海事動態(tài)監(jiān)管機制的理論研究

謝天 王淼

（閔行海事局，上海 200241）

0 引言

海事動態(tài)監(jiān)管（maritime dynamic supervision）作為海事管理機構從傳統(tǒng)的事前監(jiān)管轉向事中事后監(jiān)管的重要工具，已成為眾多海事管理專家和科研院校學者的研究對象。近年來，趙健等認為無人機等先進系統(tǒng)將構成未來的海事動態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)。鐘子洋認為應加快引入先進技術推動海事動態(tài)監(jiān)管體系建設。郝勇等認為將電子巡航技術應用于海事動態(tài)監(jiān)管中能夠實現(xiàn)轄區(qū)內巡航監(jiān)視、重點監(jiān)管單元監(jiān)控等監(jiān)管功能。黃常海提出動態(tài)網(wǎng)格化監(jiān)管模式有助于提高海事動態(tài)監(jiān)管效率。成旭認為網(wǎng)格化管理將成為未來新型的海事動態(tài)監(jiān)管模式，對數(shù)字海事建設具有推動作用。目前對于海事動態(tài)監(jiān)管的研究大多集中于對新技術和新制度的開發(fā)應用方面，但對如何在理論上指導海事動態(tài)監(jiān)管的實施缺乏研究。

謝天在2022 年提出運用海事安全熵的概念對海事安全程度進行度量，并認為水上交通安全系統(tǒng)是一類包含物質、能量和信息交換的系統(tǒng)，因為有能量交換所以存在熵增現(xiàn)象，需要海事管理機構持續(xù)地采取有效地海事動態(tài)監(jiān)管措施達到降低系統(tǒng)的海事安全不確定度的目的。本研究通過引入熵增理論，在海事安全熵概念的基礎上，構建水上交通安全系統(tǒng)模型。探討需要如何開展持續(xù)地海事動態(tài)監(jiān)管，以及如何計算海事動態(tài)監(jiān)管的效果等現(xiàn)實問題，以達到優(yōu)化現(xiàn)有海事動態(tài)監(jiān)管措施，提升在航船舶安全水平的目的。

1 熵增理論及其適用性

熵增理論的思想來源于熱力學第二定律。華為大學（2013）表示將熱力學第二定律從自然科學引入社會科學，就是要防止組織“熵死”，出現(xiàn)組織怠惰使組織消失活力。熱力學第二定律也稱為“熵增定律”，指的是一個有序的孤立系統(tǒng)的“不確定度”（熵）會隨著時間推移不斷增加，最終孤立系統(tǒng)將從有序達到最無序的平衡態(tài)即“熵死”。如果外界不對在航船舶施加影響，則在航船舶變?yōu)楣铝⑾到y(tǒng)，由“熵增定律”可知，隨著時間的推移，在航船舶的內部運行必然會從有序發(fā)展為無序，從而導致事故的發(fā)生。為解決以上問題，海事管理機構應采取海事動態(tài)監(jiān)管對在航船舶開展干預，維護航道內在航船舶的通航秩序。海事動態(tài)監(jiān)管將在航船舶的運行從無序恢復至有序，其本質為向船舶系統(tǒng)輸入“負熵”，用以中和船舶內部的“熵增”和外部水上危險源輸入的“正熵”，從而使得船舶的熵值不再增加，確保在航船舶有序運行，避免事故的發(fā)生。

以熵增理論對水上交通安全系統(tǒng)中的在航船舶開展分析，處于開放系統(tǒng)中的船舶的總熵變（微分符號記為dsv）由兩部分組成：一部分是系統(tǒng)內部不可逆過程所引起的“內部熵增”(微分符號記為dsI)，例如駕駛人員的倦怠、對于航運安全的漠視和機械損耗，等等；另一部分是在航船舶系統(tǒng)與外界交換物質、能量和信息引起的“外部熵變”(微分符號記為dsE)。處于開放系統(tǒng)的船舶的總熵變?yōu)椤皟炔快卦觥迸c“外部熵變”的和，即dsv=dsI+dsE根據(jù)熵增理論,可以用船舶的總熵變來判斷船舶運行有序度的變化：

