海事动态监管机制的理论研究_谢天.pdf

NAVIGATION航海43增加和失速预报 J.中国航海,2011,34(04):67-70+80.13 黄连忠,万晓跃,孙永刚等.基于模拟退火算法的船舶航速优化研究 J.船舶,2018,29(S1):8-17.14 赵乾博.考虑油耗及经济性的营运船舶定航线航速优化 D.哈尔滨工程大学,2017.15 汤世昕.基于 TEBEM 的波浪中船舶航速预报方法研究 D.哈尔滨工程大学,2021.基金项目:国家重点研发计划项目（3.1）2021YFC2801000，北极航道通信导航保障技术研究与系统开发，参与 2021.11-2025.12 作者简介:李成海,正高级船长,副教授,主要研究方向:海上航行安全，（E-mail）LICHENGHAI0 引言海事动态监管（maritime dynamic supervision）作为海事管理机构从传统的事前监管转向事中事后监管的重要工具，已成为众多海事管理专家和科研院校学者的研究对象。近年来，赵健等认为无人机等先进系统将构成未来的海事动态监管系统。钟子洋认为应加快引入先进技术推动海事动态监管体系建设。郝勇等认为将电子巡航技术应用于海事动态监管中能够实现辖区内巡航监视、重点监管单元监控等监管功能。黄常海提出动态网格化监管模式有助于提高海事动态监管效率。成旭认为网格化管理将成为未来新型的海事动态监管模式，对数字海事建设具有推动作用。目前对于海事动态监管的研究大多集中于对新技术和新制度的开发应用方面，但对如何在理论上指导海事动态监管的实施缺乏研究。谢天在 2022 年提出运用海事安全熵的概念对海事安全程度进行度量，并认为水上交通安全系统是一类包含物质、能量和信息交换的系统，因为有能量交换所以存在熵增现象，需要海事管理机构持续地采取有效地海事动态监管措施达到降低系统的海事安全不确定度的目的。本研究通过引入熵增理论，在海事安全熵概念的基础上，构建水上交通安全系统模型。探讨需要如何开展持续地海事动态监管，以及如何计算海事动态监管的效果等现实问题，以达到优化现有海事动态监管措施，提升在航船舶安全水平的目的。1 熵增理论及其适用性熵增理论的思想来源于热力学第二定律。华为大学（2013）表示将热力学第二定律从自然科学引入社会科学，就是要防止组织“熵死”，出现组织怠惰使组织消失活力。热力学第二定律也称为“熵增定律”，指的是一个有序的孤海事动态监管机制的理论研究海事动态监管机制的理论研究谢 天 王 淼（闵行海事局，上海 200241）摘 要：针对目前海事动态监管的实施主要依靠一线海事执法人员的监管经验，而海事动态监管相关理论并未形成的问题，本研究基于最新提出的海事安全熵的概念，利用熵增理论构建水上交通安全系统模型。通过分析海事安全熵的变化规律，探讨如何采取电子巡航手段、水域巡航手段等合理的海事动态监管措施以获得良好的监管效果，并形成相应的优化建议和对策。该研究的结论为海事管理机构应采取不间断地海事动态监管措施持续向在航船舶输入负熵，从而减弱在航船舶的内部熵增和外界水上危险源产生的正熵的影响，达到维护水上交通安全的目的。关键词：海事动态监管；熵增理论；海事安全熵中图分类号：U698 文献标志码：ANAVIGATION航海44Marine Technology航海技术立系统的“不确定度”（熵）会随着时间推移不断增加，最终孤立系统将从有序达到最无序的平衡态即“熵死”。如果外界不对在航船舶施加影响，则在航船舶变为孤立系统，由“熵增定律”可知，随着时间的推移，在航船舶的内部运行必然会从有序发展为无序，从而导致事故的发生。为解决以上问题，海事管理机构应采取海事动态监管对在航船舶开展干预，维护航道内在航船舶的通航秩序。海事动态监管将在航船舶的运行从无序恢复至有序，其本质为向船舶系统输入“负熵”，用以中和船舶内部的“熵增”和外部水上危险源输入的“正熵”，从而使得船舶的熵值不再增加，确保在航船舶有序运行，避免事故的发生。