基于集對(duì)分析的內(nèi)河船舶航行安全評(píng)估方法研究

劉維民 法國(guó)布雷斯特商學(xué)院

劉俠 安徽鴻勤航運(yùn)公司

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展和航運(yùn)運(yùn)輸業(yè)的需求增長(zhǎng)，船舶在海上航行中所面臨的各種危險(xiǎn)系數(shù)也日益突出。所以，需要通過(guò)安全評(píng)估以避免海上航行的某些危險(xiǎn)，提高船舶的航行安全。船舶航行安全評(píng)估是安全航行的重要保障，因此相關(guān)學(xué)者進(jìn)行了大量研究。其中，傳統(tǒng)的基于混合遺傳算法的船舶避碰路徑規(guī)劃方法通過(guò)數(shù)據(jù)分析進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，在規(guī)避路徑確定后實(shí)現(xiàn)路徑規(guī)劃。傳統(tǒng)的基于自適應(yīng)重組遺傳算法的動(dòng)力定位船舶水動(dòng)力參數(shù)辨識(shí)方法通過(guò)參數(shù)分析精準(zhǔn)查詢船舶航行軌跡，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)追蹤。

但是，在以往的研究中，由于沒有準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)追蹤與性能匹配，導(dǎo)致評(píng)估效果較差。集中分析是一種確定性與不確定性的理論分析，通過(guò)對(duì)確定性和不確定性之間的關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)地分析，確定被分析的兩個(gè)群體特征、關(guān)系、結(jié)構(gòu)、狀態(tài)、趨勢(shì)。為此，本文基于集對(duì)分析的對(duì)內(nèi)河船舶的安全性進(jìn)行了評(píng)估。

1.內(nèi)河船舶航行數(shù)據(jù)參數(shù)分析

在數(shù)據(jù)參數(shù)分析過(guò)程中，為了防止船舶發(fā)生不正常的狀況，必須對(duì)船舶的航行狀況進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以保證其處于安全的狀態(tài)。利用監(jiān)測(cè)區(qū)與監(jiān)測(cè)區(qū)中心控制器的數(shù)學(xué)模型數(shù)據(jù)通過(guò)用以上的研究運(yùn)算，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)估，并使用不同的數(shù)據(jù)挖掘方法，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。通過(guò)對(duì)模型的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單、預(yù)處理，實(shí)現(xiàn)了數(shù)學(xué)模型的建立，利用數(shù)學(xué)模型對(duì)船舶的航路和泊位進(jìn)行分析，將結(jié)果全部輸入到性能分析空間，用于空間上的處理。過(guò)濾中心對(duì)無(wú)關(guān)的空間資料進(jìn)行跟蹤。該船舶的航跡已被錄入到管理系統(tǒng)中，以便日后進(jìn)行研究。在此基礎(chǔ)上，采用軌道間的相互關(guān)系，對(duì)跟蹤系統(tǒng)的性能進(jìn)行了分析，并采用相關(guān)圖對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最后完成了全部的性能研究。

該平臺(tái)采用云資源進(jìn)行船舶信息數(shù)據(jù)采集，并在無(wú)人駕駛的船上安裝監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)航行過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并對(duì)各個(gè)航段的航跡進(jìn)行采集。普通的檔案和行為資料可以保存，而虛擬資料則要進(jìn)行拷貝與移植，檢視及分析輸入資料，儲(chǔ)存及防止未經(jīng)許可及限制的資料處理。通過(guò)對(duì)各種資料進(jìn)行分析，能夠形成包括聲音、圖像、表格等多種船舶信息的電子綜合報(bào)表對(duì)有價(jià)值船舶進(jìn)行歸類，排除多余船舶，將有效資料儲(chǔ)存于中心系統(tǒng)，并將其反饋至主要部門。在搜集證據(jù)前，應(yīng)考慮人員、設(shè)備和工具的完整性，并在確定所有的資料都已準(zhǔn)備妥當(dāng)后，對(duì)所調(diào)查船舶進(jìn)行詳盡的分析，包括材料、航道、航速等。要對(duì)船舶作業(yè)環(huán)境進(jìn)行全面的調(diào)查，收集表面風(fēng)速、流速、水深等資料，整理、分類、匯總，以備不時(shí)之需。