（1）當dsv＞0 時，系統(tǒng)總熵增加，有序度降低；

（2）當dsv＜0 時，說明環(huán)境給系統(tǒng)提供足夠的“負熵”，且dsE＜-dsI，系統(tǒng)總熵減小，有序度增加；

（3）當dsv=0 時，系統(tǒng)有序度基本不變。

總之，海事安全熵Sv值隨著DSv的積分變化，使船舶安全的不確定度產生相應能量級別的、不同能量層次的振動，即船舶系統(tǒng)熵值的漲落現(xiàn)象。

2 構建水上交通安全系統(tǒng)模型

本研究中的水上交通安全系統(tǒng)簡化為主要由在航船舶、通航水域、水上危險源、海事動態(tài)監(jiān)管等主體構成。海事動態(tài)監(jiān)管指的是海事管理機構運用電子巡航手段、水域巡航手段等措施消除安全隱患，保障在航船舶從始發(fā)港安全準時地航行至目的港的一種監(jiān)管方式。

2.1 水上交通安全系統(tǒng)模型

謝天在《海事安全熵的量化研究》一文中已探討了海事安全熵的定義和計算表達式，下面將運用熵增理論基于海事安全熵的概念構建水上交通安全系統(tǒng)模型。船舶系統(tǒng)的總熵決定著系統(tǒng)風險的大小，而船舶總熵不僅取決于系統(tǒng)的內部熵增，還取決于外界以物質、能量、信息形式輸入在航船舶而產生的負熵和正熵的大小。

如圖1 所示，在航船舶、通航水域、水上危險源、海事動態(tài)監(jiān)管構成本研究中的水上交通安全系統(tǒng)模型。開展海事動態(tài)監(jiān)管的目的是使得該系統(tǒng)有序運轉，避免船舶向無序狀態(tài)發(fā)展，引發(fā)海事事故。在航船舶由于隨著時間的推移本身存在內部熵增現(xiàn)象，并且受到水上危險源的正熵影響，其能否持續(xù)安全航行取決于在航船舶從外界通航水域中能獲得什么樣的熵以及多少熵。航道內的在航船舶的通航秩序良好表示系統(tǒng)能夠得到充足的負熵，從而保障、延續(xù)船舶系統(tǒng)的有序存在與發(fā)展，混亂的通航水域意味著船舶系統(tǒng)不能從環(huán)境中得到充足的負熵，甚至由于外界水上危險源正熵的入侵，導致船舶受損，發(fā)生海事事故以至于完全損毀。對于一艘特定的在航船舶，其海事安全熵變由以下三部分，包括船舶內部熵增、海事動態(tài)監(jiān)管輸入的負熵和水上危險源輸入的正熵構成：

2.1.1 船舶內部熵增(dsI)

本研究中海事動態(tài)監(jiān)管的管理對象是在航船舶。在航船舶的內部熵增（微分符號記作dsI）受到航運公司的管理水平、船員的操作水平、船舶機械和設備狀況等要素影響。主要表現(xiàn)為：一、機械設備方面的熵增。船舶的推進需要動力，機械的運轉伴隨著潤滑油的損耗、機器設備的損耗都可能引發(fā)海事事故和次生事故，導致海事安全熵值的增加。船員需要持續(xù)的維護和保養(yǎng)船舶機械，并在機械發(fā)生故障時及時搶修，以確保船舶動力正常運轉。二、信息溝通的熵增。船舶具有流動性，當船舶抵達陌生水域，而船員獲取信息的能力又有限，導致船員因對航道內水深和水流情況不熟悉而對船舶操作不當，引發(fā)碰撞事故和擱淺事故產生海事安全熵值的增加。三、船員精神性的熵增。長時間的航行導致人的精神狀態(tài)下降，駕駛船舶的注意力不集中。還有連續(xù)的航行導致船員對安全駕駛的懈怠，認為偶爾的超速和反航道駕駛行為也無所謂，導致的海事安全熵值的增加。四、一般性的熵增累積。長時間的航行導致船員之間、甲板部門和輪機部門之間在日常工作中的矛盾累積，內耗嚴重，組織的有序結構遭到破壞，功能不能正常發(fā)揮，而產生的海事安全熵值的增加。

