長江干線水上交通安全實(shí)時(shí)預(yù)警指標(biāo)體系研究＊

田麗娟 張矢宇 李 娜

（武漢理工大學(xué)交通學(xué)院 武漢 430063）

0 引言

2006年11月起長江干線開展水上交通安全預(yù)警管理工作，自此不少國內(nèi)專家學(xué)者對長江等內(nèi)河的預(yù)警管理問題進(jìn)行了相關(guān)研究。關(guān)于預(yù)警指標(biāo)體系的研究，文獻(xiàn)［1］結(jié)合長江三峽船閘的通航特點(diǎn)，為保證三峽船閘安全運(yùn)行和船舶航行的安全暢通，構(gòu)建由環(huán)境、船舶、船閘、運(yùn)行人員和管理5個(gè)部分組成的長江三峽船閘通航安全預(yù)警指標(biāo)體系；文獻(xiàn)［2］則綜合考慮船員、船舶、環(huán)境和管理這4個(gè)方面，構(gòu)建內(nèi)河指標(biāo)預(yù)警指標(biāo)體系；文獻(xiàn)［3］通過分析湘江航運(yùn)系統(tǒng)所面臨的實(shí)際情況與特點(diǎn)，選擇重點(diǎn)指標(biāo)和敏感指標(biāo)，構(gòu)建船員、船舶、自然環(huán)境、通航狀況4大類的湘江航運(yùn)預(yù)警指標(biāo)體系。

目前，長江海事部門所采用的預(yù)警指標(biāo)體系由安全形勢、氣象災(zāi)害、通航秩序、地質(zhì)災(zāi)害、枯水和洪水6大類共18個(gè)安全預(yù)警指標(biāo)構(gòu)成。其中，安全形勢類預(yù)警指標(biāo)有：“1次性事故死亡人數(shù)”“連續(xù)性事故死亡人數(shù)”“船舶污染事故數(shù)”“局部水域事故連續(xù)性死亡人數(shù)”“‘四客’（客／渡船、旅游船、高速客船、滾裝船／汽渡船舶）險(xiǎn)情”“危險(xiǎn)品碰撞險(xiǎn)情”“危險(xiǎn)品觸礁險(xiǎn)情”，及“沉船事故數(shù)”8個(gè)指標(biāo)；氣象類有“大風(fēng)”“大霧”和“暴雨”3個(gè)指標(biāo)；通航秩序類有“礙航時(shí)間”1個(gè)指標(biāo)；地質(zhì)災(zāi)害類有“岸體滑坡”和“泥石流”2個(gè)指標(biāo)；枯水類有“長江干線重點(diǎn)港口水位”和“葛洲壩下泄流量”2個(gè)指標(biāo)；洪水類有“防汛水位等級”和“洪峰大小”、“葛洲壩下泄量”3個(gè)指標(biāo)［4］。而于2013年1月1日起，長江海事局將根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，將預(yù)警指標(biāo)體系作修正，僅保留了水文、氣象和地災(zāi)3類自然環(huán)境類指標(biāo)。

總的來說，已有的預(yù)警指標(biāo)體系中，部分指標(biāo)為靜態(tài)指標(biāo)，如事故數(shù)、死亡人數(shù)、礙航時(shí)間等，這類指標(biāo)需基于時(shí)間段內(nèi)值進(jìn)行累計(jì)，當(dāng)累計(jì)值超出設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，系統(tǒng)才會發(fā)出預(yù)警，具有較強(qiáng)的延遲性，部分預(yù)警指標(biāo)更具評價(jià)效用，而用于預(yù)警則欠妥。此外，實(shí)際應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)，長江海事部門已有預(yù)警指標(biāo)體系在系統(tǒng)的實(shí)時(shí)動態(tài)、船舶安全的跟蹤監(jiān)控方面不足，缺乏針對水上交通系統(tǒng)的實(shí)時(shí)通航環(huán)境、在線船舶安全狀態(tài)的全面監(jiān)控，難以有效地對水上交通險(xiǎn)情進(jìn)行早期識別和預(yù)防［5］。為進(jìn)一步保證長江干線水上交通安全運(yùn)行和船舶航行的安全暢通，有必要建立1個(gè)有效的、全面合理的長江通航安全的預(yù)警指標(biāo)體系。因此，本文提出1 套基于實(shí)時(shí)、動態(tài)的預(yù)警指標(biāo)體系，以實(shí)現(xiàn)對通航環(huán)境、在線船只、動態(tài)交通流的安全狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，以便更有效的實(shí)現(xiàn)事前監(jiān)控和防范的預(yù)警目的。

