（环境科学专业论文）我国船舶油污损害赔偿基金责任限制分析.pdf

a b s t r a c t t h ep a p e rf o c u s e so nt h el i a b i l i t yl i m i to fo i lp u l l t i o nd a m a g ec o m p e n s a t i o n f u n di nc h i n as ot h a tas o u n dl i a b i l i t yl i m i tw o u l db ee s t a b l i s h e df o ro i lp u l l t i o n d a m a g ec o m p e n s a t i o nf u n d ，w h i c hm a yk e e pd o m e s t i cr e g i m eo fc o m p e n s a t i o nf o ro i l p o l l u t i o nd a m a g er u n n i n ge f f e c t i v e l yw i t h o u te x c r e s c e n tb u r d e nt oo i lo w n e r f i r s t l y , t h ep a p e ri n t r o d u c e st h ec o n d i t i o no fo v e r s e a sr e g i m eo nc o m p e n s a t i o nf o r o i lp o l l u t i o nd a m a g ef r o ms h i pb r i e f l y ；s e c o n d l y , b a s e do nt h ea n a l y s i so fi n t e r r e l a t i n g f a c t o r so fo i ls p i l la c c i d e n t s ，t h ep a p e rt a k e st h ea m o u n to fi m p o r t i n go i lb ys h i p p i n ga s r e l a t e df a c t o r st of o r e c a s tt h ea m o u n ta n df r e q u e n c yo f0 i ls p i l la c c i d e n t sp e ry e a rf r o m d o m e s t i ct a n k e r sw i t hg r e ym o d e l t h e r ew i l lb ea b o u t1 6 0 0t o n ss p i l l i n go i la n d1t o4 o i l s p i l l a c c i d e n t si n 2 0 0 8 t h r i d l y , a c c o r d i n gt oc o m p e n s a t i o n d a t ao fc l e a n - u p e x p e n d i t u r eo ft h ei n t e r n a t i o n a lo i lp o l l u t i o nc o m p e n s a t i o nf u n d ，t h ep a p e rf i t s a c o r r e s p o n d i n gc u r v eb e t w e e nt h ea m o u n to fs p i l l i n go i la n dc l e a n - u pe x p e n d i t u r eo ft h e i n t e r n a t i o n a lo i lp o l l u t i o nc o m p e n s a t i o nf u n d f r o mt h ec u r v e ，t h ep a p e re v a l u a t e st h e c l e a n - - u pe x p e n d i t u r el e v e la f t e re s t a b l i s h i n gd o m e s t i cr e g i m ew i t hm u l t i f a c t o r sf u z z y c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm o d e l a f t e rc o n s i d e r i n gt h ef a c t o r so ft h ec o n d i t i o no fo i l p o l l u t i o nd a m a g e ，e c o n o m yd e v e l o p m e n ti nc h i n aa n dt h ee v a l u a t i o nr e s u l t ，t h em a x i u m a m o u n to fo i lp o l l u t i o nd a m a g ew i l lb e5 5 。