（交通信息工程及控制专业论文）航道水域船舶航行环境危险度的评价.pdf

中文摘要 摘要 近年来，由于船舶种类的多样化、船舶的大型化、高速化、交通的拥挤、桥 梁的建设、港湾设施的增加等等，使航行环境发生了激烈的变化，使船舶航行环 境变的越来越复杂，而船舶驾驶人员是在给定的环境条件下驾驶给定的船舶，围 绕船舶航运环境发生的剧烈变化，对于在这一环境条件下来完成安全高效的操船 任务的操船者来说，其操船的困难程度越来越大。由于船舶驾驶人员的操船负担 越来越大，在操船过程中会产生越来越多的失误。为此，为了预防和减少海难事 故的发生，实现安全、高效的海上运输，除了提高船舶驾驶人员的素质和船舶性 能、加强管理外，还要对船舶航行的周围环境进行改善，而环境条件的改善是在 对环境状况进行系统分析、评价的基础上进行的，即我们应该了解该水域船舶航 行的危险因素是什么，危险达到怎样的程度，从而采取有针对性的措施进行改善。 本文把船舶航行环境的危险程度作为评价对象，分析了影响船舶航行安全的 主要环境因素，确立了船舶航行环境的危险度评价指标，并以国内外的有关研究 结论及操船模拟结果和专家咨询为依据，对于所需的每个评价指标设定危险度评 价标准，应用灰色系统理论中的灰色聚类和灰色统计评估的方法，构建了航道水 域危险度的评价模型，并将该模型应用于青岛港附近航道水域的危险度具体评价 中，对该模型的可应用性进行了验证。 该评价方法可用于评价各分航道航行环境的危险程度，在此基础上评价出整 个航道航行环境的危险程度。通过该评价，可以了解和掌握水域航行环境的危险 程度以及各评价指标对船舶航行安全的影响程度，为改善水域的船舶航行环境和 确定水域的危险程度提供科学的理论根据。 关键词：航行环境，评价标准，危险度，灰色系统 英文摘要 e v a l u a t i o no nd a n g e rd e g r e eo f s h i p - o p e r a t i n ge n v i r o n m e n t i nn a v i g a b l ew a t e r s a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，s a i l i n ge n v i r o n m e n tc h a n g e sal o ta n db e c o m e sm o r ea n dm o r e c o m p l i c a t e db e c a u s et h ev a r i e t yo fs h i p sg r o w s ，t h es h i p sb e c o m el a r g e r ，f a s t e ra n dt h e r o u t e sm o r ec r o w d e d , m o r eb r i d g e sa n dp o r tf a c i l i t i e s ，b u to p e r a t o r sh a v et oo p e r a t e c e r t a i ns h i pu n d e rc m a l ne n v i r o n m e n t b a s e do nt h es e v e r ec h a n g e sa r o u n ds a i l i n g e n v i r o n m e n t , t h ed i f f i c u l t yf o ro p e r a t i o nb e c o m e sh a r d e ra n dh a r d e rf o ro p e r a t o r st o f i n i s ht a s k ss a f e l ya n de f f i c i e n t l yu n d e rt h i se n v k o n m e u t m o r em i s t a k e sw i l lo c c u r b e c a u s et h ep r e s s u r eo ft h eo p e r a t o r sb e c o m e sh e a v i e ra n dh e a v i e r t op r e v e n ta n d r e d u c eo c c u r r e n c eo fa c c i d e n t sa n dt om a k es a f ea n de f f i c i e n tt r a n s p o r t a t i o no nt h es e a , n o to n l yt h e q u a l i t yo fo p e r a t o r ss h o u l d b ei m p r o v e da n dt h ep e r f o r m a n c ea n d m a n a g e m e n to f t h es h i ps h o u l db ei m p r o v e d ，b u ta l s ot h es a i l i n ge n v i r o n m e n ts h o u l