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船舶操纵安全指标的设定

  
评论: 更新日期:2009年12月31日
1 评价指标的设定
     评价现有的操船环境和改善后的操船环境对要通过的大型船舶操纵安全的影响,是一种问题出发型的评价,即对将来可能发生的环境改善和船舶操纵性能改善加以设想,然后对设想的事故进行风险分析.根据评价的目的,本文只能用风险指标和隐患指标.对于船舶在航道中的航行进行模拟,到目前为止还没有可以代替驾引人员决策的真正实用方法.可见模拟过程仍带有偶然性,且模拟时不可能考虑到所有的因素,难以揭示系统的隐患,而事故的发生除了与隐患有关外,在很大程度上确又受到偶然性影响。所以本文提出一种风险指标与隐患指标相结合的方法,即在隐患评价的基础上,对事故风险进行分析,从而从不同侧面明确安全问题所在,使决策更具有科学性.
     性能指标j能体现操船能力的大小,但要体现危险性大小还得考虑船舶允许的不发生事故的运动范围,即船首向与计划航向的偏角以及允许的最大偏移量、最大操舵角,并由此来分析驾引人员的不安感和潜在的危险性.为评价船舶航行的危险度,在性能指标 的基础上设

       式中,e的值为风险值指标的评价值,e=0时为不操舵角,且船舶航行在航道中心线上,此时最安全;e=1时为即使操最大舵角,船舶仍要驶出航道,此时最危险. y(t)为偏移量,y(t)mas 为允许最大偏移量,l为船长,w为船宽, φ(t)为偏航角,δ(t)为舵角, δmax为允许最大舵角取35度. 为舵角的权重系数,其大小与船长有关.
       隐患指标由船舶操纵性能、地形条件、航行条件和操船信息组成.由船舶在狭水道中航行的操纵性能及驾引人员的操船特性可知,船舶在狭水道中航行的操纵性能主要涉及船舶的控向、控速性能和低速航向性能,这可归结为五种基本性能,即航行稳定性、追随性、旋回性、停船性和低速航向性.其衡量指标分别为操15度舵角的回舵试验中剩余角速度,z形试验中初始转首时间,旋回试验中的相对回转直径,倒车冲程与船长之比及能维持舵效的最低航速.这些指标值均可通过计算机模拟得到.在地形条件中,航道宽度的衡量指标为航道宽度与船宽之比,航道弯曲度的衡量指标为曲率半径与船长之比.在航行条件中,其各因素对船舶操纵性能的影响,是通过船舶在这些航行条件下的操纵性能与标准条件下船舶操纵性能作比较得到的.这里所谓的标准条件是指无风、流、浪且水深为无限深的状态.为简便起见,不必在各种航行条件下模拟得出衡量船舶各种性能的指标值,日本学者提出的平行移动操船不失为一种既方便而又精度高的方法.考虑到航行条件中各因素互相影响,本文在风、浪、流、浅水混合作用状态下对各种可能状态各作一次模拟,取其平行移动操船面积与在标准条件下平行移动操船面积之比值即为衡量航行条件的指标值.
在操船信息中,把能见度与船长之比作为视距的衡量指标,而航道中助航设施主要考虑浮标数目,这里取平均每10 n mile的航道一侧浮标数作为其指标值.
2·指标权重的设定
    各指标因素的相对权重由层次分析法来确定.根据这个方法可得出系统安全性评价隐患指标体系的递阶层次结构,如图1所示.
 
