基于变异系数-云物元模型的船舶进出港航路设计

为进一步保障出港船舶及在近岸航路航行船舶的通航安全，应对进出港船舶航路的设计方案进行风险评估。鉴于出港航路和近岸航路交叉水域通航安全的特殊性，以该水域内船舶碰撞风险为研究背景，建立了进出港航路与近岸航路交叉水域船舶碰撞风险指标体系。采用变异系数法对评价指标进行赋值，克服了主观赋权法的局限性，提高了评估结果的可信度。同时充分利用云模型理论和物元可拓理论的优点，结合变异系数法构建变异系数-云物元模型对出港船舶与近岸航路船舶交通流冲突水域的船舶碰撞风险进行评估。并以东营港出港航路和近岸航路交叉水域为例，对到达冲突水域前不同备选航路方案进行了安全评价。结果表明，该评价模型正确，实用性强，可用于评价进出港航路设计方案的优选。     

一种船舶失控情况下桥区水域范围界定方法

为分析船舶失控状态下船-桥碰撞概率分布特征,定量界定船舶失控状态下桥区水域范围,提高桥区通航安全保障水平,对界定方法进行研究。以失控状态下船舶的运动模型为基础,建立基于失控运动特征的船-桥碰撞概率计算模型。在此基础上,根据船-桥碰撞概率可接受标准定量界定桥区水域范围。为验证算法的合理性,运用蒙特卡洛法模拟出不同气象、水文条件和船舶失控状态下的船-桥碰撞概率,基于随机模拟结果,计算出不同船-桥碰撞概率条件下桥区水域范围。仿真结果表明:用该方法界定的桥区水域范围与当前海事主管部门经验设置的范围一致。     

自由航行海域船舶碰撞概率计算

为分析船舶在自由航行海域航行的事故风险,提出自由航行海域船舶碰撞概率计算方法。首先,从船舶自动识别系统(AIS)轨迹信息提取船舶航行特征点,利用航迹聚类算法对自由航行海域的船舶行为特征建模,并采用合适的剪枝方法对聚类树进行剪枝,获得某目标海域船舶的航迹分类和航路尺度特征。然后,根据航路中船舶交通流的分布特征,利用IWRAP理论对船舶碰撞概率进行蒙特卡洛仿真,计算不同航路中的船舶碰撞概率值。由试验结果可知,根据航迹聚类算法将该水域划分为10段航路;该水域的最危险航路为T1和T9,最危险的汇聚点是P1,最危险船舶种类为货船;该水域船舶碰撞事故频率为1.18起/a。仿真试验结果表明,航路聚类结果和船舶碰撞概率与目标海域实际情况一致。     

LNG船舶锚泊安全距离定量计算建模

为保障液化天然气船舶(LNG船舶)锚泊安全,提出了一种基于船舶漂移运动和船舶碰撞风险的锚泊安全距离计算方法.首先,结合船舶运动数学模型,通过蒙特卡洛模拟LNG船舶走锚漂移运动,得出走锚漂移方向概率密度函数,从而确定船舶走锚漂移横向、纵向距离;同时,结合船舶碰撞概率模型、船舶碰撞损害模型和LNG火灾模型,建立LNG船舶碰撞风险模型,确定满足碰撞概率和风险可接受的安全距离.最后,比较两种模型计算结果,并取其较大值作为LNG船舶锚泊安全距离.结果表明,LNG船锚泊安全距离不仅与环境水域的风、流情况有关,还与附近水域内船舶大小及速度有关.建议交通管理中需结合水域环境特征和水域船舶特点确定LNG船舶的锚泊安全距离.     

基于二维灰云模型的LNG动力船航行过程风险推理*

针对风险多维属性问题及船舶航行多种风险表现,提出基于二维灰云模型的LNG动力船航行过程风险推理方法。针对LNG使用及船舶航行2种作业方式,采用系统方法识别安全风险影响因素体系,确定2种作业方式下各风险体系指标变化权重,描述LNG动力船航行过程中LNG使用和船舶航行发生事故概率及后果;通过引入云模型,综合计算2种作业方式下概率及后果组合风险,并采用灰云推理2种作业方式同时存在时LNG动力船航行过程风险。结果表明:LNG动力船航行过程中LNG使用和船舶航行风险耦合,风险程度受控;二维灰云模型可有效分析多维属性下风险评估问题,以及不同作业下风险耦合作用。研究结果可为船舶航行过程风险定量评估提供依据。     

