船舶海上航行重要航點(diǎn)應(yīng)急保障研究

李成海 劉 杰 胡甚平 崔建輝

（1.山東交通職業(yè)學(xué)院，山東濰坊 261206；2.上海海事大學(xué)商船學(xué)院，上海 201306；3.天津理工大學(xué)海運(yùn)學(xué)院，天津 300191 ）

0 引 言

重要航點(diǎn)是指船舶水上航行途徑的特殊位置海上水域，主要包括運(yùn)河和海峽等。重要航點(diǎn)海上保障指涉及水域船舶突發(fā)事故時(shí)，重要航點(diǎn)應(yīng)急反應(yīng)能力和實(shí)施救助能力，因此海上應(yīng)急保障水平是救助能否成功的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

目前針對(duì)海上重要航點(diǎn)應(yīng)急保障具有代表性的研究成果有，李洪成等[1]采用時(shí)間函數(shù)確定模糊應(yīng)急時(shí)間,用需求量度確定需求點(diǎn)接收資源是否滿(mǎn)足要求。構(gòu)建以系統(tǒng)的需求時(shí)效性、經(jīng)濟(jì)性、滿(mǎn)意度和安全性多目標(biāo)模型,最后,對(duì)模型求解并驗(yàn)證分析此方法的可行性。李國(guó)平[2]圍繞服務(wù)交通強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略、推動(dòng)解決海上應(yīng)急難題，推進(jìn)海上交通高質(zhì)量發(fā)展，建設(shè)人民滿(mǎn)意交通運(yùn)輸工作。王海燕等[3]在充分分析船舶沿岸溢油應(yīng)急系統(tǒng)影響因素前提下,構(gòu)建船舶沿岸溢油應(yīng)急能力評(píng)估體系,分析船舶沿岸溢油應(yīng)急路徑模型,并以實(shí)例計(jì)算驗(yàn)證模型的實(shí)用性。驗(yàn)證結(jié)果表明,人員保障是沿岸溢油應(yīng)急的主要力量,其次是技術(shù)及物資保障。丘振文[4]工業(yè)企業(yè)對(duì)?；肪哂泻艽笮枨罅?所以工業(yè)企業(yè)須做好?；分苓叚h(huán)境調(diào)查分析工作,以此對(duì)危化品突發(fā)事件做出科學(xué)評(píng)估,并制定出應(yīng)急預(yù)案,驗(yàn)證分析?；分苓叚h(huán)境風(fēng)險(xiǎn)處于可控狀態(tài)。范玉改等[5]對(duì)我國(guó)衛(wèi)生體系應(yīng)急保障現(xiàn)狀進(jìn)行分析,提出了應(yīng)對(duì)突發(fā)衛(wèi)生事件的應(yīng)急保障對(duì)策∶健全應(yīng)急保障體系、提升應(yīng)急保障能力;提高應(yīng)急法治化和應(yīng)急管理水平。王兵等[6]通過(guò)軍民聯(lián)合救援,初步形成三位一體軍民融合海上應(yīng)急模式,救治效果提高明顯,增強(qiáng)了醫(yī)務(wù)人員適應(yīng)海上環(huán)境、錘煉專(zhuān)業(yè)技能,該模型成為了應(yīng)急保障練兵平臺(tái)。結(jié)合 26起海難突發(fā)事件救援成功經(jīng)驗(yàn),論證該模式為適應(yīng)海上突發(fā)事故的應(yīng)急救援的可行性。

本研究以重要航點(diǎn)為研究對(duì)象，在充分考慮重要航點(diǎn)應(yīng)急保障影響因素間的相關(guān)性和因素分布的基礎(chǔ)上，構(gòu)建依據(jù)Sklar原理的應(yīng)急保障函數(shù)模型，對(duì)重要航點(diǎn)應(yīng)急保障進(jìn)行評(píng)估，此方法解決了Copula函數(shù)參數(shù)求解復(fù)雜的難題，本研究成果可為船舶航行重要航點(diǎn)應(yīng)急保障提供理論支持。

1 構(gòu)建海上航行重要航點(diǎn)應(yīng)急保障評(píng)估體系

1.1 影響船舶航行重要航點(diǎn)應(yīng)急保障的因素

船舶海上航行應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的保障能力不僅與海上保障力量的實(shí)施有關(guān)，而且與保障力量實(shí)施帶來(lái)的影響有關(guān)系[7]。

