基于HTA-IDAC的船舶碰撞人为失误风险分析_高飞德.pdf

第 31 卷 第 2 期2023 年 2 月Vol.31 No.2Feb.,2023船 舶 物 资 与 市 场 MARINE EQUIPMENT/MATERIALS&MARKETING0 引言根据国际海事组织最新公布的资料显示，船舶承担着全球范围内越来越多的货物运输，虽然通过技术手段已使得海上运输更加安全，但目前来看，确保航运物流运输过程中的安全依然是海运界需要持续探讨的热门话题，且船舶间的碰撞事故屡有发生1。据欧洲海事安全局（EMSA）发布的2021 年海上伤亡事故年度概览报告，在20142020年，海上伤亡事故总数为22532起，平均每年海上伤亡事故为 3218 起，受害者中船员占比高达 81%，而造成人员伤亡的主要事故类型是碰撞，占比高达 43%。据我国水上交通事故统计，2016 2020 年，共发生 843 起水上交通事故，事故导致死亡和失踪人员为 981 人，在事故类型中，碰撞、火灾等事故类型占比高。各类事故致因中，人为因素是海上安全的重要影响因素，而船舶碰撞又是各类水上交通事故中最易受到人为因素影响的一类事故2。研究表明，船舶碰撞事故涉及人为因素的比率远远高于其他种类的水上交通事故，超过 90的船舶碰撞事故在某种程度上可归因于人为失误3。要减少或避免船舶碰撞事故的发生，应当减少船舶避碰过程中人的不安全行为，而其中的关键在于正确识别船舶避碰过程中人为失误的机理。因此本文通过文本挖掘的方式得到船舶碰撞的人为致因因素，而后结合 HTA-IDAC 构建三阶段船舶碰撞基于HTA-IDAC的船舶碰撞人为失误风险分析高飞德，菅永坤（武警海警学院 航海系，浙江 宁波 315801）摘 要：为减少船舶碰撞事故的发生，保障航运安全，降低船舶碰撞给海上物流运输过程中造成的人命安全和财产的损失，本文提出了一种船舶避碰过程中人为因素分析方法，即利用文本挖掘的方法识别人为因素，结果表明“瞭望不当”、“操纵不当”、“应急决策选择不当”、“避让行动迟缓”、“航速过快”是人因失误风险水平显著的风险因素。在此基础之上，通过层次任务分析法（Hierarchical Task Analysis，HTA）和认知模型（Information Decision Action Crew，IDAC）构建三阶段船舶碰撞过程中人为失误评价模型，为后续船舶避碰过程中的人为因素研究提供一种新的思路。关键词：船舶碰撞；人为失误；层次任务分析法；风险分析中图分类号：U698.6 文献标识码：A DOI:10.19727/ki.cbwzysc.2023.02.010引用格式高飞德,菅永坤.基于 HTA-IDAC 的船舶碰撞人为失误风险分析 J.船舶物资与市场,2023,31(2):29-32.收稿日期：2022-09-20 作者简介：高飞德（1989-），男，硕士，助教，研究方向为海上交通安全。过程中人为失误评价模型，为后续船舶碰撞人为致因的研究提供一种新思路。1 基于文本挖掘技术的舰船碰撞事故致因分析1.1 船舶碰撞事故调查报告的文本挖掘为保证获取的船舶碰撞事故数据的真实、可靠且便于分析，本文在选取语料时，重点考虑世界各国海事权威部门发布的船舶碰撞事故调查报告，借助互联网从各海事部门官网上精心选取 2016 2021 年间发生的 200例碰撞事故调查报告，其中，国内 150 例，国外 50 例。抽取报告中的事故致因作为本文研究对象并结合水上交通工程、安全工程、航运、气象等领域的专业词汇，对数据进行格式化处理以完成语料库的构建，构建语料库时，利用 Python 中的 Jieba 中文分词包加载自定义专业词库，归并词表和停用词表，对碰撞事故致因进行分词处理，然后利用词频统计、词云生成和关键词提取等探究舰船碰撞致因，其步骤如图 1 所示。为提高 Python 语言 Jieba 程序包分词的准确率，在进行分词时，收集水上交通运输领域事故致因专业词汇，以单词单行形式将其添加自定义专业词典，以 UTF-8 格式加载并更新 Jieba 词典。