1 8m i l l i o nr m b p e ra c c i d e n ta n dt o t a l d a m a g ew i l lb e9 3 3 6m i l l i o nr m bp e ry e a ri nc h i n a l a s t l y , t h ep a p e ri n v e s t i g a t e st h e c o s ta n dp r o f i to fo i lo w n e r s ，t h ep r o p o r t i o no fc o n t r i b u t i n gm o n e ya n ds h i po w n e r s l i m i t a t i o no fl i a b i l i t yf o r0 i lp o l l u t i o nd a m a g e t h e ng e t t i n gt h ec o n c l u s i o nt h a tt h e l i a b i l i t yl i m i t o fo i lp u l l t i o n c o m p e n s a t i o nf u n di nc h i n ai s5 5m i l l i o nr m bp e r a c c i d e n ta n dp r o p o r t i o no ft h ed i s t r i b u t i o nf r o mo i lo w n e r si s0 4 7 6 6r m b p e r t o n k e yw o r d s ：o i l is p i l l o i lp u l l t i o nc o m p e n s a t i o nf u n d g r e ys y s t e m l i a b i l i t yl i m i t 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 ! 毯国监盘自迪冱塑宣壁垡基金童鱼隧剑佥近：。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它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 月g 日 _ _ ， 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。 保密固，在王年解密后适用本授权书。 本学位论文属于：保密因 不保密口( 请在以上方框内打“ ) 论文作者签名撒7 姝导师签予：孑球朔 日期? 歹仍考年孑月( 日 1 1 课题的目的及意义 第1 章绪论 随着经济的发展，我国水上石油运量呈逐年上升的趋势。我国水域船舶发生 溢油事故的危险性也随之增大。近年来频频发生的船舶溢油事故对海洋环境和海 洋经济造成极大的破坏。由于我国没有相应的油污损害赔偿机制，油污造成的损 害往往得不到充分的赔偿，清污能力难以得到提高。同时，政府的海洋生态环境 保护意识也在不断加强，各方面对保护海洋环境，减少海洋环境污染的呼声也越 来越高。新修订实施的中华人民共和国海洋环境保护法第6 6 条也明确规定： “国家完善并实施船舶油污损害民事赔偿责任制度：按照船舶油污损害赔偿民事 责任由船东和货主共同承担风险的原则，建立船舶油污保险、油污损害赔偿基金 制度”。因此，研究及建立我国的船舶油污损害赔偿机制是防止和减少船舶溢 油损害，保护海洋环境的有效途径，是海事等相关部门面临日益严峻的船舶油污 所亟待解决的问题。 我国是( 1 9 6 9 年国际油污损害民事责任公约) ) ( i n t e r n a t i o n a lc o n v e n t i o no nc i v i l l i a b i l i t yf o ro i lp o l l u t i o nd a m a g e ，1 9 6 9 ) ( 以下简称c l c 6 9 ) 的缔约国，其1 9 9 2 年议定书( c l c 9 2 ) 也已于2 0 0 0 年1 月5 日对我国生效。目前，我国虽然对国际 航线载运2 0 0 0 吨以上作为货物的散装油类的中国籍油轮的所有人强制进行保险或 取得其它财务保证，但对于载货量在2 0 0 0 吨以下的油轮却没有强制性要求，对于 载货量在2 0 | 0 0 吨以上的国内航线油轮也只需办理油污损害民事责任证书，而 没有做强制保险的要求( 为方便后文表达，如无特别说明，本文用“我国沿海油 轮”来代指我国沿海和内河航线的中国籍油轮) 。并且我国( 除香港特区外) 也不 是1 9 7 1 年设立国际油污损害赔偿基金公约( i n t e r n a t i o n a lc o n v e n t i o no nt h e e s t a b l i s h m e n to fa l li n t e r n a t i o n a lf u n df o rc o m p e n s a t i o nf o ro i lp o l l u t i o nd a m a g e ， 1 9 7 1 ) ( 以下简称f 凹1 ) 及其1 9 9 2 年议定书( f c 9 2 ) 的缔约国。