db e i m p r o v e d 1 1 i m p r o v e m e n to fe n v k o n m e n ti sb a s e do ns y s t e m a t i ca n a l y s i sa n d e v a l u a t i o no ft h ee n v i r o n m e n t , s ow eh a v et ou n d e r s t a n dw h a tt h ed a n g e re l e m e n t sa r e i nt h es a i l i n ga n dw h a tl e v e lt h ed a n g e rh a sr e a c h e d s oa s 幻t a k ep o i n t e dm e a s u t c et o i m p r o v et h ee n v i r o n m e n t b a s e do nr e l a t i n gc o n c l u s i o na n ds h i p - o p e r a t i n gs i m u l a t i o nr e s u l ta n de x p e r t c o n s u l t a t i o ni n s i d ea n do u t s i d em yc o u n l l y ) t h i sp a p e rs e te v a l u a t i o nl e v e lo fd a n g e r d e g r e ef o re v e r ye v a l u a t i o nt a r g e t , a p p l yg r e ys y s t e mt h e o r yt oe v a l u a t ed a n g e rd e g r e e o fe v e r yc h a n n e l ，a n dt h e ne v a l u a t et h ed a n g e rd e g r e eo fw h o l eh a r b o rs h i p o p e r a t i n g e n v i r o n m e n t , a n a l y z es h i p - o p e r a t i n ge n v i r o n m e n tf a c t o rw h i c ha f f e c tn a v i g a t i o ns a f e t y i nc h a n n e l t h r o u g ht h ee v a l u a t i o n , w ec a nf i n do u tt h ed a n g e rd e g r e eo fs h i p o p e r a t i n g e n v i r o n m e mi nt h ew a t e ra r e aa n dt h ea f f e c t i o nd e g r e eo fe v e r ye v a l u a t i o nf a c t o rf o r s h i p - o p e r a t i n gs a f e t y , o f f e rt h e o r e t i cb a s e sf o rd e v e l o p i n gt h es h i p p i n ge n v i r o n m e n ta n d c u n f m n i n gt h ed a n g e rd e g r e eo f t h ew a t e r a r e a t h i se v a l u a t i o nm e t h o dc a nb eu s e dt oe v a l u a t et h er i s kd e g r e eo fc h a n n e l e n v i r o n m e n t ，b a s e do nw h i c ho n e c a ne v a l u a t et h ed a n g e rl e v e lo ft h ew h o l ec h a n n e l 英文摘要 e n v i r o n m e n ta n da n a l y z et h es a i l i n ge n v i r o n m e n tw h i c ha 益e c t st h es a i l i n gs a f e t yi nt h e r o u t e s t h ed a n g e rl e v e la n dt h ei n f l u e n c eo ft h ee v a l u a t i o nt ot h es a i l i n gc a nb e u n d e r s t o o db e t t e ra n dc a nb em a s t e r e db yu s i n gt h i se v a l u a t i o n , s oa st oi m p r o v et h e w a