素等方 面进行研究，以此为依据确定锚泊系统安全性从而采取相应的操船措施，为船公 司和船长提供决策依据。 锚泊安全的确定牵涉的因素相当广泛，一般锚泊船进行安全评价所涉及的因素 主要有三大类：人、船、环境因素0 1 。锚泊船安全性的确定要以紧急情况下对影响 船舶安全的人、船、环境因素的综合评价为依据，并在综合考虑其它因素后予以 确定。 1 ) 首先，“人”主要指的是在船船员。对船员的评价主要是针对船员素质的评 价，从如下几个方面考察：船员的适任性，如资格证书的有效性，操纵设备的实 际操作能力等；海上资历；学历；年龄；心理素质；以及船员所属公司遵照i s m 规则建立的安全管理体系的运行情况是否良好等等。 第1 章引言 2 ) “船”，在本文中指的是处于避台风过程中的锚泊船舶。处于抗台风中的船 舶与正常锚泊中的船舶有较大的区别，其锚泊力、稳性、船体强度甚至船舶操纵 性能及设备的状态都发生了巨大的改变，基于正常状态下的锚泊理论难以适用该 状态下的船舶。需要对稳性、船体强度、大风浪对船舶操纵性能的影响等进行细 致的分析，以确定该情形下锚泊船的真实状态，为对锚泊船进行系统分析提供参 考和依据。 3 ) “环境因素”是指船舶抗台抛锚时的气象海洋环境、锚地情形等外在影响因 素。主要考虑风向、风速、浪高、流向、流速、天气情况、底质、锚泊船密集度 等，以及锚泊船的离岸距离和寻求救援情况等方面。 影响锚泊船安全性的因素很多，这就形成了以这些因素为要素的集合体 系统。系统与要素之间的关系是相互依存、互为条件，而且也是相互作用的。各 种要素在系统中的地位和作用不尽相同，特别是在数目较多的复杂系统中更是如 此“。 研究系统就要用系统工程的方法。系统工程是一门纵览全局，着眼整体，综 合利用各学科的思想与方法，以不同的方法和视角来处理系统各要素的配合与协 调，借助数学方法和计算杌工具，来规划和设计、组建、运行整个系统，是系统 的技术、经济、社会效果达到最优的方法性科学”1 。 锚泊船安全避台有效性核查 第2 章安全评价方法 2 1 锚泊船安全程度的模糊性 事物的模糊性是指客观差异的中介过渡所引起的划分上的一种不确定性，或概 念上没有明确界限所引起的一种不确定性“”。船舶的锚泊安全性作为一个研究对 象是极其复杂的，而复杂的东西往往是难以精确化。所谓“安全”、“危险”的 概念本身其外延就不清楚，另外由于考虑角度的不同，对锚泊船安全性评价缺乏 统一的标准。锚泊船达到什么样的程度就是相对安全的，这很难用精确的语言进 行叙述。多数船公司对锚泊船舶的相对安全程度的判断多仰赖于总船长或轮机长 经验的积累，里面搀杂了许多主观因素，并且很难进行技术性交流，缺乏指导性。 2 2 定性和定量相结合的方法 定性和定量分析的方法是系统工程研究中常用的两种基本方法。在许多情冽 下，定性分析是决定研究方向的，而定量分析贝| j 菝供了系统行为的数量表示。 定性分析的方法通常指从事物的现象入手的事物特征、本质进行深入“质” 的研究、分析的方法。通常利用经验、常识来对所研究的系统进行本质的分析。 定性分析方法多用于社会科学研究 定量分析是指利用各种的数学方法对事物进行精确的、数量化的“量”的分 析。通常采用的是各种数学方法，如统计、积分等。定量分析方法多用于自然科 学的研究。 近年来，随着系统工程方法的出现，利用单纯的定性分析方法或单纯的定量 分析方法难以解决科学研究中的具体问题，因而，人们探索利用定性和定量楣结 合的方法对复杂的系统进行深入的分析。这种方法对于系统建模、结构分析、系 统诊断、系统预测等环节都是十分有效的。