长江干线水上交通安全实时预警指标体系研究＊

田丽娟 张矢宇 李 娜

（武汉理工大学交通学院 武汉 430063）

0 引言

2006年11月起长江干线开展水上交通安全预警管理工作，自此不少国内专家学者对长江等内河的预警管理问题进行了相关研究。关于预警指标体系的研究，文献［1］结合长江三峡船闸的通航特点，为保证三峡船闸安全运行和船舶航行的安全畅通，构建由环境、船舶、船闸、运行人员和管理5个部分组成的长江三峡船闸通航安全预警指标体系；文献［2］则综合考虑船员、船舶、环境和管理这4个方面，构建内河指标预警指标体系；文献［3］通过分析湘江航运系统所面临的实际情况与特点，选择重点指标和敏感指标，构建船员、船舶、自然环境、通航状况4大类的湘江航运预警指标体系。

目前，长江海事部门所采用的预警指标体系由安全形势、气象灾害、通航秩序、地质灾害、枯水和洪水6大类共18个安全预警指标构成。其中，安全形势类预警指标有：“1次性事故死亡人数”“连续性事故死亡人数”“船舶污染事故数”“局部水域事故连续性死亡人数”“‘四客’（客／渡船、旅游船、高速客船、滚装船／汽渡船舶）险情”“危险品碰撞险情”“危险品触礁险情”，及“沉船事故数”8个指标；气象类有“大风”“大雾”和“暴雨”3个指标；通航秩序类有“碍航时间”1个指标；地质灾害类有“岸体滑坡”和“泥石流”2个指标；枯水类有“长江干线重点港口水位”和“葛洲坝下泄流量”2个指标；洪水类有“防汛水位等级”和“洪峰大小”、“葛洲坝下泄量”3个指标［4］。而于2013年1月1日起，长江海事局将根据实际工作经验，将预警指标体系作修正，仅保留了水文、气象和地灾3类自然环境类指标。

总的来说，已有的预警指标体系中，部分指标为静态指标，如事故数、死亡人数、碍航时间等，这类指标需基于时间段内值进行累计，当累计值超出设定的标准时，系统才会发出预警，具有较强的延迟性，部分预警指标更具评价效用，而用于预警则欠妥。此外，实际应用过程中发现，长江海事部门已有预警指标体系在系统的实时动态、船舶安全的跟踪监控方面不足，缺乏针对水上交通系统的实时通航环境、在线船舶安全状态的全面监控，难以有效地对水上交通险情进行早期识别和预防［5］。为进一步保证长江干线水上交通安全运行和船舶航行的安全畅通，有必要建立1个有效的、全面合理的长江通航安全的预警指标体系。因此，本文提出1 套基于实时、动态的预警指标体系，以实现对通航环境、在线船只、动态交通流的安全状态的实时监控，以便更有效的实现事前监控和防范的预警目的。

1 指标体系构建原则

长江干线水上交通安全预警指标体系，是由一系列相互联系、能敏感地反映通航安全状况及存在问题的指标构成的有机整体［1］。构建长江干线水上交通安全预警指标体系应遵从以下几点基本原则：

1）实时动态性。船舶在航道中运行，不仅需要静态指标的警示，更需要有实时、动态的跟踪监控，对某时刻、某断面航道中船舶的安全状况作评判，并及时发出警示预警，给船舶避险预留时间，降低事故发生率。预警系统指标体系的指标特征量要与航运系统实际运作状况大体一致并略有超前，能敏感地反映航运事故的发生或发展动向［3］。

2）可操作性。作为长江干线通航安全预警的指标，在实际工作中应该是特征比较明显、易于观察和描述的，指标的数值应该易于收集、整理，便于处理。所构建的指标体系可根据实际需要进行调整，具有一定的可操作性，并且要求计算方法简单明了［6］。

3）系统性。长江干线通航安全这一问题是由多因素决定的复杂系统，系统论的观点要求把研究对象当作1个整体或系统来加以考虑。研究中所选取的指标应广泛、系统，尽可能完整、全方位、多方面地反映和度量长江干线通航安全的整体状况和性能。