2.1.2 海事動態(tài)監(jiān)管的負熵(dsA)

海事動態(tài)監(jiān)管通過對船舶、船員和通航水域開展干預，使在航船舶的航行狀態(tài)由無序轉向有序，確保水上良好的通航秩序。海事動態(tài)監(jiān)管輸入的負熵（微分符號記作dsA）歸納起來主要有以下方面：一、物理的干預。海事管理機構在巡航中發(fā)現(xiàn)船舶發(fā)生機械故障時，及時通過指派拖輪、打撈船、清污船、環(huán)衛(wèi)船等救助力量前往救援，清除水上危險源，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定度。二、有效信息的輸入。針對不同類型的在航船舶，海事動態(tài)監(jiān)管對船舶開展點對點的安全宣傳。例如，對首次進入轄區(qū)的在航船舶告知其水深較淺的位置和水流湍急的危險水域應小心謹慎駕駛。大霧大風等惡劣天氣時，海事管理機構點對點告知在航船舶應采取安全防范措施等等。三、持續(xù)地安全提醒。為防止船員的疲勞駕駛，消除船舶運行中的信息缺乏以及人們的精神性熵增，海事管理機構通過在危險航段內設置連續(xù)安全提醒裝置用以傳遞信息，降低船員的精神性熵增，增強船員和船舶的注意力與活力。主要方式為設置不間斷地甚高頻安全提醒廣播，設置航標和加裝助航標志等等。四、及時發(fā)現(xiàn)水上危險源。海事管理機構通過電子巡航手段、水域巡航手段、無人機空中巡航手段等對管轄水域進行排查，及時發(fā)現(xiàn)異常船舶、異常天氣和其他異常情況，并盡快排除隱患，以防止海事事故的發(fā)生。例如：海事管理機構通過電子巡航手段，排查船舶AIS 信號，發(fā)現(xiàn)一艘船舶存在反航道航行的違法行為，立即警告其糾正，避免船舶碰撞事故的進一步發(fā)生。五、提供優(yōu)質的服務。海事管理機構努力為在航船舶提供優(yōu)質的服務，從而減小船舶一般性的熵增累積。例如：在黃浦江上游水域目前已建立海事安全服務中心為船員提供便民措施，設立臨時停泊區(qū)供船員休息，緩解船員的工作疲勞。此外，還有海事執(zhí)法人員通過現(xiàn)場巡航檢查，對發(fā)現(xiàn)到的船員所遇到的困難和問題進行熱心幫助，化解船舶運行中的一般性的熵增。

2.1.3 水上危險源的正熵(dsH)

水上危險源的正熵（微分符號記作dsH）指的是外界水上環(huán)境中存在的危險源輸入船舶形成安全威脅，可能會導致船舶發(fā)生海事事故。水上危險源主要包括：一、季節(jié)性的水上危險源。例如在黃浦江上游水域，季節(jié)性的水上危險源主要有每年春季多發(fā)的大霧天氣引起的水域能見度的降低，嚴重影響船員駕駛船舶的正規(guī)瞭望。和每年夏季的臺風形成的狂風暴雨天氣，嚴重損害船舶的營運安全等等。二、船舶流量密度過高。因為自然因素或其他因素導致通航水域某一時間段內的局部船舶密度較高的情況，影響船舶的正常航行導致可能發(fā)生船舶碰撞事故。三、水上水下礙航物。因意外事件進入通航水域的礙航物。例如：廢棄的纜繩、漂浮的木頭、落入江底的礁石等等。廢棄的纜繩可能會絞入在航船舶的螺旋槳導致船舶失控。落入江底的礙航物碰撞到船舶船底會導致船舶的船體破裂而進水沉沒等等。四、重點水域的船舶超寬靠泊。在狹水道水域的彎道附近，船舶違規(guī)超寬靠泊碼頭會造成航道進一步更加狹窄，嚴重影響船舶的轉向航行可能會導致船舶碰撞事故。五、其他異?，F(xiàn)象。其他水上危險源以通航水域中各類偶發(fā)事件的方式將正熵輸入船舶系統(tǒng)，對在航船舶的正常航行產生威脅，造成海事事故，甚至導致在航船舶的完全損毀。例如：在突發(fā)的雷電天氣下，閃電擊中船舶駕駛臺導致航行設備的損壞等等。