針對(duì)海上重要航點(diǎn)實(shí)施海難救助的主要機(jī)構(gòu)是政府或民間組織的具有專(zhuān)業(yè)技能的機(jī)關(guān)，例如中國(guó)海上搜救中心，這些部門(mén)是影響船舶航行重要航點(diǎn)應(yīng)急保障的重要力量；其次，海上利益相關(guān)國(guó)家間協(xié)同應(yīng)對(duì)船舶航行重要航點(diǎn)突發(fā)事件，如《中國(guó)朝鮮海上搜救協(xié)議》等，共享海上應(yīng)急信息，共同組織在相關(guān)海域?qū)嵤┑膽?yīng)急保障行動(dòng)[8]。如果，遭遇突發(fā)事件船舶附近的船舶就近實(shí)施救助，對(duì)成功實(shí)施應(yīng)急保障具有重大意義。

針對(duì)船舶海上應(yīng)急保障，國(guó)際合作的法律法規(guī)是基礎(chǔ)，如《國(guó)際海上搜尋救助公約》等。戰(zhàn)爭(zhēng)及國(guó)內(nèi)戰(zhàn)亂，可能對(duì)船舶航行重要航點(diǎn)應(yīng)急保障造成重大影響甚至中斷，因此船舶航行重要航點(diǎn)所在國(guó)政局形勢(shì)也會(huì)對(duì)應(yīng)急部門(mén)的應(yīng)急保障產(chǎn)生重大影響[9]。

1.2 構(gòu)建重要航點(diǎn)應(yīng)急保障評(píng)估體系

根據(jù)船舶航行重要航點(diǎn)應(yīng)急保障影響因素，遵循建立體系原則，構(gòu)建海上重要航點(diǎn)評(píng)估體系，見(jiàn)表1。

表1 船舶航行重要航點(diǎn)應(yīng)急保障評(píng)估體系

2 構(gòu)建重要航點(diǎn)應(yīng)急保障評(píng)估模型

根據(jù)copula函數(shù)理論，將多個(gè)聯(lián)合分布的變量與“連接函數(shù)”和邊緣分布的各函數(shù)的乘法結(jié)果描述其相關(guān)聯(lián)關(guān)系[10]。利用降維理論，分析變量作用的少數(shù)因子有復(fù)雜關(guān)系影響因素的相關(guān)性，運(yùn)用copula函數(shù)，結(jié)合選取獨(dú)立因子分析，計(jì)算船舶航行重要航點(diǎn)應(yīng)急保障水平。

2.1 分析重要航點(diǎn)應(yīng)急保障的影響因素

2.1.1 公式化處理

（1）因?yàn)樵紨?shù)據(jù)不同，需公式化處理。

增加性質(zhì)指標(biāo)為

減小性質(zhì)指標(biāo)為

式（1）、式（2）中，Xji*代表影響因素的值；Xji代表第j個(gè)重要航點(diǎn)的第i個(gè)影響因素；j代表重要航點(diǎn)，j∈{1，2，3.....，m}，m代表選擇的重要航點(diǎn)數(shù)；i代表影響因素，i∈{1，2，3.....，n}，n代表選擇影響因素個(gè)數(shù)，max(xji)和min(xji)代表第i個(gè)影響因素取值的最大和最小值。

2.1.2 分析各因子間關(guān)系

運(yùn)用Bartlett球形和KMO對(duì)矩陣V計(jì)算結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，并計(jì)算因子負(fù)荷和方差貢獻(xiàn)，確定選擇的因子，及各影響因素與因子間關(guān)聯(lián)表達(dá)式[11]。

式（3）中，P代表因子得分值；Pji代表第j列第i個(gè)因子，共有n列m行；X表示數(shù)據(jù)矩陣；V-1表示關(guān)聯(lián)矩陣的負(fù)矩陣；A表示旋回后的正矩陣。

2.2 構(gòu)建海上重要航點(diǎn)應(yīng)急保障函數(shù)模型

依據(jù)SKLAR原理，影響重要航線(xiàn)應(yīng)急保障因素的COPULA函數(shù)表達(dá)式為：

式（4）中，P(x1,x2，…，xn)表示n維聯(lián)合分布影響因素變量函數(shù)；n代表變量數(shù)；D代表COPULA函數(shù)；∝代表COPULA變量函數(shù)參數(shù)；u1=P1(x1)，u2=P2(x2)，…，un=Pn(xn)代表因素x1,x2，…，分布的邊緣函數(shù)。