长江干线船舶碰撞原因的故障树分析——以武汉海事局辖区水域为例

以2007年武汉海事局辖区船舶碰撞资料为基础,利用故障树分析方法构建该水域船舶碰撞故障树,进行定性、定量分析,得到包括航行疏于戒备、车舵控制失误、疏于了望等14个主要危险因素及各因素的相关事故数。在故障树分析的基础上,构建布尔代数和最小割集,计算各危险因素的概率重要度,以衡量各危险因素发生概率的变化给碰撞事故发生概率带来的影响;计算临界重要度,从敏感度和概率双重角度衡量每个危险因素的重要度。通过分析发现应急操作不当、违反其他规定、航行疏于戒备、违反分道通航、疲劳驾驶等人为因素是引起该水域船舶碰撞的重要原因。建议船公司重视船员应急培训,提高船员应急处置能力,海事管理机构加大相关法规宣传力度和监管力度。     

基于改进集对分析法的船舶碰撞风险评价

为研究船舶碰撞事故风险,避免由船舶碰撞导致的人员伤亡、经济损失等严重后果,选取琼州海峡某一特定水域为研究对象,建立船舶碰撞风险评价指标体系.分别用层次分析法和熵权法确定主客观权重,后基于博弈论进行组合赋权.再采用改进的集对分析法,量化琼州海峡某一特定水域的船舶碰撞风险等级,分析碰撞事故关键因素.结果 表明,选定水域船舶碰撞风险偏高,原因主要与船舶会遇率、能见度不良等相关,与实际情况相符,表明该模型适用于船舶碰撞风险评价研究.最后提出减少水域中船舶碰撞事故发生概率的相关建议.     

基于系统动力学的港口船舶通航风险成因耦合模型

为改善水上交通安全条件和有效避免风险事故的发生,需要研究港口船舶通航风险的形成机理。以港口船舶通航复杂性系统为视角,借助系统动力学方法进行港口船舶通航风险成因耦合仿真。首先,探讨港口水域船舶通航风险的形成原因及成因的相互影响和耦合类型;其次,基于港口水域船舶通航风险的人、船、环境与管理子系统构成因素,提出港口水域船舶通航风险成因之间的相互关系动力学流图;然后,建立非线性的系统动力学动态耦合模型,通过港口水域船舶通航风险成因耦合仿真,分析同质因素和异质因素的耦合作用。最后,结合青岛港船舶通航风险影响因素的数据,采用系统动力耦合模型进行港口水域船舶通航风险成因的耦合作用程度分析。结果表明:在港口船舶通航风险成因中双因素耦合作用下,与环境因素耦合造成的风险较大,特别是与交通环境因素耦合后风险大,且变异系数小。需要切实加强交通组织管理,从而降低客观因素的耦合程度,可有效避免通航事故,提高通航系统的安全可靠性。     

长江干线船舶碰撞原因的故障树分析一以武汉海事局辖区水域为例

以2007年武汉海事局辖区船舶碰撞资料为基础，利用故障树分析方法构建该水域船舶碰撞故障树，进行定性、定链分析，得到包括航行疏于戒备、车舵控制失误、疏于了望等14个主要危险因素及各因素的相关事故数。在故障树分析的基础上，构建布尔代数和最小割集，计算各危险旧素的概率重要度，以衡精各危险因素发生概率的变化给碰撞事故发生概率带来的影响；计算临界重要度，从敏感度和概率双重角度衡量每个危险因素的重要度。通过分析发现应急操作不当、违反其他规定、航行疏于戒备、违反分道通航、疲劳驾驶等人为因素是引起该水域船舶碰撞的重要原因。建议船公司重视船员应急培训，提高船员应急处置能力，海事管理机构加大相关法规宣传力度和监管力度。     

基于IWRAP模型的跨海大桥建设通航风险研究

为支撑跨海大桥建设决策,对拟建桥梁水域通航风险进行预测,采用IWRAP模型对通航风险进行量化,运用分布函数对观测桥梁水域航道/航路船舶流量进行拟合,构建风险分析模型,计算桥梁水域通航风险水平;根据设定桥梁通航标准,类比拟建桥梁水域内已建成桥梁桥区交通流分布情况,预测桥梁建成后船舶流量分布函数并计算通航风险水平,通过对比得出跨海大桥建设带来的通航风险变化。研究结果表明:运用IWRAP模型预测跨海大桥建设的通航风险较为合理。     