1 指標(biāo)體系構(gòu)建原則

長江干線水上交通安全預(yù)警指標(biāo)體系，是由一系列相互聯(lián)系、能敏感地反映通航安全狀況及存在問題的指標(biāo)構(gòu)成的有機(jī)整體［1］。構(gòu)建長江干線水上交通安全預(yù)警指標(biāo)體系應(yīng)遵從以下幾點(diǎn)基本原則：

1）實(shí)時(shí)動態(tài)性。船舶在航道中運(yùn)行，不僅需要靜態(tài)指標(biāo)的警示，更需要有實(shí)時(shí)、動態(tài)的跟蹤監(jiān)控，對某時(shí)刻、某斷面航道中船舶的安全狀況作評判，并及時(shí)發(fā)出警示預(yù)警，給船舶避險(xiǎn)預(yù)留時(shí)間，降低事故發(fā)生率。預(yù)警系統(tǒng)指標(biāo)體系的指標(biāo)特征量要與航運(yùn)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)作狀況大體一致并略有超前，能敏感地反映航運(yùn)事故的發(fā)生或發(fā)展動向［3］。

2）可操作性。作為長江干線通航安全預(yù)警的指標(biāo)，在實(shí)際工作中應(yīng)該是特征比較明顯、易于觀察和描述的，指標(biāo)的數(shù)值應(yīng)該易于收集、整理，便于處理。所構(gòu)建的指標(biāo)體系可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整，具有一定的可操作性，并且要求計(jì)算方法簡單明了［6］。

3）系統(tǒng)性。長江干線通航安全這一問題是由多因素決定的復(fù)雜系統(tǒng)，系統(tǒng)論的觀點(diǎn)要求把研究對象當(dāng)作1個(gè)整體或系統(tǒng)來加以考慮。研究中所選取的指標(biāo)應(yīng)廣泛、系統(tǒng)，盡可能完整、全方位、多方面地反映和度量長江干線通航安全的整體狀況和性能。

4）科學(xué)性。指標(biāo)體系的設(shè)置應(yīng)符合長江干線水上交通安全預(yù)警的目標(biāo)，能夠全面真實(shí)地反映長江干線通航的安全情況以及存在的問題。每一項(xiàng)指標(biāo)的概念要具有科學(xué)性，界限明確、體系完整、繁簡適當(dāng)［1］。

5）相對獨(dú)立性。在設(shè)計(jì)評價(jià)指標(biāo)體系時(shí)，某些安全管理問題只需要1個(gè)指標(biāo)測評，而某些安全管理問題需要幾個(gè)指標(biāo)測評；有時(shí)1個(gè)指標(biāo)只能測評1個(gè)評價(jià)對象，而有時(shí)1個(gè)指標(biāo)可以測評多個(gè)評價(jià)對象。這些因素之間往往具有一定程度的相關(guān)性，因而需采用科學(xué)的方法進(jìn)行處理，盡量減少各指標(biāo)之間的重疊區(qū)域。使指標(biāo)體系能科學(xué)地、準(zhǔn)確地反映被評價(jià)對象的實(shí)際情況［6］。

2 長江干線水上交通安全預(yù)警指標(biāo)的構(gòu)建

2.1 風(fēng)險(xiǎn)因素分析

影響長江干線水上交通安全風(fēng)險(xiǎn)的因素較多，為了分析主要的影響因素，在分析長江干線水上交通運(yùn)輸環(huán)境、基本特征、歷年交通事故統(tǒng)計(jì)資料及查閱相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合部分長江干線海事部門、航運(yùn)企業(yè)及一線船員的意見，提出長江水上交通安全因素，對長江干線通航安全涉及到的諸多方面因素進(jìn)行必要篩選，并加以合理歸納整理，選取對通航安全有直接影響的因素。為滿足指標(biāo)體系的系統(tǒng)性，從人的因素、環(huán)境因素、船舶因素和管理因素4個(gè)方面，提煉出長江干線水上交通安全風(fēng)險(xiǎn)因子，主要風(fēng)險(xiǎn)因子有23個(gè)：

