临海港口航道航行环境安全综合评价及计算机辅助实现
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摘要
先进的科学技术虽为船舶在港口航道的航行安全提供了客观的保障，但是事故还时有发生。影响航行安全的因素是多方面的，主要是人、船、航行环境、管理四大因素。目前，资料表明，对港口航道航行环境的安全评价的研究目前还处在起步阶段，尤其对临海港口航道航行环境的研究更是如此。所谓临海港口航道，主要针对面临海洋、离海较近、受海洋潮汐影响较大的感潮港口航道。因此，本文的选题具有一定的新意，同时正确评价临海港口航道的航行环境的安全状况和程度对保障和改进航行安全的决策具有显著的科学意义、经济价值和社会意义。
本文是“船舶运输安全评价技术”课题的一个小项目。全文首先从安全系统工程的角度出发，简要分析和归纳了几种定量评价方法。通过对几种定量方法的比较分析之后，选定了模糊综合评价方法作为本文评价的方法，而且实践也认可了该方法。
然后，按照FSA的模式，利用定性和定量相结合的系统分析方法，着重以临海港口航道航行环境为评价对象，从单船的角度考虑，在综合分析影响船舶航行安全的临海港口航行环境的内部因素和自然因素的基础上，参考大量文献，结合实际情况和其他学者的相关研究成果确定了评价因素体系。
接着，利用模糊综合评价的定量评价方法，根据国内外有关安全评价的相关资料和数据调查、分析和统计，制定了各评价因素的指标化评价标准；通过采用模糊数学中确定隶属函数常用的图式法中的广义钟形函数，并经过不断修正，才确定了各因素的隶属度函数，并且利用MATLAB工具作出了各个函数的图像；利用层次分析法(AHP)并借助MATLAB及Excel软件计算出各个因素的权重值；模糊算子采用了加权平均法；在以上基础上，建立了多层次的模糊综合评价数学模型。
最后，以模型为基础，运用Visual C++6.0的编程语言，开发了计算机辅助安全评价系统。该系统具有查阅有关港口信息，快速计算临海港口航道安全综合程度及提出相关建议等功能。
为了验证本文所建立的模型和系统的正确性、适用性，将该模型和系统在镇江港口航道、南通港口航道进行了检验，输出的结果比较符合实际情况。该项研究可为港口监督人员、航道管理人员、船舶公司指挥人员、船舶驾驶员提供了科学的决策依据和参考，具有一定的实用价值。
Advance science technology provides objective safeguard for vessels that are navigated in ports' channels. Nowadays, marine accidents always are happened. The factors affecting navigation safety are sorts, including men, vessels, environment and management. According to statistics, it is proved that the study of Safety Evaluation about channel environment is still in a very preliminary stage, especially in rivers channels linking up with sea, which are faced with sea, not far from sea, and affected greatly by tide. Therefore, the subject of this paper has some new meanings, while correctly evaluating the safety and danger degree of these channels environment has prominent science significance, economy worthiness and society value in ensuring improve safety navigation.
This paper is one of small items of the problem for research about "ship transportation safety assessment technology". To start with, this paper analyzes and summarizes succinctly some quantitative evaluation methods from safety systems engineering. After comparing and analyzing these quantitative evaluation methods, the author has made choice of fuzzy comprehensive assessment as the evaluation method in the paper.
Moreover, according to the mode of FSA (Formal Safety Assessment), this paper applies a system analysis method, which is combined with quantitative and qualitative methods, and takes the inland channels environment linking up with sea as the objects of evaluation and approaches the problem from the single vessel angle. Basing on comprehensive analysis of internal and natural environmental factors that affect the navigation safety of vessels in these channels, referring to many reference books, combining with the practical things and the correlated findings of other scholars, the author has established an evaluation system of factors.
Then, the author has applied the mathematical means of fuzzy comprehensive assessment and correlative materials analysis and statistics about safety evaluation all over world to formulate a quantitative assessment standard of evaluation factors. Futherly, basing on a kind of pattern of Generalize Bellmembership Function in Fuzzy Mathematics, the anthor has established a membership function of every factor, and corrects it constantly. In addition, the
author has applied the tool of MATLAB to describe a picture of function. Then, by the means of AHP, the author has tended to determine the weights of these factors, applied the tools of MATLAB, EXCEL to calculate every weight value, and adopted the algorithm of pulse weights mean on the fuzzy arithmetic operators. On the base of above knowledge, the author has constructed a multigradation mathematical model on fuzzy comprehensive assessment.
