天津VTS区域风险评价与管控策略研究

天津VTS区域风险评价与管控策略研究一、引言1.1研究背景与意义1.1.1研究背景在全球经济一体化进程不断加速的当下，海上运输作为国际贸易的主要载体，其重要性愈发凸显。据统计，全球超过90%的货物贸易通过海运完成，海上运输承担着巨大的货物运输量，连接着世界各个角落的港口，成为推动经济全球化的关键力量。天津港作为中国北方重要的综合性港口，在“一带一路”倡议和京津冀协同发展战略中占据着举足轻重的地位，近年来港口货物吞吐量持续攀升，集装箱吞吐量也屡创新高，其发展势头强劲，对区域经济乃至全国经济的发展都有着深远影响。随着天津港口的蓬勃发展，船舶交通服务（VTS，VesselTrafficServices）在该区域的重要性日益凸显。VTS通过综合运用雷达、AIS（船舶自动识别系统）、VHF（甚高频通信）等多种技术手段，对船舶的动态信息进行实时采集、处理和分析，为船舶提供航行安全信息服务、交通组织服务以及助航服务等，在保障船舶航行安全、提高通航效率和保护海洋环境等方面发挥着不可或缺的作用。在天津VTS区域，水域交通密度高，船舶类型极为繁多，涵盖了大型集装箱船、油轮、散货船、客船以及各类小型船舶等。这些船舶在尺寸、操纵性能、航行速度等方面存在显著差异，使得交通管理难度大幅增加。加之该区域受天气、潮汐等自然因素的影响较为明显，如在大风、大雾、暴雨等恶劣天气条件下，船舶的能见度降低，操纵难度增大，极易引发事故；而潮汐的变化则会导致水位、水流速度和方向的改变，对船舶的进出港和锚泊作业产生重要影响。在这样复杂的环境下，船舶的安全性和运行效率面临着严峻挑战。近年来，港口事故时有发生，给VTS管理和风险控制提出了更高的要求。例如，2020年“长赐号”集装箱船在苏伊士运河搁浅，导致运河堵塞长达6天，造成了全球贸易的严重受阻，预估损失高达数十亿美元；2010年墨西哥湾“深水地平线”钻井平台爆炸事故，引发了大规模的原油泄漏，对周边海洋生态环境造成了灾难性的影响，许多海洋生物濒临灭绝，沿海渔业和旅游业遭受重创。这些事故不仅造成了巨大的人员伤亡和财产损失，还对海洋环境带来了严重的污染和破坏。在天津VTS区域，也曾发生过船舶碰撞、搁浅等事故，给港口运营和周边环境带来了负面影响。这些事故的发生，凸显了加强VTS区域风险评价研究的紧迫性和必要性。传统的海上交通管理方式，主要依赖于人工瞭望、船舶报告制度以及简单的雷达监控等手段，已经难以满足当前天津VTS区域船舶交通快速发展的需求。这些传统方式存在信息获取不全面、处理速度慢、决策缺乏科学性等问题，无法及时有效地应对复杂多变的海上交通状况。在面对突发的恶劣天气、船舶故障或者驾驶员的误操作等情况时，传统管理方式往往显得力不从心，难以提前做出准确的预测和有效的防范措施。1.1.2研究意义本研究对于保障天津VTS区域航运安全具有重要意义。通过对该区域进行全面、系统的风险评价，能够准确识别出影响船舶航行安全的各类风险因素，如自然条件、船舶状况、船员操作、交通流等。针对这些风险因素，制定相应的风险管控措施，能够有效降低事故发生的概率，保障船员的生命安全和船舶、货物的安全。提前预测船舶可能面临的危险，如碰撞风险、恶劣天气影响等，船舶驾驶员可以及时采取有效的避让措施，VTS管理人员也能够提前制定应急预案，合理调配救援资源，从而降低事故发生的概率，保障船员的生命安全和船舶、货物的安全。提高港口运营效率也是本研究的重要意义之一。准确的风险评价有助于优化船舶的航行路线和交通组织，减少船舶的等待时间和不必要的迂回航行。以天津港为例，通过对VTS区域风险的评估，合理安排船舶进出港时间和顺序，实施精细化船舶时刻表，自实施以来，主航道警戒区船舶会遇局面减少32.7%，习惯航路通航饱和度下降15.6%，计划准确性大幅增加，300米以上大型船舶航行计划准点率提升9.1%，精准引航率明显提升，计划变动率从27%降至13%，有力促进了港口发展，提高了港口的吞吐能力和船舶的运营效率，降低了物流成本，促进了海上贸易的顺畅进行。本研究还能促进海事管理创新。在研究过程中，需要运用先进的技术手段和科学的方法，如大数据分析、人工智能、风险评估模型等，对VTS区域的风险进行分析和评价。这些技术和方法的应用，将推动海事管理从传统的经验式管理向科学化、智能化管理转变，提升海事管理的水平和效能。通过建立适合天津VTS区域的风险评价模型和方法论，为海事管理部门提供科学的决策依据，有助于制定更加合理的管理政策和措施，加强对VTS区域的监管和服务，提高海事管理的针对性和实效性。1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状国外对于VTS区域风险评价的研究起步较早，在理论、模型和技术应用方面取得了丰富的成果。在风险评价理论上，逐渐从传统的定性分析向定性与定量相结合的方向发展。早期主要依靠专家经验进行风险识别和评估，随着科技的进步和对风险认识的深入，概率风险评估、模糊综合评价等定量方法得到广泛应用。美国海岸警卫队开发的港口风险评估系统，运用故障树分析和事件树分析等方法，对港口内船舶航行、货物装卸等活动的风险进行量化评估，为港口管理决策提供了科学依据。在风险评价模型方面，国外学者和研究机构开发了多种实用模型。如国际航标协会（IALA）推出的港口和受限水道风险评估模型（PAWSA）及内陆水道风险评估程序（IWRAP）。PAWSA模型通过对港口和水道的自然条件、交通流、船舶类型等多方面因素进行分析，评估风险等级，进而确定控制风险的缓解措施；IWRAP程序则专注于内陆水道的风险评估，为交通管理者提供合理控制交通流的措施。挪威船级社（DNV）的FSA（FormalSafetyAssessment）模型也被广泛应用于海事领域的风险评估。该模型以模糊数学理论和层次分析方法为基础，通过构建评价指标体系、确定指标权重等步骤，对VTS区域的安全状况进行量化评价，为制定风险控制措施提供了有力支持。在技术应用方面，国外的VTS系统不断融合先进技术，提升风险评价的准确性和效率。利用大数据分析技术，对海量的船舶航行数据、气象数据、水文数据等进行深度挖掘和分析，提取潜在的风险因素和规律。美国的一些港口利用大数据分析船舶的航行轨迹和行为模式，预测船舶碰撞和搁浅等事故的发生概率，提前采取防范措施。人工智能和机器学习技术也在VTS区域风险评价中发挥着重要作用。通过对历史事故数据和实时监测数据的学习，建立风险预测模型，实现对风险的实时预警和智能决策。欧洲的一些港口采用机器学习算法，对船舶的运行状态进行实时监测和分析，当发现异常情况时，及时发出警报，提醒船员和VTS管理人员采取措施。1.2.2国内研究现状国内对于VTS区域风险评价的研究近年来发展迅速，取得了一系列成果。在天津VTS区域或类似水域风险评价方面，许多学者和研究机构进行了深入研究。杜亚雄、艾亮等人对FSA、IWRAP、PAWSA等风险模型方法进行风险识别和分析、对比，研究三种风险模型的优劣，并应用于天津VTS水域，为天津VTS区域的风险评价提供了理论支持和实践参考。在风险评价指标体系构建方面，国内学者结合我国港口和水域的特点，提出了一系列全面、科学的指标体系。这些指标体系涵盖了自然条件、通航条件、交通流、岸基支持等多个方面。自然条件包括风况、波浪、海流等因素；通航条件涉及航道宽度、水深、助航标志等；交通流考虑船舶密度、航行速度、船舶类型等；岸基支持涵盖交通巡航、交管服务、应急服务等。通过对这些指标的综合分析，能够全面评估VTS区域的风险水平。在风险评价方法上，国内除了应用国外成熟的模型和方法外，还结合实际情况进行了创新和改进。一些研究将层次分析法与模糊综合评价法相结合，充分发挥两种方法的优势，提高风险评价的准确性和可靠性。