1）人的因素。設(shè)1個(gè)因子，即駕駛員狀態(tài)，主要用來反映駕駛員在駕駛船舶運(yùn)行過程中是否疲勞。

2）環(huán)境因素。包括自然環(huán)境、通航環(huán)境和交通環(huán)境3個(gè)方面，共設(shè)有15個(gè)因子，分別為：氣象災(zāi)害（風(fēng)、霧／霾、雨、雷電）、地質(zhì)災(zāi)害（岸體滑坡、泥石流）、水文（水流流速、水流量、水位）、航道狀況（航道寬度、航道水深、航道彎曲度、交叉航道）、航道中是否有橋墩／浮標(biāo)／岸邊固定設(shè)施等水中礙航物、橋梁／線纜等空中礙航物、航道是否由于事故導(dǎo)致航道的單向流控制、是否由于閘壩檢修導(dǎo)致交通流控制、附近是否有漁區(qū)、水工等作業(yè)區(qū)、浮標(biāo)等助航設(shè)備是否完備、VTS／AIS等監(jiān)控設(shè)施是否完備、交通流密度（斷面交通流密度、縱橫交叉交通流密度）、危險(xiǎn)品船舶比率、小型船舶比率，及客渡船比率。

3）船舶因素。共設(shè)6 個(gè)因子，分別為：船舶跟馳方面、船舶是否偏離航道、船舶是否進(jìn)入禁區(qū)、船舶裝載情況、船舶航行狀況，及船舶裝載貨物屬性。

4）管理因素。設(shè)1個(gè)因子，即人（員）船（舶）過往違章狀態(tài)，考察人員的違規(guī)和船舶的違章記錄。

2.2 長江干線水上交通安全實(shí)時(shí)預(yù)警指標(biāo)體系的構(gòu)建

2.2.1 預(yù)警指標(biāo)確定

影響長江干線水上交通安全風(fēng)險(xiǎn)的因素較多，根據(jù)上述風(fēng)險(xiǎn)因素分析，在對長江干線通航安全進(jìn)行系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，從多角度、多層次分析諸多影響因素，從而初步選取預(yù)警指標(biāo)，并借鑒其他預(yù)警指標(biāo)體系，初步構(gòu)建實(shí)時(shí)預(yù)警指標(biāo)體系。而后采用專家調(diào)查法，將擬定指標(biāo)體系反饋給行業(yè)專家和從業(yè)人員，廣泛征求并借鑒吸收大量專家學(xué)者的意見，對初選指標(biāo)進(jìn)行修正，歸納出更合理的長江干線水上交通安全實(shí)時(shí)預(yù)警指標(biāo)體系。將前期建議與現(xiàn)有意見相結(jié)合，繼而形成由自然環(huán)境、通航秩序、船舶運(yùn)行狀態(tài)、管理共4大類指標(biāo)構(gòu)成的長江干線水上交通實(shí)時(shí)預(yù)警指標(biāo)體系。具體內(nèi)容如下。

1）自然環(huán)境方面。主要設(shè)置氣象、地質(zhì)災(zāi)害及水文3大類別的預(yù)警指標(biāo)。結(jié)合長江干線的自身氣象環(huán)境特點(diǎn)，選擇風(fēng)、霧／霾、雨、雪、雷電為氣象類的下級指標(biāo)；參照國土資源部地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警的等級劃分，結(jié)合長江干線航道、地質(zhì)自身特點(diǎn)，選擇岸體滑坡、泥石流作為地質(zhì)災(zāi)害類的下級指標(biāo)；長江流域洪、旱頻發(fā)，能正確有效的把握水文信息，可以更好的指導(dǎo)船舶的安全運(yùn)行。針對長江水文特點(diǎn)，選擇水流流速、水流量和水位作為水文類的下級指標(biāo)。

