基于模糊Petri网的引航员作业舒适度评价

为提高引航员的作业舒适度,提出一种基于模糊Petri网(FPN)的模糊推理算法(FRA)下的组合评价方法。首先,针对作业舒适度影响因子的不确定性信息,建立多因素耦合的FPN拓扑结构;然后,采用博弈论组合赋权法确定最优组合权重,提出融合层间相关性判断临界重要性、层次分析法和FRA,建立基于主客观权重的FRA,通过迭代求解库所可信度和状态矩阵;最后,结合上海港船舶引航的场景数据,基于FPN的FRA应用,评价引航员作业舒适度。结果表明:环境与引航设备是影响其作业舒适度的关键因素,冬季和夏季的引航作业舒适度评价等级对应“较不舒适”,其中,5月份为“较舒适”。所提方法充分体现系统舒适度影响因素的耦合特性。

多重防护机制下LNG动力船风险态势分析方法

为探讨多重防护机制下的液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)动力船营运风险特征,提出了一种基于复杂性控制系统作用模式的风险态势分析方法。从系统控制过程视角,采用系统控制过程分析方法(System-Theoretic Process Analysis,STPA)确立LNG动力船系统安全控制的风险致因,揭示基于LNG泄漏三重防护机制的风险因子体系和风险形成机制;引入隐马尔可夫模型(Hidden Markov Model,HMM),进行无监督学习并确立模型参数,推理多重防护机制下的LNG动力船风险转移特征;结合LNG动力船营运的具体场景,对三重防护机制分别进行仿真并统计风险态势。仿真结果表明,三重防护机制在降低LNG动力船营运风险态势方面具有因子诱导的针对性,在防漏因子、止漏因子和治漏因子诱导下LNG动力船分别趋向一般风险状态、较高风险状态和高风险状态。基于复杂性控制系统作用模式的风险态势分析可为LNG动力船营运的安全控制和风险管理提供管控模式和手段。

基于STPA和FTPN的海上自主水面船舶航行实时风险评估

为实时监测海上自主水面船舶(MASS)航行过程风险,基于系统理论事故模型与过程(STAMP)建立MASS的安全控制结构,采用系统理论过程分析法(STPA)确定损失/事故和系统级危险,识别不安全控制行为并分析损失场景,构建系统状态转化过程模型;采用模糊时间Petri网(FTPN)建模,以设定的MASS航行场景得到相关模糊时间函数并推算FTPN的情态演进;引入新的风险水平表达式并通过系统实时损失/事故二维路径图来可视化系统的实时风险水平和系统不安全状态的转化路径。结果表明:设定的航行场景在当前时刻下,缺少安全水深输入、未更新避碰路径、航向航速不安全、搁浅是风险最高的系统不安全状态,并对应4条风险最高的转化路径;STPA驱动下的FTPN过程模型能全面评估MASS航行的实时风险水平,以系统实时损失/事故二维路径图作为可视化界面,用于监管MASS航行中不安全系统状态并描述其转化路径。

紧迫危险威胁下交叉相遇局面应急操船方法

为预防船舶因会遇态势感知不明、未能及时采取有效避让行动而导致的碰撞事故,提出面向紧迫危险威胁的应急操船方法。首先基于碰撞事故调查报告数据,反演船舶会遇过程;其次考虑船舶碰撞危险度的不确定性和随机性,构建钟形灰云模型,获得实时碰撞风险概率(PCR),揭示时序下碰撞风险演化特征;然后引入克里金空间插值算法,实现会遇2船碰撞风险感知与图谱表达;最后提出避让决策评估指数和转向避碰应急操船方法。交叉相遇局面碰撞事故验证结果表明:交叉会遇局面下单纯转向避让,让路船对正横后来船在最近会遇时间(TCPA)10 min前向右转向112.5°可有效避免紧迫局面;若让路船无行动,直航船在TCPA 4 min前向右转向45°可有效避免紧迫危险。文中所提事故数据驱动的精细应急操船方法,可与传统的雷达标绘和航海经验的操船方法相结合实施。