以熵增理论对水上交通安全系统中的在航船舶开展分析，处于开放系统中的船舶的总熵变（微分符号记为 dsv）由两部分组成：一部分是系统内部不可逆过程所引起的“内部熵增”(微分符号记为 dsI)，例如驾驶人员的倦怠、对于航运安全的漠视和机械损耗，等等；另一部分是在航船舶系统与外界交换物质、能量和信息引起的“外部熵变”(微分符号记为 dsE)。处于开放系统的船舶的总熵变为“内部熵增”与“外部熵变”的和，即 dsv=dsI+dsE根据熵增理论,可以用船舶的总熵变来判断船舶运行有序度的变化：（1）当 dsv0 时，系统总熵增加，有序度降低；（2）当 dsv0 时，说明环境给系统提供足够的“负熵”，且 dsE-dsI，系统总熵减小，有序度增加；（3）当 dsv=0 时，系统有序度基本不变。总之，海事安全熵 Sv值随着 DSv的积分变化，使船舶安全的不确定度产生相应能量级别的、不同能量层次的振动，即船舶系统熵值的涨落现象。2 构建水上交通安全系统模型本研究中的水上交通安全系统简化为主要由在航船舶、通航水域、水上危险源、海事动态监管等主体构成。海事动态监管指的是海事管理机构运用电子巡航手段、水域巡航手段等措施消除安全隐患，保障在航船舶从始发港安全准时地航行至目的港的一种监管方式。2.1 水上交通安全系统模型谢天在海事安全熵的量化研究一文中已探讨了海事安全熵的定义和计算表达式，下面将运用熵增理论基于海事安全熵的概念构建水上交通安全系统模型。船舶系统的总熵决定着系统风险的大小，而船舶总熵不仅取决于系统的内部熵增，还取决于外界以物质、能量、信息形式输入在航船舶而产生的负熵和正熵的大小。图 1 水上交通安全系统模型示意图如图 1 所示，在航船舶、通航水域、水上危险源、海事动态监管构成本研究中的水上交通安全系统模型。开展海事动态监管的目的是使得该系统有序运转，避免船舶向无序状态发展，引发海事事故。在航船舶由于随着时间的推移本身存在内部熵增现象，并且受到水上危险源的正熵影响，其能否持续安全航行取决于在航船舶从外界通航水域中能获得什么样的熵以及多少熵。航道内的在航船舶的通航秩序良好表示系统能够得到充足的负熵，从而保障、延续船舶系统的有序存在与发展，混乱的通航水域意味着船舶系统不能从环境中得到充足的负熵，甚至由于外界水上危险源正熵的入侵，导致船舶受损，发生海事事故以至于完全损毁。对于一艘特定的在航船舶，其海事安全熵变由以下三部分，包括船舶内部熵增、海事动态监管输入的负熵和水上危险源输入的正熵构成：2.1.1 船舶内部熵增(dsI)本研究中海事动态监管的管理对象是在航船舶。在航船舶的内部熵增（微分符号记作 dsI）受到航运公司的管理水平、船员的操作水平、船舶机械和设备状况等要素影响。主要表现为：一、机械设备方面的熵增。船舶的推进需要动力，机械的运转伴随着润滑油的损耗、机器设备的损耗都可能引发海事事故和次生事故，导致海事安全熵值的增加。船员需要持续的维护和保养船舶机械，并在机械发生故障时及时抢修，以确保船舶动力正常运转。二、信息沟通的熵增。船舶具有流动性，当船舶抵达陌生水域，而船员获取信息的能力又有限，导致船员因对航道内水深和水流情况不熟悉而对船舶操作不当，引发碰撞事故和搁浅事故产生海事安全熵值的增加。三、船员精神性的熵增。长时间的航行导致人的精神状态下降，驾驶船舶的注意力不集中。还有连续的航行导致船员对安全驾驶的懈怠，认为偶尔的超速和反航道驾驶行为也无所谓，导致的海事安全熵值的增加。四、一般性的NAVIGATION航海45熵增累积。长时间的航行导致船员之间、甲板部门和轮机部门之间在日常工作中的矛盾累积，内耗严重，组织的有序结构遭到破坏，功能不能正常发挥，而产生的海事安全熵值的增加。2.1.2 海事动态监管的负熵(dsA)海事动态监管通过对船舶、船员和通航水域开展干预，使在航船舶的航行状态由无序转向有序，确保水上良好的通航秩序。海事动态监管输入的负熵（微分符号记作 dsA）归纳起来主要有以下方面：一、物理的干预。