t e r si nw h i c hs h i p ss a i la n dt op r o v i d es c i e n t i f i cb a s i sf o rc o n f i i mt h ed a n g e rl e v e lo f w a t e r s k e yw o r d ：s h i p o p e r a t i n ge n v i r o n m e n t , e v a l u a t i o nl e v e l , d a n g e rd e g r e e , g r e y s y s t e mt h e o r y 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：题道盔缝魈趟魈征巫缝筮险廑趁迁俭：。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，均己在文中以明确方 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 公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 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 不保密口( 请在以上方框内打“”) 论文作者签名：犯吻导师签名： ， 日期：砷年；月如日 航道水域船舶航行环境危险度的评价 第1 章绪论 1 1 研究的背景 众所周知，安全是人类生存的首要条件。长期以来人们对安全的重视程度不 断提高。党的十六大提出要“高度重视安全生产，保护国家财产和人民生命的安 全”安全生产是社会文明和进步的重要标志，是坚持“以人为本”安全理念的必 然要求，是坚持人与自然和谐发展的前提条件，是全面建设小康社会宏伟目标的 重要内容。 国家安全生产发展规划纲要( 2 0 0 4 - 2 0 1 0 ) 中明确提出各生产领域中的安全生产 分类目标、监管体系建设目标等重要规划内容。“国家中长期科学和技术发展规划 战略研究”中交通科技问题子专题研究指出：依靠科技创新，优先解决交通安全 问题，改善交通安全状况。 海运的发展促进了经济的繁荣，但是频繁发生的海上交通事故却给人类的生 命和财产带来了重大损失，对水上运输业的生存和发展构成极大的威胁。近年来， 由于船舶种类的多样化、船舶的大型化、高速化、交通的拥挤、桥梁的建设、港 湾设施的增加等等，航行环境发生了激烈的交化，围绕船舶航运环境发生的剧烈 变化。对于在这一环境条件下来完成安全高效的操船任务的操船者来说，其负担 很大。船舶驾驶人员是在给定的环境条件下驾驶给定的船舶的，由于船舶驾驶人 员的操船负担越来越大，在操船过程中会产生越来越多的失误。为此，为了预防 和减少海难事故的发生，实现安全、高效的海上运输，除了提高船舶驾驶人员的 素质和船舶性能、加强管理外，还要对船舶航行的周围环境进行改善，而环境条 件的改善是在对环境状况进行系统分析、评价的基础上进行的，即我们应该了解 该水域船舶航行的危险因素是什么，危险达到怎样的程度，从而采取有针对性的 措施进行改善。 1 2 课题研究意义 科学合理地对船舶通航环境的危险程度进行评估，一直以来是海上交通安全 领域研究的主要课题，是海上交通安全管理决策的基础。随着我国改革的深入， 沿海主要航道水域的船舶交通日益繁忙，船舶交通量大幅度增长，同时由于水文 第1 章绪论 气象和地理等因素的综合作用，使船舶发生事故的可能性增大，据统计全国从1 9 9 4 2 0 0 3 年1 0 年间，发生海损事故9 9 4 0 件，造成直接经济损失2 2 6 0 5 6 5 万元，死 亡5 5 2 5 人，其中这些事故大都发生在船舶交通繁忙的航道水域。因此对这些航道 水域的船舶通航环境的危险程度进行评价分析，从而进行治理和改善，对提高我 国的船舶航行安全水平具有十分重要的意义。本文借助灰色系统理论对航道的危 险度进行综合评估，探讨航道水域船舶航行环境危险程度的综合评价方法，为水 上安全管理的科学决策，提供参考依据。 1 3 研究的现状 国外在航道水域船舶通航环境的危险度评价的研究方面做了大量的工作，我 国起步虽然较晚，但是应用相关的数学理论和方法在安全综合评价方面做了大量 的工作。日本海上交通工程专家学者使用海上交通流模拟和操船模拟器模拟的方 法，在航行环境和交通环境安全评价方面取得令人关注的成果。其中比较有代表 的有原洁、小林弘明、经商欣三等，小林弘明在船舶操纵特性对航行环境安全 评价的影响1 1 j 一文中，提出了以操船困难度为指标的航行环境安全性评价方法， 该方法将船舶操纵特性随船种、船长、水深和风的条件变化对操船能力的影响来 定量评价整个海域的操船困难度；新井康夫在航行安全评价中的自然环境条件的 影响【2 j 一文中，对操船能力的自然环境要素提出了量化的指标值，并验证了这 些指标与操船者的主观操船感觉的关系，为客观判断各要素的影响，采取对策改 善航行环境提供依据；井上欣三在操船负担的定量评价【3 l 一文中，从两个方面 定量处理了某水域潜在的碰撞危险度，一是船舶航行于该水域期间有多少与他船 会遇的机会，一是每次会遇给操船者增加了多少负担，并以此作为定量表示该交 通环境下的船舶航行潜在危险水平的指标：英国的v l d i m i a m t r b o j e v i c & b a r r y j c a r t 提出了基于危险度的航道航行安全管理系统，先对船舶交通安全进行分 析评估，然后提出安全管理的改进方案。 