2.內(nèi)河船舶航行數(shù)據(jù)壓縮

由于原始軌道資料中含有大量的軌道數(shù)據(jù)，利用線性內(nèi)插技術(shù)可以得到的數(shù)據(jù)量較大，因而必須對(duì)其進(jìn)行壓縮。每?jī)煞昼姶坏姆轿恍畔⒕蜁?huì)被發(fā)送到另一個(gè)地方，在兩個(gè)點(diǎn)間進(jìn)行D-P操作，假定兩個(gè)點(diǎn)間有一條直線，其余的點(diǎn)與一條直線的距離，選取最大值，再進(jìn)行比較。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，并對(duì)有關(guān)資料進(jìn)行挖掘，從而確定碼頭位置。錨地是指在錨地、港口等地方停留一段以上的時(shí)間。要想知道某一區(qū)域內(nèi)船舶的數(shù)目，就必須決定其卸載地點(diǎn)，完成數(shù)據(jù)采集、噪聲數(shù)據(jù)、臨時(shí)系泊等數(shù)據(jù)的提取工作。

在進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮過(guò)程中，主要分為采集層、證據(jù)監(jiān)管層、數(shù)據(jù)展示層。電子數(shù)據(jù)的關(guān)鍵技術(shù)之一就是數(shù)據(jù)的抽取與分類，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模式主要是通過(guò)記錄和瀏覽記錄來(lái)獲取，而云環(huán)境則是通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)和手機(jī)的訪問(wèn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。對(duì)整個(gè)取證流程進(jìn)行監(jiān)督，對(duì)每個(gè)步驟進(jìn)行細(xì)致的記錄，并制作安全文件，保證資料的準(zhǔn)確性。船舶的操作受到各種因素的影響，其數(shù)據(jù)具有很大的波動(dòng)，如果沒有對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，則難以精確地分析每個(gè)數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的采集環(huán)境。

對(duì)云計(jì)算模式進(jìn)行歸類和管理。將文件、軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)等相關(guān)的信息整合到虛擬機(jī)中進(jìn)行分析，將這些資料整理出來(lái)，交給工作人員。將雙曲型定位信標(biāo)的發(fā)射模塊放置在一對(duì)定位設(shè)備上，再用兩對(duì)雙曲線定位器進(jìn)行定位，并將三個(gè)平面組合成一個(gè)整體，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的精確定位。

3.基于集對(duì)分析的內(nèi)河船舶航行安全評(píng)估

通過(guò)集對(duì)分析進(jìn)行數(shù)據(jù)安全評(píng)估，將數(shù)據(jù)參數(shù)集對(duì)在不同的2個(gè)集合中，分析數(shù)據(jù)的確定性以及不確定性，根據(jù)分析結(jié)果確定集合特性、關(guān)系、結(jié)構(gòu)和狀態(tài)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行特性分析，將分析結(jié)果標(biāo)記，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄。將所有的集合元素組成空間結(jié)構(gòu)，同時(shí)記錄不同的元素性質(zhì)、粒度、個(gè)數(shù)和分布方式，建立特征函數(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)狀態(tài)分析，得到安全運(yùn)行趨勢(shì)。將集合中各自的特性抽取出來(lái)，通過(guò)對(duì)比分析數(shù)據(jù)特性，得到數(shù)據(jù)的特性數(shù)值，進(jìn)行計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)參數(shù)分析，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算和數(shù)據(jù)分析，得到信息集合的各種關(guān)系，建立分析元素，將等價(jià)關(guān)系、對(duì)應(yīng)關(guān)系等信息表現(xiàn)出來(lái)，通常這種信息關(guān)系為確定關(guān)系，隨機(jī)關(guān)系、模糊關(guān)系、非線性關(guān)系等為不確定關(guān)系。