即使是受c l c 公约约束的外籍油轮，如果在我国发生特大溢油事故，也没有油污基金作为油污 损害赔偿的保障。我国是i m o 中唯一既没有加入基金公约的a 类理事国，又没有 相应的国内油污损害赔偿机制的国家。这不仅与我国作为航运大国的身份不符， 也致使我国船舶油污损害赔偿工作十分落后，海洋环境污染形势严峻。总体来讲， 设立我国船舶( 指油轮。责任公约、基金公约及我国以后的赔偿基金只适用于油 轮，本文也只研究油轮在我国水域的油污损害赔偿方面的问题) 油污损害赔偿基 金、建立我国国内油污损害赔偿机制可以较好解决以下问题： 1 大幅度提高我国的清污能力； 2 使船舶油污损害得到充分的赔偿； 3 保护海洋环境，降低船东的油污风险，平衡各方利益，使油污损害赔偿向 着公平、合理的方向发展。 油污损害赔偿基金的责任限制是否恰当是基金能否有效运行的关键要素之 一。本论文拟通过对国内油污损害赔偿基金责任限制的分析，确定出一个合理的 基金责任限制，以便能在既保持政策的超前性，又不过多加重石油货主负担的条 件下使船舶油污损害赔偿机制有效运作。从而有效解决海事主管部门在处理船舶 防污染工作中的重大难题，给油污受害人合理的赔偿。并逐步发展壮大清污队伍， 提高清污能力，及时、充分地清理油污，保护海洋经济和海洋环境，促进国民经 济持续、健康地发展，维护各方利益。 1 2 研究现状 国内溢油损害赔偿机制及相关领域的研究主要集中在以下几个方面： 1 国内船舶溢油损害赔偿机制的研究 目前，交通部正在着手研究我国船舶油污损害赔偿机制及相关配套措施。交 通部“九五重点软科学研究项目建立我国船舶油污染损害赔偿机制实施办法 的研究( 9 5 0 1 0 4 1 3 ) 已于2 0 0 2 年4 月1 6 日通过部级评审。该项目深入研究了建 立中国船舶油污染损害保险体系、基金体系、赔偿体系、中国在全国范围内适用 ( ( 1 9 9 2 年基金公约对策及在深圳建立船舶油污损害赔偿机制试点等五大方面的 问题，拟定了船舶油污保险办法，油污基金建立办法和油污损害索赔指南三个建 议稿。但在油污基金建立办法中，只对基金的油污损害责任限制进行了定性的分 2 析，初步确定基金的责任限制为：国内沿海油轮持久性油类的油污损害责任限制 为2 0 0 0 万元( 包括船东责任限制在内) ，内河油轮持久性油类的油污损害责任限 制为1 0 0 0 万元( 包括船东责任限制在内) 。非持久性油类油污损害责任限制为持 久性油类的一半。 2 船舶溢油事故分析预测的研究 国内外船舶溢油事故分析预测的研究主要是根据水上石油的的运量，并结合 以往溢油事故的统计，运用概率论和数理统计等方法进行船舶溢油概率的分析怯”。 其中，文献【2 】中肖景坤还采用灰色系统拓扑预测方法根据以前的溢油事故波形来 预测未来年份的溢油事故波形。 3 国内船舶油污损害评估 国内溢油损害评估方面也有不少的研究。主要集中在采用模糊数学、神经 网络等方法，选取与溢油损害密切相关的指标，通过与以前的赔偿案例比较，得 到某具体溢油事故的损害评估。其中熊德琪教授、殷佩海教授等人研究的“海上 船舶溢油事故损害赔偿微机化评估系统”提供了两种评估方法，用户根据实际和 所掌握的资料情况可选择其中一种方法或两种方法相互比较平衡，最终确定合理 的评估结果，为海上船舶溢油事故造成损害的合理赔偿与索赔提供科学的评估依 据盯1 。 1 3 油污损害赔偿机制介绍 国际上主要有三种类型的油污损害赔偿机制：美国赔偿机制、加拿大赔偿机 制和以两个国际公约为框架的绝大多数国家的赔偿机制n “。这三种油污损害赔偿 机制均以船舶油污损害赔偿责任由船东和货主共同承担为基本原则。即实行船舶 油污损害强制保险，并从海运进口石油中及国内生产石油( 美国) 或该国水域进 行运输的石油货主( 加拿大) 征收一定的摊款或税收，来建立油污基金，由船东 和基金共同赔付油污损害。 3 1 3 1 美国机制 美国在1 9 8 9 年发生“埃克森瓦尔迪兹”号油轮重大油污事故后，颁布了美 国1 9 9 0 年油污法。通过该法，美国建立了一套赔偿责任限制远远高于c l c 6 9 的 赔偿机制，并且还规定了船东不能免责的许多“除外条款”。由于美国政府对环保 要求非常的高，它不仅采取高限制，而且实行对受害人的赔偿大于受害入损失的 办法，即对油污责任人实施一定的惩罚措施，在赔偿实际油污损失外，还要多付 给受害人带有罚金性质的赔偿。同时，美国还接受以理论抽象公式计算得出的损 失来支持对自然资源损害的赔偿。可见，美国的油污赔偿机制不仅能使损失得到 充分的赔偿，而且对油污肇事者的赔偿有一定的惩罚，以提高船东的风险意识， 减少油污事故的发生。 1 3 2 加拿大机制 加拿大的船舶油污赔偿机制是世界上最早建立的，而且是世界上较为完善的 机制。