由于锚泊船系统安全性是一个较为复 杂的系统，影响它的因素众多，本文拟利用定性分析和定量分析相结合的方法来 对锚泊船安全性进行综合评价。 利用定性和定量相结合的方法进行系统分析和评价，可以弥补单纯定性分析 和单纯定量分析所产生的不足。单纯定性分析容易造成研究的粗浅化，片面追求 定量分析也容易失去研究的真实性。由于学科种类日趋复杂，不同学科进行交叉 第2 章安全评价方法 有产生了新的“量化”分析，有利于全面综合、客观真实地反映所研究事物的规 律。随着科技的发展，定性和定量相结合的的方法在系统建摸模、系统分析中将 起到广泛的作用。 2 3 模糊数学及其简介 自然界处处存在着模糊现象。 由于历史原因，人们习惯追求精确性和清晰性，总是试图利用传统数学对任 何事物实现严格、精确的量化表示。随着科学的发展，研究对象越来约复杂，具 体体现在：影响事物的因素众多，人们不可能认识全部因素，使得清晰的现象 也变模糊了。模糊是绝对的。而清晰是相对的，研究深度的增加导致模糊性逐 次积累。因此，精确性和模糊性的对立是当今科学发展面临的一个十分突出的矛 盾。z a d e h 注意到这个矛盾，总结出互克性原理：“随着系统复杂性的增长，我们 对其特性作出精确而有意义的描述能力相应的降低，之达到一个阈值，一旦超过 它，精确性而有意义性( 或贴近性) 几乎成为两个互相排斥的特征。”也就是说， 复杂程度越高，模糊程度越强，精确程度也就越低叫。 模糊数学出现在1 9 6 5 年，以扎德模糊集合一文为其产生的标志。模糊数 学一出现就表现出了强大的生命力和学科渗透力。7 0 年代后，模糊数学被广泛地 应用于气象学、医学，而且在在人工智能中应用取得了良好的效果。此外，在社 会科学和经济学中，由于存在大量的模糊概念，而且被研究的对象往往是复杂的 多因素影响和相互作用的大系统。如果用传统的确定性数学对其进行描述、估计 和预测是十分困难的，而应用模糊数学则可以取得良好的效果。 本文在对锚泊船安全性的因素进行分析研究时，考虑到锚泊船安全性是一个复 杂的系统，影响它的因素众多，而且大部分指标难以进行精确的定量分析，因而采 用了模糊综合评判的方法建立评判模型。综合评判是在模糊的环境中，考虑了多种 因素的影响，出于某种目的对事物作出的综合决断，具有系统性和模糊性两大特点。 2 3 1 模糊集合 模糊集合是模糊理论的基础，如同集合是现代数学的基础一样。模糊理论就 是由扎德的论文模糊集合发展而来的。模糊集合的概念可以表述如下： 锚泊船安全避台有效性核查 一般而言，在不同程度上具有某种特定性质的所有元素的总和叫模糊集合。 模糊集合是应事物描述的模糊性而产生的。一般，普通集合可以解决精确住的集e 合问题，即“属于”和“不属于”集合的问题。而某些事物是无法用普通集合进 行描述的，如饥俄、个高个矮、年轻年老、身体健康程度等问题，并不是简单地 用是或不是就可以描述的，因而，表示这些模糊性的事物和概念，就需要引入模 糊集合“1 。 2 3 2 隶属函数与隶属度 隶属函数是模糊数学最基本和最重要的概念。在模糊理论中，对事物模糊性 的描述只有通过隶属函数才能进行。扎德对模糊理论的最大贡献之一就是引进了 隶属函数这一新概念。 在普通集合中，描述集合的方法就是用特征函数。设a 是论域u 中的一个子 集，则对于“u ，存在“血或“萑a ，两者必居其一。如果把u 属于a 这种情5 况记作“1 ”，把u 不属于a 记作“0 ”。则在论域u 中，每一个a 都和u 中的 个二值函数x a 对应。换言之，论域u 中的每一个二值函数x ，对应a 。 