    权重求取采用问卷调查法.调查表要求填写各指标按重要程度由大到小排列的一个顺序.对回收的调查表,填写每个组合的二元对比矩阵,每张表可得到5个判断矩阵.构造判断矩阵方法如下:给出递阶层次中某一层因素的集聚组合,例如,ac1==(e1,e2,e3,e4),该集聚组合的相邻上一层中的目标为e,两两成对比较ac1中的所有元素对e的影响程度,将比较结果以数字形式填入矩阵,所得到的矩阵即为该组合的判断矩阵.最后通过统计求得对aci的权重wi:对应acl=(e1,e2,e3,e4),wl=[0.289,0.417,0.216,0.078];ac2=(ul,u2,u3,u4,u5),w2=[0.238,0.157,0.245,0.213,0.152];ac3=(u6,u7),w3= [0.575,0.425];ac4= 9u8),w4= [1.ooo];ac5=(u9,ul0),w5=[0.333,0.667].
基本因素总体权重是指基本因素对于最高层次的相对重要性,是从最高层次到最低层次逐次计算的,最后算得的基本因素{u1,u2,u3,u 4,u5,u6,u7,u8,u9,u10}对于隐患指标总体权重为w =[0.069,0.045,0.071,0.061,0.044,0.240,0.177,0.216,0.026,0.052].
3 评价方法的设定
       本文采用模糊安全综合评价与计算机模拟相结合的方法进行船舶操纵安全性评价,根据层次分析法和模糊综合评价法得出隐患指标评价值,利用计算机模拟船舶在狭水道的操纵过程得出风险指标评价值,最后把上述两指标评价值结合起来得到船舶操纵安全性综合评价值.对于隐患指标评价值的求取,先通过测量手段确定其指标量值,再解决指标间的可共度性,即进行指标的无量纲化处理.根据统计得出的关于影响操纵安全的因素的隶属度函数,图形在所论域内都接近线型,所以,为简单实用起见,我们选择直线型无量纲化方法来解决定量指标的可综合性问题.无量纲化计算公式如下,正指标即指标值越大越危险:
 
式中,y为当时定量指标的评价值,x为当时有量纲指标的实际值,各定量指标的xmax 和xmin表示这个指标如果是正指标,其对应的因素对操纵的影响是最危险的和最安全的,如果这个指标是逆指标则相反,它们的值通过专家调查而得到.下面是各个指标的z 和35" 的取
值,ul(0,0.2); u2(1,5); u3(1,7);u4(5,20);u5(0,0.6);u6(1.5,8);u7(3,8);u8(1,2);u9(0,10);ulo(5.5,100).其中,ul、u2、u 3、u4、u5和u8是正指标,u6、u7、u9和ul0是逆指标.由于有些指标的x值随航道的不同区段而变化,其指标评价值是航道长度l的函数y(l),对其按照区段的长度进行积分,即
 
      此 y才作为评价整个航道安全的指标评价值.设一条船要通过一狭水道为一个样本,则每个样本要考虑10个因素,即u= {u,u2,u3,u4,u5,u 6,u7,u8, u9,u 10},每个因素总体权重已求得为 w.设评价集h 有7个决择等级,从ui 到h 的一个模糊映射r为单因素评价,y。表示样本u中第 个因素当时的指标评价值,i=1,2,... ,10.r(ui)=[rj1,rj 2,....,rj7],其中rji 表示样本u的因素ui 属于影响等级t的隶属度.根据yi从模糊子集表查取向量r,得到一个综合评价的模糊变换矩阵r =(rhi),h=1,2,... ,p.p为样本中的因素个数.本文采用参考文献[1]中的模糊子集表.模糊合成采用加权平均型模糊,则一样本的综合评价向量为
b = w 。r (3)
此样本的隐患指标的综合评价值为
q = b 。n(et) (4)
式中,ⅳ 为需要程度等级矩阵,n=(1,0.8,0.65,0.5,0.35,0.2o,0),t为转置符号.q的大小体现了设定的船舶通过某一狭水道的隐患的危险程度,再与风险指标结合考虑,仍采取加权平均法,最后的综合评价值为
g =0.806q + 0.194e (5)
g的大小表示设定船舶通过某一狭水道时所承担的危险程度.考虑到隐患指标与风险指标是从不同侧面反映船舶操纵的安全性,二者是互为补充的,因此从这个意义出发,可以采用加法合成.e为风险指标评价值,通过计算机模拟船舶在狭水道的操纵过程,再根据(1)式求得.
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