船舶引航员人因可靠性研究

吴昊 天津港引航中心

随着推进一带一路的建设，我国的航运规模逐渐扩张，港口发展水平不断提高。发展高质量港口，最为关键的就是安全引航工作，保障港口运行安全。作为引领船舶安全快速出入港口的重要工作，船舶引航在港口的日常运营中尤为重要。而近年来所出现的海事事故中，有关引航员所造成的船舶安全事故数量逐渐上升，为此必须全面重视基于船舶引航员的人因可靠性。

1.船舶引航事故特征

在实施引航作业的过程中，可能由于人因或是非人因等造成危害生命以及财产安全的事故,也就是船舶引航事故，而大多数的情况下不难发现这样的引航事故主要的原因就是由于人为因素所导致的。通过调研询问引航站中的相关人员，并结合以往的文献资料等进一步研究引航事故发生的具体原因，发现一般在港口附近，船舶即将进港或是出港的过程中，由于微小的疏忽都可能会导致严重的安全事故，船舶可能会出现搁浅的现象，造成严重的港口瘫痪或是人员伤亡等情况。

结合一般性的引航事故而言，存在着明显的紧急性、信息模糊、多方案可行的特征。由于一般的引航事故多为突发性事件，因此需要在最短时间内解决危机，最佳时间为20min以内，超过这一阶段的时间，将会造成严重的人员伤亡问题。并且一旦发生严重的引航事故，可能会促使船舶结构受损或是人员混乱等，难以获取更加清晰准确的信息，在船上的人员对于环境信息判断失误，引航员同样也难以对事故中的情况做出精准的判断[1]。

但是尽管在引航事故发生之后可能会造成信息不确定，但是仍旧可以通过多种不同的应急方案解除危机，例如船舶触礁之后，对前后吃水进行调整，或是转移燃料油等方式，并申请外部援助等，从而能够起到一定的安全应急救援作用。

2.船舶引航员可能发生的人因失误

2.1 个体层级的人因失误

在航运过程中，引航员的个人原因所导致的引航事故不在少数，在这一层级中主要是由于多种不同的因素诱导引航员行为，包括生理状态、心理状态、记忆信息以及素质能力等。如若在引航工作中，引航员明显处于长久疲劳工作的状态，难以集中精力应对引航作业，很可能会导致引航事故的产生。或是由于引航员当前的压力负荷相对较大，从而在工作中容易出现精神恍惚的问题，无法集中注意应对引航作业中的相关问题。引航员本身的知识水平、技能经验等同样会对引航工作的安全产生影响。并且包括引航员对不同港口水域环境的熟悉程度、引航任务的熟悉程度以及应急能力等，均是引发引航事故的因素。

2.2 环境层级的人因失误

在环境层级下的引航员人因失误主要是包括了团队因素、被引船舶属性、海上交通状态、自然条件、码头设施等众多影响因素。在实施引航作业的过程中，引航员与团队之间的配合不默契，与其他引航员之间的沟通不及时，或是人员配置不合理等，导致引航作业难以顺利实施。导航设备过于落后，难以结合现代技术对其进行更新优化，或是导航设备存在缺陷，布置不完善等问题，对引航员的正确引航产生影响。包括在引航过程中出现大风天气、潮汐或是大雾等，促使环境能见度相对较低，无法看清船舶位置等，对船舶位置的判断失误从而引发严重的事故。

2.3 组织层级的人因失误

由组织层级所导致的引航员人因失误问题可能是基于组织目标、结构、引航管理、驾驶台资源等众多现象等存在着一定的问题严重影响到引航工作的实施。包括在同一港口中为引航员同一时间内设置多个不同的任务与目标，促使引航员工作较为紧张，容易出现疏漏问题。每一引航员在受指令组织引航的过程中角色定位不清晰，职责不分明，无法及时与其他引航员进行交流，出现组织管理混乱的问题，严重影响引航员引航工作的正确判断。对引航员缺乏组织培训，无法促使其深刻掌握引航管理制度以及引航安全准则，从而在工作中可能会出现疏忽或是未按标准进行引航作业的行为[2]。缺失责任意识以及被引船舶本身的管理水平相对较差，都是引发引航安全事故的因素。

3.船舶引航员应急行为可靠性指标

在通过进一步对船舶引航员的人因失误影响层级进行详细的研究之后，确定船舶引航员产生应急行为可靠性的相关影响因素是否处于正确状态尤为关键，将会对预测船舶引航员的应急行为可靠性产生影响。借助于引航员失误原因进行分析，并结合相关专家的具体意见，形成具体的应急行为可靠性因素指标，从三个层级方面分别研究应急行为的形成因子，例如将实际当中的个体层级、环境层级、组织影响等进行标记，以P、E、O代替。其中假设在个体层级的影响下存在影响引航员行为的因子d，则引航员行为的形成因子可以应用到Pd表示，并假设在某港口运行过程中可能会出现n个事故，则每一事故i中所含有的行为形成因子数量则表示为Pdi。

如若在众多事故中，某一事故中存在着明显的影响引航员行为的因子d，则该事故中形成因子的实际数量为1，反之则为0。将每一行为形成因子设定为含有m元素的分序列向量，记为。而在行为因子之外所涵盖的任何能够对引航员行为产生影响的因子则记为g，对这两个因子之间所形成的向量夹角进行计算，并对因子大小差异性进行分析，随后在余弦定理的作用下，设定为因子夹角，则形成了以下公式：