加拿大在c l c 6 9 生效前4 年就颁布实施了航运法，据此设立海上油污赔 偿基金( t h em a r i t i m ep o l l u t i o nc l a i m sf u n d ) ( m p c f ) ，建立了国内船舶油污损害 赔偿机制。并在后来加入了c l c 6 9 和f c t i ，国内的赔偿机制就成为国际机制的补 充。1 9 8 9 年，加拿大对航运法进行修改。在新修改的航运法补充了原有 的不足之外，增加了“国际油污基金”未涵盖的部分，使油污赔偿更为全面，更为充 分。新修改法设立的船舶油污基金( t h es h i ps o u r c eo i lp o l l u t i o nf u n d ) ( s o p f ) 比原海上污染赔偿基金( m p c f ) 更为完整和全面。新的修正案采用了与国际公约一 体化的赔偿制度，但是保留了国内基金，用于弥补国际基金的不足，。 1 3 3 国际公约构成的机制 通过缔结油污损害民事责任公约和油污损害赔偿基金公约而形成的油污损害 赔偿机制是绝大多数国家采用的船舶油污损害赔偿机制。 国际海事组织( i m o ) 于1 9 6 9 年组织制订了c l c 6 9 。按公约规定，载货油2 0 0 0 吨以上的油轮必须强制油污保险，发生油污染事故后，船舶所有人或其保险人将 4 进行赔偿，并有权对任何一个事件的赔偿责任总额限定为按船舶吨位计算每吨( 公 约吨) 2 0 0 0 法郎，但这种赔偿总额在任何情况下不得超过2 亿1 0 0 0 万法郎m ，。该 公约于1 9 7 5 年6 月1 9 日生效。c l c 6 9 的1 9 7 6 年议定书将赔偿限额计量单位改为 特别提款权( s d r ) ，责任限制为：按船舶公约吨每吨1 3 3 个s d r ，最高为1 4 0 0 万 s d r “3 ，( 按2 0 0 2 年1 2 月3 1 日的汇率计算，i s d r 约为人民币1 5 7 8 0 9 元) 。 为了使油污损害赔偿更为充分，并减少船舶所有人一定的经济负担，作为 c l c 6 9 的补充，1 9 7 1 年，i m 0 又组织制定了f c 7 1 ，并设立了国际油污赔偿基金( i o p c f u n d ) ，用于对船东承担赔偿的补充。油污基金通过向在一个日历年度内，在缔约 国领土内的港口或装卸设施收到从海上运至这些港口或装卸设施的超过1 5 万吨石 油的任何人征收摊款筹集。i o p cf u n d 7 1 的责任限制为4 亿5 0 0 0 万法郎，最高不 得超过9 亿法郎1 。该公约于1 9 7 8 年1 0 月1 6 日生效。并在f c 7 1 的1 9 7 6 年议定 书中将计量单位由法郎改为特别提款权。i o p cf u n d 7 1 相应的最高赔偿限额为3 0 0 0 万s d r ，其中包括船东的赔偿，在特殊情况下不得超过6 0 0 0 万s d r n “。 i m o 按照油污损害赔偿由船东和货主共同承担的原则，通过两个公约，构成了 一套完整的船舶油污损害赔偿机制。两个公约经过多次修正，不断提高赔偿限额， 按照1 9 6 9 年国际油污损害民事责任公约1 9 9 2 年议定书( c l c 9 2 ) 和1 9 7 1 年 国际油污损害赔偿基金公约1 9 9 2 年议定书( f c 9 2 ) 的规定，船东赔偿责任限制 最高为5 9 7 0 万个特别提款权n 硝，i o p c f u n d 9 2 赔偿限额最高为1 3 5 亿个特别提款 权“”，其中包括船东的赔偿。f c 9 2 还规定，当三个当事国领土内的人在某一日历 年所接收的摊款油总量等于或超过6 亿吨时，i o p cf u n d 9 2 的赔偿限额将在下一日 历年提高到2 亿s d r 。在i m o2 0 0 0 年1 0 月召开的第八十二届法委会上，讨论决定 将c l c 9 2 和f c 9 2 中规定的赔偿限额分别提高到8 9 7 5 万s d r 和2 0 3 亿s d r 。2 0 0 3 年，i m o 又通过1 9 9 2 年国际油污损害赔偿基金公约2 0 0 3 年议定书( p r o t o c o lo f 2 0 0 3t ot h ei n t e r n a t i o n a lc o n v e n t i o no nt h ee s t a b l i s h m e n to f 雠i n t e r n a t i o n a lf u n df o r c o m p e n s a t i o nf o ro i lp o l l u t i o nd a m a g e ，1 9 9 2 ) ，设立油污损害赔偿的补充基金， 补充基金的责任限制高达7 5 亿s d r n 町。该补充基金目前尚未生效。 有了这套赔偿机制，大部分船舶污染事故都可以得到比较充分的赔偿。 由两个公约构成的赔偿机制较好地解决了船舶油污损害的赔偿问题，得到了 5 越来越多的国家的支持。到1 9 9 8 年1 0 月，有9 6 个国家加入了c l c 6 9 ，7 2 个国家 加入了f c 7 1 。