4）科学性。指标体系的设置应符合长江干线水上交通安全预警的目标，能够全面真实地反映长江干线通航的安全情况以及存在的问题。每一项指标的概念要具有科学性，界限明确、体系完整、繁简适当［1］。

5）相对独立性。在设计评价指标体系时，某些安全管理问题只需要1个指标测评，而某些安全管理问题需要几个指标测评；有时1个指标只能测评1个评价对象，而有时1个指标可以测评多个评价对象。这些因素之间往往具有一定程度的相关性，因而需采用科学的方法进行处理，尽量减少各指标之间的重叠区域。使指标体系能科学地、准确地反映被评价对象的实际情况［6］。

2 长江干线水上交通安全预警指标的构建

2.1 风险因素分析

影响长江干线水上交通安全风险的因素较多，为了分析主要的影响因素，在分析长江干线水上交通运输环境、基本特征、历年交通事故统计资料及查阅相关文献的基础上，结合部分长江干线海事部门、航运企业及一线船员的意见，提出长江水上交通安全因素，对长江干线通航安全涉及到的诸多方面因素进行必要筛选，并加以合理归纳整理，选取对通航安全有直接影响的因素。为满足指标体系的系统性，从人的因素、环境因素、船舶因素和管理因素4个方面，提炼出长江干线水上交通安全风险因子，主要风险因子有23个：

1）人的因素。设1个因子，即驾驶员状态，主要用来反映驾驶员在驾驶船舶运行过程中是否疲劳。

2）环境因素。包括自然环境、通航环境和交通环境3个方面，共设有15个因子，分别为：气象灾害（风、雾／霾、雨、雷电）、地质灾害（岸体滑坡、泥石流）、水文（水流流速、水流量、水位）、航道状况（航道宽度、航道水深、航道弯曲度、交叉航道）、航道中是否有桥墩／浮标／岸边固定设施等水中碍航物、桥梁／线缆等空中碍航物、航道是否由于事故导致航道的单向流控制、是否由于闸坝检修导致交通流控制、附近是否有渔区、水工等作业区、浮标等助航设备是否完备、VTS／AIS等监控设施是否完备、交通流密度（断面交通流密度、纵横交叉交通流密度）、危险品船舶比率、小型船舶比率，及客渡船比率。

3）船舶因素。共设6 个因子，分别为：船舶跟驰方面、船舶是否偏离航道、船舶是否进入禁区、船舶装载情况、船舶航行状况，及船舶装载货物属性。

4）管理因素。设1个因子，即人（员）船（舶）过往违章状态，考察人员的违规和船舶的违章记录。

2.2 长江干线水上交通安全实时预警指标体系的构建

2.2.1 预警指标确定

影响长江干线水上交通安全风险的因素较多，根据上述风险因素分析，在对长江干线通航安全进行系统分析的基础上，从多角度、多层次分析诸多影响因素，从而初步选取预警指标，并借鉴其他预警指标体系，初步构建实时预警指标体系。而后采用专家调查法，将拟定指标体系反馈给行业专家和从业人员，广泛征求并借鉴吸收大量专家学者的意见，对初选指标进行修正，归纳出更合理的长江干线水上交通安全实时预警指标体系。将前期建议与现有意见相结合，继而形成由自然环境、通航秩序、船舶运行状态、管理共4大类指标构成的长江干线水上交通实时预警指标体系。具体内容如下。

1）自然环境方面。主要设置气象、地质灾害及水文3大类别的预警指标。结合长江干线的自身气象环境特点，选择风、雾／霾、雨、雪、雷电为气象类的下级指标；参照国土资源部地质灾害预警的等级划分，结合长江干线航道、地质自身特点，选择岸体滑坡、泥石流作为地质灾害类的下级指标；长江流域洪、旱频发，能正确有效的把握水文信息，可以更好的指导船舶的安全运行。针对长江水文特点，选择水流流速、水流量和水位作为水文类的下级指标。