2.2 水上交通安全系統(tǒng)模型的計算方法

綜上所述，海事安全熵變dsV由3 個部分構成，即船舶內部熵增dsI、海事動態(tài)監(jiān)管輸入的負熵dsA和水上危險源輸入的正熵dsH。則海事安全熵變dsV的表達式為：

表達式（1）的含義為海事安全熵的改變量為船舶內部熵增ds1、水上危險源的負熵和海事動態(tài)監(jiān)管的正熵共同組成。而海事安全熵變dsV的積分加上前一時刻的海事安全熵，決定了下一時刻的海事安全熵的值，用以下表達式表示：

表達式（2）的含義為海事安全熵Sv的值隨著外界影響的累積而變化。某一時刻的海事安全熵Sv，等于前一時刻的海事安全熵Sv'與其熵值在這段時間內變化的積分相加所得的值。

已知，海事動態(tài)監(jiān)管措施能取得最佳效果時，管理負熵能夠中和海事安全熵的正值，在航船舶達到100%不發(fā)生事故的理想狀態(tài)。根據(jù)海事安全熵變的表達式（2），可推導出最佳海事動態(tài)監(jiān)管效果的表達式：

由表達式（3）可知，海事動態(tài)監(jiān)管輸入在航船舶的管理負熵，如果理論上能達到完全消除原本存在的海事安全熵值'，那么負熵將正熵中和，在航船舶將處于理想安全狀態(tài)，完全不會發(fā)生海事事故。

除最佳監(jiān)管狀態(tài)外，一般情況下為計算海事動態(tài)監(jiān)管效果SA的值，首先應確定海事安全熵的參考值SR，然后與采取特定海事動態(tài)監(jiān)管措施以后的海事安全熵的值Sv做比較，間接得出特定海事動態(tài)監(jiān)管措施效果的SA負熵值。一般情況下的海事動態(tài)監(jiān)管效果SA的表達式為：

表達式（4）的含義為，海事動態(tài)監(jiān)管效果SA等于采取監(jiān)管措施后的船舶安全“不確定度”與不采取監(jiān)管干預下原先的船舶安全“不確定度”的參考值的差。換言之為，海事動態(tài)監(jiān)管效果的負熵值等于海事安全熵值的減小量。

通過以上的分析，本研究以海事動態(tài)監(jiān)管的視角，以減少事故發(fā)生概率為目的，定義海事安全熵的概念，推導海事動態(tài)監(jiān)管效果的計算方法，并構建起水上交通安全系統(tǒng)的模型。

3 結論

根據(jù)本研究中構建的水上交通安全系統(tǒng)模型，通過熵增理論進行分析，孤立系統(tǒng)的海事安全熵的值始終不斷增大，船舶安全的“不確定度”在不斷增加，因此需要海事動態(tài)監(jiān)管主動干預，通過對船舶輸入管理負熵，抵消水上危險源的正熵，從而減低船舶安全的“不確定度”，減少海事事故的發(fā)生概率。本研究通過結果分析得出以下海事動態(tài)監(jiān)管的提升對策：

3.1 設置甚高頻安全廣播

船舶內部熵增時刻存在，船員的疲勞駕駛、船員對違章駕駛存在僥幸心理、船舶主機的機械損耗以及船舶密度的增加等等因素，都導致了船舶內部熵增，船舶的安全受到威脅，因此需要海事管理機構對航道內的船舶開展持續(xù)的動態(tài)監(jiān)管。對于黃浦江上游水域，尤其是漲潮時，大量船舶集中駛入黃浦江水域，船舶違章駕駛行為偶有發(fā)生，水域內海事安全熵的總值集中增大。此時建議海事管理機構應在甚高頻無線電話6 頻道上設置安全提醒廣播，對航道內的船舶持續(xù)開展安全警示，通過以無線電波傳遞信息至船舶駕駛員的方式向船舶系統(tǒng)輸入信息負熵dSA，提供有效的助航信息，從而中和部分船舶內部熵增dSI，降低海事安全熵Sv，提升船舶安全系數(shù)。