At last, basing on the mathematical model and applying Visual 0+6.0 compiled language, the author has developed a computer-aided system on safety evaluation. The system has primarily some functions as follows: First, some correlated information of some port channels can be looked up in the system. Second, safety comprehensive assessment grade about a port's channel can be calculated quickly, and some corrected advices can be put forward in the system.
In order to test the right and application of the model and the system established in this paper, the author applied the model and the system software to Zhengjiang port' channel and Nantong port' channel. The test results accord with facts. This research can be regarded as useful basis and reference by the harbors' superintendents, the channels' management persons, and company controllers, and steering ship pilots to make a scientific decision. Hereby, it is of great practical value on navigation.
Qiu Yunming (major in Transportation Means Utilization Engineering) Directed by Prof. Chen Weijiong and Associate Prof.Chen Jinbiao.
本文是“船舶运输安全评价技术”课题的一个小项目。全文首先从安全系统工程的角度出发，简要分析和归纳了几种定量评价方法。通过对几种定量方法的比较分析之后，选定了模糊综合评价方法作为本文评价的方法，而且实践也认可了该方法。
然后，按照FSA的模式，利用定性和定量相结合的系统分析方法，着重以临海港口航道航行环境为评价对象，从单船的角度考虑，在综合分析影响船舶航行安全的临海港口航行环境的内部因素和自然因素的基础上，参考大量文献，结合实际情况和其他学者的相关研究成果确定了评价因素体系。
接着，利用模糊综合评价的定量评价方法，根据国内外有关安全评价的相关资料和数据调查、分析和统计，制定了各评价因素的指标化评价标准；通过采用模糊数学中确定隶属函数常用的图式法中的广义钟形函数，并经过不断修正，才确定了各因素的隶属度函数，并且利用MATLAB工具作出了各个函数的图像；利用层次分析法(AHP)并借助MATLAB及Excel软件计算出各个因素的权重值；模糊算子采用了加权平均法；在以上基础上，建立了多层次的模糊综合评价数学模型。
最后，以模型为基础，运用Visual C++6.0的编程语言，开发了计算机辅助安全评价系统。该系统具有查阅有关港口信息，快速计算临海港口航道安全综合程度及提出相关建议等功能。
为了验证本文所建立的模型和系统的正确性、适用性，将该模型和系统在镇江港口航道、南通港口航道进行了检验，输出的结果比较符合实际情况。该项研究可为港口监督人员、航道管理人员、船舶公司指挥人员、船舶驾驶员提供了科学的决策依据和参考，具有一定的实用价值。
Advance science technology provides objective safeguard for vessels that are navigated in ports' channels. Nowadays, marine accidents always are happened. The factors affecting navigation safety are sorts, including men, vessels, environment and management. According to statistics, it is proved that the study of Safety Evaluation about channel environment is still in a very preliminary stage, especially in rivers channels linking up with sea, which are faced with sea, not far from sea, and affected greatly by tide. Therefore, the subject of this paper has some new meanings, while correctly evaluating the safety and danger degree of these channels environment has prominent science significance, economy worthiness and society value in ensuring improve safety navigation.
This paper is one of small items of the problem for research about "ship transportation safety assessment technology". To start with, this paper analyzes and summarizes succinctly some quantitative evaluation methods from safety systems engineering. After comparing and analyzing these quantitative evaluation methods, the author has made choice of fuzzy comprehensive assessment as the evaluation method in the paper.
Moreover, according to the mode of FSA (Formal Safety Assessment), this paper applies a system analysis method, which is combined with quantitative and qualitative methods, and takes the inland channels environment linking up with sea as the objects of evaluation and approaches the problem from the single vessel angle. Basing on comprehensive analysis of internal and natural environmental factors that affect the navigation safety of vessels in these channels, referring to many reference books, combining with the practical things and the correlated findings of other scholars, the author has established an evaluation system of factors.