特征函数的定义：对于给定的论域u 的子集a ，映射 x ：u 一( o ，1 定义为：确 ) = 芑：三三 c z ， 则称x 为a 的特征函数。 显然，x 只能取0 或1 。 在模糊性的事物中，用特征函数来表示其属性是不恰当的，因为模糊事物根 本无法断然确定其归属，所以不能用绝对的0 或1 来表示。为了说明具有模糊性 事物的归属，将特征函数的取值0 或1 的情况，改为对封闭区间 o ，1 取值。则 特征函数就可以取o 1 之间的无穷值，这样，特征函数就成了一个无穷多值的连 续逻辑函数，因而就得到了描述模糊集合的特征函数隶属函数旧。 第2 章安全评价方法 由于模糊集合通常是某个论域中的子集，所以，在讨论模糊集合时，一般也 称模糊集合为模糊子集。模糊集合没有明确的边界，故在普通集合中所用的枚举 法和定义法都不能用于描述模糊集合，只能用隶属函数来表示”1 。 隶属函数的概念为：用于描述模糊集合，并在 o ，1 闭区间可以连续取值的 特征函数。隶属函数用l l 一( x ) 表示，其中a 表示模糊集合，而x 是a 的元素。 隶属函数满足：0 s z a ( x ) 1 隶属函数是模糊数学中最重要也是最基本的概念。有了隶属函数以后，人们 就可以把元素对模糊集合的归属程度恰当地表示出来。利用隶属函数可以表示出 事物性质的模糊性。隶属函数靠经验获取，在一定情况下，隶属函数也可以推理 得到。 对于x u ，1 1 。( x ) 称为元素x 对彳的隶属度，即x 属于a 的程度。 2 3 3 模糊关系 设u ，v 为两个集合，u 到v 的一个( - - 元) 模糊关系斤是u x v 中的一个模糊 集合，其隶属函数用i l z x ，y ) 表示。鳓：u x v - - 1 ，0 】，亦即，对予z a ( x ，y ) u x v ， i l 。( x ，y ) 表达x 对y 有关系斤的程度，或x 对y 的关于厅的相关程度。模糊关 系亓一般表达为： j 2 = it z r o ，力i ( x ，力 ( 2 2 ) u x v 当因索集u ( 包括影响评价对象的各个因素) ，评价集v ( 包括对评价对象可 能作出的评价结果) 为有限集合时，u 与v 之间的模糊关系亓也可以用评价矩阵来 表达，如： u = “，屯， ，其中薯( 扛1 ，2 ，珂) 是若干影响因素 y = “，y 2 ，虼 ，其中y j ( j - - 1 ，2 ，m ) 是若干可能做出的评价结果 则月可以表达为：r = 【珞】。 其中 勺= i t r ( 而，m ) 0 勺l ( 2 3 ) 模糊综合评判的目的是通过对评价对象综合考虑所有影响因素，能够从评价 集中获得一个最佳的评价结果。模糊关系是进行模糊评价的关键。 - 3 锚泊船安全避台有效性核查 如果记u x v 上全体模糊关系构成的f ( u x v ) ，由于模糊关系也是模糊集合， 模糊关系也有相应的并、交、补等运算，当u 和v 为有限集时，模糊关系的运算 一般可以以模糊矩阵的形式来进行。 2 3 4 模糊合成算子 常用的模糊合成算子( ，v ) 、( o ，v ) 、( 。，+ ) ( ，v ) 为主因素决定型算子，只考虑最突出因素的作用，其它因素并不真正起 作用伽。 ( o ，v ) 为主因素突出型算子，适当考虑了其它次要因素的作用旧。 ( 。，+ ) 为加权平均型算子，使得各因素都会对评价经过有贡献嗍。 在实际问题中，不一定限于已知的算子对，应该根据具体的情况，采用适当 的算子对。只要所用的算子对一方面能抓住实际问题的本质，获得满意的效果， 另一方面保证模糊合成结果岛满足：0 点，1 ，= 1 ，2 - , m 即可。 