船舶海事事故失误行为识别关联分析

李成海 刘 杰 胡甚平 崔建辉

(1.山东交通职业学院,山东 潍坊 261206;2.上海海事大学,上海 201306;3.天津理工大学,天津 300191)

0 引言

通常对船舶海事事故中失误行为的识别,均通过分析船舶海事事故调查报告中挖掘汇总的人为数据,了解哪些失误行为易引发船舶海事事故。例如,郝勇等[1]为了减少或避免人因因素失误引发船舶海上交通事故,在英国海事调查委员会(MAIB)96份事故报告基础上,运用熵加权分析法,按照船舶类型、船舶事故类型和船旗国,对人因致因失误和影响因素间关联程度进行计算。验证表明,技能、能力、知识、程序、协作和内部、外部的规程及管理、检查是人因致因失误最重要因素。孙斌[2]在对船舶海上事故过程进行分析的基础上,综合多国海事研究机构对人因致因失误统计模型及相关研究成果,运用Apriori计算法对人因致因失误与各影响因素之间关系进行挖掘,寻找出最主要的影响因素集,确认了人因致因影响因子,应用贝叶斯模型和事故链分析人因致因失误引发船舶海上事故过程,并对事故致因链进行推理,得到最可能事故致因链,为研究船舶海上事故提供了切实可行的新方法。朱德通[3]依据《国际海事安全调查规则》内容,构建船舶海上事故致因模型。将事故致因模型应用到海事调查的全过程,并对不同类型的事故致因模型进行分析,使用SHEL-Reason模型分析人因致因失误和具有组织代表性的船舶海上事故调查案例。结论表明,对复杂船舶海上事故的调查分析,使用按照事故实际情形修改后的事故致因模型非常必要和实用。高宁[4]将人员、船舶、环境和管理与人因致因分析系统模型相结合,利用船舶海上事故报告改正HFACS架构,构建船舶海上事故致因分析HFACS模型。运用HFACS模型分析船舶海上事故发生过程,对事故引发影响因素进行量化统计。利用数据分析获取强关联规则,建立了船舶海上事故致因链,基于分析结果作为预防措施前提确认管理的重点,为船舶海上事故致因研究开拓了新思路。但是,这些定性判断结果存在不能很好反映失误行为和船舶海事事故关系的弊端。例如,某年发生的海事事故主要是某一人为失误引发的,而次年这种人为失误引发的海事事故次数可能减少,船舶再发生的海事事故是其他影响因素导致的。但海事事故报告显示该失误仍为频发事故的主要原因,从而证明不能如实反映实际情况。此外,数据库数据量少且准确性偏差较大,则识别结果不能令人信服。在众多海事事故中,详细的海事事故调查报告仅是典型案例的一小部分,单纯从船舶海事事故调查报告挖掘数据作为失误行为识别结果,显然有失偏颇。

本研究采用关联分析法,即多因素数据作为样本资料,用关联度描述各因素间关系大小和排序的方法,解决上述研究存在的弊端。样本信息数据反映两因素变化趋势,如果曲线呈渐近趋势,表明相互间关联度大,曲线呈渐远趋势则表明关联度小[5]。关联分析法相比于传统方法,具有对数据要求少、计算量小、结果比较准确的优点,适合本研究。

1 关联分析序列

关联程度的计算是关联分析的关键。其计算方法如下。

1.1 确认数据序列矩阵

为定性分析研究对象,首先确认一因变量因子和多变量因子。假设因变量数组成的序列为X′0,由自变量数组成的比较序列x′j(j=1,2,…,m),(m+1)个比较序列组成的序列为:

式(1)中,x′j=(x′j(1),x′j(2),…,x′j(M))K,j=0,1,2,…,m;M代表可变量序列长度。

1.2 变量序列的数量级处理

通常情况下,为避免量纲小的变量被忽略而影响分析结果的准确性,需要对原始变量序列进行数量级处理。最常见的数量级处理方法有初值化计算法和均值化计算法[6]。均值化计算可采用式(2):

初值化计算可采用式(3):

j=0,1,2,…,m;h=1,2,…,M

数量化处理后形成的矩阵为:

1.3 计算绝对差值

将式(4)第一列作为参考序列,其他列作为比较序列,计算参考序列和比较序列对应的绝对差,建立绝对差序列矩阵:

其中,

j=1,2,…,m;h=1,2,…,M

绝对差序列矩阵中最小差和最大差分别为式(7)、式(8)所示:

1.4 计算比较序列和参考序列的关联系数

对绝对差序列矩阵进行数值变换可得到:

取得系数矩阵为:

式(10)中,根据数据序列的情况,ρ的取值在0~1之间,但大多取值在0.1~0.5之间[7]。ρ值越小越能体现系数之间的差别,系数Ø0j(h)为小于1的正数。Ø0j越小,Ø0j(h) 越大,体现了第j个比较序列Xj和参考序列X0在H层级的关联度。

1.5 计算比较序列和参考序列的关联度

通过M个系数反映比较序列Xj和参考序列X0的关联度, Xj和X0的关联度从求取平均值得到:

1.6 比较关联度

对Xj和X0的关联度进行比较,关联值越大,则Xj和X0变化趋势越接近[8]。如果将Xj和X0以曲线形式体现,关联度体现Xj和X0曲线的趋向接近程度。如果两曲线越接近,则Xj和X0的关联度越大;反之,相互关联度越小。