由于我国的海上交通研究起步较晚，与西欧、日本和北美相比在研究的广度 和深度以及其产生的成果上都有不小的差距。在改革开放以来，我国的海上交通 运输业的发展较快，沿海的主要航道的船舶交通管理系统的相继建立促进了我的 海上研究。近年来，国内外有关专家从不同的角度对航道水域船舶交通安全评价 2 航道水域船舶航行环境危险度的评价 的研究做了大量的研究。朱光亚院士提出船舶安全与管理领域是处于自然科学和 社会科学的接合部。通过安全科学和系统学的初步结合，产生的“人机一环境” 的理论，建树于系统安全分析和系统安全评价，但对系统安全措施、事故预防、 本质化安全无能为力国内，大连海事大学的吴兆膦教授较早地从人、船、环境t 的角度对船舶交通危险程度进行探讨研究【4 1 1 9 9 8 年上海海运学院的陈伟炯教授 基于综合安全科学和管理科学，构建了用于船舶安全管理的“人一机一环境控 制( 管理) ”系统模型，提出海事预防策略和典型海事的预防措施。在交通安全分析 中，集美大学的翁跃宗和大连海事大学的吴兆麟在厦门港船舶航行环境系统的 安全分析俐文献中，提出了航道水域危险度的分析和评价。大连海事大学的郑中 义教授和马会副教授在影响船舶航行安全的环境因素分析和评价等方面进行了分 析和研究 6 1p j 。武汉理工大学的谭志荣在硕士论文航道航行环境危险度的评判 方法的研究中 8 1 ，提出了使用灰色理论对航道船舶交通事故主致因灰色关联的分 析，对计算机模型的改进提出了自己的见解。 近年来，国际海事组织提出了综合安全评估( f o r m a ls a f e t y a s s e s s m e n t , f s a ) 的。 概念，并且建议把综合安全评估作为一种战略思想，逐步在安全规则的制定、船 舶设计及船舶营运管理中加以应用。在进行f s a 之前，首先应确定所需评估的项 目和范围，并充分考虑与这些被评估项目相关的限定条件，然后按照f s a 的危险 识别( h a z a r di d e n t i f i c a t i o n ) ，风险评估( d s ka n a l y s i s ) 、风险控制方案( r i s kc o n t r o l o p t o n 、费用与效益评估蜘b e n e f i ta s s e s s m e n t ) 和提供决策建议( d e c i s i o nm a k i n g r e c o m m e n d a t i o n s ) 五个步骤( 参见图2 - 1f s a 方法流程图) 进行评估1 9 j 本论文的研 究属于f s a 中风险识别和评估方面的范畴。 图1 1f s a 方法的流程图 第1 章绪论 1 4 研究的思路和方法 通过对国内外有关学者在对船舶航行环境的危险度进行评价时所采用的评价 方法进行比较分析发现，目前所采用的评价方法基本上有两种：一种方法是在数 据调查分析的基础上，采用操船模拟的方法进行评价；另一种方法是在数据调查 分析的基础上，采用问卷调查分析和某种数学工具相结合的方法进行评价。两种 评价方法各有长短，前者通过模拟方法所得到的评价结果较精确、可靠，但缺乏 推理性，而且在对多因素、大水域的评价时难以实现；后者通过数学方法虽然可 以实现对多因素综合作用的大水域进行评价，但是评价时在有关评价标准的设定 等方面缺乏客观的根据。为了实现对多因素综合作用的船舶航行环境的较正确客 观的评价，本文试图将两种评价方法结合起来进行评价，即以现有的有关操船模 拟实验结果和专家调查的结果为基础，采用灰色系统理论作为定量分析的工具， 以实现对航行环境危险度的综合评价。 4 航道水域船舶航行环境危险度的评价 第2 章影响船舶航行安全的航行环境因素 2 1 船舶交通事故与船舶航行环境的关系分析 2 1 1 水上船舶交通事故现状分析 近年来，随着我国水运经济的发展，船舶交通安全状况有所好转，但形势仍 然很严峻。图2 1 、图2 2 给出了我国近2 0 多年来船舶交通事故的总体变化。从图 中的变化来看， 图2 1 我国船舶交通事故件数的时间变化 f i g 2 in u m b e ro fm a r i n et r a f f i ca c c i d e n t a l n e s si np a s t2 5y e a r s 图2 2 我国船舶交通事故损失的时间变化 f i g 2 2e c o n o m i cl o s s e sr e s u l t i n gf r o mm a r i n et r a f f i ca c c i d e n t s i np a s t2 5y e a r s 第2 章影响船舶航行安全的航行环境因素分析 我国船舶交通事故的件数虽然减少，但是船舶交通的损失在增加，而且重特大事 故的发生没有明显的降低。