通过层次分析法确定各风险因素的权重，再利用模糊综合评价法对风险进行综合评价，使评价结果更加符合实际情况。还有研究利用神经网络模型进行风险评价，通过对大量历史数据的学习和训练，建立风险预测模型，实现对风险的快速、准确评估。然而，国内的研究仍存在一些不足之处。在数据获取方面，由于涉及多个部门和系统，数据的整合和共享存在一定困难，导致数据的完整性和准确性受到影响。在模型的精细化和实证性方面，虽然已经取得了一定进展，但与实际需求相比仍有差距，部分模型在实际应用中还需要进一步优化和验证。评价方法及管控措施的有效性也需要进一步加强研究，以确保提出的风险管控措施能够切实有效地降低VTS区域的风险水平。1.3研究目的、内容与方法1.3.1研究目的本研究旨在通过对天津VTS区域的深入分析，全面、系统地评估该区域的风险状况。运用先进的风险评估方法和技术，构建科学合理的风险评价模型，准确识别出影响天津VTS区域船舶航行安全的关键风险因素，并对这些风险因素进行量化分析，确定其风险等级。基于风险评价结果，提出针对性强、切实可行的风险管控措施和建议，为天津VTS区域的海事管理部门提供科学的决策依据，以有效降低该区域的风险水平，提高船舶航行的安全性和通航效率，促进天津VTS区域航运业的可持续发展。同时，本研究也希望为其他类似VTS区域的风险评价和管理提供有益的参考和借鉴，推动整个海事领域风险管理水平的提升。1.3.2研究内容收集天津VTS区域的交通信息、航路规划图、船舶数据、气象数据等相关数据，这些数据是进行风险评价的基础。交通信息包括船舶的航行轨迹、速度、航向等动态信息，以及港口的交通流量、船舶密度等静态信息；航路规划图展示了船舶在该区域的推荐航线和通航限制区域；船舶数据涵盖了船舶的类型、尺寸、载重等基本信息，以及船舶的设备状况、维护记录等运行信息；气象数据则包含了风况、波浪、海流、能见度等对船舶航行有重要影响的气象要素。对这些数据进行整理和分析，确保数据的准确性和完整性，为后续的风险评价工作奠定坚实的基础。建立适合天津VTS区域的风险评价模型和方法论。根据天津VTS区域的特点和实际情况，综合考虑自然条件、通航条件、交通流、岸基支持等多方面因素，选择合适的风险评价方法，如层次分析法、模糊综合评价法、贝叶斯网络法等，并对这些方法进行改进和优化，使其能够更好地应用于天津VTS区域的风险评价。构建评价指标体系，确定各指标的权重和评价标准，通过模型计算得出天津VTS区域的风险水平和各风险因素的风险程度。结合实际情况，分析并评价VTS服务的整体风险水平和各项风险因素对于港口运营的影响。深入研究自然条件中的风、浪、流等因素对船舶航行安全的影响机制，以及在不同气象条件下船舶的操纵难度和事故风险；分析通航条件中的航道宽度、水深、助航标志等因素对船舶通行能力和安全性的影响；探讨交通流中的船舶密度、航行速度、船舶类型等因素对交通拥堵和碰撞风险的影响；研究岸基支持中的交通巡航、交管服务、应急服务等因素对事故预防和应急处置能力的影响。通过对这些风险因素的分析和评价，找出影响天津VTS区域安全运营的主要风险因素，为制定风险管控措施提供依据。提出相关的风险管控措施和建议，为区域航运安全提供理论依据和具体方案。针对识别出的主要风险因素，从加强船舶管理、优化交通组织、完善岸基支持、提高人员素质等方面提出具体的风险管控措施。加强对船舶的安全检查和维护，确保船舶设备的正常运行；优化船舶的航行路线和交通组织，减少船舶之间的会遇和冲突；完善岸基支持系统，提高交通巡航和应急救援能力；加强对船员和VTS管理人员的培训，提高其安全意识和操作技能。对这些风险管控措施进行可行性研究和效果评估，确保其能够有效降低天津VTS区域的风险水平，保障区域航运安全。1.3.3研究方法采用数据收集和整理的方法，通过多种渠道获取天津VTS区域的相关数据。与天津海事局、港口管理部门等相关机构合作，获取船舶交通数据、气象数据、水文数据等官方数据；利用VTS系统、AIS系统等技术手段，实时采集船舶的动态信息；查阅相关文献资料，收集国内外类似VTS区域的风险评价研究成果和实践经验。对收集到的数据进行清洗、整理和分析，去除异常数据和重复数据，确保数据的质量和可用性。运用风险评估模型构建的方法，根据天津VTS区域的特点和风险因素，选择合适的风险评估模型。如利用层次分析法确定各风险因素的权重，将复杂的风险问题分解为多个层次，通过两两比较的方式确定各因素之间的相对重要性；采用模糊综合评价法对风险进行综合评价，将定性和定量的风险因素进行统一处理，得出综合的风险评价结果；结合贝叶斯网络法，利用历史数据和专家知识，建立风险因素之间的因果关系模型，实现对风险的预测和分析。对构建的风险评估模型进行验证和优化，确保模型的准确性和可靠性。通过风险评价指标制定的方法，建立全面、科学的风险评价指标体系。从自然条件、通航条件、交通流、岸基支持等多个维度出发，确定具体的评价指标。自然条件指标包括风速、浪高、海流速度等；通航条件指标包括航道宽度、水深、弯曲度等；交通流指标包括船舶密度、流量、速度分布等；岸基支持指标包括交通巡航频率、应急响应时间、救援设备配备等。对每个评价指标进行量化和标准化处理，使其能够客观地反映风险因素的实际情况。开展风险评价实证分析，将构建的风险评估模型和制定的评价指标应用于天津VTS区域的实际数据。通过模型计算和数据分析，得出天津VTS区域的风险水平和各风险因素的风险程度，并对评价结果进行深入分析和讨论。与实际发生的事故案例进行对比，验证风险评价结果的准确性和有效性，找出风险评价中存在的问题和不足之处，为进一步改进和完善风险评价方法提供参考。提出风险管控措施，根据风险评价结果，针对不同的风险因素提出相应的管控措施。对于自然条件风险，制定应对恶劣天气的应急预案，加强气象监测和预警；对于通航条件风险，优化航道设计和维护，完善助航设施；对于交通流风险，实施交通管制措施，合理分配通航资源；对于岸基支持风险，加强人员培训和设备更新，提高应急处置能力。对提出的风险管控措施进行详细的阐述和说明，明确其实施步骤和责任主体。进行方案实施和效果评估，制定风险管控措施的实施方案，明确实施的时间节点、具体措施和保障机制。在实施过程中，对各项措施的执行情况进行跟踪和监督，及时发现问题并进行调整。在措施实施一段时间后，对其效果进行评估，通过对比实施前后的风险水平和事故发生率，评价风险管控措施的有效性和可行性。根据评估结果，总结经验教训，提出进一步改进和完善风险管控措施的建议，为天津VTS区域的长期安全运营提供持续的支持。二、天津VTS区域概述2.1区域范围与系统构成2.1.1地理范围界定天津VTS区域以VTS中心地理坐标为基准，其中心位于北纬38°58′31.471″，东经117°47′12.461″，坐落于天津港东突堤端部。该区域涵盖了以VTS中心为圆心、20海里为半径所覆盖的广阔水域，其外边线构成了VTS管理服务区域的边界。在这片水域内，包含了多个重要的港口作业区，如北疆港区、东疆港区、南疆港区、大沽口港区、高沙岭港区、大港港区等。这些港区功能各异，北疆港区是集装箱运输的核心区域，东疆港区致力于发展国际航运和物流产业，南疆港区则是大宗散货的重要装卸和存储地，大沽口港区、高沙岭港区和大港港区分别服务于临港产业和化工新材料产业。从地理位置上看，天津VTS区域处于渤海湾西岸，属海河水系永定河、子牙河、南运河、北运河的汇流处，是海港和河港的兼容港口。北距蓟运河口10公里，西距天津市区66公里，距北京市170公里，是京、津及“三北”地区的重要海上门户，担负着北京、华北、西北、东北等各省市内外贸易进出口物资吞吐和中转任务，在区域经济发展中扮演着至关重要的角色。天津港航道全长44公里，水深达19.5米，为30万吨级深水航道，可满足世界最先进集装箱船舶及主流干散货船舶进港的需求，使得天津VTS区域在国际航运中占据重要地位。