2 4 模糊数学综合评判模型 2 4 1 评价程序 依据模糊评价模型建立的一般方法，建立综合评判模型的程序为： 评价指标体系的设计与确定； 各种评价指标权重的确定； 各种评价指标的隶属度的确定： 模型的建立与应用。 2 4 2 单级综合评判模型 在现实生活中，同一种事物往往具有多种属性，因此在对事物进行评判时， 就要兼顾事物的各个方面，对相关因素作综合考虑，这就是所谓的综合评判的问 题，是系统工程的基本环节。 设u = “，屹，) 为r 1 种影响因素，y = “，v 2 ， 为m 个决策等级( 评价 结果) ，由于各种因素在不同类型的人们心目中对总评价的影响程度不同，因而 第2 章安全评价方法 评语也不尽相同。由于人们对m 个决策等级并非绝对肯定或否定，因而综合评价 可以看作v 的一个模糊子集( 也称为等级模糊子集) 。 b = 岛，6 2 ，k ，( y ) ( 2 4 ) b ，反映了第j 个抉择v ，在综合评判中所占的地位( 即v ，对b 的隶属度) 。 因素重要程度a 依赖于各种因素对总评价的影响程度，它可以看作u 的模糊 子集： a = 弛，a 2 ， f ( u ) ( 2 5 ) 这里a ，( i = 1 ，2 ，n ) 是第i 种因素u 。对a 的隶属度，即反映了各个因 素在综合评价中所具有的重要程度，在总评价中影响程度大小的度量，在一定程 度上也代表根据单因素u 。评定等级的能力，可能是一种调整系数或者限制系数， 也可能是普通权系数。a 称为u 的因素重要程度模糊子集( 简称因素模糊子集) ， a t 称为因素的重要程度系数。通常应满足归一性和非负性条件：q = 1 ，q2 0 ，；l 给定因素模糊予集a ，若要得到一个相应的综合评判b ，就需要建立一个从u 到￥的模糊变换t ，如果对每一个因素t l ”单独作出一个评语苁材，) ，( 功，于是 得到一个从u 列v 的模糊映射，它可以诱导出一个从u 到v 的模糊变换t f 。以t r 作为由因素模糊子集a 得到综合评价的数学模型。所以，综合评判的数学模型主 要有三个要素： 1 、因素集u = “，吐， ) 2 、抉择评语集v = “，v 2 ，) 3 、单因素评判i 厂：【，一f ( 矿) ，t i t 一厂 j ) = ( ，2 ，r i m ) f ( v ) 由f 可诱 导模糊关系： r ，e ，( u 矿) r ( 吩，v j ) = 厂( 辑，) = ，；f 因此r f 可由模糊矩阵r ，k 。表示。( 称之为单因素评判矩阵) 锚泊船安全避台有效性核查 引 r = i 玛i - 旧 t i i1 2 吃l吃2 l 2 ( 2 6 ) 模糊关系r 可诱导u 到v 的模糊变换t f ，对因素模糊子集4 = a t ，a 2 ，) 可 得综合评判b = a o r f ( 功 或( 6 l ，岛，k ) ：( q ，呜，) 。降12 ： 1 1 l1 2 i l 珞2 * 其中 屯。二( q 吩) ，= 1 ，2 ， 朋 是：在综合考虑所有影响因素的情况下， 属度。 ( 2 7 ) 式中b ，为模糊综合评价指标，它的含义 评价对象对评价集v 中第j 个元素的隶 于是( u ，v ，r ) 组成一个综合评判模型，模糊关系r 可以看作是从u 到抉择 评语集v 的转换器，每输入一个模糊向量a ，就可以输出个相应的综合评判结果 b c 5 1 。这种系统要考虑的因素只有一个层次( 单级) ，各因素之间没有层次分别， 对这种系统进行的模糊综合评判称之为单级综合评判。单级综合评判是模糊综合 评判的初始模型。 