根據(jù)分析因子受因素變量的影響，取得t個(gè)獨(dú)立因子，與式（4）結(jié)合后，海上重要航點(diǎn)應(yīng)急保障評(píng)估COPULA函數(shù)表達(dá)式為：

式（5）中，u1,u2,…,ut分別代表關(guān)鍵航點(diǎn)應(yīng)急保障影響因素因子的分布邊緣函數(shù)。

2.3 確立因子分布邊緣函數(shù)

通用的線(xiàn)型分布有權(quán)值分布（GEV）、正態(tài)分布、對(duì)數(shù)分布和指數(shù)分布等。GEV經(jīng)過(guò)FISHER理論處理后，總結(jié)出了三種極值分布[12]，其標(biāo)準(zhǔn)分布函數(shù)表達(dá)式為：

式（6）中，θ代表形狀參數(shù)；u代表位置參數(shù)；δ代表尺寸參數(shù)。θ=0代表Ⅰ型極值，即Gumbel分布；θ＞0代表Ⅱ型極值，即Frechet分布；θ＜0代表Ⅲ型極值，即Weibull分布。

比較均方誤差（RMSE）值GVNEG及信息值LBJD優(yōu)選分布，利用KOLMOJOROV-SMIRNOV方法檢驗(yàn)因子分布擬合效果，擬合效果GVNEG及信息值LBJD值越小越好[13]。

式（7）中，Cvj代表第v個(gè)因子對(duì)應(yīng)第j個(gè)重要航點(diǎn)的頻率值差，經(jīng)驗(yàn)頻率值由Gringorten公式求取，即，

式（8）中，F(xiàn)e代表經(jīng)驗(yàn)頻率值等于或大于影響因素Xe，e代表計(jì)算取得的從大到小排列項(xiàng)數(shù)的每個(gè)因子值；根據(jù)Gringorten公式求解β取值為0.43。

式（9）中，φ代表線(xiàn)型分布選取的參數(shù)值。

3 案例驗(yàn)證分析

3.1 選取數(shù)據(jù)資料和研究對(duì)象

依據(jù)本研究選取的航行船舶重要航點(diǎn)涉及的相關(guān)海域國(guó)家設(shè)立的應(yīng)急和保障機(jī)關(guān)，簽定的國(guó)際應(yīng)急協(xié)議及加入的國(guó)際公約實(shí)際情況，選取14個(gè)國(guó)際航線(xiàn)所經(jīng)過(guò)的重要航點(diǎn)發(fā)生的事件進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證，數(shù)據(jù)取自國(guó)際海事組織官方網(wǎng)站及各國(guó)海事組織官方網(wǎng)站。

3.2 分析因子分布結(jié)果

3.2.1 分析因子與各影響因素間的關(guān)系

通過(guò)SPSS法分析重要航點(diǎn)應(yīng)急保障影響因素?cái)?shù)據(jù)后，經(jīng)過(guò)計(jì)算得到符合因子分析的 KMO=0.775，Bartlett＜0.04。依據(jù)要求特征值＞1，所以選取3個(gè)方差率累計(jì)

達(dá)83.925的因子，見(jiàn)表2。因子負(fù)荷矩陣中，因子與影響因素間關(guān)系，見(jiàn)表3。

從表2可知，F(xiàn)A3可解釋涉及國(guó)國(guó)內(nèi)形勢(shì)；FA2解釋?xiě)?yīng)急和保障部門(mén)兩大因素；FA1在船舶通行流量，國(guó)際應(yīng)急合作，涉及國(guó)家數(shù)及法律法規(guī)因子負(fù)荷較大，可解釋以上四大因素對(duì)船舶航行重要航點(diǎn)應(yīng)急保障的影響[14]。

表2 因子負(fù)荷矩陣

表3中，各因子與影響因素可以對(duì)各重要航點(diǎn)的應(yīng)急保障水平進(jìn)行計(jì)算，但是沒(méi)有充分考慮到影響因素的分布及特征，運(yùn)用copula函數(shù)對(duì)影響因素與因子建立分布及特征的聯(lián)合分布，并且不影響因子變量分布[15]。

表3 因子關(guān)系式系數(shù)