随着世界经济的发展，各国对赔偿的要求也越来越高，自1 9 9 2 年公 约生效后，许多国家开始陆续退出c l c 6 9 和f c 7 1 ，转入c l c 9 2 和f c 9 2 。据2 0 0 0 年1 0 月召开的国际油污基金第五届大会和1 9 7 1 年国际油污基金第二十三届大会 的报告，到2 0 0 1 年1 0 月，：f c 7 1 成员国已降至2 7 个，而f c 9 2 成员国将增加到6 2 个。会议决定，1 9 7 1 年基金公约成员国数降至2 5 个国家时或在一个日历年的摊款 油总量降至不足1 亿吨时，该公约宣布无效。f c 7 1 成员国在2 0 0 2 年5 月2 4 日降 至2 4 个，f c 7 1 公约已经于2 0 0 2 年5 月2 4 日失效。 1 4 本文的主要工作 建立船舶油污损害赔偿基金后，损害能否得到较为合理、充分的赔偿，油污 是否能够得到较为充分清除的关键是油污基金的责任限制是否合理。本文在假设 我国在2 0 0 8 年建立油污损害赔偿机制的基础上，以国际油污基金模式为我国油污 基金的参考模式，通过对我国沿海油轮在国内水域溢油事故的预测：与国际油污 损害赔偿比较和石油货主摊款能力等因素的分析研究，拟确立一个合理的船舶油 污损害赔偿基金的责任限制。本文主要工作如下： 1 对油轮溢油事故的影响因素进行分析，并结合各因素的特点进行预测方法 的选择和比较，确定适合于油轮溢油事故预测的数学模型； 2 对我国沿海油轮重大溢油事故的年溢油量和年海运进口石油量进行关联度 分析后，以年海运进口石油量作为关联因素，采用灰色系统理论的g m ( 1 ，2 ) 模 型对可能的年溢油量进行预测，采用灰色包络模型对溢油事故次数进行预测； 3 通过对i o p cf u n d 7 1 处理的油污赔偿案件中所赔偿的清污费数据整理，采 用曲线拟合方法拟合出溢油量和清污费的对应关系。并采用模糊综合评价法以国 际油污基金的清污整体水平为标准，对国内建立油污基金后清污费整体水平进行 评价，得到国内溢油量和清污费的对应关系。在通过对我国油污损害情况和经济 发展水平分析基础上，结合预测结果，分析出建立油污基金后的油污损害额； 4 综合考虑石油货主的承受能力、船东责任限制等因素，确定油污基金的责任 限制。 6 第2 章溢油预测模型的选择 2 1 溢油影响因素分析 船舶发生的溢油事故总体上可以分为两类：操作性溢油和事故溢油。操作性 溢油是指油轮在装卸货油、燃油的过程中由于错误的操作而致使油的溢漏。事故 性溢油则指油轮由于发生海上事故，造成船体破损、倾覆而发生溢油。操作性溢 油为人为因素导致，多发生在装卸油的过程中。本文主要讨论事故性溢油的影响 因素。 船舶发生海事不一定发生溢油，但是事故性溢油一定是由船舶发生海事而引 起。本文就影响油轮事故的因素进行简要分析。 从海上交通工程学的角度看，人、船、交通环境三要素构成了一个船舶交通 运输系统【- 町恻。交通环境是指船舶运动所处的空间条件，包括航行水域，该水域的 自然条件和交通条件三方面。日本海事预防和海上安全研究的专家认为，海事基 本上归结为自然条件、航运条件，交通条件和船员条件。也有专家认为船舶运输 系统由船舶、船员、航道及港口四个要素构成。航道又包括航路，航标，气象海 洋环境。无论怎么分类法，本质都差不多。总的而言，影响船舶安全运输或发生 海事的因素可以分为5 类：船舶因素、船员因素、自然条件因素、航道因素和管 理因素。 船舶因素：船舶是由许多系统构成的具有航行运输能力的自航结构系统。船 舶主要由船体、动力设备、控制系统等构成，它本身是一个包含了众多机械设备、 仪表的复杂系统。船舶因素又可分为：年龄、吨位、船型、操纵性能、机械仪表 性能等因素。一般而言，船龄越大，船舶设备的操作性、可靠性均降低。船舶吨 位越大，船舶的操纵性就越低。根据船舶海事统计，不同的船型发生海事的概率 也不一致。船舶导航设备、动力系统等机械仪表的准确性和可靠性也是船舶因素 中的重要指标； 船员因素：入是最复杂的因素，也是影响船舶海事重要因素之一。有统计表 明，8 0 的海事与人有关。船员因素包括健康因素、技能和经验因素、培训情况因 7 素、心里素质因素和敬业精神因素等，这些因素综合起来体现人员的素质； 自然条件因素：指水域的气象、水文与地形条件等。气象条件是指能见度、 大风和台风等条件。能见度不良时，最易发生船舶碰撞和搁浅、触礁事故。在大 风或台风天气，船舶交通效率和交通安全也同样受到不利影响。水文条件指水深、 水流、潮汐、波浪、冰冻等对船舶交通有影响的各种因素。地形条件是指船舶航 行与操纵的空间范围是否受到限制的程度。这种限制一般表现为水域宽度狭窄， 水底不平，水道弯曲大，浅滩礁石等碍航物较多等。这些因素不受人为控制，在 影响船舶海事中占有一定的比例； 航道因素：包括指港口和航道的布置和设施、水域中助航标志和设施、航道 上船舶交通密度、交通管理规章和手段等。它是通过人工努力，为便利船舶交通 而创造的各种硬件环境和软件环境，亦可称作人为交通环境。 管理因素：既包括船公司对船舶和船舶自身的管理，又包括与船舶航行有关 的机构对船舶的管理。 上述5 个因素及它们的众多子因素相互作用，共同影响着船舶的交通安全， 有时候很难划分某起海事是由那一个因素作用而导致的。