基于船舶操纵模拟的船撞桥概率研究

针对船舶在桥区水域航行过程中撞击桥墩的碰撞概率问题,建立并验证了船舶操纵数学模型,模拟了船舶在不同风、水流等条件下的航行情况,改进了AASHTO船舶撞桥概率模型中几何概率的算法,提出了以模拟试验样本的航迹带中心位置坐标为均值,以模拟实验样本结果计算的方差为方差的几何概率模型,同时引入停船概率模型。将改进后的模型应用于北江油金大桥船舶操纵模拟及船撞概率的研究,预测2020年北江油金大桥受上行船舶碰撞年频率大约2.81×10-6次/a,受下行船舶碰撞年频率3.43×10-4次/a,总碰撞频率3.461×10-4次/a。     

Decision-making on process risk of Arctic route for LNG carrier via dynamic Bayesian network modeling

An increasing number of ships have chosen the suitable route to transport in Arctic waters during summer. Seeking a suitable model for risk decision-making in route planning is a necessary research topic at present. Due to its complex natural environment, there is significant uncertainty regarding ship navigation safety in Arctic waters. The process risk-based decision-making method to support route planning is established based on the dynamic Bayesian network (DBN) risk assessment model for LNG carrier collision with ice or obstacles in Arctic waters. The decision-making process for ship navigation is dynamically associated with time. Therefore, a Markov Chain (MC) is built for each dynamic node in Bayesian belief network (BBN) to realize DBN associated risk assessment, which is called process risk and is applied to decision-making. Three possible routes for ships sailing from the Vikitsky Strait to the Long Strait in Arctic waters were selected in conjunction with the objective daily change data of wind speed, temperature, wave height, and ice condition. Simulations for risk decision-making in the ship navigation process are performed. Application examples show that the ship selected either ROUTE2 (Vikitsky Strait – Laptev Sea – Sannikov Strait – Eastern Siberian Sea – Long Strait) or ROUTE3 (Vikitsky Strait – Laptev Sea – Proliv Dmitriya Lapteva – Eastern Siberian Sea – Long Strait) in August as the best navigable route.     

渤海海域超大型船舶安全航速限定标准研究

为确保超大型船舶在渤海海域的航行安全,避免偏航和搁浅事故的发生,鉴于船舶安全航速限定标准的重要性,提出基于交通流要求(纵向)、航道尺度要求(横向)和富裕水深(UKC)要求(垂向)的船舶安全航速三维限定数学模型。研究在渤海海域通航条件下,以超大型油轮(VLCC)和散装船为代表船型的船舶在不同风流条件下的安全航速限定标准。结果表明,不同船舶的安全航速限定标准不同,该标准应考虑风流、航宽、水深等条件,并与船舶方形系数有直接关系。     

基于N-K模型的海上交通安全风险因素耦合分析

为定量分析海上交通安全风险因素间的影响关系,识别导致海上交通事故的关键因素,分别从单因素、双因素和多因素的角度分析了人、船、环境、管理等风险因素间的耦合关系,运用N-K模型构建了海上交通安全风险耦合度量模型,结合中国海事局、德国联邦海事事故调查局、英国船舶事故调查局和美国国家运输安全委员会等海事调查机构公布的710起海上交通事故,利用所构建的模型计算出不同风险耦合的发生概率和风险值。结果表明:风险耦合因素越多,海上交通事故的发生概率越高;人的因素是引发海上交通事故的重要原因。     

液化天然气加注船安全定量风险分析

液化天然气（LNG）加注船是一种为LNG动力船提供燃料的新型船舶,国内目前尚处于起步阶段,缺乏相关安全标准和规范。采用国际定量风险评价（QRA）的通用理念,研究适用于我国LNG加注船的安全评价方法,提出具体实施步骤和依据准则,并以国内某LNG加注船作为实例分析说明。建立加注船LNG火灾事故树,确定相关火灾事故概率;研究适合加注船火灾事故后果的方形火焰模型,以及LNG火灾热辐射对人体伤害的计算方法;参考国际海事组织（IMO）的风险准则,确定LNG加注船个人风险和社会风险;最后与按NFPA-59A计算的防火间距作对比分析。通过计算,例中加注船的风险位于须采取相关安全措施的ALARP区域,风险控制区域半径20m。若按NFPA-59A要求计算防火间距,该加注船对外部须划定半径52m区域作为安全区域,且须将船身增长37m以满足内部防火要求,在实际工程中无法实现,相比较QRA方法更适合我国LNG加注船的安全评价工作。     