2 4 3 多级综合评判模型 在复杂系统中，要考虑的因素往往很多。并且各因素之间还有层次之分。在 这种复杂的情况下，如果仍用单级综合评判模型，每一因素所分得的权重很小， 因而在r 作模糊运算时，r 的信息会丢失很多，常常出现决策结果不易分辨的情况， 得不出有意义的评判结果。 在实际应用中，可把u 按某些属性分成几类，先对每一类( 因素较少) 作综 合评判，然后再对评判结果”类”之间的高层次的综合评判，下面以二级综合评 判为例介绍其评判步骤： 设因素集u = “，屹，u n ，抉择评语集矿= “，v 2 ，以 。 第2 章安全评价方法 划分因素集u 对因素集u 作划分，即u = u z ，。， 式中q = ，u t 2 ， * o p ) ，i = l ，2 ，- ，即u t 中含有k t 个元素，岛= 以 i - i 并且满足下列条件： u 弘= 【，n q = ，f j ，- l 初级评判 对每个u ；的k 。个因素，按单级综合评判模型作评判。设u 。的因素重要程度模 糊子集为a 。，u l 的k 个因素的总的评价矩阵为r 1 ，于是得到： 旦= 4o r = ( 6 i ，6 f 2 ，) ，f = 1 ，2 ，n ( 2 8 ) 二级评判 设u = “。，d 2 c ，u 。) 的因素重要程度模糊子集为a ，u 的总的评价矩阵r 为： r = ( 2 9 ) 则得出总的( 二级) 综合评判结果：b = a 。r ，这也是因素集u - - u ，甜：， 的 综合评判结果。评判过程如下图( 2 1 ) 所示。上述的综合评判模型即为二级综合 评判模型。如果因素集u 的元素非常多，则可以对它进行多级划分，并进行更高 层次的综合评判。 图2 1 二级综合评判过程 2 足r r o o h o 4 以 | l 锚泊船安全避台有效性核查 第3 章安全评价指标体系分析 3 1 建立指标体系的原则 怎样选择评价指标是整个评价课题的核心，其成功与否将直接影响评价系统 的成败。本文的锚泊船安全性评价体系主要应用于各航运企业及船长对锚泊船安 全系统的综合评价，主要通过对影响锚泊船安全性的各种因素进行评判，在指定 本评价体系时应充分依据以下原则： 目标统一原则：如何考察锚泊船的安全评价体系是本课题的基本取向，选 定指标时永远不能偏离这个总目标。 实事求是的原则：评判体系中各项指标的选取不能脱离实际，应综合考虑 实际工作中，影响锚泊船安全性的真正原因，不能任意夸大或缩小其作用。 实践性原则：采用定性和定量相结合的等级标准。评判指标的选取应具体， 便于观察、量化和操作，尽量减少主观因素的影响，能客观地反映实际情况。 相对独立性原则：评判体系内各指标应相对独立，以便进行各指标的测定 和汇总，对锚泊船安全性有一个全面、合理的评定。 简明性和可操作性相结合的原则：在指定指标体系时，力求作到指标的项 目内涵明确、精练，重点突出，具有较好的可测性和可操作性。 在多指标综合评价中，指标体系的建立是前提条件。通过对所评价的对象进 行系统性的分析，找出能够综合反映所评价对象优劣水平的多指标体系，并在建 立指标体系的基础上定性、定量地确定各评价指标的评价值以后才能进行各指标 的综合评判。在建立评判模型前，应首先进行系统分析，归纳总结出影响评价对 象的各主要因素，再通过较大规模的专家调查达到多指标评价的第一步，即建立 综合评价指标体系。 以下是对锚泊船船员特征、船舶特征和环境特征等三方面进行有意义的分析。 影响锚泊船安全性的因素很多，本文在第一节中已详细叙述了锚泊系统各因素与 锚泊船安全之间的关系，其实锚泊船安全性就是锚泊系统综合因素的具体体现。 