Then, the author has applied the mathematical means of fuzzy comprehensive assessment and correlative materials analysis and statistics about safety evaluation all over world to formulate a quantitative assessment standard of evaluation factors. Futherly, basing on a kind of pattern of Generalize Bellmembership Function in Fuzzy Mathematics, the anthor has established a membership function of every factor, and corrects it constantly. In addition, the
author has applied the tool of MATLAB to describe a picture of function. Then, by the means of AHP, the author has tended to determine the weights of these factors, applied the tools of MATLAB, EXCEL to calculate every weight value, and adopted the algorithm of pulse weights mean on the fuzzy arithmetic operators. On the base of above knowledge, the author has constructed a multigradation mathematical model on fuzzy comprehensive assessment.
At last, basing on the mathematical model and applying Visual 0+6.0 compiled language, the author has developed a computer-aided system on safety evaluation. The system has primarily some functions as follows: First, some correlated information of some port channels can be looked up in the system. Second, safety comprehensive assessment grade about a port's channel can be calculated quickly, and some corrected advices can be put forward in the system.
In order to test the right and application of the model and the system established in this paper, the author applied the model and the system software to Zhengjiang port' channel and Nantong port' channel. The test results accord with facts. This research can be regarded as useful basis and reference by the harbors' superintendents, the channels' management persons, and company controllers, and steering ship pilots to make a scientific decision. Hereby, it is of great practical value on navigation.
Qiu Yunming (major in Transportation Means Utilization Engineering) Directed by Prof. Chen Weijiong and Associate Prof.Chen Jinbiao.
引文
1 吴兆麟．海上交通工程．大连：大连海运学院出版社，1993．13～15，199～208，19～24，214～218
2 陈伟炯．船舶安全与管理．大连：大连海事大学出版社，1998．24～25，15～26，1～8
3 邵哲平．海上交通安全评价模型及仿真应用的研究：[博士学位论文]．授予单位所在地：大连海事大学，2000
4 小林弘明等．船舶操船特性对航行环境安全评价的影响．日本航海学会志120号．东京：日本航海学会，1994，8～12
5 新井康夫．航行安全评价中的自然环境条件的影响．日本航海学会志120号．东京：日本航海学会，1994年，15～20
6 井上三欣．操船负担的定量评价．日本航海学会志120号．东京：日本航海学会，1994，21～26
7 井上三欣，世良亘，等．海上交通安全评价技术准则的研究—1，日本航海学会论文集98号．东京：日本航海学会，1998，255～234
8 Kiyoshi Hara, Shiny Nakamura. A Comprehensive Assessment System for the Maritime Traffic Environment. Safety Science, 1995 (19): 203～215
9 马会，吴兆麟．港口航道水域操船环境危险度的综合评价．大连海事大学学报，1998，24(3)：15～18
10 吴兆麟．海上避碰与交通安全研究．大连：大连海事大学出版社，2001．419～558
11 赵仁余．水域交通危险度的模糊综合评判法．中国航海，1997(2)：40～45
12 赵仁余，施朝健．COSCO海事统计分析与评估系统．上海海运学院学报，1997(2)：34～37
13 IMO 文件 MSC68/WP. 13 ANNEX2 "Interim Guidelines for the Application of Formal Safety Assessment(FSA) to the IMO Rule-making Process"
14 吴兆麟，等．海上交通安全评估方法技术研究报告．大连海事大学，1997
15 钱学森，许国志，王寿云．论系统工程(增订本)，长沙：湖南科学技术出版社，1988．1～20
16 陈伟炯．船舶航行安全的可持续改善途径．交通运输工程学报，2002(9)：115～119
17 古文贤，船舶运输安全学，大连：大连海运学院出版社，1992．15～26
18 谭跃进，陈英武，易进先．系统工程原理．长沙：国防科技大学出版社，1999．175～176，64～71，193～199
19 古文贤．操船安全评价论．大连：大连海事大学出版社，1996．2～8
20 文华．海运安全评价研究：[博士学位论文]．授予单位所在地：武汉理工大学，2003
21 王英志．航标学．大连：大连海事大学出版社，1997．1～3
22 周东平．航道航行危险度评估方法研究．上海海运学院学报，1993(1)
23 井上三欣，原洁，等．基于操船者危险感的操船环境评价．日本航海学会论文集95号，东京：日本航海学会，1996，147～160
24 何晖光，吴兆麟，方祥麟．海上交通环境的综合评价方法．大连海事大学学报，1997，23(3)：36～41
25 刘明俊，等．航道与引航．北京：人民交通出版社，1999．8～16，51～62
26 马会．港口水域操船环境危险的灰色分析：[硕士学位论文]．授予单位所在地：大连海事大学，1998
27 T. soma and S. Kristian Sen. A safety Assessment of ship operators-A neural network approach, http://www. google. com.