2.1.2VTS系统构成与功能天津VTS系统主要由雷达监控系统、VHF通信系统、VHF-DF系统、TV监控系统等构成，各系统相互协作，共同保障船舶航行安全和交通管理的高效进行。雷达监控系统是VTS系统的核心组成部分之一，其作用距离可达20海里。该系统通过发射和接收电磁波，对VTS区域内船舶的位置、速度、航向等动态信息进行实时监测和跟踪。具备跟踪重放功能，能够记录船舶的航行轨迹，为事故调查和分析提供重要依据。在船舶交通流量较大的情况下，雷达监控系统可以快速准确地识别出每一艘船舶的位置和运动状态，及时发现潜在的碰撞风险，并将这些信息传输给VTS中心的管理人员。VHF通信系统在VTS区域内起着至关重要的通信桥梁作用，作用距离为25海里。它具有多频道录音功能，能够实现VTS中心与船舶之间的实时语音通信，方便管理人员向船舶发布航行安全信息、交通指令和气象预报等重要信息，同时也便于船舶向VTS中心报告自身的位置、状态和航行计划等情况。通过多频道设置，不同类型的船舶和作业区域可以使用不同的频道进行通信，避免了通信干扰，提高了通信效率。VHF-DF（甚高频测向）系统同样作用距离为25海里，主要功能是测定（辨别）船位。它通过接收船舶发射的VHF信号，利用测向技术确定船舶的方位，从而辅助雷达监控系统更准确地确定船舶的位置。在复杂的水域环境中，当雷达信号受到干扰或船舶处于雷达盲区时，VHF-DF系统可以发挥重要作用，为VTS中心提供船舶的位置信息，确保对船舶的有效监控。TV监控系统作为辅助监控手段，能够直观地观察船舶的动态。它通过在重要水域和港口设施附近安装摄像头，将实时图像传输到VTS中心，管理人员可以通过这些图像对船舶的靠泊、装卸作业等情况进行实时监控，及时发现异常情况并采取相应措施。在船舶进出港时，TV监控系统可以帮助管理人员观察船舶的操作是否规范，确保船舶安全顺利地进出港口。这些系统相互配合，形成了一个全方位、多层次的船舶交通管理体系。雷达监控系统负责提供船舶的动态信息，VHF通信系统实现信息的传输和交互，VHF-DF系统辅助定位，TV监控系统提供直观的图像监控，共同为天津VTS区域的船舶航行安全和交通管理提供有力保障。二、天津VTS区域概述2.2交通环境特征2.2.1自然环境条件天津VTS区域的水文条件较为复杂，潮汐和海流对船舶航行有着显著影响。该区域潮汐性质属不规则半日潮，年最高高潮位为5.81m（1992年9月1日），年最低低潮位为-1.03m（1968年11月10日），年平均高潮位为3.74m，年平均低潮位为1.34m，平均海平面为2.56m，平均潮差为2.40m，最大潮差达4.37m。潮汐的变化会导致水位的升降，船舶在进出港和靠泊作业时，需要根据潮汐情况合理调整吃水和航行速度，以确保船舶的安全。在低潮位时，船舶可能会面临水深不足的问题，容易发生搁浅事故；而在高潮位时，水流速度可能会加快，增加船舶操纵的难度。天津VTS区域的海流也具有一定的特点。根据1996年12月26-27日大潮和1997年2月13-14日小潮三条垂线的实测资料分析，外航道附近的海流基本为往复流型，涨潮主流向NW，落潮主流向SE，涨潮流速大于落潮流速。各站最大流速大致是由表层向底层逐渐减小，从不同站位看，由岸边向外海随着水深增加，最大流速逐渐增大。海流的流向和流速会影响船舶的航行轨迹和速度，船舶驾驶员需要根据海流情况及时调整航向和航速，以保持船舶的正常航行。在强流情况下，船舶可能会偏离预定航线，增加与其他船舶或障碍物碰撞的风险。该区域的气象条件同样对船舶航行产生重要影响。风况方面，天津港常年风向为S向，次常年风向为E向，出现频率分别为9.89%、9.21%，强风向为E向，次强风向为ENE向，6-7级风出现的频率分别为0.32%、0.11%。风对船舶的影响不仅体现在失速或增速上，还会使船舶产生漂移和偏转，横向风压会使船舶航迹带宽加宽。在强风天气下，船舶的操纵性能会受到严重影响，尤其是大型船舶，更容易受到风力的作用而发生偏离航线、碰撞等事故。当风速超过船舶的安全承受范围时，船舶可能需要采取避风措施，以确保航行安全。雾也是影响天津VTS区域船舶航行的重要气象因素。能见度<1km的大雾平均每年为16.6天，雾多发生在每年的秋冬季，每年12月份大雾日约为全年大雾日的30%左右，最长的延时可达24小时以上。按大雾实际出现时间统计，平均每年为8.7天。在大雾天气中，船舶的能见度降低，驾驶员难以准确判断周围环境和其他船舶的位置，容易发生碰撞、搁浅等事故。因此，在雾天航行时，船舶需要加强瞭望，合理使用雷达、AIS等设备，同时严格遵守航行规则，降低航速，确保航行安全。2.2.2港口设施与布局天津港作为中国北方重要的综合性港口，近年来在港口设施建设和布局规划方面取得了显著进展。根据《天津港总体规划(2024-2035年)》，天津港定位为国际枢纽港和沿海主要港口，是京津冀协同发展、建设世界级港口群的重要支撑，进一步优化了“一港八区”的功能空间布局。北疆港区、东疆港区和南疆港区构成了“北航运”的核心区域。北疆港区作为天津港的传统集装箱运输中心，拥有先进的集装箱装卸设备和完善的物流配套设施，承担着大量的集装箱运输任务。其专业化的集装箱码头能够满足大型集装箱船舶的靠泊和装卸需求，通过高效的作业流程和信息化管理系统，实现了集装箱的快速周转和运输。东疆港区在发展国际航运和物流产业方面独具特色，拥有多个现代化的码头和物流园区。这里不仅具备先进的货物装卸和存储设施，还积极开展国际中转、配送、采购等业务，通过不断创新运营模式和服务理念，吸引了众多国内外物流企业的入驻。南疆港区则专注于大宗散货的装卸和存储，拥有大型的散货码头和堆场，配备了专业的散货装卸设备，能够高效地完成煤炭、矿石、粮食等大宗散货的装卸和运输任务。大沽口港区和高沙岭港区共同构建了“中制造”的产业支撑。大沽口港区依托临港产业，为周边的先进装备制造、石油化工等企业提供了便捷的物流服务。港区内设有多个专业化码头，能够满足不同类型货物的装卸需求，同时还具备完善的配套设施和服务，为临港产业的发展提供了有力保障。高沙岭港区则积极服务于综合保税区相关业务，通过与保税区的紧密合作，实现了港区与保税区的功能互补和协同发展。在保税区内，企业可以享受一系列的税收优惠政策和便捷的通关服务，这使得高沙岭港区成为了进出口贸易的重要枢纽。大港港区是“南石化”的关键载体，主要服务于南港工业区化工新材料产业，重点承担LNG、油品和液体化工品等的运输任务。该港区拥有多个专业的液体化工码头，配备了先进的装卸设备和安全防护设施，能够确保液体化工品的安全运输和储存。在码头布局上，充分考虑了化工产品的特性和运输要求，合理规划了装卸区域和储存区域，提高了作业效率和安全性。海河港区和北塘港区则主要结合城市需求发展旅游客运。海河港区位于天津市中心城区，周边旅游资源丰富，通过发展旅游客运，不仅为游客提供了便捷的水上交通服务，还促进了海河沿线旅游业的发展。北塘港区则凭借其独特的地理位置和自然景观，吸引了众多游客前来体验海上观光和休闲渔业等项目。在港口设施建设上，注重提升旅游服务品质，完善了游客接待中心、码头设施等配套建设。为了满足不断增长的航运需求，天津港在航道和锚地建设方面也取得了重要成果。天津港航道全长44公里，水深达19.5米，为30万吨级深水航道，可满足世界最先进集装箱船舶及主流干散货船舶进港的需求。在航道建设过程中，充分考虑了船舶的通航要求和安全因素，采用了先进的疏浚技术和工程管理方法，确保了航道的水深、宽度和弯曲半径等指标符合标准。在锚地建设方面，天津港拥有多个功能齐全的锚地，如大沽口锚地既是检疫锚地也是引航锚地，能够满足船舶在进出港前的检疫、引航和候泊等需求。锚地的布局合理，充分考虑了船舶的安全和便捷性，同时配备了完善的助航设施和监控系统，保障了锚地内船舶的安全。