第3 章安全评价指标体系分析 根据上述对锚泊船安全因素的分析，针对影响系统安全性的主要因素。结合 专家指导和作者日常对船员、船舶、环境的观察和体会，本文认为影响因素主要 有：船员、船舶、锚泊环境。 3 2 指标体系的初选 船员因素包括知识水平、航海经验、实践技能、心理素质；船舶因素包括锚 设备状况、船舶装载状况、锚泊方式、船舶操纵性能等；环境因素包括锚地环境、 气象环境、水域环境、海浪状况。这三大因索组成整个锚泊系统a 。以锚泊系统 a 。作为母系统，即以由船员、船舶以及周围环境等各因素构成的整个锚泊系统作为 研究对象，可系统地进行锚泊船安全性评判，提高锚泊船的安全性。以系统a ，作 为研究对象，评价单船锚泊安全性，其层次结构如下图。 锚泊系统船舶特征 锚设备状况 装载状况 锚泊方式 操纵性能 环境特征 蓁蓁蓁萋 l 水域环境 图3 1 锚泊系统层次化结构 因此，只有全面的考虑影确锚泊船安全的各因素，才能保证评价的科学性和严 肃性。由于船舶系统的复杂性，必须对影响指标：船员因素( 操船人) 、船舶因 素、环境因素进行详细分类叙述。 搡船者、锚泊船特征及锚泊环境之间的关系配合得协调与否，直接影响船舶安 全。为了评价锚泊系统安全，全面了解影响锚泊安全的各因素，需要在层次结构 平验能质水经技素识海践理 知航实心 ，_l_-_l，lll_i_l e，i特员船 锚泊船安全避台有效性核查 上将船员条件、船舶条件、环境条件各自涉及的子因素表示为如下图3 2 、图3 3 、 图3 4 。 3 3 指标体系分析 3 3 1 船员因素 1 9 1 6 年法国实业家h e n r if a y o i 将管理分成规划、组织、命令、协调及控制 等五种基本程序或功能。航运管理的现代化使得船员管理变得七分科学、三分艺 术，并引起国际航运界的重视咖。对锚泊船舶的安全评价离不开对人的考虑，船 员是船舶上唯一能发挥主观能动性的因素，当然也不能超越人的局限性，把船舶 的安危全都寄托于人身上“”。据统计，海事事故中由于操作不当导致的碰撞事故 占5 0 以上“”，其它事故也对船舶的安全影响巨大嘀1 ，且所有的海上事故中，8 0 以上与船员有直接的关系，因此要对与船员有关的影响船舶安全的因素进行全面 分析和评价。 多年来，在船舶安全管理上侧重于人的行为，对物的安全状态则侧重于机械、 设备的先进程度，而对船体则缺乏必要的研究，过分依赖法定检验机关对船体的 检验结果阻1 。对船体和船舶设备的熟悉程度在一定程度上决定了船员的操作的合 理性。损伤船舶的强度、稳性、浮态的变化趋势难以凭经验和操作指南进行判断。 只有对船体和船舶操纵有深刻的理解，并有雄厚的理论知识做基础。才能对船舶 的现有状况做出合理的判断。目前，高级船员的学历水平不统一，中专、专科、 本科等各个层次都有，不同学历的船员对同一件海事做出的判断因个人的知识背 景不同而有所不同。船舶设备的现代化、复杂化，船舶的大型化，以及特种船舶 在商用船舶中比重的不断增加，使得现代船舶操纵发生了质的变化。船员工作逐 步超出了纯粹的操作和应用层次。学历逐渐成为高级船员进一步发展的重要影响 因素。 第3 章安全评价指标体系分析 船员特征 知识水平 适差霪书 航海经验 耋萎 实践技能( 实际操船能力) 图3 2 心理素质 安全意识 f 责任心 i 意志品质 ( 1 ) 理论知识水平 理论知识一般指船员对其所服务的船舶及其担任的职务所需的知识，也泛指 船员经过学习以及所接受的教育培训的所得。对船员理论知识的要求，s t c w 7 8 9 5 公约有明确的规定。