28 Zhao Jong-song. A Basic study on synthetic judgment of shipping safety. Journal of Navigation. 2000, 45 (2)
29 程昌华，刘晓平，等．航道工程学．北京：人民交通出版社，2001．11～12
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32 方祥麟，王逢辰，等．我国沿海港口船舶交通管理系统等级划分研究报告书(附录)(交通科学技术发展项目)．大连：大连海事大学出版社，1982．
33 郑中义，吴兆麟．船舶避碰决策．大连：大连海事大学出版社，2000．
34 陈家辉．航海气象．大连：大连海事大学出版社，1993．
35 郭禹．航海学．大连：大连海事大学出版社，1999
36 陈家辉．航海气象与海洋学．大连：大连海事大学出版社，1999
37 邱民．船舶交通工程．北京：人民交通出版社，1992．56～57
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47 高岩松，吴兆麟．厦门港航道环境危险度的分析与评价．大连海事大学学报，2001，27(1)：5～8
48 朱玉柱，吴兆麟．营运船舶船体安全的模糊评价方法．大连海事大学学报．1998，24(3)
49 刘文彬．模糊综合评价系统研究：[硕士学位论文]．授予单位所在地：河北工业大学，2003
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53 S. Kristian SEN &T. Soma. Formal safety assessment of commercial ships-status and unresolved problem, http://www. google. com.
54 刘有才，刘增良．模糊专家系统原理及设计．北京：北京航空航天大学出版社，1995
55 郑中义，吴兆麟．船舶安全配员．大连：大连海事大学出版社，2002．270～289
56 余永权，曾碧．单片机模糊逻辑控制．北京：北京航空航天大学出版社，1995
57 巢国荣．上海港黄浦江水域船舶交通安全评价：[硕士学位论文]．授予单位所在地：大连海事大学，2002
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44 Saaty, Thomas, L. How to Make a Decision: The Analytic Hierarchy Process. European Journal of Operations Research , 1990 (48): 9～26
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47 高岩松，吴兆麟．厦门港航道环境危险度的分析与评价．大连海事大学学报，2001，27(1)：5～8
48 朱玉柱，吴兆麟．营运船舶船体安全的模糊评价方法．大连海事大学学报．1998，24(3)
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50 李丽，王振领．MATLAB工程计算及应用．北京：人民邮电出版社，2001．48～54，201～210
51 程卫国，冯峰，等．MATLAB5.3精要编程及高级应用．北京：机械工业出版社，2000．117～144
52 王宇．决策分析方法及支持系统．大连：大连海事大学出版社，2001．30～39
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54 刘有才，刘增良．模糊专家系统原理及设计．北京：北京航空航天大学出版社，1995
55 郑中义，吴兆麟．船舶安全配员．大连：大连海事大学出版社，2002．270～289
56 余永权，曾碧．单片机模糊逻辑控制．北京：北京航空航天大学出版社，1995
57 巢国荣．上海港黄浦江水域船舶交通安全评价：[硕士学位论文]．授予单位所在地：大连海事大学，2002
58 牟善军．计算机辅助安全评价技术．安全健康和环境，2002(2)：486～490
59 王光彬，蒋永清．计算机辅助性安全评价系统．林业劳动安全，2003(1)：23～26
60 Shimada. Y, Suzuki. K, and Sayama. H. Computer aided operability study. Computers & Chemial Engineering, 1996(20): 905
61 NASA CR 197808, Probabilistic Risk Assessment of the Space Shuttle, A Study of the Potential of Losing the Vehicle During Normal Operation, Final Report. Science Application International Corporation, Advanced Technology Division. New York, 1995, 1(2): 28
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