根据DS理论的船舶风险因素评估分析

针对船舶航行风险评估中存在许多不确定影响因素的问题,提出了在模糊风险评估证据理论基础上建立的风险评估方法。在证据集理论空间中,每一事件均可确认为模糊集合子集且融入了模糊概率理论,从而更全面地描述行业学者的专业经验或证据诠释,由此得出了模糊证据理论质量函数的描述法。最后应用其船舶安全系统,提出了船舶风险因素识别和风险评估详细程序。计算结果证明,此方法可有效避免决策失误,且简单、易行,有较强的推广和应用价值。

优化船舶操纵性能计算分析

针对优化船舶操纵收敛效果不佳问题,引入多目标进化计算法优化船舶性能设计。基于多目标船舶操纵进化计算法,构建以船舶旋回直径和直线航行能力为评估指标的优化模型,采用基本不可行解差分算子,建立多目标优化计算法架构;选取优化基本不可行解,制定新的选择标准。与MOEA/D算法、加权算法和pareto算法比较分析结果表明,本研究算法可为船舶研究和设计人员提供更多优化船舶操纵设计策略的结果,从根本上提升了设计策略的收敛效能。

船舶近海水域海事事故人因致因风险分析

采用Fine-kinney理论和规则库相结合的方法,深入分析近海水域船舶海事事故中人因致因失误。根据各风险因子对近海水域海事事故的贡献程度层级结果,程度结果随着船舶船员操作量化程度提高而提高,随着管理体系规章清晰程度提高而降低。运用Apriori计算法对山东海域2010~2019年425起船舶海事事故数据进行挖掘,选择海事事故作为前项且人因致因失误作为后项的相关规则,利用SPSS软件对该方法求解的相关规则置信度值和各风险因子贡献程度值进行对比分析,以证明此方法的分析结果符合海事事故实际情况。此方法应用于船舶海事事故探索,可独立评估单一的风险因子。

基于Bowtie和RCM的大型海工平台拖航作业风险控制

为对平台拖航风险有效地进行识别、分析和控制,提出一种基于领结法(Bowtie)和改进的以可靠性为中心的维修(Reliablity Centered Maintenance, RCM)风险控制方法。在对大型海工平台拖航作业特点进行分析的基础上,运用Bowtie模型对拖航作业系统风险进行辨识,形成初步的风险应对措施,利用失效和影响分析(Failure Mode and Effect Analysis, FMEA)法对系统风险进行量化评价,对风险等级较高的故障模式进行危险与可操作性分析(Hazard and Operability Analysis, HAZOP)分析,并利用逻辑决断的方法,得出相关的风险预控措施及事故缓解措施。经拖航实践应用表明:该方法有助于对拖航作业每一个重要环节的风险进行控制,从而提升拖航作业的安全性。

基于云模型的极地航行船舶驾驶员关键行为因素分析

为系统性考虑人为因素对极地航行安全的影响,采用人为因素分析及分类系统和行为影响因子,结合船舶极地航行的实际情景特征,利用调研数据和云模型正向云发生器算法,构建了极地航行船员人为因素分析及分类模型。该模型包含49种驾驶员行为子因素,以识别极地航行船舶驾驶员人因失误的关键行为因子。结果显示:导致极地航行船员人因失误的关键行为因素来自不安全监督、不安全行为的前提条件和不安全行为层级的28个子因素。关键行为因素的识别有助于研究人员和管理者有针对性地采取有效措施,防止人为失误的发生以提高船舶极地航行安全水平。