2）通航秩序方面。實(shí)時(shí)預(yù)警指標(biāo)體系將其分為2個(gè)方面的秩序：①航道的秩序，即航道暢通性；②船舶的秩序，在指標(biāo)體系中反映為船舶密度。其中，航道暢通性［7］指標(biāo)即包括航道自身屬性指標(biāo)，也包含航道中障礙物指標(biāo)，還包括航道是否交通管制及助航設(shè)施設(shè)備是否完善等指標(biāo)。由于長江上既有縱向航行的船舶也有橫向航行的船舶，且多數(shù)船舶縱向航行，橫向航行船舶成為通航安全隱患，則引入縱橫船舶交通流密度；此外，根據(jù)歷年事故分析可知，危險(xiǎn)品船、客（渡）船和小型船舶是長江干線通航船舶的主要危險(xiǎn)源，由此提出以危險(xiǎn)品船舶比率、客渡船比率、小型船舶比率作為船舶通行秩序類的預(yù)警指標(biāo)。

3）船舶運(yùn)行狀態(tài)方面。主要考慮3個(gè)方面：①船與船之間距離狀態(tài)，表現(xiàn)為船舶航行間距，反映到指標(biāo)體系中為船舶接近性；②根據(jù)專家建議，將船舶偏離航道、船舶進(jìn)入禁區(qū)整合為船舶運(yùn)行軌跡符合性；③考慮船貨狀態(tài)，判斷船舶是否超載（船舶裝載情況）、船舶是否穩(wěn)定（船舶幾何穩(wěn)性）及船舶裝載貨物屬性等。

4）管理方面則考慮對人員的管理和船舶的管理。人員違規(guī)記錄、駕駛員狀態(tài)構(gòu)成人員的管理指標(biāo)；船舶違章記錄和船舶老舊狀態(tài)構(gòu)成船舶管理指標(biāo)。

2.2.2 長江干線水上交通安全實(shí)時(shí)預(yù)警指標(biāo)體系框架

根據(jù)指標(biāo)體系的構(gòu)建原則，全面分析、吸收已有的長江干線通航安全事故預(yù)警指標(biāo)，考察影響通航安全的各個(gè)因素的內(nèi)容、特點(diǎn)，結(jié)合專家建議，構(gòu)建了長江干線水上交通安全實(shí)時(shí)預(yù)警指標(biāo)體系基本結(jié)構(gòu)，見圖1［1］。

2.3 預(yù)警指標(biāo)數(shù)據(jù)獲取途徑分析

1）自然環(huán)境類預(yù)警指標(biāo)中，氣象類指標(biāo)可從氣象局氣象災(zāi)害預(yù)警信息處獲??；地質(zhì)災(zāi)害類指標(biāo)則可根據(jù)國土資源部地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警信息實(shí)時(shí)報(bào)道長江干線地質(zhì)情況；水文類指標(biāo)中，水位信息可從各水位監(jiān)測站獲取，而水流流速與流量可借助Zigbee或AIS 信道，通過航標(biāo)實(shí)時(shí)跟蹤獲取數(shù)據(jù)。

2）通航秩序類預(yù)警指標(biāo)中，航道自身屬性指標(biāo)數(shù)據(jù)可從電子江圖中獲取，包括航道寬度、深度、彎曲度及交叉航道，此外，結(jié)合電子江圖和船載AIS可獲得航道中船舶及礙航物的位置信息，通過位置信息（坐標(biāo)、方向角等）可判斷航行船與礙航物間的距離是否安全；航道船舶交通流信息方面，通過AIS監(jiān)控獲取船舶靜態(tài)信息，再結(jié)合電子江圖監(jiān)管區(qū)域標(biāo)繪信息和貨運(yùn)信息，求解船舶密度（包括：斷面交通流密度、縱橫交叉交通流密度、危險(xiǎn)品船舶比率、小型船舶比率、客渡船比率）。在此過程中，危險(xiǎn)品船舶、小型船舶、客渡船的判別是難點(diǎn)，擬根據(jù)船載AIS的靜態(tài)信息來獲取船貨信息［8］。