2 计算人因致因因素和海事事故的关联度

表1所列数据是从中国海事局官方网站发布的2009~2018年100份中国沿岸海区海船船舶海事事故调查报告选取的。表1选取不同年度的海事事故调查报告数,同时选取了13种海事事故中的失误行为进行分析[9]。分析的重点在于是否可依据这些失误行为出现的总次数确认某一因素和海事事故的关系以及导致海事事故的主要因素。从上述可知,只是统计频率和总次数总结的结论缺乏科学性。只有经过关联度计算结果确认某一失误行为与海事事故的关联度,依据关联度程度确认该失误行为与海事事故的直接关系[10],此结果才科学合理。关联程度最大的失误行为则为最易引发海事事故的失误,即导致海事事故的最主要因素。

表1 船舶海事事故中人因失误一览表

第一步,分析序列。设船舶发生触碰事故数为因变量因子,即表1第一列中的X′0数据[11]。各失误行为作为自变量,则每年度事故次数数据组成比较序列X′j(j=1,2,…,m),其中m为表1所列失误行为的次数,在表1里m值为12,与共同(m+1)个数据的因变量一起组成分析矩阵:

式(12)中,x′j=(x′j(1),x′j(2),…,x′j(M))K,j=0,1,2,…,12;M代表可变量序列长度,取值10。

第二步,对表1数据进行数量级处理。本研究运用均值化计算法,对数量级处理结果进行比较[12]。根据式(2)计算结果7.0,4.7,4.1,4.7,3.0,5.2,8.1,1.5,1.2,3.4,2.7,8.6,10.0。对表1所列数据除以平均值的结果形成各序列,见表2。

第三步,计算绝对差值。假如各点对应的间距都很小,则两个序列变化趋势渐近,表明关联程度较大,如果两个序列变化趋势渐远,则关联程度较小[13]。对各失误行为和船舶触碰总数对应间距进行计算,计算结果见表3。

表2 人因失误数量级统计一览表

表3 绝对差值结果一览表

根据表3列表绝对差值,运用式(7)(8)计算取得最小和最大差,即

第四步,计算ϕ0j(K)。对表3所列数据按照式(9)要求进行变换,求取的结果见表4。在根据式(9)进行系数计算时,ρ的取值决定系数之间区别的重要性[14]。因为ψ(max)=1.89

,此值很大,为了突出系数之间区别的重要性,ρ取值为0.09。所以,表中的系数ϕ0j(K)。可由式(13)计算取得:

表4 计算系数结果一览表

第五步,计算各失误行为的关联度。运用式(11)对各失误行为和海事事故的系数序列的平均值进行计算,求取各失误行为的关联度[15]。0.56+0.56+0.55+0.86+0.55)=0.739,同理,可计算得到其他失误行为和海事事故的关联度,计算结果见表5。

表5 失误行为和海事故关联度

为了达到直观的效果,将表5中的失误行为和海事事故间的关联度用图的形式体现出来见图1。

图1 失误行为和海事事故的关联度

3 失误行为识别的结果

根据表5和图1的关联分析,可判断导致船舶海事事故的失误行为。船舶海事事故关联度在0.7以上的失误行为有瞭望失当和船舶操作失误;船舶海事事故关联度在0.5~0.7间失误行为有显示信号失当、避让决策不当、没有遵守避碰规则和避让操作不及时;船舶海事事故关联度在0.4~0.5间的失误行为有雷达观测不当、没有运用良好的船艺、没有使用安全速度和通信联系不畅;船舶海事事故关联度小于0.4的失误行为有船位不准确和航线设计不科学。

如果不考虑关联度小于0.45的失误行为,则雷达观测不当(0.447),船位不准确(0.280),航线设计不科学(0.396),没有运用良好的船艺(0.428),没有使用安全速度(0.402)和通信联系不畅(0.421)的失误行为不再被认为是导致船舶海事事故的主要影响因素。

根据失误行为识别的结果,可制定应对船舶海事事故失误行为的措施,例如:(1)加强船员技能培训,切实提高船舶操作人员业务技能水平;合理安排船员值班,保证船员有充分的休息时间,当值人员有充沛的精力值守且利用所有可用手段加强瞭望,以应对应急局面;(2)加强责任心教育,当发现对方来船时及时采取行动;时常检查信号显示情况、决定的避让策略和遵守避碰规则情况,并采取预定的补救措施应对;(3)航运公司和船舶制定制度和安全操作规程,落实使用雷达规程、运用良好船艺时机、使用安全航速时机和保持船舶通信畅通;(4)对于不是导致船舶海事事故主要影响因素的船位不准确和航线设计不科学等影响因素应高度重视,明确应对以上影响因素安全措施,以策船舶航行安全。

4 结语

船舶海事事故中的失误行为识别是业内专家研究的热点问题,也是船舶公司和船舶最关注的问题。本研究以船舶海事事故作为研究主体,采用关联分析法对引发海事事故的失误行为影响因素进行识别,计算结果符合海事事故实际。但该方法建立于海事事故调查报告上的识别,其准确性受限于海事事故调查报告内容的可靠程度;另外,对引发失误行为的识别才是避免海事事故的目的。因此,只有从根本上识别引发失误行为的原因,采取有针对性的对策,才能避免失误行为,保证船舶海上航行安全。由此可知,关于船舶海事事故失误行为识别研究任重而道远。