复杂性系统视角下船员不安全行为功能共振分析模型

为分析船员不安全行为的形成,提出了基于功能共振分析方法(Functional Resonance Analysis Method, FRAM)和集对分析的不安全行为分析模型。通过辨识船员不安全行为形成因素,构建13个不安全行为影响因素的功能共振分析模型;引入区间值犹豫模糊熵和集对分析方法量化功能模块变异程度与表型,确定功能链接的耦合变异系数;结合船舶事故案例数据,得出不安全行为形成过程中导致不安全行为形成的主要路径。结果表明:船员不安全的关键指标涉及性格、工作强度等;船员不安全行为受到内外部因子影响,涉及12条不安全行为形成路径;船员不安全行为主要表现为自身特质、管理、专业素质易产生变异从而影响其他功能模块;信息传达、判断决策、动作、动作后确认易受到其他功能模块的影响,尤其是判断决策、动作等行为表现易受到影响形成不安全行为。

考虑因子突变的客滚船海峡航行安全韧性动力学仿真

为有效评价影响因子扰动下客滚船海峡航行的安全韧性,提出了一种基于突变理论和系统动力学的安全韧性评估模型。首先,通过分析客滚船海峡航行安全与应急特征,构建鲁棒性、可恢复性、冗余性、多样性和适应性等航行安全韧性评价指标体系,分析客滚船海峡航行安全事故致因的因果循环关系;然后,引入突变动力学理论,建立客滚船航行安全韧性分析模型,分析客滚船海峡航行安全韧性特征,揭示各因子及不同特性对安全韧性的影响;最后,结合琼州海峡航行的场景数据开展安全韧性动力学仿真试验。结果表明:就客滚船航行而言,鲁棒性、可恢复性和冗余性的增加对韧性提升效果较为显著;环境条件中大风扰动下韧性水平较低。

基于SFN-SD的北极冰区船舶航行风险传递路径研究

为明晰北极冰区船舶航行风险传递路径,从人员、船舶、环境、管理4方面识别北极冰区航行风险因素,并应用空间故障网络(SFN)理论和决策试验与评估实验室(DEMATEL)方法,分析船舶北极航行风险事件;采用主观数据获得风险传递概率和传递路径,构建北极冰区船舶航行风险传递网络模型;基于永盛轮北极航行记录数据,运用系统动力学(SD)方法,仿真并验证北极冰区船舶航行风险传递网络模型。结果表明:船舶北极航行风险事件中,8种为边缘事件,14种为过程事件,8种为最终事件;从边缘事件到最终事件有15条网络传递路径;经实例验证,所构建的风险传递网络模型可靠;通过该模型能够描述风险事件的传递效应和传递路径,获得最终风险事件的动态概率曲线,揭示北极冰区船舶航行风险传递的规律,为风险防范措施的制定提供技术支持。

船舶航行失速算法分析

船舶航行及时掌握波浪作用下的失速数据,是船舶航行安全和提高航运效益的关键。本研究基于海船规则波模拟试验数据,采用Jinkine-Ferdinande回归化分析方法,根据船舶航行波浪作用下增加的有效功率和各波浪作用下的总有效功率值F_gq,提出了船舶航行失速计算公式。通过选取5个典型船型船舶失速计算公式求取的数据和对应模型模拟试验数据相比较进行结果准确性验证,比较结果表明,此研究可进行实船波浪作用下的失速计算,且具有操作简便、计算结果精度高的优点。

船舶机舱火灾事故人因致因分析研究

从船舶安全出发,必须预防和减少火灾事故的发生。采用事故树分析法,选取船舶机舱易失火区位为研究对象,在充分考虑因船舶设备、装备等硬件效能下降及船员人因致因失误所引发的船舶火灾事故危险的前提下,构建船舶火灾事故树,对导致船舶火灾事故顶事件的事故树最小割集求解,运用最小割集收集的信息,对船舶机舱火灾事故的15个基本元素中的人因致因影响因素进行定量和定性分析,并总结出致因因素影响结果。根据分析结果提出船舶机舱火灾事故预防和减少人因致因因素的建议,船舶设备设计应符合人类工程学理论,以降低船舶机舱火灾事故的发生。