根據(jù)集對(duì)分析完成航行安全評(píng)估。在評(píng)估過(guò)程中，需要強(qiáng)化船舶的安全管理，嚴(yán)格審核停運(yùn)船舶的靠泊要求，檢查船舶設(shè)備，確認(rèn)公司是否可以安排其他人員上船，了解公司對(duì)船舶的特別管理。對(duì)已停船的狀況進(jìn)行記錄，如果需要，在大修之前進(jìn)行安全檢查，以保證船只的安全。加強(qiáng)對(duì)吊船的錨泊管理。通過(guò)及時(shí)分析對(duì)違反船舶的種類、吃水、噸位、裝載貨物等進(jìn)行嚴(yán)格的管理，并建立長(zhǎng)期的停運(yùn)紀(jì)錄，在錨地附近加強(qiáng)巡邏。海事管理部門要制訂周密的航海方案，嚴(yán)格執(zhí)行航行方案，定期檢查被困船只的錨地，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并改正違規(guī)的系泊和排放，以防止出現(xiàn)意外和危險(xiǎn)，維護(hù)港口的正常秩序。船舶所有人要加強(qiáng)船舶停泊的管理，強(qiáng)化與船東的溝通與協(xié)調(diào)，落實(shí)公司的安全生產(chǎn)主體責(zé)任，督促船東加強(qiáng)碼頭的安全管理，并在評(píng)審過(guò)程中對(duì)公司及船舶的安全管理制度提出特別的要求，強(qiáng)化水上交通安全意識(shí)。

通過(guò)集對(duì)分析方法加強(qiáng)對(duì)臺(tái)風(fēng)、大霧等氣象活動(dòng)的監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)布災(zāi)害預(yù)警和安全預(yù)警，主動(dòng)做好各項(xiàng)服務(wù)、保障，并督促停航船舶采取相應(yīng)的安全措施，對(duì)報(bào)廢船舶進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，特別是對(duì)船舶最低?？恐颠M(jìn)行了專項(xiàng)檢查，對(duì)停泊船員進(jìn)行了嚴(yán)格的檢驗(yàn)，并重點(diǎn)檢查了當(dāng)班人員應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的能力，以及船舶的主要安全及防污設(shè)備的運(yùn)用。未滿足值班人員最低限度要求的船舶將被嚴(yán)懲。要加大宣傳力度，增強(qiáng)安全意識(shí)。加大對(duì)船東、船員的安全教育，提高對(duì)船舶安全的認(rèn)識(shí)，為船舶公司提供高質(zhì)量的服務(wù)。

在特定的水域內(nèi)，可以將船舶的錨地集中起來(lái)，便于管理，這樣不僅不會(huì)對(duì)船只的正常停泊和操作造成一定的影響，也能夠極大地增強(qiáng)了運(yùn)行安全。綜合的海洋緊急情況規(guī)劃，應(yīng)急司應(yīng)急處將應(yīng)急預(yù)案納入現(xiàn)有的應(yīng)急預(yù)案，制訂主動(dòng)、被動(dòng)、事故停船的應(yīng)急預(yù)案，綜合考慮天氣、海況、污染防治、安全航行等因素，整合各類基礎(chǔ)應(yīng)急信息。建立船舶停泊事故應(yīng)急管理網(wǎng)絡(luò)，健全停泊事故應(yīng)急聯(lián)動(dòng)機(jī)制，明確各部門的責(zé)任。關(guān)于被動(dòng)靠泊船舶的管理，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)停泊船舶的檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)被動(dòng)靠泊的船舶。在船舶處于被動(dòng)停駛的情況下，應(yīng)當(dāng)立即通知船主，提出處理意見，并請(qǐng)船主進(jìn)行合作。對(duì)于不配合海關(guān)處置被扣押的船舶，海事主管機(jī)關(guān)應(yīng)及時(shí)處置，并承擔(dān)相應(yīng)的費(fèi)用。在處理完畢后，可以要求船主進(jìn)行賠償。