例如，操作级或管理级驾驶员和轮机员的主要课程、应急、 职业安全、医疗及求生训练以及对特定种类船舶的人员的特殊训练要求。此外， 还要求船员熟知s o l a s 公约m a r p o l 公约等国际公约的有关内容，特别是船员对航 海专业知识的全面掌握。理论知识是正确进行航海实践的指导，是实现安全生产 的基石，可以说没有理论知识知道的实践是盲目的。 对理论知识的要求应针对船员不同的岗位和职务有不同的要求。按s t c w 7 8 9 5 公约的功能块要求，现代的船员可以是多能的和渊博的，但不同身份的船员应具 备的理论知识至少包括以下几条： 与船员职务和岗位相适应的航海专业知识； 特殊种类船( 特种船) 的特殊培训的专业理论知识： 熟知s o l a s 公约、m a r p o l 公约等国际公约的有关内容，以及i s m 规则、p s c 检查以及i s p s 等相关知识。 ( 2 ) 航海经验 数量足够的合格或有经验的全体船员脚1 的团结协作，迅速有效的执行命令是保 证船舶正常运行的有力保证。锚泊船会对船员特别是船长造成心理应激口q 嘲。 危险情景和突发事件产生的紧张刺激，一方面会使船员集中注意力，调动潜能， 1 6 锚泊船安全避台有效性核查 迅速果断的做出决定，另一方面也会带来消极反应。通过对心理应激的特性的研 究发现熟练的操船者的心理压力小跏，所以海上经历是面对海事时影响船员安全 操作的重要因素。 锚泊船船员的业务能力是考察其适任性的重要指标之一。锚泊船避台风时的 危险性很高，其操作程序较为复杂，因而对其船员的业务水平要求较高，要求他 们不仅要具有普通船员的业务水平，还要求具备避离台风所具备的航海技能。 ( 3 ) 实践操作技能 船员的实践操作能力指船员应具备的其所担任职务所需的实际操作技术和能 力或船员在实作训练、操演、模拟练习、海上实习、见习等方面的实作能力。它 是船员正确运用理论知识的能力，也是船员业务素质的具体体现。 实操能力是船员理论知识及其心理、身体素质的综合体现，是考察船员适任 性的关键。 ( 4 ) 船员心理素质 分析众多的锚泊船事故不难看出，完全由于当值人员责任心不强、疏予检测、 玩忽职守或者有关人员安全意识淡薄等人为因素是酿成事故的根源。责任心和安 全意识是船员心理因素中占主导地位具有充分主动性的特点的重要环节，是船舶 安全的思想保障。 责任心 有责任心的船员，表现在具有正确的价值观、有自我约束的敬业精神、有较 强的事业心和使命感，具有接受艰苦和挑战的思想准备，他们具有国际海员良好 的职业作风、好学上进、任劳任怨。责任心是海员职业作风的重要表现。缺乏责 任心必然产生惰性、导致疏忽，责任心是船员良好心理素质的前提。 安全意识 船员的安全意识是一种优化了的能力，这种能力实在一定的专业知识和丰富 的航海经验条件下有选择地分析客体和事件，观察事物，进行主动的、稳定的认 知使人们具有更灵活的、适应的反应潜能，为保障生命安全提供了较大的帮助， 是保证船舶安全的最基础的个体因素，是规范船员安全生产行为的根本。 意志品质 第3 章安全评价指标体系分析 意志品质表现在船员的自觉性( 自觉遵守各项规章制度、规则等) 、果断性 ( 针对航海中复杂的环境和以外情况时，抓住时机，大胆勇敢、迅速合理地处理 问题) 、自制力( 善于控制自己的生理、心理需要。抗拒内外原因的困惑和干扰 的能力) 以及坚韧性( 以坚韧的毅力、顽强的精神把决定执行到底的素质，具有 较强的承受力) 。 综合如上方面，影响锚泊安全的船员因素主要考虑：知识水平、航海经验、实 践技能、心理素质等四个方面。 