从图2 3 的沉船数和图2 4 的死亡人数的变化可以看 出，近年来因船舶交通事故的死亡人数和沉船数目并没有明显的减少。 图2 3 我国船舶交通事故死亡人数的变化 f i g 2 3l o s eo fl i v e sr e s u l t i n gf r o mm a r i n et r a f f i ca c c i d e n t si np a s t2 5y e a r s 图2 4 我国船舶交通事故沉船艘数的变化 f i g 2 4t o t a ll o s s e so fs h i p sr e s u l t i n gf r o mm a r i n et r a f f i ca c c i d e n ti np a s t2 5y e a r s 造成船舶事故的原因是多方面的，但是从事故的发生种类来看，主要是由于 碰撞原因造成的。图2 5 是1 9 7 9 年至2 0 0 3 年我国交通部门统计的事故种类构成 6 航道水域船舶航行环境危险度的评价 情况，从中可以看出，碰撞事故占整个事故的一半以上 图2 5 我国船舶交通事故种类的构成比例 f i g 2 5p r o p o r t i o n so ft y p e so fm a r i n et r a f f i ca c c i d e n t s 图2 6 青岛港附近水域船舶交通事故地理分布情况 f i g 2 6g e o g r a p h i cd i s t r i b u t i o n so f m a r i n et r a f f i ca c c i d e n t si nq i n g l l a ip o r ta n dn e a r b yw a l e r s 碰撞事故主要发生在船舶交通拥挤的航道水域，以青岛港周围水域为例，2 0 0 0 7 第2 章影响船舶航行安全的航行环境因素分析 年- 2 0 0 6 年，在青岛v t s 有效监视范围内共发生交通事故2 8 起，其中绝大部分为 碰撞和搁浅事故( 其中碰撞占6 4 ) 。其地理分布主要集中在航道水域，如图2 6 所示。另外，根据日本对其主要狭水道船舶交通事故的统计分析，碰撞和搁浅事 故占整个事故的8 5 ( 日本海上审判厅狭水道海难实态1 9 9 9 ) 。由此可以看出， 在航道水域的船舶交通事故主要是碰撞和搁浅事故。造成碰撞和搁浅事故的原因 是多方面的，其中绝大部分事故和水域的航行环境有关( 日本海上审判厅狭水道 海难实态1 9 9 9 ) 。 2 2 航行环境的定义 如果从人船一环境的角度来理解船舶航行系统，那么该系统由作为移动对 象的船舶( 本船) ，本船航行中所遇到的环境( 航行环境) ，以及操船者( 人) 三 个要素组成。在由人一船一环境构成的系统中，操船者是行为的主体，船舶是客 体，环境是给操船行为和结果带来影响的要因。在环境条件中，大体上可以分为： 操船环境、交通环境。本文对船舶航行环境的危险度进行评价时，操船环境主要 包括气象、海况和地形条件。操船环境在影响船舶航行安全时主要是对船舶的操 纵产生物理性的影响，在操船水域的空间上限制了船舶的行动自由。具体包括风、 潮流、波浪、能见度等气象海况条件和航路宽度、水深、弯曲状况以及危险碍航 物等地理环境条件。交通环境包括交通密度和速度分布等。【6 i 【7 】。 2 3 航道航行环境因素 本文在对航道水域船舶航行环境的危险度进行评价分析时，根据调查和专家 咨询，在上述影响航道水域船舶交通安全的因素中确定了以下主要因素：能见度、 大风、最大流速、航道长度、主航道与次航道交叉点和转向点的个数、航道宽度、 船舶交通密度、航道弯曲状况、航道周围的障碍物等9 个因素。 2 3 1 能见度 能见度直接影响到船舶交通安全，特别是在低能见度时，船舶发生事故的可 能性增大。据统计，交通危险程度与能见距离成反比。在世界许多航道的港章中， 大都有当能见度达到一定程度时，禁止船舶进出航道和禁止船舶靠离码头的规定。 因此，能见度是船舶航行危险程度的重要反映指标。 航道水域船舶航行环境危险度的评价 2 3 2 大风 大风和台风造成船舶偏航、搁浅以及造成船舶走锚等水域的年大风天数越 多，危险程度也越高。在评价中，大风值是指该水域近五年风力达6 级( 蒲氏风级) 及以上的平均年累计发生天数与台风警报发生即预计4 8 小时内可能侵入被评价水 域或边缘距离距该水域只有5 0 0 公里至台风警报消除为止的年积累天数之和。 2 3 3 航道的最大流速 特定航道最大流的节数。航道的流也是船舶安全航行的天敌，由于流的存在 使船舶操纵困难。在狭水道，流加速了逆流船舶船侧及船底水流的相对速度，而 使船船舶发生岸壁效应、船舶之间的相互作用以及船舶下坐等，使船舶发生碰撞、 搁浅等事故。 2 3 4 航道长度 由于航道的宽度、水深等限制了揉船空间和操船行动，再加上航道内的交通 密度也较大，所以航道越长船舶发生事故的可能性就越大，在对航道长度进行评 价时，同时也应考虑航道的宽度，因为同样长度的航道，宽度不同，其危险度是 不一样的。 2 3 5 主航道与次航道交叉点和转向点的个数 航道交叉点与转向点的个数越多，船舶在该处的会遇次数也越多，越易发生 船舶碰撞事故。