结合实际情况对分词结果进行调整，动态增删新词，归并语义相近的词，“瞭望不当”、“瞭望不正规”、“未保持正规瞭望”、“不正规瞭望”等归并成“瞭望不当”，直至调整后的分词结果符合结构化要求。船舶物资与市场第 31 卷 第 2 期 30 图 1 文本挖掘流程1.2 船舶碰撞事故特征的关键词提取将词频统计后的事故成因绘制生成特征词云，词云字体大小表征特征词频高低，即字体大，特征词频高，说明在选取的事故调查报告中，该类船舶碰撞事故成因出现的次数多，在总船舶碰撞事故致因中占比高，影响大，基于以上分析，结合文本挖掘生成的词云图，如图2所示。图 2 事故特征的词云分析可知，船舶碰撞的事故致因分布于人、船、环境、管理等方面。而其中字体大、位置越靠近中心的词，如“瞭望不当”、“操纵不当”、“应急决策选择不当”、“避让行动迟缓”、“航速过快”等，表明这些致因因素重要程度高，而以上重要性高的特征词均与人为因素有直接或者间接的关系，利用文本挖掘方法将得到的船舶碰撞致因因素与 HTA-IDAC 结合，以此建立船舶碰撞人误风险评价模型。2 识别船舶碰撞过程中的人为失误2.1 船舶碰撞过程海上货物运输过程中可能遇到的“海上风险”，有自然灾害和意外事故，自然灾害如恶劣气候，暴风雨、雷电、海啸等，意外灾害有船舶搁浅、火灾、碰撞等。碰撞指的是船舶在海上或者与海相通的可航水域发生接触造成损害的事故4，包括船舶与任何漂浮物体、航行物体、浮冰、沉船残骸，以及港口、码头、河堤等建筑物的接触，简而言之，是指船舶与船舶或其他非船舶物体间的触撞。据欧洲海事安全局（EMSA）2021 年海上伤亡事故年度概览报告，20142020 年度船舶海运事故类型统计数据如表 1 所示，其事故类型分布如图 3 所示。表 1 20142020 年度船舶海事事故类型统计（起）2014201520162017201820192020倾覆/倾斜111471417195碰撞/触碰724699676714659657550设备损坏/损失289365358309343315331火灾/爆炸159170133132136131119浸水/沉没63604363354742搁浅325328290292302249219船体破损615215443失电61494765596651失去动力372374471506552662579失踪0011121其他155153165181149133155 图 3 20142020 年总船舶事故分布图可知，船舶事故中“碰撞/触碰”事故类型占比最高，其次是“失去动力”，而“船体破损”，“倾覆/倾斜”和“失踪”占比最小。因此，揭示船舶碰撞发生的原因，减小船舶“碰撞/触碰”事故发生概率，是保证航运人命和财产安全的关键。航运物流运输过程中，除有意碰撞外，船舶间的碰撞属于非正常事件，具有不可预测性和危险性。船舶间的避碰需要驾驶人员的参与，其中包括发现来船、判断碰撞危险、采取避碰行动、采取行动后的持续观测，如图4所示。观测到他船不注意他船动态疏忽外产信息观测船型、航行动态、会遇态势、碰撞危险等确认距离近时感到有碰撞危险距离近时才发现他船至碰撞时才发现他船系统观测避磁决策航法适当不发生碰撞他船航法不当判断无碰撞风险未发现他船碰撞本船航法不当图 4 船舶碰撞过程图第 2 期 31 高飞德，等：基于 HTA-IDAC 的船舶碰撞人为失误风险分析可知，船舶避碰过程中首先通过瞭望发现他船，根据他船的航向、航速等信息判断是否存在碰撞危险，其次是结合判断结果研判避让方案，最后则是将决策付诸于行动。整个过程中驾驶员起到关键性作用，任何环节的人为失误都可能导致紧迫局面甚至碰撞事故的发生。2.2 基于 HTA-IDAC 方法的人误风险建模HTA 是用于描述如何组织工作以满足总体目标的一种系统方法，涉及到以自顶向下的方式确定任务的总体目标，然后是各种子任务以及它们应该在何种条件下执行以实现该目标。