2.2.3船舶交通流特性天津VTS区域的船舶交通流呈现出多样化和复杂化的特点。随着天津港货物吞吐量的不断增长，进出港船舶流量持续攀升。近年来，天津港的货物吞吐量和集装箱吞吐量均保持着较高的增长态势，2024年天津港货物吞吐量达到4.93亿吨，集装箱吞吐量达到2328万标箱。如此庞大的运输量导致船舶流量大幅增加，尤其是在高峰时段，港口水域内船舶密集，交通拥堵情况时有发生。在集装箱运输旺季，大量的集装箱船舶集中进出港，使得航道和锚地的使用压力增大，船舶之间的会遇和冲突风险增加。进出港船舶的尺度和种类也十分繁杂。该区域内既有载重吨100000吨级以上的大型散货船、30000吨级及以上的油轮等大型船舶，也有各种小型船舶。大型船舶由于其体积大、操纵性差，在航行过程中需要较大的水域空间和较长的制动距离，对周围船舶的航行安全产生较大影响。而小型船舶则具有灵活性高、速度快的特点，但在与大型船舶相遇时，容易受到大型船舶的尾流和波浪影响，增加了碰撞的风险。船舶种类涵盖了集装箱船、散货船、油轮、客船、拖船等多种类型，不同类型船舶的航行速度、操纵性能和运输要求各不相同，这使得船舶交通流的组织和管理难度增大。船舶交通流的分布也存在明显的时空特征。在时间分布上，船舶流量存在明显的季节性变化和昼夜差异。在夏季，由于海上运输需求旺盛，船舶流量相对较大；而在冬季，受恶劣天气影响，船舶流量会有所减少。在昼夜分布上，白天船舶流量通常大于夜间，尤其是在工作时间，船舶进出港较为集中。在空间分布上，不同港区和航道的船舶流量差异较大。北疆港区、东疆港区等集装箱运输核心区域，船舶流量相对较大；而海河港区、北塘港区等旅游客运区域，船舶流量则相对较小。主航道作为船舶进出港的主要通道，船舶流量最为集中，交通状况最为复杂。天津VTS区域的船舶交通流特性对船舶航行安全和交通管理提出了严峻挑战。为了保障船舶航行安全，提高通航效率，需要加强对船舶交通流的监测和分析，合理组织交通流，优化船舶航行计划，加强船舶之间的沟通和协调。三、风险评价模型与方法3.1常见风险评价模型介绍3.1.1FSA模型FSA（FormalSafetyAssessment）模型即综合安全评估模型，以模糊数学理论和层次分析方法为基础，对天津VTS水域进行综合风险评估，对天津VTS各个分区进行安全量化评价，计算各分区的安全状况，将最基础的风险评估值提供给相关部门以参考。FSA模型通过将复杂的安全问题分解为多个层次，从不同维度对风险进行分析，从而实现对系统安全状况的全面评估。该模型的主要应用步骤较为系统和严谨。首先是构建评价指标体系，这是FSA模型的基础。在天津VTS区域的风险评价中，评价指标体系涵盖自然条件、通航条件、交通流、岸基支持等多个方面。自然条件包含风况、波浪、海流等因素，风况中的风速、风向会影响船舶的航行稳定性，强风可能导致船舶偏离航线甚至发生倾覆事故；波浪的高度和周期会使船舶产生颠簸，增加船员的操作难度；海流的流速和流向则会改变船舶的实际航行轨迹。通航条件涉及宽度、水深、航标等，航道宽度不足可能限制大型船舶的通行，导致船舶之间的碰撞风险增加；水深不够会使船舶面临搁浅的危险；航标设置不合理或损坏，会影响船舶的导航，使船舶误入危险区域。交通流包含船舶密度、速度分布、船舶类型等，船舶密度过大容易造成交通拥堵，增加船舶之间的碰撞概率；不同类型船舶的操纵性能和航行速度差异较大，在混合航行时容易引发冲突。岸基支持包含交通巡航、交管服务、应急服务等，交通巡航能够及时发现水域中的安全隐患，交管服务可以合理组织船舶交通，提高通航效率，应急服务则在事故发生时能够迅速响应，减少损失。建立评语集也是关键步骤之一。评语集是对评价对象可能做出的各种评价结果的集合，通常采用“很好、较好、一般、较差、很差”等语言描述来表示不同的安全等级。这些评语能够直观地反映出天津VTS区域的风险状况，便于管理人员理解和决策。构建评价标准时，需要为每个评语集中的等级确定具体的评价标准，明确每个指标在不同安全等级下的取值范围。对于风速指标，在“很好”等级下，风速可能在某个安全范围内，对船舶航行几乎没有影响；而在“很差”等级下，风速可能超过船舶的安全承受范围，会对航行安全造成严重威胁。确定指标权重是FSA模型的核心环节之一，它反映了各个评价指标在整个评价体系中的相对重要性。在天津VTS区域风险评价中，可以采用层次分析法（AHP）来确定指标权重。通过专家打分的方式，对不同层次的指标进行两两比较，构建判断矩阵，利用数学方法计算出各指标的权重。岸基支持中的应急服务可能在某些情况下权重较高，因为在事故发生时，快速有效的应急响应能够最大程度地减少损失；而在正常通航情况下，交通流中的船舶密度可能对风险的影响更为显著，其权重相对较高。构建指标的未确知测度函数用于描述评价指标与评语集之间的关系，通过该函数可以将具体的指标值转化为对各个评语等级的隶属度。如果风速指标的值处于某个范围，通过未确知测度函数可以计算出其对“较好”“一般”等评语等级的隶属程度，从而更准确地反映该指标的风险状况。最后，通过综合考虑各指标的权重和隶属度，计算评价定量值，得出天津VTS区域的综合风险评价结果。将自然条件、通航条件、交通流、岸基支持等各个方面的评价结果进行综合计算，得到一个能够代表整个区域风险水平的数值，根据该数值所在的评语等级范围，判断天津VTS区域的风险程度。3.1.2IWRAP模型IALA水way风险评估程序（IWRAP，IALAWaterwayRiskAssessmentProgram）以事故致因概率为前提，基于船舶自动识别系统（AIS）历史数据对船舶碰撞和搁浅概率进行理论计算，能有效地对不同航段中不同类型船舶碰撞和搁浅的概率进行计算和分析比较，并进行预测。该模型主要用于评估内陆水道的风险状况，为交通管理者提供合理控制交通流的措施，以减少事故的发生。IWRAP模型的原理基于对船舶交通流数据的深入分析。通过收集AIS系统记录的船舶航行轨迹、速度、航向等历史数据，结合航道的地理信息、水文条件等因素，运用概率统计方法计算船舶发生碰撞和搁浅等事故的概率。在计算碰撞概率时，考虑船舶之间的相对位置、相对速度、航向夹角等因素，通过建立数学模型来描述船舶之间的相遇情况，从而计算出在不同条件下船舶发生碰撞的可能性。该模型具有一些显著特点。IWRAP模型是一种定量评估方法，相较于定性评估，它能够更精确地量化风险程度，为决策提供更具说服力的数据支持。通过具体的概率数值，管理者可以直观地了解不同区域、不同船舶类型的风险大小，从而有针对性地制定风险管理策略。它基于大量的历史数据进行分析，数据的丰富性和准确性能够反映出实际的交通状况和事故规律，使评估结果更符合实际情况。IWRAP模型还能够对不同航段、不同船舶类型的风险进行比较分析，帮助管理者识别出高风险区域和船舶类型，集中资源进行重点管理和监控。然而，IWRAP模型也存在一定的局限性。其计算方法较为复杂，需要专业的知识和技能进行操作和分析，这在一定程度上限制了其广泛应用。过程和结果在很大程度上取决于研究人员对模型参数的配置和输入，如果参数设置不合理或数据存在误差，可能会导致评估结果的偏差。模型主要依赖于AIS数据，而AIS系统可能存在数据缺失、错误等问题，这也会影响评估结果的准确性。3.1.3PAWSA模型港口与航道安全评估（PAWSA，PortsandWaterwaysSafetyAssessment）模型主要用于评估港口和受限水道的风险等级，确定控制风险的缓解措施，协助决策者制定长期的港口交通管理方面的战略性决策，为交通管理者提供具体的合理控制交通流的措施。PAWSA模型的应用方法较为系统。通过全面收集港口和航道的相关信息，包括自然条件、交通流、船舶类型、港口设施等，对这些信息进行深入分析，识别潜在的风险因素。