3）船舶運(yùn)行狀態(tài)類預(yù)警指標(biāo)中，船舶接近，船舶運(yùn)行軌跡符合性等信息均可由電子江圖和AIS獲取間接，判斷船船間距離是否安全、船舶是否偏離航道、是否進(jìn)入禁區(qū)、漁區(qū)及水工作業(yè)區(qū)等；船貨狀態(tài)（包括：船舶裝載情況、船舶幾何穩(wěn)定性、裝載貨物屬性）等信息則需結(jié)合船載AIS、船舶簽證信息、視頻處理及船舶目標(biāo)識別等方法獲得。

4）管理類預(yù)警指標(biāo)中，人員違章記錄、船舶違章記錄信息可從海事部門的人員、船舶黑名單中獲取，船舶老舊情況則可由船舶簽證信息中獲取，而人員的疲勞程度則需結(jié)合評價(jià)指標(biāo)作判斷。

3 長江干線實(shí)時(shí)預(yù)警指標(biāo)體系創(chuàng)新點(diǎn)分析

與長江干線水上交通安全已有預(yù)警指標(biāo)體系相比，而本文構(gòu)建的長江干線實(shí)時(shí)預(yù)警指標(biāo)體系實(shí)現(xiàn)了多方面的創(chuàng)新性。

1）數(shù)量?，F(xiàn)有指標(biāo)體系由3大類9 個(gè)預(yù)警指標(biāo)構(gòu)成，本文提出的實(shí)時(shí)預(yù)警指標(biāo)體系由4大類36個(gè)預(yù)警指標(biāo)構(gòu)成。在嚴(yán)格按照長江干線水上交通安全風(fēng)險(xiǎn)因素分析的基礎(chǔ)上保留現(xiàn)有的預(yù)警9指標(biāo)，并從自然環(huán)境、通航秩序、船舶運(yùn)行狀態(tài)和管理4個(gè)方面，在實(shí)時(shí)預(yù)警指標(biāo)體系中新增27個(gè)指標(biāo)，使新構(gòu)建的指標(biāo)體系更系統(tǒng)、更科學(xué)、更全面。

圖1 長江干線水上交通安全實(shí)時(shí)預(yù)警指標(biāo)體系Fig.1 Real－time Early－warning Index System for Water Transportation Safety in Yangtze River

2）科學(xué)性?？茖W(xué)的預(yù)警指標(biāo)體系必須能夠全面真實(shí)地反映長江干線通航的安全情況以及存在的問題，已有預(yù)警指標(biāo)在“全面”反映方面存在欠缺，本文構(gòu)建的實(shí)時(shí)預(yù)警指標(biāo)體系則從環(huán)境、航道、船舶、管理方面全面跟蹤長江干線通航安全情況。實(shí)時(shí)預(yù)警指標(biāo)不僅在內(nèi)容上更全面，在指標(biāo)數(shù)值獲取方面也表現(xiàn)的更科學(xué)，電子江圖、船載AIS、VTS、雷達(dá)、視頻等的投入使用，保證了實(shí)時(shí)動態(tài)的監(jiān)控長江干線航道中安全狀況，更有效的實(shí)現(xiàn)預(yù)警功能。

3）動態(tài)性。靜止是相對的，運(yùn)動才是絕對的，任何事物都在發(fā)展變化之中，預(yù)警也不例外，所以構(gòu)建的預(yù)警指標(biāo)體系應(yīng)能動態(tài)的反映長江通航的狀況。

已有的預(yù)警指標(biāo)中，主要是氣象、地質(zhì)災(zāi)害及水文類的指標(biāo)具有動態(tài)性，缺乏對航道秩序、船貨和船舶交通流的動態(tài)跟蹤。本文構(gòu)建的實(shí)時(shí)預(yù)警指標(biāo)體系，除動態(tài)的反映氣象、地質(zhì)災(zāi)害及水文外，還以航道實(shí)時(shí)狀態(tài)、航行船貨狀態(tài)為跟蹤對象，動態(tài)的采集航道的環(huán)境信息，如航道寬度、深度、彎曲度、航道中礙航物、禁區(qū)、是否交通流控制、航道中船舶交通流密度、船舶跟馳信息、船舶運(yùn)行軌跡、船舶和貨物狀態(tài)等方面信息，進(jìn)行預(yù)警分析和警情識別，更能實(shí)現(xiàn)有效的水上交通安全預(yù)警管理。