如发生最多的船舶碰撞 事故，5 个因素都有可能导致。并且，不同的时期，不同的吨位船舶所发生海事类 型发生比例也不一样。如1 9 7 3 2 0 0 3 年中国籍油轮在中国水域内发生事故性溢油 的海事类型和中国海事局2 0 0 0 年水上交通事故年报统计的海事类别比例，见表 2 - 1 、图2 1 、图2 - 2 。油轮溢油事故有很强的随机性，为一小概率事件，并且绝 大多数事故的发生涉及到人的因素。如前所述，人的因素是最复杂的因素，而且 目前的技术条件还难以量化。因此，采用影响船舶海事的各个因素来分析、预测 船舶发生海事还不太可能。 表2 - 11 9 7 3 2 0 0 3 年中国籍油轮在国内水域内的重大溢油事故统计 8 ( 数据根据海事局资料和海洋灾害公报统计，枣来源于国家海洋局海洋灾害公 9 报“1 ) 图2 - 11 9 7 i 2 0 0 3 年我国沿海汕轮事故类别比例 图2 - 22 0 0 0 年我国水上交通年报统计的我国油轮事故类别比例m ， 2 2 预测方法介绍 “凡事预则立，不预则废”。这句古话充分说明了预测的重要性。 预测的方法很多，但目前还没有一个统一、完整、普遍适用的分类方法。通 常可将预测为定性预测和定量预测。 定性预测主要包括：征求专家意见，组织专家会议、头脑风暴法和德尔斐法 等，在此就不多做介绍。 定量预测可分为时间序列模型和因果关系模型m “。时阃序列模型包括移动平 均、指数平滑、分解预测等。因果关系模型包括回归分析、经济数量模型、投入 产出模型、引导指数和生命周期分析等。 时间序列模型是找历史数据的发展形态，并进行外推的一种方法。时间统看 作是不需要外界知道的“生成过程”，它只依赖历史观测数据和它的数据模式。时 间序列模型不同于因果关系模型之处在于它是根据预测对象过去的变化规律来预 测未来的变化。时间序列模型是建立在“全讯假设”的基础上，即认为时间序列 中每一时刻的数值都是事物内部状态的过去变化与外部所有因素共同作用的结 果，该时间的状态量反映了事物本身的过去所有信息和外部影响信息。因此，一 旦采样的时刻点足够多，状态变量就能包含该事物发展的全部信息，描述该事物 的时间序列模型就可以对该事物的未来发展趋势和水平做出预测。 就预测的准确性而言，通常情况下因果关系模型比时间序列模型准确。但是， 对于溢油事故来说，如前所述，由人，船舶和交通环境构成的安全运输系统非常 复杂，影响船舶溢油的因素众多，特别是人员因素难以量化，并且有的因素本身 的预测也非常困难。故采用回归分析模型预测不但困难，而且未必准确。选择时 间序列模型预测油轮溢油事故和溢油量不失为一个较好的选择。 历年的油轮溢油事故统计数据表明，某一地区一定时期的溢油次数的统计数 据是在一定范围内变化的、与时间坐标有关的随机变量。一列初看起来似乎杂乱 无章的溢油事故统计数据后面，实际上必然隐藏着某些客观规律。时间序列模型 就是要利用这些规律对事故未来的发展趋势和水平作出判断和推测。 灰色系统属于连续型的时间序列模型，又兼有因果关系模型的一些特点c 墨。本 文采用灰色系统预测模型对我国籍沿海油轮溢油量和溢油次数进行预测。将历年 溢油事故的时间序列进行加工，用微分方程对生成数据进行拟合，得到灰色系统 动态模型g m ( n ，h ) 来进行预测。对于许多类似的问题不少学者采用了时间序列 模型进行预测啪汹州。 2 3 灰色系统预测方法 2 3 1 灰色系统预测介绍 所谓灰色系统( g r e ys y s t e m ) ，是指相对于一定的认识层次，系统内部的信 息部分已知，部分未知，即信息的不完全的系统岫剐。灰色系统理论属于系统论的 范畴，灰色系统的理论和方法是由“黑箱”和“灰箱”演变而来的。将内部特性 已知的信息系统称为白色系统，把未知的或非确定的信息系统称为黑色系统，把 部分信息清楚，部分信息不清楚的系统称为灰色系统呻，u 。灰色系统理论是对灰色 系统进行分析、建模、预测、决策和控制的理论，是邓聚龙教授于8 0 年代初创立 1 1 的汹m ”。至今，灰色系统的研究已取得迅猛的发展，灰色系统在社会、经济、科技、 工农业、建摸、预测、决策等方面得到日益广泛和深入的应用和发展，取得了一 系列的成果。灰色系统理论与方法的核心是灰色动态模型汹1 ，其特点是生成函数和 灰微分方程。灰色预测是基于灰色动态模型( g r e yd y n a m i cm o d e l ，简称g m ) 的预 测，它不仅是指系统中含有灰元、灰数的预测，而且是从灰色系统建模思想出发， 所获得的关于预测的概念、观点和方法。 灰色预测是对本征性灰色系统如军事系统、社会系统、经济系统、生态系统、 商业系统等进行的预测。其特点为： ( 1 ) 预测模型的不唯一性； ( 2 ) 一般预测到一个区间，而不是一个点； ( 3 ) 原始数列区间的大小和模型精度成反比，与预测成功率成正比临。 灰色预测所用的模型一般为g m ( n ，h ) 模型，其中，n l 一般不用于预测。灰 色预测可分为灰色数列预测、灾变预测、拓扑预测系统综合预测等。对没有物理 原型的本征性灰色系统来说，这些预测方法已可满足大部分的需要。本文中对油 轮溢油事故次数和溢油量的预测也是属于没有物理原型的本征性灰色系统预测。 