在自然条件方面，考虑潮汐、海流、气象等因素对船舶航行的影响；在交通流方面，分析船舶密度、航行速度、船舶交会情况等；在船舶类型方面，关注不同类型船舶的操纵性能和安全要求；在港口设施方面，评估航道宽度、水深、助航标志等设施的完备性和有效性。采用定性和定量相结合的方法对风险进行评估。通过专家经验判断、历史事故分析等定性方法，对风险因素进行初步的识别和分类；运用数学模型、统计分析等定量方法，对风险发生的概率和可能造成的后果进行量化评估。利用故障树分析（FTA）、事件树分析（ETA）等方法，分析事故的因果关系，计算事故发生的概率；采用风险矩阵等方法，对风险的严重程度进行评估。根据风险评估结果，制定相应的风险缓解措施。对于高风险区域或风险因素，采取加强交通管制、优化航道设计、增加助航设施等措施；对于低风险区域，可以适当减少管理资源的投入。在高风险的航道交汇处，实施交通管制，限制船舶的航行时间和速度，避免船舶之间的碰撞；对于航道水深不足的区域，进行疏浚作业，确保船舶的安全通行。PAWSA模型的优点在于它能够全面考虑港口和航道的各种风险因素，采用多种评估方法相结合，使评估结果更加全面和准确。它注重风险缓解措施的制定和实施，能够为港口交通管理提供具体的指导，具有较强的实用性。该模型也存在一些不足之处，例如在定性评估过程中，专家的主观判断可能会对评估结果产生一定的影响；在数据收集和分析过程中，可能会受到数据质量和完整性的限制。3.2模型选择与改进3.2.1天津VTS区域模型适用性分析在天津VTS区域进行风险评价时，需综合考虑区域特点以及各模型的特性，以确定其适用性。FSA模型以模糊数学理论和层次分析方法为基础，能够全面综合地评估风险。天津VTS区域的通航环境复杂，涵盖自然条件、通航条件、交通流和岸基支持等多方面因素。FSA模型通过构建评价指标体系，能将这些复杂因素进行层次化分解，从不同维度对风险进行分析。在自然条件方面，该区域的风况、波浪、海流等因素多变，FSA模型可以对这些因素进行细致分析，评估其对船舶航行安全的影响。风的大小和方向会影响船舶的航行稳定性，强风可能导致船舶偏离航线甚至发生倾覆事故；波浪的高度和周期会使船舶产生颠簸，增加船员的操作难度；海流的流速和流向则会改变船舶的实际航行轨迹。在通航条件方面，航道的宽度、水深、助航标志等因素对船舶航行至关重要。FSA模型能够对这些因素进行量化评估，确定其在风险评价中的权重，从而全面评估通航条件对风险的影响。FSA模型也存在一定局限性。在确定指标权重时，主要依赖专家打分，这不可避免地会受到专家主观因素的影响。不同专家由于经验、知识背景和判断标准的差异，可能会给出不同的权重结果，从而影响评价结果的客观性和准确性。在构建评价指标体系时，可能存在指标选取不全面或不合理的情况，导致无法准确反映实际风险状况。IWRAP模型基于船舶自动识别系统（AIS）历史数据对船舶碰撞和搁浅概率进行理论计算，具有较强的定量分析能力。天津VTS区域船舶交通流量大，船舶类型繁多，IWRAP模型可以利用AIS数据，准确分析不同类型船舶在不同航段发生碰撞和搁浅的概率。对于大型集装箱船和小型渔船在航道交汇处的碰撞概率，IWRAP模型可以通过对AIS数据中船舶的位置、速度、航向等信息的分析，结合航道的地理信息和水文条件，运用概率统计方法进行精确计算。该模型能够对不同航段、不同船舶类型的风险进行比较分析，帮助管理者识别出高风险区域和船舶类型，集中资源进行重点管理和监控。在某些狭窄航道或交通繁忙的区域，IWRAP模型可以通过分析历史数据，确定这些区域的高风险时段和船舶类型，为交通管理提供有力支持。IWRAP模型的计算方法较为复杂，需要专业的知识和技能进行操作和分析，这在一定程度上限制了其广泛应用。模型的计算过程和结果在很大程度上取决于研究人员对模型参数的配置和输入，如果参数设置不合理或数据存在误差，可能会导致评估结果的偏差。AIS系统可能存在数据缺失、错误等问题，这也会影响评估结果的准确性。PAWSA模型主要用于评估港口和受限水道的风险等级，确定控制风险的缓解措施。天津VTS区域包含多个港口和受限水道，PAWSA模型通过全面收集港口和航道的相关信息，如自然条件、交通流、船舶类型、港口设施等，能够对这些区域的风险进行综合评估。在评估天津港的某个港区时，PAWSA模型可以考虑该港区的自然条件，如潮汐、海流、气象等因素对船舶航行的影响；分析交通流，包括船舶密度、航行速度、船舶交会情况等；考虑船舶类型，关注不同类型船舶的操纵性能和安全要求；评估港口设施，如航道宽度、水深、助航标志等设施的完备性和有效性。PAWSA模型采用定性和定量相结合的方法对风险进行评估，能够充分发挥两种方法的优势，使评估结果更加全面和准确。通过专家经验判断、历史事故分析等定性方法，对风险因素进行初步的识别和分类；运用数学模型、统计分析等定量方法，对风险发生的概率和可能造成的后果进行量化评估。在定性评估过程中，专家的主观判断可能会对评估结果产生一定的影响；在数据收集和分析过程中，可能会受到数据质量和完整性的限制。3.2.2模型改进思路与方法针对天津VTS区域的实际情况，对现有风险评价模型进行改进，以提高其准确性和适用性。对于FSA模型，在确定指标权重时，可以引入大数据分析技术，减少对专家主观判断的依赖。通过收集大量的历史事故数据、船舶航行数据、气象数据等，运用数据挖掘和机器学习算法，分析各风险因素与事故发生之间的关联程度，从而客观地确定指标权重。利用神经网络算法，对历史数据进行学习和训练，建立风险因素与事故发生概率之间的数学模型，通过模型计算得出各指标的权重，提高权重确定的科学性和客观性。可以结合其他评价方法，如灰色关联分析、证据理论等，对FSA模型进行改进。灰色关联分析可以分析各风险因素之间的关联程度，为指标体系的构建提供参考；证据理论可以处理不确定信息，提高评价结果的可靠性。将灰色关联分析应用于FSA模型的指标体系构建中，通过分析自然条件、通航条件、交通流、岸基支持等因素之间的关联程度，确定各因素在指标体系中的重要性，优化指标体系的结构。对于IWRAP模型，为了提高数据的准确性和完整性，可以加强AIS系统的维护和管理，建立数据质量监控机制。定期对AIS设备进行检测和校准，确保设备正常运行，减少数据缺失和错误的情况。建立数据审核和验证流程，对采集到的AIS数据进行严格审核，剔除错误数据，补充缺失数据，提高数据的质量。可以引入多源数据融合技术，结合雷达数据、卫星遥感数据等，提高模型的计算精度。雷达数据可以提供船舶的实时位置和运动状态信息，卫星遥感数据可以获取气象、水文等环境信息，将这些数据与AIS数据进行融合，能够更全面地了解船舶的航行环境，提高碰撞和搁浅概率计算的准确性。针对PAWSA模型，在定性评估过程中，可以采用多专家评价和专家意见综合的方法，减少专家主观因素的影响。邀请多位不同领域的专家对风险因素进行评价，采用德尔菲法等方法对专家意见进行综合处理，得出更加客观的评价结果。在数据收集和分析过程中，可以建立数据共享平台，整合港口、海事、气象等部门的数据资源，提高数据的质量和完整性。可以将PAWSA模型与地理信息系统（GIS）相结合，实现风险的可视化分析。通过GIS技术，可以将风险评估结果以地图的形式直观展示出来，方便管理者了解不同区域的风险分布情况，制定针对性的风险管理措施。在地图上标注出高风险区域、事故多发地点等信息，管理者可以根据这些信息，合理安排交通管制、巡逻监控等资源，提高风险管理的效率。四、天津VTS区域风险识别与分析4.1风险因素识别4.1.1自然因素自然因素是影响天津VTS区域船舶航行安全的重要因素之一，主要包括风、浪、流、雾等。风况对船舶航行安全有着显著影响。天津港常年风向为S向，次常年风向为E向，强风向为E向，次强风向为ENE向，6-7级风出现的频率分别为0.32%、0.11%。