4）實(shí)時(shí)性。長江干線水上交通安全預(yù)警系統(tǒng)的功能包括警報(bào)功能、矯正功能和“免疫”功能，是1個(gè)以警報(bào)為導(dǎo)向，矯正為手段，免疫為目的的放錯(cuò)糾錯(cuò)機(jī)制。建立預(yù)警指標(biāo)體系的目的是為了使信息定量化、條理化和可運(yùn)用化，且能真正反映長江干線航運(yùn)系統(tǒng)的實(shí)際情況，則要求建立的預(yù)警指標(biāo)體系中的指標(biāo)值在實(shí)際預(yù)警過程中能方便獲取，并能對長江干線航運(yùn)進(jìn)行全面實(shí)時(shí)監(jiān)控，以實(shí)現(xiàn)對單個(gè)船只、斷面航道、區(qū)域航道船舶及整個(gè)航道船舶的實(shí)時(shí)監(jiān)控［6］。

已有的預(yù)警指標(biāo)體系，在實(shí)時(shí)預(yù)警方面比較欠缺，安全形勢因子中的事故數(shù)、死亡人數(shù)等，通航秩序中礙航時(shí)間，均是一些靜態(tài)非實(shí)時(shí)性指標(biāo)，是一段時(shí)間內(nèi)指標(biāo)值的累計(jì)。本文構(gòu)建的實(shí)時(shí)預(yù)警指標(biāo)體系則不僅實(shí)時(shí)反映氣象、地質(zhì)及水文信息，還實(shí)時(shí)的反映航道信息，也實(shí)時(shí)的跟蹤船舶運(yùn)行、裝載的狀態(tài)，并且實(shí)時(shí)跟蹤人、船舶的違章記錄、駕駛員狀態(tài)和船舶老舊情況，預(yù)警指標(biāo)的運(yùn)行和警情判別建立在實(shí)時(shí)系統(tǒng)信息采集（需建立實(shí)時(shí)在線采集的信息庫，另有論文論述）的基礎(chǔ)上?；趯?shí)時(shí)的預(yù)警指標(biāo)體系，更符合事前監(jiān)控的原則，更能達(dá)到預(yù)警目的，對提高水上交通安全管理，減少事故概率，更具科學(xué)意義。

4 結(jié)束語

在分析長江干線水上交通安全風(fēng)險(xiǎn)因素的基礎(chǔ)上，結(jié)合指標(biāo)體系構(gòu)建原則，并通過對海事部門、航運(yùn)部門及一線船員的調(diào)查，提出4大類、10亞類共計(jì)36個(gè)指標(biāo)的長江干線水上交通安全實(shí)時(shí)預(yù)警指標(biāo)體系。

與已有的長江干線水上交通安全預(yù)警指標(biāo)體系相比較，本文所構(gòu)建的實(shí)時(shí)預(yù)警指標(biāo)體系，在數(shù)量上更新、大，指標(biāo)數(shù)值獲取更科學(xué)，且在動態(tài)性和實(shí)時(shí)性方面有較大突破，更能有效地實(shí)現(xiàn)事前監(jiān)控、及時(shí)預(yù)控的預(yù)警管理目標(biāo)，提高水上交通安全管理水平，從而減少安全事故的發(fā)生，保障黃金水道的安全暢通，促進(jìn)社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

［1］曹 宇，劉雅麗，王 東，等.三峽船閘通航安全預(yù)警指標(biāo)體系研究［J］.水運(yùn)科學(xué)研究，2008（2）：21－24.

［2］金 娥.內(nèi)河運(yùn)輸安全預(yù)警研究［D］.武漢：武漢理工大學(xué)，2008.

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