4.實(shí)驗(yàn)論證分析

為了驗(yàn)證本文提出的基于集對(duì)分析的內(nèi)河船舶航行安全評(píng)估方法研究的實(shí)際使用效果，選用聚類分析和數(shù)據(jù)挖掘與本文方法進(jìn)行對(duì)比。選用的船舶類型為AQ1202T，船舶運(yùn)行過(guò)程的材質(zhì)為鋼鐵材質(zhì)，航行速度為2.0km/h，工作時(shí)間為10小時(shí)，通過(guò)Java語(yǔ)言進(jìn)行程序編寫。得到的評(píng)估時(shí)間實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 評(píng)估時(shí)間實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)圖1可知，當(dāng)路徑距離為1km時(shí)，基于集對(duì)分析的內(nèi)河船舶航行安全評(píng)估方法的評(píng)估時(shí)間為1 min，基于數(shù)據(jù)挖掘的內(nèi)河船舶航行安全評(píng)估方法的評(píng)估時(shí)間為18min，基于聚類分析的內(nèi)河船舶航行安全評(píng)估方法的評(píng)估時(shí)間為42min；當(dāng)路徑距離為2k m時(shí)，基于集對(duì)分析的內(nèi)河船舶航行安全評(píng)估方法的評(píng)估時(shí)間為4min，基于數(shù)據(jù)挖掘的內(nèi)河船舶航行安全評(píng)估方法的評(píng)估時(shí)間為25min，基于聚類分析的內(nèi)河船舶航行安全評(píng)估方法的評(píng)估時(shí)間為61min；當(dāng)路徑距離為3k m時(shí)，基于集對(duì)分析的內(nèi)河船舶航行安全評(píng)估方法的評(píng)估時(shí)間為7min，基于數(shù)據(jù)挖掘的內(nèi)河船舶航行安全評(píng)估方法的評(píng)估時(shí)間為30min，基于聚類分析的內(nèi)河船舶航行安全評(píng)估方法的評(píng)估時(shí)間為72min；當(dāng)路徑距離為4k m時(shí)，基于集對(duì)分析的內(nèi)河船舶航行安全評(píng)估方法的評(píng)估時(shí)間為15min，基于數(shù)據(jù)挖掘的內(nèi)河船舶航行安全評(píng)估方法的評(píng)估時(shí)間為32min，基于聚類分析的內(nèi)河船舶航行安全評(píng)估方法的評(píng)估時(shí)間為80min；當(dāng)路徑距離為5k m時(shí)，基于集對(duì)分析的內(nèi)河船舶航行安全評(píng)估方法的評(píng)估時(shí)間為31min，基于數(shù)據(jù)挖掘的內(nèi)河船舶航行安全評(píng)估方法的評(píng)估時(shí)間為35min，基于聚類分析的內(nèi)河船舶航行安全評(píng)估方法的評(píng)估時(shí)間為82min；當(dāng)路徑距離為6km時(shí)，基于集對(duì)分析的內(nèi)河船舶航行安全評(píng)估方法的評(píng)估時(shí)間為70min，基于數(shù)據(jù)挖掘的內(nèi)河船舶航行安全評(píng)估方法的評(píng)估時(shí)間為36min，基于聚類分析的內(nèi)河船舶航行安全評(píng)估方法的評(píng)估時(shí)間為88min。由此可知，基于聚類分析的內(nèi)河船舶航行安全評(píng)估方法評(píng)估能力較差，隨著評(píng)估距離的增加，評(píng)估時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，難以滿足用戶要求，基于數(shù)據(jù)挖掘的內(nèi)河船舶航行安全評(píng)估方法在評(píng)估距離低于5km時(shí)，評(píng)估能力要低于本文設(shè)計(jì)的基于集對(duì)分析的內(nèi)河船舶航行安全評(píng)估方法，因此當(dāng)評(píng)估距離少于5km時(shí)，采用基于集對(duì)分析的內(nèi)河船舶航行安全評(píng)估方法對(duì)安全性進(jìn)行評(píng)估，當(dāng)評(píng)估距離超過(guò)5km，采用基于數(shù)據(jù)挖掘的內(nèi)河船舶航行安全評(píng)估方法進(jìn)行評(píng)估。

5.結(jié)束語(yǔ)

本文在傳統(tǒng)研究基礎(chǔ)上，通過(guò)集對(duì)分析法研究了一種新的內(nèi)河船舶航行安全評(píng)估方法，通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘判斷數(shù)據(jù)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息研究，確定船舶的運(yùn)行分析，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，利用監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)追蹤，完成數(shù)據(jù)安全評(píng)估。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本文提出的評(píng)估方法有效性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法具有很好地評(píng)估效果。本文的研究方法對(duì)于內(nèi)河船舶安全運(yùn)行有重要意義。