船舶撞击概率影响因素研究

船舶撞击概率影响因素研究

符景豪1

（1.重庆交通大学 河海学院，重庆 400074）

摘要：为了研究船舶撞击桥梁的概率问题，通过调研国内外船舶撞击概率问题的研究成果，将影响船舶撞击概率的诸多因素进行分类总结，将事故发生概率分为人为因素、环境因素和失控后的概率因素。通过对比分析，总结出船舶失控后的漂流撞击概率在空间上服从正态分布，可进一步通过计算得到响应的撞击概率值。

关键词：船舶撞击；水路运输；概率计算；船舶失控

1.引言

随着水上运输业的快速发展，船舶数量也在急速增长，同时船舶大型化的趋势也与现有航道通航能力的限制问题间的矛盾越来越突出。公路与水路交通的迅速发展势必要在航道与跨河桥梁的通航能力和通航安全间相互协调，随着国内外船舶撞击涉河桥梁的事故频发，越来越多的学者开始注意到船舶撞击桥梁的问题，开展了大量的事故调查研究，也归纳总结了相关经验公式。在以往的调查研究及实验当中，对船舶撞击桥梁概率研究考虑到了大量的影响因素，各个因素对船舶撞击概率均有不同程度、不同规律的影响，因此有必要对船舶撞击问题研究当中的各个影响因素展开分类讨论与总结。

2.国内船舶撞击概率影响因素研究

在以往的研究当中，对船撞桥事故发生的概率研究主要有事故起因分析研究和事故发生概率研究两类。戴彤宇[1]在广泛调研的基础上首次建立了我国船撞桥事故数据库，其中包括长江、黑龙江、珠江三大水系等水域的213起事故数据，此外分析了能见度、黑白天、上行下行对船撞桥事故的主要影响，并结合数据库中的数据首次将人工神经网络系统方法引入船撞桥概率的研究中，对26个样本进行了50万次训练，得到了比较可信的船撞桥概率系统；庄元、刘祖源[2]从船舶失控后的运动过程着手，运用MATLAB开发软件分析失控船舶的漂移情况，根据水流与船舶参数绘制漂移轨迹，并确定失控船舶碰撞的危险区域，从而得到失控船舶撞桥概率；李冰[3]通过实船实验对两座大桥附近船舶偏航角进行分析并得出其分布规律，并将风流、流向与桥轴法线夹角因素加入船舶失控后漂移模型，总结出了偏航角和风速、风向的期望和方差对船舶漂移后撞击概率的影响规律；汪咏[4]利用船舶AIS数据分析了桥区船舶的航向动态，通过船舶实际的横向分布确定AASHTO模型中的几何概率，修正了模型中关于横向分布的估算方法，并将流速年变化因素加入到AASHTO模型偏航概率计算公式当中，从而修正了AASHTO中的偏航概率计算公式我国《公路桥梁抗撞设计规范》[5]中将偏航船舶在航道内的横向分布、船舶偏航角分布、水位分布和停船距离分布近似看做正态分布，并对船舶横向分布、偏航角分布和水位分布的原始概率密度函数在定义域一侧或两侧无界时进行修正。