在该公式中对向量因子夹角的余弦值进行计算，由于在每一不同向量中会产生正数变量，因此0

4.船舶引航员应急行为可靠性分析

在船舶引航过程中，基于引航员的人为失误可能是由于多种不同的形成因子一同作用从而导致的。因此需要对引航员应急行为的可靠性以及行为因子之间产生的关系进行量化，从而精准反应出对引航员人因可靠性产生的影响程度。本文通过上述公式对行为形成因子进行筛选并形成了完善的可靠性指标之后，根据此建立起BP神经网络，并对其进行优化，在改良之后构建基于BP神经网络的引航员行为可靠性预测模型，从而精准分析人因可靠性表现，能够为引航员在工作过程中对应急行为进行纠正提供充足的理论支撑。

4.1 神经网络分析

预测引航员的行为可靠性存在着一定的复杂性特征，其中包括众多影响因素在内将会产生基于非线性存在的关系，难以仅仅通过某种单一方式展现。并且在分析引航员人因可靠性的过程中所应用的信息真实性有待考量并且信息不完整同样会对预测结果产生影响。因此应用BP人工神经网络对行为可靠性进行预测，能够保障以非线性的动态化应用方式，适用于模糊推理以及联想记忆等，即使信息不完整也能够进行多因素联合精准预测。BP神经网络结构在运行过程中能够对各项差异性的指标进行简化，具有较高运行效率[4]。并且在实际当中能够形成更加精准的预测模型，经过优化改良之后的神经网络模型能够精准提取可靠性指标中的机理与规律，从而在更新样本数据的过程中，能够形成关联性的记忆效果，准确表达出最终的预测结果。并且这样的神经网络结构容错能力相对较好，如若在描述指标的过程中产生了一定的偏差也能够及时的做出纠正，从而避免对最终测算结果产生影响。

4.2 设计BP神经网络模型

首先确定网络层数，若对某一非线性的连续函数进行测算，仅需要三层网络结构即可，这样的网络结构具有较强的并行性、简单易操作、计算量相对较小等特征，能够在实际中解决多种不同的问题，因此在该模型中则应用到三层BP网络结构。其次则是确定输入层，研究应急行为的可靠性，根据引航员在应急指挥中对其行为产生影响的因子进行测算，从而对其行为可靠性水平进行模拟。在以往的评价过程中需要精准确定每一因子所对应的权重比例，但是BP神经网络结构具有良好的自学水平，因此仅通过对样本数据的学习就能够掌握影响行为可靠性的因子规律。因此在选取指标的过程中无需考虑权重问题。

最后则是确定输出层，研究引航员应急行为的可靠性状态，输出参数需要能够精准反馈这样的行为表现，划分为四个不同的等级，包括“差（不可靠）神经网络输出值小于0.69、一般（可靠性一般）神经网络输出值小于0.79、较好（较可靠）神经网络输出值大于0.8、好（可靠）神经网络输出值大于0.9”。

在确定基础的BP网络结构模型能够对引航员的应急行为可靠性进行模拟测算之后，还需要结合LMBP算法对BP神经网络进行优化改良，利用非线性函数的平方和，结合了最速下降法与高斯牛顿法的优势作用，从而能够对神经网络测算过程进行优化，达到最快测算的效果。

4.3 处理样本数据

采集近年来在航运过程中基于引航员人因导致的视乎信息数据，随后在BP神经网络模型的作用下进行全面处理，根据完成优化改良的神经网络模型对引航员的人因可靠性进行测算。经过引航站数据收集以及网络资源的搜索，将近十年间在港口中发生的船舶引航事故进行整合，包括了进20起的经典引航案例，共计60份事故数据样本中涵盖了多种不同等级下的事故案例。以此保障在后续的事故分析中对引航员人因可靠性能够形成更加科学客观的测算[5]。

4.4 分析模型仿真测算结果

将60组数据完成整合之后，划分成不同的两组结构，其中的40组供应BP仿真模型进行学习研究，后20组供应验证与测试，形成更加精准的可靠性预测。在BP模型中输入前40组数据供应训练学习，设定数据训练学习的次数、速率与误差等，随后展开基于模型的训练，完成训练之后，生成更加完整的神经网络应用模型，并将后20组数据上传到其中，在网络计算的作用下，生成预测值。通过仿真训练，BP模型在测算数据的过程中所产生的误差能够控制值在0.2之内。

基于最为基础的BP模型对引航员的人因可靠性进行模拟仿真测算之后，发现这样的模型在测算可靠性的过程中存在着一定的问题，每一次的测算结果存在差异性，无法维持相对较为稳定的测算模型，因此则需要对BP模型进行优化。结合LMBP算法，优化完成之后的模型在测算引航员行为可靠性的过程中最大的误差仅为0.07，并且测算时间相较于之前缩短了1/3，进而将20组待测算数据上传到优化后的模型当中，发现仿真模拟结果与可靠性评估结果呈现出相似性。

证明了LMBP算法下的模型能够对引航员的人因可靠性进行精准的测算，因此在今后的航运过程中，引航员的任何行为都可以借助于这样的模型进行预测。从而精准掌握可靠性状态，对于引航员应急行为中的不当问题及时纠正，能够保障船舶引航安全，避免发生严重的安全事故。

5.结束语

随着我国近年来航运事业的不断发展，国际贸易过程中更是借助于航运实现了良好的经济往来，因此保障航运安全尤为重要。本文通过对引航员失误原因进行分析，对引航员的应急行为指标进行研究，通过建立BP模型从而能够对引航员的每一行为所产生的可靠性因子进行测算，保障在今后的引航工作中能够借助于这样的BP模型精准分析引航员人因可靠性，从而加以行为控制，保障航运安全。