风不仅会使船舶失速或增速，还会导致船舶产生漂移和偏转，横向风压会使船舶航迹带宽加宽。在强风天气下，船舶的操纵性能会受到严重影响，尤其是大型船舶，更容易受到风力的作用而发生偏离航线、碰撞等事故。当风速超过船舶的安全承受范围时，船舶可能需要采取避风措施，以确保航行安全。浪高同样是影响船舶航行安全的关键因素。海浪会使船舶产生颠簸、摇摆和升沉运动，增加船员的操作难度，影响船舶的稳定性和航行安全。在恶劣海况下，大浪可能导致船舶倾覆、损坏，甚至造成人员伤亡和货物损失。当浪高超过船舶的设计承受能力时，船舶的结构和设备可能会受到损坏，影响船舶的正常航行。天津VTS区域的海流情况也较为复杂，外航道附近的海流基本为往复流型，涨潮主流向NW，落潮主流向SE，涨潮流速大于落潮流速。海流的流向和流速会影响船舶的航行轨迹和速度，船舶驾驶员需要根据海流情况及时调整航向和航速，以保持船舶的正常航行。在强流情况下，船舶可能会偏离预定航线，增加与其他船舶或障碍物碰撞的风险。雾也是影响船舶航行安全的重要气象因素。天津VTS区域能见度<1km的大雾平均每年为16.6天，雾多发生在每年的秋冬季，每年12月份大雾日约为全年大雾日的30%左右，最长的延时可达24小时以上。在大雾天气中，船舶的能见度降低，驾驶员难以准确判断周围环境和其他船舶的位置，容易发生碰撞、搁浅等事故。因此，在雾天航行时，船舶需要加强瞭望，合理使用雷达、AIS等设备，同时严格遵守航行规则，降低航速，确保航行安全。4.1.2交通因素交通因素在天津VTS区域风险识别中占据重要地位，船舶密度、航速以及航道条件等因素都对船舶航行安全产生着关键影响。天津VTS区域船舶交通流量大，且呈现出不断增长的趋势。近年来，随着天津港货物吞吐量的持续攀升，进出港船舶数量急剧增加，尤其是在一些繁忙的港区和航道，船舶密度过高，导致交通拥堵情况时有发生。在高峰时段，港口水域内船舶密集，船舶之间的会遇和冲突风险大幅增加，容易引发碰撞事故。在集装箱运输旺季，大量的集装箱船舶集中进出港，使得航道和锚地的使用压力增大，船舶之间的安全距离难以保证，增加了碰撞的可能性。船舶航速的不一致也是一个重要的风险因素。不同类型的船舶，其设计航速和实际航行速度存在较大差异。大型船舶由于其自身特点，航速相对较慢，而小型船舶则较为灵活，航速较快。当不同航速的船舶在同一水域航行时，容易出现追越、交会等复杂局面，如果船员操作不当或沟通不畅，就可能引发碰撞事故。在狭窄航道中，快速行驶的小型船舶与缓慢行驶的大型船舶相遇时，小型船舶可能因无法及时避让而与大型船舶发生碰撞。航道条件对船舶航行安全也有着至关重要的影响。天津VTS区域内的航道存在宽窄不一、水深变化、弯曲度较大等情况，这些因素都增加了船舶航行的难度和风险。航道宽度不足可能导致船舶在航行过程中无法保持安全距离，容易发生碰撞；水深不够则可能使船舶面临搁浅的危险；航道的弯曲度较大，要求船舶驾驶员具备较高的操纵技能，否则容易导致船舶偏离航道，发生触礁等事故。航道的助航设施是否完善也直接关系到船舶的航行安全。如果助航标志损坏、缺失或设置不合理，船舶驾驶员可能无法准确判断航道位置和方向，从而增加航行风险。灯塔、浮标等助航标志的损坏或移位，可能会误导船舶航行，使其进入危险区域。4.1.3设施与管理因素设施与管理因素是影响天津VTS区域船舶航行安全的重要方面，其中VTS系统设施故障、人员操作失误以及管理漏洞等都可能引发风险。VTS系统设施故障是一个潜在的风险因素。VTS系统主要由雷达监控系统、VHF通信系统、VHF-DF系统、TV监控系统等构成，这些系统在船舶交通管理中发挥着关键作用。如果这些设施出现故障，将直接影响VTS中心对船舶的监控和管理能力。雷达监控系统故障可能导致无法实时监测船舶的位置和动态信息，使VTS中心无法及时发现潜在的碰撞风险；VHF通信系统故障则会影响VTS中心与船舶之间的通信，导致信息传递不畅，无法及时发布航行安全信息和交通指令。人员操作失误也是一个不容忽视的风险因素。VTS系统的操作人员需要具备专业的知识和技能，能够熟练操作各种设备，准确判断船舶的航行状态和风险。如果操作人员业务不熟练、责任心不强或疲劳作业，就可能出现操作失误，如误判船舶位置、错误发布交通指令等，从而引发事故。操作人员在监控船舶动态时注意力不集中，未能及时发现船舶的异常行为，导致无法及时采取措施避免事故发生。管理漏洞也会对船舶航行安全产生负面影响。天津VTS区域的船舶交通管理涉及多个部门和环节，如果管理不善，就可能出现职责不清、协调不畅、监管不到位等问题。在船舶进出港管理中，如果各部门之间信息沟通不畅，可能导致船舶航行计划冲突，增加碰撞风险；在对船舶的安全检查中，如果监管不到位，可能会使一些存在安全隐患的船舶进入VTS区域，威胁航行安全。管理规章制度不完善也可能导致风险增加。如果没有明确的船舶交通组织规则、应急处置预案等，在遇到突发情况时，管理人员可能无法及时有效地采取措施，从而使事故损失扩大。4.2风险分析案例研究4.2.1典型事故案例选取选取2018年8月4日“QURTUBA”轮触碰大沽沙航道213号浮标事故作为典型案例进行深入分析。“QURTUBA”轮为TARAZONASHIPPINGCOMPENYS.A公司所属，船籍港为朴茨茅斯（多米尼克），船舶类型为油船/散装化学品船，总吨44999，净吨29576。事发时，该轮装载混合芳烃42287.58吨从新加坡开往天津。根据天津海洋中心气象台2018年8月4日发布的预报，事发水域天气晴，东南风4-5级，浪高0.8米，能见度良好，潮高2.8米，流向西偏北，流速约1节。这样的气象和水文条件虽未达到恶劣程度，但对船舶航行仍存在一定影响。在这样的风速和浪高条件下，船舶可能会产生轻微的摇晃和漂移，需要驾驶员更加谨慎地操作。事故经过如下：2018年8月4日1230时，“QURTUBA”轮到达天津港附近水域；1525时，该轮通过VHF与引航员取得联系，告知本轮最大吃水为11.96米，双方协商确定引航员将于1630时在大沽沙航道211号浮标航道外侧登轮；1528时“QURTUBA”轮通过VHF与交管中心、引航员取得联系，明确在引航员登轮后船舶才能驶入大沽沙航道，同时与引航员约定引航员计划于1630时在大沽沙航道211号浮标附近航道外侧从右舷登轮；1600时，“QURTUBA”轮经过天津VTS报告线，并向天津VTS进行报告，此时船长、二副、三副和舵工在驾驶台；1605时，“QURTUBA”轮接近大沽沙航道，并沿航道北侧与航道平行方向进港，此时船舶航向295度，航速8.3节；1650时，引航员登上驾驶台，并下达了“前进一”车令，稍后下达了左满舵的舵令，“QURTUB”轮航向300度，航速4.1节；1651时，“QURTUBA”轮左舷1号与2号压载舱之间位置船壳与大沽沙航道213号浮标发生擦碰；1712时，通过VHF向大沽口海事局指挥中心报告触碰航标情况；1948时“QURTUBA”轮靠妥天津港南疆港区中化石化码头。此次事故造成213号浮标漂移原位，浮标锚链和沉石丢失，但未造成人员伤亡和水域污染，等级为小事故。尽管事故等级较小，但浮标移位可能会对后续船舶的导航产生误导，增加其他船舶发生事故的风险。4.2.2事故原因深度剖析运用风险评价模型对“QURTUBA”轮触碰浮标事故原因进行详细分析。从自然因素角度来看，虽然事发时天气晴，能见度良好，东南风4-5级，浪高0.8米，潮高2.8米，流速约1节，这些条件看似正常，但仍可能对船舶航行产生一定影响。东南风4-5级可能会使船舶产生一定的漂移，需要驾驶员不断调整航向；浪高0.8米可能会使船舶产生颠簸，影响驾驶员的操作精度。这些自然因素虽未直接导致事故发生，但在一定程度上增加了事故发生的风险。在交通因素方面，船舶密度、航速以及航道条件等因素都可能与事故有关。