2）通航秩序方面。实时预警指标体系将其分为2个方面的秩序：①航道的秩序，即航道畅通性；②船舶的秩序，在指标体系中反映为船舶密度。其中，航道畅通性［7］指标即包括航道自身属性指标，也包含航道中障碍物指标，还包括航道是否交通管制及助航设施设备是否完善等指标。由于长江上既有纵向航行的船舶也有横向航行的船舶，且多数船舶纵向航行，横向航行船舶成为通航安全隐患，则引入纵横船舶交通流密度；此外，根据历年事故分析可知，危险品船、客（渡）船和小型船舶是长江干线通航船舶的主要危险源，由此提出以危险品船舶比率、客渡船比率、小型船舶比率作为船舶通行秩序类的预警指标。

3）船舶运行状态方面。主要考虑3个方面：①船与船之间距离状态，表现为船舶航行间距，反映到指标体系中为船舶接近性；②根据专家建议，将船舶偏离航道、船舶进入禁区整合为船舶运行轨迹符合性；③考虑船货状态，判断船舶是否超载（船舶装载情况）、船舶是否稳定（船舶几何稳性）及船舶装载货物属性等。

4）管理方面则考虑对人员的管理和船舶的管理。人员违规记录、驾驶员状态构成人员的管理指标；船舶违章记录和船舶老旧状态构成船舶管理指标。

2.2.2 长江干线水上交通安全实时预警指标体系框架

根据指标体系的构建原则，全面分析、吸收已有的长江干线通航安全事故预警指标，考察影响通航安全的各个因素的内容、特点，结合专家建议，构建了长江干线水上交通安全实时预警指标体系基本结构，见图1［1］。

2.3 预警指标数据获取途径分析

1）自然环境类预警指标中，气象类指标可从气象局气象灾害预警信息处获取；地质灾害类指标则可根据国土资源部地质灾害预警信息实时报道长江干线地质情况；水文类指标中，水位信息可从各水位监测站获取，而水流流速与流量可借助Zigbee或AIS 信道，通过航标实时跟踪获取数据。

2）通航秩序类预警指标中，航道自身属性指标数据可从电子江图中获取，包括航道宽度、深度、弯曲度及交叉航道，此外，结合电子江图和船载AIS可获得航道中船舶及碍航物的位置信息，通过位置信息（坐标、方向角等）可判断航行船与碍航物间的距离是否安全；航道船舶交通流信息方面，通过AIS监控获取船舶静态信息，再结合电子江图监管区域标绘信息和货运信息，求解船舶密度（包括：断面交通流密度、纵横交叉交通流密度、危险品船舶比率、小型船舶比率、客渡船比率）。在此过程中，危险品船舶、小型船舶、客渡船的判别是难点，拟根据船载AIS的静态信息来获取船货信息［8］。

3）船舶运行状态类预警指标中，船舶接近，船舶运行轨迹符合性等信息均可由电子江图和AIS获取间接，判断船船间距离是否安全、船舶是否偏离航道、是否进入禁区、渔区及水工作业区等；船货状态（包括：船舶装载情况、船舶几何稳定性、装载货物属性）等信息则需结合船载AIS、船舶签证信息、视频处理及船舶目标识别等方法获得。

4）管理类预警指标中，人员违章记录、船舶违章记录信息可从海事部门的人员、船舶黑名单中获取，船舶老旧情况则可由船舶签证信息中获取，而人员的疲劳程度则需结合评价指标作判断。

3 长江干线实时预警指标体系创新点分析

与长江干线水上交通安全已有预警指标体系相比，而本文构建的长江干线实时预警指标体系实现了多方面的创新性。

1）数量。现有指标体系由3大类9 个预警指标构成，本文提出的实时预警指标体系由4大类36个预警指标构成。在严格按照长江干线水上交通安全风险因素分析的基础上保留现有的预警9指标，并从自然环境、通航秩序、船舶运行状态和管理4个方面，在实时预警指标体系中新增27个指标，使新构建的指标体系更系统、更科学、更全面。

图1 长江干线水上交通安全实时预警指标体系Fig.1 Real－time Early－warning Index System for Water Transportation Safety in Yangtze River