海事管理机构在巡航中发现船舶发生机械故障时，及时通过指派拖轮、打捞船、清污船、环卫船等救助力量前往救援，清除水上危险源，提升系统的稳定度。二、有效信息的输入。针对不同类型的在航船舶，海事动态监管对船舶开展点对点的安全宣传。例如，对首次进入辖区的在航船舶告知其水深较浅的位置和水流湍急的危险水域应小心谨慎驾驶。大雾大风等恶劣天气时，海事管理机构点对点告知在航船舶应采取安全防范措施等等。三、持续地安全提醒。为防止船员的疲劳驾驶，消除船舶运行中的信息缺乏以及人们的精神性熵增，海事管理机构通过在危险航段内设置连续安全提醒装置用以传递信息，降低船员的精神性熵增，增强船员和船舶的注意力与活力。主要方式为设置不间断地甚高频安全提醒广播，设置航标和加装助航标志等等。四、及时发现水上危险源。海事管理机构通过电子巡航手段、水域巡航手段、无人机空中巡航手段等对管辖水域进行排查，及时发现异常船舶、异常天气和其他异常情况，并尽快排除隐患，以防止海事事故的发生。例如：海事管理机构通过电子巡航手段，排查船舶 AIS 信号，发现一艘船舶存在反航道航行的违法行为，立即警告其纠正，避免船舶碰撞事故的进一步发生。五、提供优质的服务。海事管理机构努力为在航船舶提供优质的服务，从而减小船舶一般性的熵增累积。例如：在黄浦江上游水域目前已建立海事安全服务中心为船员提供便民措施，设立临时停泊区供船员休息，缓解船员的工作疲劳。此外，还有海事执法人员通过现场巡航检查，对发现到的船员所遇到的困难和问题进行热心帮助，化解船舶运行中的一般性的熵增。2.1.3 水上危险源的正熵(dsH)水上危险源的正熵（微分符号记作 dsH）指的是外界水上环境中存在的危险源输入船舶形成安全威胁，可能会导致船舶发生海事事故。水上危险源主要包括：一、季节性的水上危险源。例如在黄浦江上游水域，季节性的水上危险源主要有每年春季多发的大雾天气引起的水域能见度的降低，严重影响船员驾驶船舶的正规瞭望。和每年夏季的台风形成的狂风暴雨天气，严重损害船舶的营运安全等等。二、船舶流量密度过高。因为自然因素或其他因素导致通航水域某一时间段内的局部船舶密度较高的情况，影响船舶的正常航行导致可能发生船舶碰撞事故。三、水上水下碍航物。因意外事件进入通航水域的碍航物。例如：废弃的缆绳、漂浮的木头、落入江底的礁石等等。废弃的缆绳可能会绞入在航船舶的螺旋桨导致船舶失控。落入江底的碍航物碰撞到船舶船底会导致船舶的船体破裂而进水沉没等等。四、重点水域的船舶超宽靠泊。在狭水道水域的弯道附近，船舶违规超宽靠泊码头会造成航道进一步更加狭窄，严重影响船舶的转向航行可能会导致船舶碰撞事故。五、其他异常现象。其他水上危险源以通航水域中各类偶发事件的方式将正熵输入船舶系统，对在航船舶的正常航行产生威胁，造成海事事故，甚至导致在航船舶的完全损毁。例如：在突发的雷电天气下，闪电击中船舶驾驶台导致航行设备的损坏等等。2.2 水上交通安全系统模型的计算方法综上所述，海事安全熵变 dsV由 3 个部分构成，即船舶内部熵增 dsI、海事动态监管输入的负熵 dsA和水上危险源输入的正熵 dsH。则海事安全熵变 dsV的表达式为：dsV=dsI+dsA+dsH（1）表达式（1）的含义为海事安全熵的改变量为船舶内部熵增 ds1、水上危险源的负熵和海事动态监管的正熵共同组成。而海事安全熵变 dsV的积分加上前一时刻的海事安全熵SV，决定了下一时刻的海事安全熵的值，用以下表达式表示：Sv=Sv+dsV （2）表达式（2）的含义为海事安全熵 Sv的值随着外界影响的累积而变化。某一时刻的海事安全熵 Sv，等于前一时刻的海事安全熵 Sv 与其熵值在这段时间内变化的积分相加所得的值。已知，海事动态监管措施能取得最佳效果时，管理负熵能够中和海事安全熵的正值，在航船舶达到 100%不发生事故的理想状态。根据海事安全熵变的表达式（2），可推导出最佳海事动态监管效果的表达式：SA=-Sv（3）由表达式（3）可知，海事动态监管输入在航船舶的管理负熵，如果理论上能达到完全消除原本存在的海事安全熵值Sv，