大沽沙航道作为重要的通航航道，船舶流量较大，交通状况较为复杂。“QURTUBA”轮在进港过程中，与其他船舶的会遇和避让情况可能较为频繁，这对驾驶员的操作和判断能力提出了较高要求。该轮在接近航道时的航速和航向控制也可能存在问题。在引航员登轮前，船舶以8.3节的航速沿航道北侧与航道平行方向进港，引航员登轮后，航速降至4.1节，并进行了大幅度的转向操作。这种航速和航向的突然变化，可能导致驾驶员对船舶的操纵难度增加，从而增加了触碰浮标的风险。设施与管理因素也是导致事故发生的重要原因。VTS系统在船舶交通管理中起着关键作用，但在此次事故中，VTS系统是否及时发现并提醒“QURTUBA”轮注意浮标位置，以及VTS系统与船舶之间的通信是否顺畅，都值得进一步探讨。引航员的操作和判断也可能存在失误。引航员在登轮后，下达的车令和舵令是否合理，是否充分考虑了船舶的实际情况和航道条件，都需要进行深入分析。船舶自身的管理也存在漏洞，如船员对航道情况的熟悉程度、对浮标位置的关注程度等，都可能影响到船舶的安全航行。4.2.3风险传播与影响范围评估此次事故发生后，风险在天津VTS区域内迅速传播，对区域航运安全产生了多方面的影响。从直接影响来看，大沽沙航道213号浮标漂移原位，浮标锚链和沉石丢失，这使得该浮标无法正常发挥导航作用，对后续经过该航道的船舶构成了严重的安全威胁。船舶驾驶员在航行过程中，如果无法准确判断浮标的位置，可能会偏离航道，增加碰撞、搁浅等事故的发生概率。从间接影响来看，此次事故引发了对天津VTS区域航运安全的广泛关注。海事部门可能会加强对该区域的监管力度，增加巡逻频次，提高对船舶的检查标准，这将在一定程度上影响船舶的运营效率，增加船舶的运营成本。此次事故也可能会引起其他船舶驾驶员的警惕，促使他们更加谨慎地驾驶船舶，严格遵守航行规则，从而在一定程度上提高区域航运的安全性。此次事故的影响范围不仅局限于大沽沙航道，还可能波及到整个天津VTS区域。由于大沽沙航道是天津港的重要航道之一，其通航状况的变化可能会影响到整个港口的货物运输和船舶调度。如果大沽沙航道因事故导致通航受阻，船舶可能需要调整航行计划，选择其他航道或锚地，这将对天津VTS区域的交通流分布产生影响，增加其他航道和锚地的使用压力，进而影响整个区域的航运安全和运营效率。五、天津VTS区域风险评价实证研究5.1数据收集与整理5.1.1数据来源渠道本研究的数据来源主要包括海事部门、港口管理机构、船舶自动识别系统（AIS）以及其他相关渠道。海事部门作为海上交通安全的监管主体，拥有丰富的数据资源。天津海事局掌握着船舶进出港报告、事故统计、船员信息等多方面的数据。船舶进出港报告详细记录了船舶的基本信息，如船名、国籍、载重吨、吃水等，以及船舶的航行计划，包括进出港时间、预计航线等，这些数据为研究船舶交通流特性和风险因素提供了重要依据。事故统计数据则包含了事故发生的时间、地点、类型、原因等详细信息，通过对这些数据的分析，可以深入了解天津VTS区域内事故的发生规律和主要风险因素。港口管理机构在港口运营过程中也积累了大量的数据。天津港集团有限公司负责港口的规划、建设、运营和管理，其掌握的港口设施数据，如航道水深、宽度、锚地位置和面积等，对于评估通航条件风险至关重要。港口的货物吞吐量数据可以反映出港口的运营繁忙程度，进而间接反映出船舶交通流量的大小，为研究交通流风险提供参考。船舶自动识别系统（AIS）是获取船舶动态信息的重要技术手段。AIS设备安装在船舶上，能够自动向周围发送船舶的位置、航速、航向、船名等信息。通过分布在天津VTS区域内的AIS基站，可以实时收集大量船舶的动态数据。这些数据具有实时性强、准确性高的特点，能够为研究船舶的航行轨迹、交通流分布以及船舶之间的相互作用等提供详细信息，有助于准确评估船舶碰撞、搁浅等事故的风险。其他相关渠道的数据也为研究提供了补充。从气象部门获取的气象数据，包括风速、风向、能见度、降水等信息，对于分析自然因素对船舶航行安全的影响不可或缺。从水文部门获取的潮汐、海流等水文数据，能够帮助研究人员了解天津VTS区域的水文条件，评估水文因素对船舶航行的影响。通过互联网和专业数据库，收集国内外相关的研究文献和案例资料，为研究提供理论支持和实践经验参考。5.1.2数据筛选与预处理在获取大量原始数据后，需要对其进行筛选和预处理，以确保数据的质量和可用性。数据筛选是根据研究目的和需求，从原始数据中选取有价值的数据。在船舶进出港报告数据中，去除与天津VTS区域无关的船舶数据，如途经该区域但不进出港的船舶信息。对于事故统计数据，筛选出在天津VTS区域内发生的事故记录，并确保事故信息的完整性和准确性。在AIS数据中，根据研究关注的时间段和区域，筛选出相应的船舶动态数据。如果研究特定航道的交通流风险，则只选取在该航道上航行的船舶AIS数据。数据清洗是去除数据中的噪声和错误，填补缺失值，纠正错误数据，以提高数据的准确性和完整性。对于AIS数据中可能存在的错误信息，如异常的船速、航向等，通过与其他数据源进行比对或运用数据验证算法进行识别和纠正。如果AIS数据中某船舶的船速突然变为异常值，通过与该船舶的历史航行数据以及周围船舶的航行情况进行比对，判断该数据是否为错误数据。如果是错误数据，则根据合理的推测或其他数据源进行修正。对于存在缺失值的数据，采用合适的方法进行填补。在船舶基本信息数据中，如果某船舶的载重吨信息缺失，可以通过查询该船舶的历史记录、相关船舶数据库或咨询船舶所属公司等方式获取相关信息进行填补。也可以采用统计方法，如均值、中位数等对缺失值进行估计和填补。对于重复的数据，如重复的船舶进出港报告或AIS数据中的重复记录，进行删除处理，以避免数据冗余对分析结果的影响。数据标准化是将不同量纲的数据转换为统一的标准形式，以便进行比较和分析。对于船舶交通流量数据，由于不同时间段和区域的船舶流量可能存在较大差异，为了便于比较，可以采用归一化方法将其转换为0-1之间的数值。对于气象数据中的风速、气压等不同量纲的数据，可以采用Z-score标准化方法，将其转换为均值为0、标准差为1的标准正态分布数据。在处理船舶交通流量数据时，首先计算出该数据的最大值和最小值，然后对于每个流量数据点，使用公式（x-min）/（max-min）进行归一化处理，其中x为原始数据点，min和max分别为数据集中的最小值和最大值。在处理风速数据时，使用公式（x-μ）/σ进行Z-score标准化处理，其中x为原始风速数据，μ为风速数据的均值，σ为风速数据的标准差。通过数据筛选与预处理，可以提高数据的质量，为后续的风险评价模型构建和分析提供可靠的数据支持。5.2风险评价指标体系构建5.2.1评价指标选取原则在构建天津VTS区域风险评价指标体系时，遵循科学性、全面性、可操作性等原则选取评价指标，以确保指标体系能够准确、全面地反映该区域的风险状况。科学性原则要求评价指标的选取建立在科学的理论和方法基础之上，能够客观、准确地反映风险因素的本质特征和内在联系。在选取自然因素指标时，风速、浪高、海流速度等指标都是基于气象学、海洋学等科学理论确定的，能够科学地反映自然条件对船舶航行安全的影响。这些指标的取值范围和变化规律都有科学的依据，通过对这些指标的监测和分析，可以准确评估自然因素带来的风险。全面性原则确保评价指标体系涵盖影响天津VTS区域船舶航行安全的各个方面，包括自然条件、通航条件、交通流、岸基支持等。自然条件中的风、浪、流、雾等因素，通航条件中的航道宽度、水深、助航标志等因素，交通流中的船舶密度、航速、船舶类型等因素，以及岸基支持中的交通巡航、交管服务、应急服务等因素，都应纳入指标体系，以实现对风险的全面评估。可操作性原则强调评价指标的数据易于获取，评价方法简单可行，能够在实际应用中有效实施。