2）科学性。科学的预警指标体系必须能够全面真实地反映长江干线通航的安全情况以及存在的问题，已有预警指标在“全面”反映方面存在欠缺，本文构建的实时预警指标体系则从环境、航道、船舶、管理方面全面跟踪长江干线通航安全情况。实时预警指标不仅在内容上更全面，在指标数值获取方面也表现的更科学，电子江图、船载AIS、VTS、雷达、视频等的投入使用，保证了实时动态的监控长江干线航道中安全状况，更有效的实现预警功能。

3）动态性。静止是相对的，运动才是绝对的，任何事物都在发展变化之中，预警也不例外，所以构建的预警指标体系应能动态的反映长江通航的状况。

已有的预警指标中，主要是气象、地质灾害及水文类的指标具有动态性，缺乏对航道秩序、船货和船舶交通流的动态跟踪。本文构建的实时预警指标体系，除动态的反映气象、地质灾害及水文外，还以航道实时状态、航行船货状态为跟踪对象，动态的采集航道的环境信息，如航道宽度、深度、弯曲度、航道中碍航物、禁区、是否交通流控制、航道中船舶交通流密度、船舶跟驰信息、船舶运行轨迹、船舶和货物状态等方面信息，进行预警分析和警情识别，更能实现有效的水上交通安全预警管理。

4）实时性。长江干线水上交通安全预警系统的功能包括警报功能、矫正功能和“免疫”功能，是1个以警报为导向，矫正为手段，免疫为目的的放错纠错机制。建立预警指标体系的目的是为了使信息定量化、条理化和可运用化，且能真正反映长江干线航运系统的实际情况，则要求建立的预警指标体系中的指标值在实际预警过程中能方便获取，并能对长江干线航运进行全面实时监控，以实现对单个船只、断面航道、区域航道船舶及整个航道船舶的实时监控［6］。

已有的预警指标体系，在实时预警方面比较欠缺，安全形势因子中的事故数、死亡人数等，通航秩序中碍航时间，均是一些静态非实时性指标，是一段时间内指标值的累计。本文构建的实时预警指标体系则不仅实时反映气象、地质及水文信息，还实时的反映航道信息，也实时的跟踪船舶运行、装载的状态，并且实时跟踪人、船舶的违章记录、驾驶员状态和船舶老旧情况，预警指标的运行和警情判别建立在实时系统信息采集（需建立实时在线采集的信息库，另有论文论述）的基础上。基于实时的预警指标体系，更符合事前监控的原则，更能达到预警目的，对提高水上交通安全管理，减少事故概率，更具科学意义。

4 结束语

在分析长江干线水上交通安全风险因素的基础上，结合指标体系构建原则，并通过对海事部门、航运部门及一线船员的调查，提出4大类、10亚类共计36个指标的长江干线水上交通安全实时预警指标体系。

与已有的长江干线水上交通安全预警指标体系相比较，本文所构建的实时预警指标体系，在数量上更新、大，指标数值获取更科学，且在动态性和实时性方面有较大突破，更能有效地实现事前监控、及时预控的预警管理目标，提高水上交通安全管理水平，从而减少安全事故的发生，保障黄金水道的安全畅通，促进社会和经济发展。

［1］曹 宇，刘雅丽，王 东，等.三峡船闸通航安全预警指标体系研究［J］.水运科学研究，2008（2）：21－24.

［2］金 娥.内河运输安全预警研究［D］.武汉：武汉理工大学，2008.

［3］欧阳帆.湘江航运安全预警系统研究［D］.武汉：武汉理工大学，2007.

［4］长江海事局科技项目.长江干线水上交通安全预警管理机制［R］.武汉：武汉理工大学，2009.

［5］孙 巍.嘉兴内河交通安全预警研究［J］.中国水运，2010（10）：32－33.

［6］史光宝.渤海水域海事预警研究［D］.大连：大连海事大学，2008.

［7］邓良爱，刘明俊，刘佳仑.对长江干线航道信息指标系统的思考［J］.武汉理工大学学报：交通科学与工程版，2012，36（4）：773－777.

［8］谭 箭，周彩云，谢卓延.交通冲突技术在水上交通领域的运用［J］.武汉理工大学学报：交通科学与工程版，2012，36（2）：374－377.