基于序次Probit模型的航道船舶碰撞危险度研究

船舶碰撞严重威胁着船舶水上航行的安全,船舶碰撞危险度的研究能够为船舶避碰提供有效的预防手段和合理的科学依据。选取航道船舶碰撞危险度作为状态变量,选取船舶会遇方式、风速和能见度作为控制变量,运用序次Probit模型拟合出碰撞危险度状态方程。分别对人为判断和序次Probit模型的碰撞危险度利用插值技术,描绘出控制变量对状态变量的作用效果变化特征图。研究结果表明,拟合状态方程可以良好地表征系统状态的连续变化特征,序次Probit模型能够有效克服人为判断的不确定性。     

LNG船舶港口泄漏事故情景构建及危害程度分析

情景构建理论是处理重大突发事件的前沿应急管理理论。提高突发事件的应急处理能力,是提前开展战略性研究和应急准备工作的一种有效的科学手段。针对LNG船舶港口碰撞发生泄漏事故,结合重大突发事件情景构建所需要的“情景-应对”模式进行描述,建立LNG船舶在港口卸船期间发生泄漏事故的情景构建方案,通过分析得到LNG船舶碰撞后发生意外泄漏后产生的火灾、爆炸等危害。此案例的研究方法对LNG船舶港口泄漏事故应急管理体系具有较好的参考和指导意义。     

Dynamic risk analysis of offloading process in floating liquefied natural gas (FLNG) platform using Bayesian Network

The growing demand for natural gas has pushed oil and gas exploration to more isolated and previously untapped regions around the world where construction of LNG processing plants is not always a viable option. The development of FLNG will allow floating plants to be positioned in remote offshore areas and subsequently produce, liquefy, store and offload LNG in the one position. The offloading process from an FLNG platform to a gas tanker can be a high risk operation. It consists of LNG being transferred, in hostile environments, through loading arms or flexible cryogenic hoses into a carrier which then transports the LNG to onshore facilities. During the carrier's offloading process at onshore terminals, it again involves risk that may result in an accident such as collision, leakage and/or grounding. It is therefore critical to assess and monitor all risks associated with the offloading operation. This study is aimed at developing a novel methodology using Bayesian Network (BN) to conduct the dynamic safety analysis for the offloading process of an LNG carrier. It investigates different risk factors associated with LNG offloading procedures in order to predict the probability of undesirable accidents. Dynamic failure assessment using Bayesian theory can estimate the likelihood of the occurrence of an event. It can also estimate the failure probability of the safety system and thereby develop a dynamic failure assessment tool for the offloading process at a particular FLNG plant. The main objectives of this paper are: to understand the LNG offloading process, to identify hazardous events during offloading operation, and to perform failure analysis (modelling) of critical accidents and/or events. Most importantly, it is to evaluate and compare risks. A sensitivity analysis has been performed to validate the risk models and to study the behaviour of the most influential factors. The results have indicated that collision is the most probable accident to occur during the offloading process of an LNG carrier at berth, which may have catastrophic consequences.     

基于C-OWA算子和证据理论的船舶夜航光环境安全评价

为了更好地保障船舶夜航安全,基于船舶夜航光环境的特殊性和船舶夜航的风险性,构建船舶夜航光环境证据理论评价模型。首先,建立以信号灯误导、眩光干扰、频闪污染、光导致疲劳等4个决策层为基础的船舶夜航光环境评价指标体系;其次,运用C-OWA算子处理专家对指标的决策数据,判断光环境对船舶夜航安全的影响程度;最后,将证据理论模型应用于大连大窑湾港的夜航光环境中。结果表明:该光环境安全性高,对船舶夜航安全的影响小。构建的模型为港口、航道以及其他船舶夜航光环境水域安全评价提供了一定的参考依据。