基于船舶谐摇模型的航线优化方法

为防止船舶在恶劣海况下出现横摇(参数)、谐摇和海损等风险,构建船舶在各种海况下的横摇(参数)和谐摇预估模型,提出一种基于船舶稳性和海况的多目标、多约束和多变量航行船舶航线优化模型。在此基础上,运用决策变量在时序和空间分布上的耦合特点作为先验基础理论,设计航行船舶的平滑航线。试验验证结果表明:该方法既能为船舶规划出合理的航线,使其绕开大风浪海区,又能防止船舶出现谐摇和横摇现象,提升船舶航行的安全性。

船舶海上交通事故人因致因因素分析方法研究

为克服模糊故障树分析模型计算过程专家人员需求量大,参评专家众多时,定量量化过程复杂及缺少随机性的问题,采用蒙特卡罗法建立模糊故障树分析模型,使用计算机运作生成随机数,并以船舶海上交通事故调查报告中的3个基本事故最小割集进行定量分析.结果表明,蒙特卡罗模型法结合使用计算机生成随机数可以解决模糊故障树分析模型对事故随机性分析结果不准确的问题,实现了在参评专家人员众多情形下简化计算过程的目标.最后通过案例验证了该模型法具有很强的针对性和实用性.

船舶航行非线性规避碍航物航线方法研究

传统的航行船舶规避碍航物航线预估方法针对范围小,对于碍航物小目标预估准确率低或遗漏小目标,不利于航行船舶的安全。针对上述问题,提出了基于非线性条件模型的航行船舶规避碍航物航行航线预估方法。根据航行船舶规避碍航物预估具有非线性的特性,首先构建航行船舶规避碍航物航行航线非线性条件下初始模型,根据条件模型变量之间的关系,定义规避碍航物条件模型;然后对规避碍航物非线性条件模型进行规避碍航物航行航线程序计算;最后通过实验验证的数据分析,进一步证明了该研究方法能够提高对范围小、碍航物小目标的预估准确率,防止遗漏小目标,对保障航行船舶安全具有较强的现实意义。

船舶运输系统投资策略贝叶斯分析研究

随着航运市场的高速发展,船舶航行安全和经济效益地位日益凸显,船舶运输系统装备更智能化,装备可有效提高船舶航行安全性且大幅提升航运经济效益,但使用先进智能装备初期因巨大投入导致了航运成本上涨。为了减少投资决策失误,运用贝叶斯网络法对船舶海难事故致因影响因素及船舶运输系统装备相关影响因素进行分析,构建船舶海难事故贝叶斯网络;并对航海专家调查问卷相关数据进行处理取得相关条件概率与先验概率,将先验概率及条件概率数值键入贝叶斯网络取得后验概率,对比使用船舶运输系统装备和更智能装备期望经济效益的计算结果,做出购买智能装备的决策。

东营港航道船舶航行风险评估

以船舶自锚地到泊位航行状态为研究对象,基于物元分析法模型,对船舶东营港航道航行过程整体动态风险进行评估,根据信息数据确定的指标权重值,得到船舶航道内航行动态风险评估仿真图,从而为港航管理部门和船公司的安全管理提供理论依据。实船验证结果表明:东营港航道船舶航行过程风险呈现“V”型变化规律,5号浮至9号浮附近风险最大;船舶交通流是影响船舶航行风险的首要因素。

中国水运航线关键航点动态安全评估

为了科学分析水运航线重要航点安全性动态过程,采用构建时间窗口模型方法,建立期望产出和投入及非期望产出和投入的水运航线重要航点安全效益评估体系,研究8个重要航点海峡或运河各自随时间变化的安全效益动态过程,结果表明台湾海峡、巴士海峡和马六甲海峡安全效益最高,曼德海峡安全效益最低;并指出影响其安全效益的主要因素是船舶通行密度、海盗袭击和船舶事故的主要原因,为提高重要航点安全效益和制定安全保障措施提供理论依据。