3.2.2 優(yōu)選因子邊緣分布

選取3個(gè)因子按線(xiàn)型分布進(jìn)行擬合處理，然后k-s檢測(cè)，檢測(cè)各因子邊緣分布布局及對(duì)應(yīng)的GVNEG和LBJD值，見(jiàn)表4

從表4可知，F(xiàn)A3檢測(cè)的分布情況為正向分布和F-拓?fù)浞植?，?duì)GVNEG和LBJD比較可看出韋布爾分布的GVNEG和LBJD值較小，所以FA3優(yōu)選韋布爾分布。FA2依據(jù)F-拓?fù)浞植嫉腉VNEG和LBJD值較小，所以?xún)?yōu)選F-拓?fù)浞植? FA1分布情況為正向和F-拓?fù)浞植?，比較GVNEG和LBJD值在F-拓?fù)浞植贾递^小，所以FA1優(yōu)選F-拓?fù)浞植肌?/p>

表4 因子分布擬合結(jié)果

3.2.3 船舶航行重要航點(diǎn)應(yīng)急保障評(píng)估

結(jié)合公式（5）及優(yōu)選因子分布結(jié)果，重要航點(diǎn)應(yīng)急保障評(píng)估值表5式為：

式（10）中，u3、u2,、代表因子FA3、FA2和FA1的優(yōu)選邊緣分布函數(shù)，函數(shù)值大小表示應(yīng)急保障水平的高低水平。

依據(jù)式（10）可得出重要航點(diǎn)應(yīng)急保障水平，見(jiàn)表5；三個(gè)因子影響情況，見(jiàn)表6。

從表5可知，選取的14個(gè)船舶航行重要航點(diǎn)應(yīng)急保障對(duì)比，蘇伊士運(yùn)河最低；馬六甲海峽、土耳其海峽和巴拿馬運(yùn)河最高；石油重要運(yùn)輸通道霍爾木茲海峽應(yīng)急保障評(píng)估值較大，而巽他海峽、龍目海峽作為馬六甲海峽的替代航道應(yīng)急保障評(píng)估值較小。

表5 船舶航行重要航點(diǎn)應(yīng)急保障評(píng)估結(jié)果

從表6可知，F(xiàn)A3龍目海峽影響較小，巴拿馬運(yùn)河影響較大；FA2宗谷海峽影響較小，蘇伊士運(yùn)河影響較大；FA1對(duì)蘇伊士運(yùn)河影響較小，對(duì)馬六甲海峽影響較大。所以，針對(duì)船舶航行重要航點(diǎn)應(yīng)急保障各有側(cè)重點(diǎn)。

表6 因子的應(yīng)急保障評(píng)估結(jié)果

從圖1、圖2可知，F(xiàn)A3和FA2聯(lián)合分布及FA2分布的評(píng)估值不同，F(xiàn)A3和FA1聯(lián)合分布評(píng)估值對(duì)馬海峽最大，F(xiàn)A1分布評(píng)估值對(duì)馬六甲海峽最大。說(shuō)明因子不同的單個(gè)分布與不同因子的聯(lián)合分布對(duì)評(píng)估結(jié)果的影響大小不一，因此，考慮了影響因素聯(lián)合分布及邊緣分布的布局，才能使評(píng)估結(jié)果更貼近現(xiàn)實(shí)。

圖1 FA1聯(lián)合分布圖

圖2 FA2聯(lián)合分布圖

4 結(jié) 語(yǔ)

本研究以船舶航行重要航點(diǎn)為對(duì)象，充分考慮了重要航點(diǎn)應(yīng)急保障影響因素的關(guān)聯(lián)性、分布特點(diǎn)和變量Copula函數(shù)計(jì)算問(wèn)題，建立應(yīng)急保障函數(shù)模型，對(duì)14個(gè)重要運(yùn)河和海峽應(yīng)急保障情況進(jìn)行評(píng)估。評(píng)估結(jié)果表明，重要航點(diǎn)應(yīng)急保障蘇伊士運(yùn)河最差，土耳其海峽最好。通過(guò)對(duì)選取的因子單個(gè)及聯(lián)合分布應(yīng)急保障變化對(duì)比分析，總結(jié)出因子不同則邊緣分布影響有很大差別，綜合評(píng)估分析時(shí)，一定要考慮影響因素分布布局情況。此研究為船舶航行重要航點(diǎn)應(yīng)急保障評(píng)估問(wèn)題開(kāi)辟了新途徑，為船舶航行重要航點(diǎn)應(yīng)急保障提供理論依據(jù)。