3 3 2 船舶因素 船舶特征 装载状况( 船舶吃水、船舶稳性、船舶强度) 锚设备状况( 锚型、锚重、出链长度) 锚泊方式( 单锚泊、八字锚、平行锚、一字锚、止荡锚) 操级性能( 船型、吃水、吃水差、主机性能) 图3 3 船舶特征的层次化结构 对船舶安全的评价一般要考虑船舶的吨位、船龄、船舶设备、资料配备、稳 性、浮态等方面，而对于锚泊船舶而言，侧重点又有所不同。应当主要考虑如下 因素：船型、船舶稳性、船舶强度、锚设备状况、锚泊方式、船舶操纵性能及有 关安全设备的配备等。 ( 1 ) 船舶种类 船舶种类对船舶安全的评价有重大的影响。按客体不同，船舶种类有杂货船、 集装箱船、油船、液化气船、客船、散货船、挖泥船、冷藏船、滚装船、渡船等。 同一种类船舶，水下船体有肥瘦差别，定量上表现为其方形系数不同；水上船型， 由于受风面积和上层建筑的分布不同，有各自不同的特征。比如滚装船、集装箱 船、客船等受风面积很大，作用在船体上的风压力就很大，造成锚链上的张力急 剧增加。一方面，当锚链张力大于锚泊力时，就造成走锚：另一方面，也加剧了 船舶偏荡程度。 对于危险度极高的船舶类型，如油船、天然气船、化学品船等，由于其潜在的 锚泊船安全避台有效性核查 危险性极大，同样应该尽量采取较为保守的决策哳1 。因此，船舶种类和船型是客 观评价锚泊船安全性的重要因素。 ( 2 ) 船龄 船龄与船舶安全状况成反比。随着船龄的增长，船体结构呈现疲劳状态，强度 下降，船舶设备技术状况下降，故障率增加。特别是船龄达1 5 年以上的船舶，已 经接近船舶的设计寿命( 2 0 年) ，一般进入损耗失效期，船舶的老化、疲劳、蚀耗 现象严重，对船舶的安全造成潜在威胁。据统计，船舶船龄越大，船舶灭失率越 高3 ”。 ( 3 ) 船舶稳性 船舶稳性是指船舶在受到外力作用下会偏离其平衡位置，而当外力消除后，船 舶能恢复到原来平衡位置的能力。船舶具有合适的稳性高度对于保障船舶的安全 至关重要，而锚泊船舶的稳性对船舶能否生存起决定性的作用。根据1 9 7 4 年国 际海上人命安全公约中对船舶稳性的要求，船舶稳性高度必须为正值。如果经 计算，船体甲板上浪后船舶的最终稳性为负值，则船舶不能正常漂浮于水面。当 锚泊船舶所处的环境比较恶劣，风浪比较大时，由于存在外力的作用，此时还要 求船舶的剩余动稳性曲线满足要求，使船舶具有的最小倾覆力矩足以能抵抗风浪 的联合作用。 ( 4 ) 船体强度 船体强度是船舶抵抗各种外力作用不至于造成船体损坏的能力。因多数船体本 身细长，对于船体结构安全起全局性和决定性影响的是船体的纵向强度。船舶由 于部分船体甲板上浪，使得船舶在纵向上重量载荷和浮力的分布产生很大变化， 上浪位置离船中越远，再加上舷侧涌浪对船体的扭转力越大，对船体的总纵强度 影响很大，造成船体的应力增加，当应力达到或超过船舶材料的许用应力后，船 舶的抵抗能力不再满足要求，最终造成船体裂纹扩大直至断裂，出现严重后果。 ( 5 ) 操纵性能 船舶在台风过境时，会对船舶的操纵性产生巨大的影响。如：甲板上浪导致船 舶重量增加，更为严重的是船体所受风压力巨大，使操纵性变差：尤其是在空船 状态情况下，从而使得操纵设备，如舵设备，失灵：由于台风造成海面上涌浪巨 第3 章安全评价指标体系分析 大船体横向倾斜也会对船舶的操纵性造成影响；操纵性能降低对锚泊船舶，特别 是在台风过境中的船舶，展开自行抗台非常不利。 ( 6 ) 锚 船舶要求锚具备的主要特性是抓力大，稳定性好，在收藏位置时抗浪击，便 于收放操作以及自洁能力。锚泊旨在锚抓住海底，抵抗锚链“传递”过来的船体 作用力，从而使船舶系留在一定范围内。衡量