采用灰色数列预测，对溢油事故次数和溢油量的数据大小进行预测，即对溢油事 故的系统行为特征值的大小变化进行预测，能较好反映系统的规律，达到预测目 的。 2 3 2 灰色系统与其它预测方法的比较 概率统计、模糊数学和灰色系统理论是三种最常用的不确定性系统的研究方 法。研究对象都具有某种不确定性。 灰色系统着重研究“小样本，贫信息不确定 问题。它通过对“部分 己知 信息的生成、开发去了解、认识现实世界，实现对系统运行行为和演化规律的正 确把握和描述n 引。其研究对象具有内涵和外延均不明确的特点。在研究方法上采 取补充信息转化性质的方法，其特点是“少数据建模 ，只要有4 个数据便可以建 模预测。概率统计方法同样也是研究不确定性问题，和灰色系统相比，它着重系 统外部行为数据的处置，是因果关系的量化法，是扬外延而弃内涵，主要研究“随 1 2 机不确定 现象。出发点是大样本，并要求对象服从某种典型的分布。就建模基 础而言，灰色系统按生成数列建模，统计方法按原始数据建模。相比之下，后者 需要的条件少，并更能反映系统的内部规律。 近年来，模糊预测也越来越多地受到预测研究的关注。模糊预测往往用于对 象是内涵明确，外延不明确的情况下。在研究方法上，采用模糊集来描述对象， 而不是采用补充信息使命题性质转化。因此，对时间序列的预测不能适用。 人工神经网络( a r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r k s 简称a n n ) 预测也是近年来研 究的一个热点。由于其具有高度的并行性、良好的容错性与联想记忆功能、十分 强的自适应、自学习功能和高度的非线性全局作用等优点越来越受到人们的青睐。 属于前馈型神经网络的误差反传播网络( b p 网络) 能把样本的输入输出问题 变为一个非线性优化问题，具有高度的非线性映射，在预测中用得较多。由于其 本身收敛容易陷入局部极小值、网络隐含层层数和节点数难以确定等缺点外n 盯滔， 还需要大量的样本进行训练。而本文的样本较少，难以采用人工神经网络进行预 测。 一 通过上述分析，在不能量化、预测溢油事故的影响因素，建立溢油事故物理 模型的情况下，采用灰色系统对油轮溢油事故进行预测不失为较好的选择。 第3 章溢油的灰色预测 3 1 灰色系统建模的原理 灰色模型是以灰色生成函数概念为基础，以微分拟合为核心的建模方法。灰 色系统将杂乱无章的原始数据列通过一定的方法生成处理，变成比较有规律的时 间序列数据，即以数找数的规律，再建立动态模型。对原始数据处理的生成处理 有两个目的： ( 1 ) 为建模提供中间信息； ( 2 ) 弱化随机序列的随机性。 灰色建模中数据的生成方式主要有累加生成及其逆过程累减生成。 累加生成： 累加生成( a c c u m u l a t e dg e n e r a t i n go p e r a t i o n ；a g o ) ，即对原始数列中各 时刻的数据依次累加，从而形成新的序列。 设原始数列为 x o 一0 o ( 1 ) ，z o ( 2 ) ，z o ( 以) ) 刀一1 ，2 ，l 将原始数列中的第一个数保持不变，作为新数列的第一个数据，新数列的第 二个数据由原始数列中的第一和第二个数据相加生成，新数列的第三个数据由原 始数列的第二和第三个相加生成，依次类推。这样得到的数列称为累加生成 序列。数学表达为： 七 x o ) 一戈o ) ，七目l 2 ，力 新生成的累加数列为： x 1 - o 1 ( 1 ) ，x o ) ( 2 ) ，工1 ( 疗) ) 5 0 ( 1 ) 善z 0 o ) ，荟石( f ) ) 上述是对x ( o ) 的一次累加生成，记作1 a g 0 。若可对彳( o 做m 次累加生成( 记 1 4 作m - a g o ) ， 则有 驴( 七) 。善( f ) 一般地，对非负数列，累加的次数越多，数列的随机性就弱化得越多。当累 加生成足够大的时，时间序列便由随机变为非随机了。在g m 模型中，一般只对数 列作卜a g 0 。 累减生成 累减生成( i n v e r s ea c c u m u l a t e dg e n e r a t i n go p e r a t i o n ：i a g o ) 是a g o 的逆 运算，即对序列中前后两数据进行差值运算。在建模过程中，往往要用它作为增 量信息。简单地说，当数列为等时距时，有 x ( m - d ( 七) 一工“( 七) 一z 扣( 七一1 ) x 1 ( 七) 一z 2 ( 七) 一z 2 ( 七一1 ) 工o ( 七) 一z 1 ( 七) 一z 1 ( 七一1 ) 灰色系统建模的思想是直接将时间序列转化为微分方程，从而建立抽象系统的发 展变化动态模型( g r e yd y n a m i cm o d e l ) ，简称记为g m 。建立的g m ( n ，h ) 模型是 微分方程的时间连续函数模型，括号中的n 表示方程的阶数，h 表示变量的个数。 即： 竽+ 号婴”枷舯吐础也班吨榉，( 3 _ ) 则微分方程系数向量 口= 【口1 ，口2 ，口。