同时，在航道的交叉与转向点处，船舶密度增加，容易出现紧迫 局面而发生碰撞与搁浅事故。 2 3 6 航道宽度 船舶宽度与航道宽度之比也是航道船舶航行环境危险程度的重要标志之一。 该比值越小，表明船舶航行的水域余量也就越小，从而发生船舶间碰撞、岸壁效 应及船体下坐的可能性也就越大。 2 3 7 航道弯曲状况 弯曲航道要比直线航道的危险度要高，因为在航道弯曲处船舶要进行转向操 作，该转向操作在风、流等外力作用下，再加上航道操船者的视程受到限制以及 第2 章影响船舶航行安全的航行环境因素分析 航道可操船水域的限制等原因，在航道弯曲处操船困难程度较大，所以在航道弯 曲处易发生事故。 2 3 8 船舶在航行过程中的障碍物 由于在航道上或航道周围存在着障碍物使操船空间受到了限制，对船舶航行 安全带来影响。危险物对于船舶航行安全的影响，主要是障碍物与航道的距离。 2 3 9 船舶交通密度 船舶交通密度是影响航道船舶航行安全的重要因素之一。它与船舶碰撞、搁 浅等事故有重要关系。为了航道的船舶交通密集程度，本文采用船舶密度这一指 标来反应船舶交通的密集程度。船舶密度与船舶密度分布是表示一个水域船舶交 通实况的基本量与基本概念。船舶密度是指某一瞬时单位面积水域内的船舶数， 它反映了水域中船舶的密集程度。船舶密度也在一定程度上反映了水域中船舶交 通的繁忙程度和危险程度。 航道水域船舶航行环境危险度的评价 第3 章航道航行环境因素评价指标标准的确定 3 1 能见度 据统计i l o j ，在气象原因引起的海难中，由于雾引起的事故占3 1 4 ，是台风 事故的2 倍。日本学者长泽明、原洁等指出 1 1 】：在两船对遇时，到其最接近的富 裕时间为6 0 0 s e e 以上时危险性为零。另外，日本有关学者在进行操船模拟评价时， 避碰操船模型的避碰开始距离一般采用如下公式计算【1 2 j ： 避碰开始距离：d = ( 3 3 r v + 句 ( l 。2 + l t 2 胆) ”2 “v ：相对速度( m s ) l o ：本船船长( m ) 。l t ；他船船长( m ) 按此式计算，船长为1 0 0 米的两船以1 0 k n ( 5 m s ) 的速度对遇时，其避碰开始 距离为2 2 5 0 米。 日本学者原洁根据操船者主观危险感( s j 值) ，对两船相距距离与操船者危险 感进行了评价【1 3 】。如图3 1 1 所示： m i l e 1 趴 船长l b o m ，速度5 m s j 歹。t | 一 、1 蹶险 、 台弋 _ ；( 极危险本船 图3 1 两船间距离与s j 值之间的关系 f i g 3 1r e l a t i o n s h i pb e t w e e nr e l a t i v ed i s t a n c eo f t a r g e ts h i pa n d v a l u eo f s 第3 章航道航行环境危险度评价指标值及评价标准的确定 从图中可以看出，对遇时l 海里操船者感到危险，左侧横切时1 海里操船者 稍感危险，右侧横切时1 海里操船者感到危险。 综上分析，将两船相距2 0 0 0 米以内作为危险状态是合理的。 因此我们在选取能见度评价指标进行航行环境危险度评价时，应选取能见距 离在2 0 0 0 米以内的天气。而能见距离在2 0 0 0 米以内恰好是低能见度状态。因此， 可将低能见度状态的天气数作为航行环境中能见度危险程度的评价指标值。主要 有雾、暴雨、雪三种天气状况，选取的能见度是指评价水域近五年的平均低于2 0 0 0 米的能见度年积累天数，单位为天年 能见度的危险度评价标准的确定： 通过对我国沿海1 7 个主要港口航道年平均能见度不良( 雾、雪、暴雨) 的天 数的统计分析【1 4 j ，我国沿海主要港口航道水域年平均能见度不良的天数为3 4 天， 最低为1 4 天，最高为7 3 天，其中3 0 天以下为9 处，3 0 _ q 0 天为3 处，4 0 - - 5 0 天为3 处，5 0 天以上为2 处。 通过对各个航道的比较，本文把我国沿海港口航道水域的能见度对船舶航行 环境的评价标准作如下规定： 表3 1 能见度的危险度评价标准 t a b l e3 1c r i t e r i a o f v f l u a t i o n o n d a n g e r d e g r e e o f v e n i f l i t y i危险度低较低 一般较高高 i 能见度不良天数年 1 51 5 2 5 2 5 - 4 0 4 0 一5 0 5 0 以上 3 2 风 大风是造成船舶浸水、倾覆、沉没的海难事故的突出原因，另外大风也是造 成其它海难事故的不利因素。因此在对海域航行环境危险度进行评价时风是个 重要因素。 通过上述分析，5 级风时事故数虽然较多，但是5 级风时发生事故的船舶大都 在1 0 0 总吨以下的船舶。而本文主要考虑的是较大型船舶，所以本文选取航道近 年风力达到6 级以上的平均累计天数作为评价指标值。 