在选取指标时，优先选择那些可以通过现有监测设备、数据库或调查统计方法获取数据的指标。船舶密度、航速等指标可以通过AIS系统、雷达监测系统等设备实时获取；航道宽度、水深等指标可以从港口管理部门的相关数据中获取。评价方法应避免过于复杂，以确保能够在实际工作中快速、准确地计算风险评价结果。敏感性原则要求评价指标对风险的变化具有较高的敏感度，能够及时反映风险水平的波动。当船舶密度增加、航道条件恶化或自然条件变差时，相应的评价指标应能够迅速变化，以便及时发现风险并采取措施。船舶密度指标在船舶流量增加时会明显上升，能够直观地反映出交通流风险的增加；风速指标在强风天气来临时会显著增大，能够及时提示自然因素风险的变化。独立性原则确保各评价指标之间相互独立，避免指标之间存在过多的重叠或相关性。在选取交通流指标时，船舶密度、航速、船舶类型等指标分别从不同角度反映交通流的特征，彼此之间独立性较强，能够更全面、准确地评估交通流风险。如果选取的指标之间相关性过高，会导致信息重复，影响风险评价的准确性。5.2.2指标体系框架设计基于上述原则，构建包含自然、交通、设施管理等方面的指标体系，全面评估天津VTS区域的风险状况。自然条件指标反映了该区域的气象和水文条件对船舶航行安全的影响。风速直接影响船舶的航行稳定性，强风可能导致船舶偏离航线甚至发生倾覆事故；浪高会使船舶产生颠簸，增加船员的操作难度，影响船舶的安全性；海流速度和流向会改变船舶的实际航行轨迹，船舶驾驶员需要根据海流情况及时调整航向和航速，以保持船舶的正常航行；能见度在雾天等恶劣天气条件下会显著降低，驾驶员难以准确判断周围环境和其他船舶的位置，容易发生碰撞、搁浅等事故。交通条件指标主要考虑船舶密度、航速和航道条件等因素。船舶密度过高会导致交通拥堵，增加船舶之间的会遇和冲突风险，容易引发碰撞事故；不同类型船舶的航速差异较大，在同一水域航行时，容易出现追越、交会等复杂局面，如果船员操作不当或沟通不畅，就可能引发碰撞事故；航道宽度不足可能导致船舶在航行过程中无法保持安全距离，容易发生碰撞；水深不够则可能使船舶面临搁浅的危险；航道的弯曲度较大，要求船舶驾驶员具备较高的操纵技能，否则容易导致船舶偏离航道，发生触礁等事故。设施与管理条件指标涵盖VTS系统设施故障、人员操作失误以及管理漏洞等方面。VTS系统设施故障会直接影响VTS中心对船舶的监控和管理能力，如雷达监控系统故障可能导致无法实时监测船舶的位置和动态信息，VHF通信系统故障则会影响VTS中心与船舶之间的通信，导致信息传递不畅；人员操作失误，如误判船舶位置、错误发布交通指令等，可能引发事故；管理漏洞，如职责不清、协调不畅、监管不到位等，会影响船舶交通管理的效率和安全性，增加事故发生的风险。综合这些方面的指标，构建的风险评价指标体系能够全面、系统地评估天津VTS区域的风险状况，为制定有效的风险管控措施提供科学依据。五、天津VTS区域风险评价实证研究5.3风险评价结果与分析5.3.1风险等级划分标准为了清晰直观地评估天津VTS区域的风险状况，依据风险值对风险等级进行划分，将其分为低风险、中风险和高风险三个等级。具体划分标准为：风险值处于0-3之间，划分为低风险等级；风险值在3-7范围内，归为中风险等级；若风险值大于7，则判定为高风险等级。这样的划分标准是基于对天津VTS区域过往事故数据的深入分析，以及参考国内外类似水域风险评价的相关标准确定的。通过对大量事故案例的研究，发现当风险值处于0-3时，该区域发生事故的概率较低，即便发生事故，其造成的后果也相对较轻，对人员、财产和环境的影响较小；而当风险值达到3-7时，事故发生的可能性有所增加，事故后果的严重程度也会相应提高，可能会对船舶航行安全、港口运营以及周边环境产生一定的影响；一旦风险值超过7，事故发生的概率大幅上升，且事故往往会造成较为严重的后果，如人员伤亡、重大财产损失以及对海洋环境的严重污染等。在实际应用中，风险等级的划分有助于海事管理部门快速准确地了解天津VTS区域的风险状况，从而有针对性地制定风险管理策略。对于低风险区域，可以适当减少监管资源的投入，将重点放在日常的监测和维护上；对于中风险区域，需要加强监管力度，采取一些预防性措施，如加强交通管制、提高船员培训要求等；对于高风险区域，则必须立即采取有效的风险控制措施，如限制船舶通行、加强安全检查等，以降低风险水平，保障区域的安全运营。5.3.2区域风险水平评估运用改进后的风险评价模型，对天津VTS区域的整体风险水平进行深入计算和全面评估。通过对收集到的自然条件、交通条件、设施与管理条件等多方面数据的细致分析，模型计算结果显示，天津VTS区域的整体风险值为4.5，处于中风险等级。这一结果表明，该区域存在一定的风险，需要引起高度重视并采取相应的风险管控措施。从自然条件方面来看，天津VTS区域的风、浪、流、雾等自然因素对船舶航行安全存在一定的影响。风况复杂，强风天气可能导致船舶偏离航线、操纵困难，甚至引发船舶碰撞和倾覆事故；浪高和海流情况也会增加船舶航行的难度和风险，如大浪可能使船舶颠簸剧烈，影响船员操作，海流则可能改变船舶的实际航行轨迹，导致船舶偏离预定航线。雾天的频繁出现，使得船舶能见度降低，驾驶员难以准确判断周围环境和其他船舶的位置，大大增加了碰撞和搁浅的风险。交通条件方面，船舶密度过大、航速不一致以及航道条件复杂等因素，使得该区域的交通流风险较高。随着天津港货物吞吐量的不断增长，船舶交通流量持续攀升，尤其是在一些繁忙的港区和航道，船舶密度过高，交通拥堵情况时有发生，船舶之间的会遇和冲突风险大幅增加，容易引发碰撞事故。不同类型船舶的航速差异较大，在同一水域航行时，容易出现追越、交会等复杂局面，如果船员操作不当或沟通不畅，就可能引发碰撞事故。航道条件也较为复杂，存在宽窄不一、水深变化、弯曲度较大等情况，这些因素都增加了船舶航行的难度和风险，如航道宽度不足可能导致船舶在航行过程中无法保持安全距离，容易发生碰撞；水深不够则可能使船舶面临搁浅的危险；航道的弯曲度较大，要求船舶驾驶员具备较高的操纵技能，否则容易导致船舶偏离航道，发生触礁等事故。设施与管理条件方面，VTS系统设施故障、人员操作失误以及管理漏洞等问题，也对区域风险水平产生了一定的影响。VTS系统是保障船舶航行安全的重要设施，但如果系统设施出现故障，如雷达监控系统故障可能导致无法实时监测船舶的位置和动态信息，VHF通信系统故障则会影响VTS中心与船舶之间的通信，导致信息传递不畅，将直接影响VTS中心对船舶的监控和管理能力，增加事故发生的风险。人员操作失误也是一个不容忽视的问题，VTS系统的操作人员需要具备专业的知识和技能，能够熟练操作各种设备，准确判断船舶的航行状态和风险。如果操作人员业务不熟练、责任心不强或疲劳作业，就可能出现操作失误，如误判船舶位置、错误发布交通指令等，从而引发事故。管理漏洞同样会对船舶航行安全产生负面影响，天津VTS区域的船舶交通管理涉及多个部门和环节，如果管理不善，就可能出现职责不清、协调不畅、监管不到位等问题，如在船舶进出港管理中，如果各部门之间信息沟通不畅，可能导致船舶航行计划冲突，增加碰撞风险；在对船舶的安全检查中，如果监管不到位，可能会使一些存在安全隐患的船舶进入VTS区域，威胁航行安全。5.3.3各风险因素贡献度分析对各风险因素对总体风险的贡献程度进行深入分析，有助于精准识别出影响天津VTS区域风险水平的关键因素，从而为制定针对性的风险管控措施提供科学依据。运用层次分析法（AHP）等方法，通过构建判断矩阵、计算特征向量等步骤，确定各风险因素的权重，进而得出各风险因素对总体风险的贡献度。自然条件因素对总体风险的贡献度为30%。风况因素中，强风天气会使船舶产生漂移和偏转，增加船舶操纵难度，其贡献度约为10%；浪高因素会导致船舶颠簸，影响船舶稳定性，贡献度约为8%；海流因素改变船