i 6 1 ，6 2 ，- 1 】 可用最d , - 乘法求解： a = 【口：b ) r 似! b ) 。1 】口：b ) r y n 式中，似；b ) 为彳，b 组成的分块矩阵。 3 2g m 模型 3 2 1 一般的g m 模型 如前所述，g m ( n ，h ) 模型是表示h 个变量用n 阶微分方程建立的模型。 考虑h 个n 维时i , - j 序列数据 x l o o ) l 七= 1 2 ，h ；i = l 2 ，n ) 其相应的卜a g o 为 x 1 “) l 七一1 ，2 ，h ；i 一1 ，2 ，) x 煳2 善x 其相应的多次i a g 0 为 口( ，( x t ，f ) l k ；l 2 ，h ；i = 1 ，2 ，n ；j 一1 ，2 ，) a ( 1 伍i ，f ) 一x o o j ) 口( 2 ( x t ，f ) 一x o ) - x 0 1 ) 口j ( 彳i ，f ) aa ( j - 1 ) ( x i ，f ) 一口- 1 ( x i ，i 一1 ) 那么，其g m ( n ，h ) 模型为 参等一盘 其中 a om 1 x f o = x f l ( 1 ) x 1 ) ( f ) 一x o ) ( s ) ，k 一1 , 2 ，f l ；i l 2 ，n 复 1 6 ( 3 - 2 ) 当g m ( n ，h ) 模型中，取n = o 时，为不含导数的线性静态模型，记作g m ( 0 ，h ) 。 常见的还有几种g m ( n ，h ) 模型的特殊模型，如g m ( n ，1 ) 、g m ( 1 ，h ) 、g m ( 1 ， 1 ) 等。 灰色预测所用的模型一般为g m ( 1 ，1 ) 、g m ( o ，h ) 、g m ( 1 ，h ) 、s c g m ( 1 ，1 ) 、 s c g m ( 1 ，h ) 模型及一些非线性g m 模型。g m ( n ，h ) ( n 1 ) 模型通常不能用于预 测。g m ( o ，h ) 和g m ( 1 ，h ) ( h 1 ) 一般也不作灰色预测模型，因为任何一个本 征性灰色系统，其行为是受许多因素影响的，如果把所有的关联因子都列入模型， 就会得不出实用的模型，因而也就达不到预测的目的。但如果选择关联度较大的 因子，则仍有实用的可能。本文中就根据溢油事故的关联因子分析，以石油进口 量作为主要关联因子，采用g m ( 1 ，2 ) 模型进行预测。 3 2 2g m ( 1 ，1 ) 模型 3 2 2 1g m ( 1 ，1 ) 模型的建立 g m ( 1 ，1 ) 是g m ( n ，h ) 的一个特例，是灰色建模最重要，也是用得最多的 模型。建立g m ( 1 ，1 ) 只需要一个数列。 对于原始的时间序列： x = o ( 1 ) ，z o ( 2 ) ，工o o ) ) 进行一次累加生成( 1 - a g o ) ，有 x 1 一o 1 ( 1 ) ，x o ) ( 2 ) ，工o ) ) 其中， x 。( 七) 2 善z 门o ) 七l 2 ，n 新生成的数据列为一条单调增长的曲线，增加了原始数据列的规律，弱化了 波动。 定义方程： d x ( 1 ) + 厦x ( 1 ) 6或 出 1 7 石( o ( 七) + a z 1 ( k ) = b 为灰微分方程。方程中 z 1 ( 七) 一0 5 x 1 + 0 5 z 1 ( 七一1 ) 则称 d x - o ) + a x ( ”：b 或z ( 。 ) + a z o ) ) 。b d f 为g m ( 1 ，1 ) 模型。 若 x o ) = o ( 1 ) ，z o ( 2 ) z o ) ) 为一非负等时间序列，即 x o ( 七) 之0 ，k = 1 ，2 ，刀 x ( 1 ) 为x ( o ) 的1 - a g o 序列： x d o n 0 ，x o ) ( 2 ) ，x o ) o ) ) z ( 1 ) 为x ( 1 ) 的紧邻生成序列： z 1 一( z o ) ( 2 ) ，z 1 ( 3 ) ，z 1 o ) ) 式中 z 1 ( 七) = o 5 x ( a ) ( 七) + 0 5 x ( 1 ) ( 七一1 ) ， k 2 ，3 ，刀 如果a = ( 口，6 ) r 为参数列，并且 b z ( 1 ( 1 ) + x ( 2 ) 1 2 z ( 1 ( 2 ) + x ( 1 ( 3 ) 1 2 ； i z ( 1 ( 珂一1 ) + z 1 ( 甩) 1 2 ( 3 - 3 ) ( 3 - 4 ) ( 3 - 5 ) ( 3 - 6 ) ( 3 - 7 ) y ； x o ( 2 ) x o ( 3 ) z o ( 咒) ( 3 - 8 ) 则灰色微分方程z o ) + 船1 ) ；b 的最小二乘估计参数为 r j = ( b r 口) 。1 8 7 y ( 3 9 ) 则，g m ( 1 ，1 ) 灰微分方程z o ) + a z 1 ( 七) 一b 的时间响应序列为 二n + 1 ) ；o ，( 0 ) 一与p 一硅+ 鱼，七；】，2 ，甩( 3 - 1 0 ) 口口 取石1 ( 0 ) = z