3.2 點對點船舶安全提醒

根據(jù)本研究構建的水上交通安全系統(tǒng)模型，海事管理機構應當開展動態(tài)巡航，具體可以通過電子巡航手段、水域巡航手段等方式開展。及時發(fā)現(xiàn)水上交通安全系統(tǒng)中存在的水上危險源，并通過海事執(zhí)法人員撥打電話、操作喊話器等方式將安全信息點對點地傳遞至被水上危險源威脅的船舶，以上措施等同于向特定船舶靶向輸入管理負熵dSA，從而定向中和海事動態(tài)監(jiān)管中發(fā)現(xiàn)的水上危險源的正熵。

3.3 鎖定海事安全熵值較高的低標準船

根據(jù)海事安全熵Sv值的概念。船舶的Sv值較高，意味著船舶安全的“不確定度”越高，代表該船舶發(fā)生事故的概率越大。海事管理機構接下來可以對各種類型船舶的海事安全熵值進行計算，并篩選出Sv值較高的船舶，對這類船舶開展集中安全檢查，從而發(fā)現(xiàn)隱患，預防事故的發(fā)生。對于特定航運公司所屬船舶，若存在普遍的Sv值較高的問題，海事管理機構應對其進行約談，并要求其整改。目前，海事管理機構已將可能影響航行安全的船舶列入“重點跟蹤船舶”，實施進港必查的制度，與本研究中所述的對海事安全熵Sv值較大的船舶開展重點檢查的建議具有一致性。同時海事安全熵Sv的值也會隨著開放系統(tǒng)的不斷變化而變化，存在著漲落現(xiàn)象，需要海事動態(tài)監(jiān)管時刻不放松警惕，及時發(fā)現(xiàn)異常船舶，排除隱患，防范危險的發(fā)生。

3.4 清除水上危險源

水上交通安全系統(tǒng)模型中航道內的通航水域受到復雜的自然因素和社會因素的影響，水上危險源隨時都有可能出現(xiàn)。針對這種情況，海事管理機構和地方政府應做好協(xié)調，及時清除水上危險源，避免危害船舶的航行安全。海事動態(tài)監(jiān)管能發(fā)現(xiàn)的水上風險源有：一、固定的水上危險源。對于黃浦江上游水域，江水不斷沖刷河床，將上游的泥沙攜帶至航道的彎道和碼頭附近水域，容易形成水深淺點。彎道附近的水深淺點隨著時間累計會形成淺灘，造成水流流向的變化，影響船舶操縱，甚至造成船舶觸損黃浦江沿岸的碼頭和設施。碼頭前沿的淺點可能造成船舶的擱淺。針對類似水深淺點類的水上危險源dSH。海事管理機構和地方政府應及時督促航道管理單位進行疏浚清理淺點，從而消除擱淺隱患。二、季節(jié)性水上危險源。例如：對于每年黃浦江上游水域出現(xiàn)的大霧，為避免船舶發(fā)生碰撞事故。海事管理機構應根據(jù)監(jiān)管實際制定完善的應急預案。發(fā)生大霧預警時，及時啟動預案，對船舶開展交通管制，避免船舶冒險航行。海事管理機構及時啟動預案等同于向水上交通安全系統(tǒng)輸入管理正熵dSA，從而中和季節(jié)性水上危險源dSH的影響，確保水上交通安全系統(tǒng)的安全運行。三、巡航中發(fā)現(xiàn)的異常現(xiàn)象。對于海事動態(tài)監(jiān)管中發(fā)現(xiàn)的異?，F(xiàn)象，及時調查并及時清理消除安全隱患。例如：海巡艇對發(fā)現(xiàn)的水上礙航物及時聯(lián)系打撈船進行打撈除障。

此外，為進一步保障水上交通安全，本研究認為海事管理機構在未來還可以通過大量收集各類船舶數(shù)據(jù)開展定量分析，并根據(jù)船舶發(fā)生各類海事事故的概率，計算出海事安全熵的值，由經驗管理轉向科學管理，甚至在未來以海事安全熵數(shù)據(jù)為基礎運用網(wǎng)絡技術、人工智能技術、5G 技術開展自動化的海事動態(tài)監(jiān)管。