通过这种方式，复杂的计划任务可以被表示为操作层次结构，即人们在系统和计划中必须做的不同事情以及承担这些操作所需的条件5。HTA 包括任务确定、任务分析以及错误识别，其核心是任务分析，确定失败的可能性使其成为人的可靠性分析（Human Reliability Analysis，HRA）的一个有用工具。IDAC 模型由 4 部分组成，即信息处理-I、问题决策-D、行动执行-A 和团队-C 的模型组成，在建认知模型时，充分考虑了理性和情感维度的影响6，IDAC 操作员的认知模型如图 5 所示。传入信息输入影响I信息收集和预处理D决策制定MS精神状态A行动执行外界图 5 操作员认知模型将船舶碰撞过程与 HTA-IDAC 相结合，总结出导致碰撞事故发生的人因失误主要发生在以下阶段，即感知阶段、决策阶段和行动阶段。在感知阶段驾驶员通过瞭望观测他船的船型、航行动态、会遇局面以及感知碰撞危险的存在与否，而在决策阶段驾驶员需对存在碰撞危险的会遇态势研判，避免碰撞的航法，行动阶段则是依据驾驶员做出的决策实施避免碰撞的行动。综上，结合专家意见及上述分析将船舶避碰过程人为失误风险模型建立如图 6 所示。船舶碰撞过程人为失误风险分析感知阶段瞭望不当未遵守规则避让行动迟缓通信交流失误避碰决策选择不当船舶操纵不当疏忽错误航线设计不当航速过快号灯、号型显示不当未充分了解信息人员配合失谐决策阶段行动阶段图 6 基于 HTA-IDAC 识别船舶碰撞过程人为失误风险3 结果与讨论在船舶碰撞过程中，对安全影响明显的风险因素分别是“瞭望不当”、“避碰决策选择不当”、“避让行动迟缓”、“未使用安全航速”和“船舶操纵不当”。利用文本挖掘的人为因素，结合层次任务分析及认知模型，构建三阶段船舶碰撞过程中的人为失误模型。将本文研究成果与陈亚东7综合多起船舶碰撞事故样本得出人为失误的因果致因链，其中致因关系链为：雷达、ARPA 使用不当瞭望不当碰撞危险判断失误未及时采取行动两船碰撞；值班不当瞭望不当未及早发现来船、航速过快未及时采取行动两船碰撞。综合多起碰撞事故的致因链，可以得出“瞭望不当”、“判断碰撞危险失误”、“未及时采取行动”和“航速过快”为主要因素。刘正江等8利用实验室模拟器实验研究得出的避让失败的人为因素包括“操纵不当”、“行动迟缓”、“瞭望不当”、“未使用安全航速”、“判断失误”、“未运用良好船艺和违反规则”；王东升9利用人的因素分析与分类系统（Human Factors Analysis and Classification System,HFACS）和贝叶斯网络（Bayesian Network,BN）相结合的方法得出不安全行为层面中的“未保持正规瞭望”、“避碰行为不当”、“未使用安全航速”、“碰撞危险判断有误”和“违规航行”对航行安全影响最大。综上，可以得出“瞭望不当”、“判断碰撞危险失误”、“未及时采取行动”和“航速过快”为主要人为致因因素。本文研究成果与上述研究成果一致。为保障航运安全，减少船舶碰撞事故的发生机率，保障海上人命财产安全，现结合本研究成果，对海上运输安全影响明显的人为因素建议如下：1）加强培养海员安全责任意识，使船员意识到船舶海上安全航行的重要性，强化职业技能培养的同时，锻炼船员具备较高的应变能力和过硬的心理素质。2）加强驾驶台资源管理，合理安排值班人员，保证船员能够得到充分的休息，防止疲劳驾驶。3）着重加强海员对避碰规则的学习，其是避免船舶碰撞事故发生的保障以及避碰行动的依据，全面理解避碰规则意义重大。4）重视无线电通信联系，及时协调彼此间的避让行动，可用船载 VHF 无线电话、声响和灯光信号设备与他船沟通，明确对方行动意图或正在采取的避让行动，及早、大幅度进行避让，避免行动不协调导致的仓促避碰行动或操纵不当等人为失误。5）避免避碰决策失误，一方面应强化避碰决策训练，可通过模拟器，模拟船舶避碰的不同场景，以锻炼船员船舶物资与市场第 31 卷 第 2 期 32 的应急应变决策能力，另一方面可借助雷达、AIS、电子海图等助航设备或利用导航标志增加避碰