从前面的分析中得知，不同等级的风对船舶航行安全的影响程度不同，其中6 1 2 航道水域船舶航行环境危险度的评价 级以上的风对于较大型的船舶影响较大因此，在以往的评价中大都取航道水域 近年年平均6 级以上风的天数作为风的评价指标值进行评价，可是同样天数的6 级风与同样天数的8 级风或1 0 级风对船舶航行安全的影响程度是不一样的，为了 较全面地考虑风对船舶航行安全的影响，本文将6 级风作为标准风，把其它级别 风的天数进行换算成标准风天数，用年均标准风的天数作为评价指标值。从风速 和风级的角度来看可分为3 个等级，即6 7 级、8 9 级、1 0 级以上，即强风天、 大风天和台风天考虑到台风天时航道上几乎没有船舶航行，所以可将台风天归 并到大风天来考虑。因此，本文将风天分为6 7 级、8 级两个等级，考虑到人 们习惯将6 级风作为考虑对象，因此将8 级以上风的天数换算成6 7 级风的天数， 以求得标准风的天数。综合国内外有关研究结论【1 6 】，具体换算方法如下： 风的年平均标准天数= ( 6 7 级) 年平均风的天数+ 1 5 ( 8 级) 年平均风 的天数 风的危险度评价标准的确定： 通过对我国沿海主要航道年平均风天数的调查i l 】，我国沿海主要航道水域年 平均标准风天数为8 2 天，最低为2 5 天，最高为1 5 8 天，其中1 0 0 天以下为8 处， 8 0 天以下为7 处，5 0 天以下为5 处，5 0 一1 0 0 天为3 处，1 0 0 一1 2 0 天为2 处，1 2 0 一1 5 0 天为2 处，1 5 0 天以上1 处。 通过对各个航道的相对比较，本文把我国沿海航道水域风对船舶航行安 全影响程度环境的评价标准作相对规定如下： 表3 2 风的危险度评价标准 t a b l e3 2c r i t e r i ao f v a l u a t i o n0 1 1d a n g e rd e g r e eo f w i n d l危险度低较低一般较高高 f i 标准风天数年 3 0 天3 0 6 06 0 1 0 01 0 0 1 5 01 5 0 3 ，3 流 流的影响主要是流速和流向两方面，本文采用流向和流速作为对流的评价指 标值。 流的危险度评价标准的确定： 第3 章航道航行环境危险度评价指标值及评价标准的确定 日本学者井上欣三等从船舶驾驶员的观点出发，把环境状况给揉船者带来怎 样程度的操船负担作为评价指标对航行环境进行了评价，得出了航行环境压力值， 并给出了评价标准。井上欣三在基于操船者危险感的航行环境评价d 7 】一文中， 就航行环境与操船者的危险感之间的关系进行了评价。 在文章中，航行环境压力值定义为：在给定的环境条件下，由于操船者担心 潜在危险的发生而在心理上产生了一定的心理负担，这一负担定义为环境压力， 负担的大小定义为环境压力值。例如在周围水域没有障碍物的广阔水域航行时， 而且其它因素影响较小的情况下，操船者可轻松的操船，航行环境压力值很小或 几乎没有，可是在受限制水域航行时，操船由于担心危险的发生，在精神上产生 一定的压力值，并且随着与障碍物的接近这种心理负担也越来越大，因此井上着 眼于危险发生的富裕时间进行评价分析，从而得出环境压力值。 例如，在大洋中航行时，向本船周围任意方向航行时，到危险发生的富裕时 间是十分充分的，这时由于航行环境给操船者带来的压力值最小，相反在航道等 航行受限制水域，在向本船周围任意水域航行时，到危险发生的富裕时间较小， 这时航行环境给操船者带来的心理负担较大，从而航行环境压力值较大。因此把 航行环境压力值作为评价指标，可以很好的反映操船者在某水域航行时操船上的 危险感。从而得到航行环境压力值与操船者的允许标准的对应关系。 表3 3 危险度与环境压力的关系 t a b l e3 3r e l a t i o n s h i pb e t w e e n d a n g e rd e g r e ea n de n v i r o n m e n t a lp r e s s u r e i允许标准 低较低一般较高高 l i 环境压力值 0 5 0 05 0 0 6 5 06 5 0 8 0 08 0 0 9 0 09 0 0 1 井上欣三在“基于操船者危险感的航行环境评价 【l o l 一文中，就潮流对 操船安全的影响进行了分析评价，得出潮流与航行环境压力值之间的关系。如图 3 4 所示： 1 4 扣- - 环 境 压- 力 值 - - l ； i j l l i ：二甚0 j l i ： ! ： 11 | i ；_ 口 n w l l l ho h c l 匕：氯 l ， m i 谢 i | “。 ， 一 埠婵 外力方向( 蚓 图3 4 潮流影响与环境压力值 f i g 3 4e f f e c t so f t i d ec u r r e n ta n de n v i r o n m e n t a lp r e s s u r e 具体评价标准作如下规定： 表3 4 船长为1 0 0 米、船速5 节、航路宽度 3 0 0 米的船舶直线航行时环境压力值( 0 5 m s 的流) t a b l e3 4e n v i r o n m e n t a lp r e s s u r ew h i l e st h e s h i pl e n g t h1 0 0 m ，r a t e5 k n , w i d t h 3 0 0 m ( t i d eo 5 m s ) l外力方向3 06 09 01 2 0 1 5 01 8 0 l环境压力值 5 8 5 6 0 06 5 56 0 05 8 55 7 5 l 表3 5 船长为1 0 0 米、船速5 节、航路宽度 3 0 0 米的船舶直线航行时环境压力值( 1 m s 的流) t a b l e3 4e n v i r o n m e n t a lp r e s s u r ew h i l e st h es h i pl e n g t h1 0 0 m , r a t e5 k n , w i d t h3 0 0 m m d e1 m s ) i外力方向 3 0 6 09 01 2 0 1 5 01 8 0 i l环境压力值5 9 06 4 5 7 2 06 4 0 5 9 05 7 5 i 第3 章航道航行环境危险度评价指标值及评价标准的确定 表3 6 船长为1 0 0 米、船速1 0 节、航路宽度 3 0 0 米的船舶直线航行时环境压力值( o 5 m s 的流) t a b l e3 4e n v i r o n m e n t a lp r e s s u r ew h i l e st h es h i pl e n g t h1 0 0 m r a t e1 0 k n , w i d t h3 0 0 m ( t i d e0 5 m s ) i外力方向3 06 09 01 2 01 5 01 8 0 i环境压力值 7 5 07 5 57 8 57 5 57 5 07 5 0 i 表3 7 船长为1 0 0 米、船速1 0 节、航路宽度 3 0 0 米的船舶直线航行时环境压力值( 1 m s 的流) t a b l e3 4e n v i r o n m e n t a lp r e s s u r ew h i l e st h es h i pl e n g t h1 0 0 m , r a t e5 k o , w i d t h3 0 0 m 砸d el m s ) i外力方向 3 0 6 09 01 2 0 1 5 01 8 0 l l环境压力值 7 5 07 8 08 2 07 8 07 5 07 5 0 ( 该评价结果是在船长1 0 0 米航行在3 0 0 米宽的直线航路上得到的，在航路 宽度发生变化时以及流速变化时，可以进行修正，具体的修正方法如下： 航道宽度发生变化时的修正方法是：船速为1 0 节时，航路宽度每减小1 0 0 米， 环境压力值增加7 0 ；航速为5 节时，航路宽度每减少1 0 0 米，环境压力值增加9 0 ， ( 因为船速越慢，流的影响越明显) 。 在流速变化时的具体修正方法是：因流速越大环境压力值变化越明显，而且 根据模拟结果，在流向小于3 0 度大于1 2 0 度时环境压力值没有明显变化，所以在 外力方向为6 0 度时流速每增加o 5 m s 压力值增加3 0 ，9 0 度时流速每增加o 5m s 环境压力值增加5 5 ，1 2 0 度时流速每增加o 5m s 压力值增加3 0 。) u 7 】根据上述 分析，可以计算出不同条件下流的环境压力值，从而确定流的危险度等级 3 4 航道宽度 航道宽度增大会大大降低船舶的会遇率。据有关研究介绍“，随着航路的变 宽碰撞率单调减少，航路宽度的对数和碰撞率的对数几乎成线性关系。如果交通 量一定的情况下，航路宽度增加一倍，船舶的平均碰撞率变为原来的一半。本文 选取最大船长与航道宽度的比值作为评价指标值。 航道宽度的危险度评价标准 1 6 航道水域船舶航行环境危险度的评价 井上新三在“基于操船者危险感的航行环境评价 n ，l 一文中对平行水路航 道宽度与环境压力值之间的关系进行了模拟研究，结论如图3 5 ： - 环 境- 压 力- 懂 q 、 、 - 、 、 。 1 k 表3 8 日本港湾协会要求的航道宽度的标准 t a b l e3 8w i d t h o f f a i r w a yr e q u i r e d ( j p ：a ) 航路长度通航状况 宽度 频繁会遇2 l 航路较长 会遇不频繁1 5 l 频繁会遇 1 5 l 航路不太长 会遇不频繁l 由此，对于一般航道水域，当船长为1 0 0 米时，航道宽度若取1 5 倍船长，即 航路宽度为1 5 0 米，该宽度可视为允许状态。但是这在井上新三的评价中是处于 1 7 第3 章航道航行环境危险度评价指标值及评价标准的确定 中高危险度。如果取2 倍船长时，航路宽度为2 0 0 米，这与井上新三的评价标准 基本上差不多。 另外，根据p i a n c 的劝告，在满足水深要求的水域最窄处的单向航路宽度由 以下几方面决定的；船舶航行的定位误差，发现偏航后恢复航向的横向距离， 由于流引起的漂流距离，半个船体的宽度，两侧各半个船体的宽度富余等5 个方面。由此决定的航路宽度应该在5 倍的船舶宽度以上。有关学者认为在上述5 个要素的基础上还应该考虑浮标的移动量，考虑船舶与浮标的距离，那么单向航 路的航路宽度取5 5 船宽。另据有关资料介绍l ，一般情况下单向航路航路宽度 为5 倍船宽，双向航路为8 倍船宽。由