3.国外船舶撞击概率影响因素研究

Macduff[6]提出了船撞桥概率模型，该模型以船-船相撞的统计结果为理论依据，通过假定船舶的几何分布来获得船舶碰撞和搁浅的概率； Fujii[7]通过对早期日本海峡船舶碰撞事故的统计分析，认为船舶碰撞的先决条件是船舶偏航，偏航后的船舶未能及时修正航线便有可能发生碰撞，因此提出了几何概率碰撞理论模型，并提出了“船只辖区”理论和缓冲区概念；O.D.Larsen[8]在IABSE年会上较为系统地归纳总结了船桥撞击研究的已有成果，并提出了一般性的船桥碰撞概率模型，该模型包括四项因子，船舶流量、因果概率（特定船舶偏航可能性、信道条件、船舶类型、知名度、交通条件和其他因素）、几何概率（在一个航线内船舶撞击的概率）、毁坏概率；美国各州公路和运输协会AASHTO[9]正式出版了《船舶碰撞公路桥梁设计指南》，该指南进一步推进了船撞桥模型，模型中包含四项因子，分别是年船舶流量、碰撞几何概率、倒塌概率、船舶偏航概率，船舶偏航概率又由偏航基准概率（取值区分为一般船舶和驳船）、航道顺直修正系数、水流修正系数、船舶流量修正系数组成；欧洲规范[9]模型中提出了基于失效路径的积分算法，认为船撞桥的过程是一个非均匀的泊松分布，进一步推进了船撞桥问题的研究工作； Christine Chauvina[10]等分析了人为因素在船撞事故中的影响，认为大多数碰撞是由于决策错误造成的，在先决条件层面，强调了能见度差和仪器的误用(环境因素)、形势意识丧失或注意力不集中(操作人员的条件)、缺乏实习交流或桥梁资源管理(人员因素)的影响，在领导层面，分析揭示了不适当操作和不符合安全管理系统(SMS)的众多规定造成的事故Ahmad C. Bukhari[11]等基于模糊推理系统提出了一种船舶碰撞风险评估系统，该系统利用常规的船舶设备，从船舶交通服务中心计算出各船舶之间的距离、角度、航速等信息，并利用提取的信息计算和显示各船舶之间的碰撞风险程度，此外，还开发了雷达过滤算法，帮助船舶交通服务中心的人员评估特定船只的碰撞风险程度；Axel Hörteborn[12]等根据自动识别系统（AIS）数据重新定义了船舶域，认为船舶域的大小与统计船舶航线交叉位置的区域面积和交叉区域是否受水深影响有关，与船舶长度无关；Rolf J. Bye 和 Asbjørn L. Aalberg

[13]利用AIS数据对发生事故的船舶进行跟踪调查研究，发现天气条件、船舶类型和船旗状态作为船舶撞击的主要因变量，建立了多元逻辑回归模型，能够根据航行数据较好预测事故的发生；Axel H¨orteborn和Jonas W. Ringsberg[14]利用AIS数据和船舶操纵模拟器来模拟和分析海上交通风险案例，对漂移船、急转弯船和错过转弯点三类可能导致船撞事故的情况进行大量的模拟和参数敏感性分析，提出了新的船舶事故概率计算方法。

4.结论

本文通过对国内外学者在船舶撞击概率研究方面重要结论的总结归纳，分析出影响船舶撞击概率的主要因在人为方面主要有船员操作不规范、酒后上岗、疲劳驾驶等因素；在环境方面主要有能见度较低、航道通航条件差、风速与流速较大、通航净宽净高不足等因素；在船舶失去操控能力后发生撞击概率的主要因素为船舶航迹分布、船舶航速、船舶类型、船舶年内通航量、航迹线与涉水桥墩的距离、桥墩形状、桥墩是否安装防撞预警装置等诸多因素有关，且在船舶失控后的漂流撞击概率在空间上服从正态分布，在一点程度上可以计算得出船舶撞击概率。

参考文献

[1]戴彤宇. 船撞桥及其风险分析 [D]. 哈尔滨工程大学, 2003.

[2]庄元, 刘祖源. 失控船舶撞桥概率分析与预报 [J]. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版), 2007, (06): 962-5.

[3]李冰. 内河水域船舶失控撞桥概率研究 [D]. 武汉理工大学, 2010.

[4]汪咏. 基于AIS数据的桥梁船撞倒塌概率研究 [D]. 武汉理工大学, 2019.

[5]徐静怡, 高鸿丽. 欧美碳减排制度及其对港航业的影响 [J]. 中国港口, 2021, (11): 12-6.

[6]YU M. Risk assessment of ship navigation in Bridge Areas [J]. 2017.

[7]耿波. 桥梁船撞安全评估 [D]. 同济大学, 2007.

[8]王贵春, 吉喆, 李武生, et al. 考虑桩土作用的船桥碰撞动力性能及影响因素分析 [J]. 桥梁建设, 2021, 51(04): 17-24.

[9]车玮. 绿色金融，航运业脱碳化新推手 [J]. 中国远洋海运, 2021, (10): 38-41.

[10]CHAUVIN C, LARDJANE S, MOREL G, et al. Human and organisational factors in maritime accidents: Analysis of collisions at sea using the HFACS [J]. Accident Analysis & Prevention, 2013, 59: 26-37.