基于多重对应分析的海上交通事故原因推理

张欣欣， 席永涛， 胡甚平(上海海事大学 商船学院， 上海 201306)

基于多重对应分析的海上交通事故原因推理

张欣欣， 席永涛， 胡甚平
(上海海事大学 商船学院， 上海 201306)

为研究人失误因素中各因素间的相互关系，根据人因素分析与分类系统(Human Factors Analysis and Classification System, HFACS)模型中的4层事故防御，结合海上交通事故案例统计的数据，运用多重对应分析技术进行算例应用，归纳整理出导致海上交通事故的原因。结果发现：组织管理因素是影响海上交通安全的根本原因。能见度不良与情景意识差有较密切的关系，注意力差、船员内部信息交流不畅与监督违章有较密切的关系，应急处置不当与驾驶台仪器使用不当有一定的关系，安全管理体系(Safety Management System, SMS)与各海上交通事故原因均有一定的关系，这表明组织管理在维护海上交通安全方面具有重要地位。

水路运输； 多重对应分析； 人因素分析与分类系统； 海上交通事故

目前国际上90%的货物运输是通过航运完成的，该种运输方式被认为是安全、经济、环保的商业运输方式。有关统计[1]表明，过去十几年中，海上交通事故发生率在缓慢下降，这与20世纪注重船舶安全技术是有关的。但是，目前海上交通事故仍时有发生，全球超过80%的海上交通事故是由人的因素造成的，这已在业内达成共识。

从20世纪开始，各领域中的相关学者逐渐将事故原因研究转向人失误方面。核工业及航空等复杂、危险性高的领域首先使用人失误分析[2]来解决安全方面的问题。而在航运交通领域[3-4]，虽然对人失误与人因可靠性的研究已取得很大进步，但因样本少、数据缺乏，定量分析的进展不大，相关研究暂时还停留在人的不安全行为层面，这就决定了人失误研究系统性不足，思路太过主观。

对此，采用人因素分析与分类系统(Hunan Factors Analysis and Classification System, HFACS)，提出海上交通事故的系统性多重对应分析方法，挖掘管理因素与其他因素之间的关系。

1 HFACS原理

HFACS模型[5-7]是一种事故调查和数据分析工具，由WIEGMAN和SHAPPELL在对美国海军的人因进行分析分类系统研究的基础上提出，其理论基础是REASON[8]的潜伏性和激活性错误模型。REASON模型于2001年被美国联邦航空局(Federal Aviation Administration, FAA)移植到民航飞行员人失误的分类分析中，至此得以运用到实践中。

1.1HFACS模型

一般来说，事故的发生从组织管理开始，经过一系列失误，最终由人的不安全行为引发。HFACS模型能有效分析事故中潜在的人失误，有助于确定各类人失误问题的原因，进而找出人失误的确切原因。

HFACS模型分为组织影响、不安全的监督、不安全行为的前提条件和人的不安全行为等4部分。在导致事故最终发生的整个过程中，事故隐患只有逐层突破这4个层次的防御，才能导致事故最终发生。假如事故隐患被这4层中的任意一层所抵挡，事故将不可能发生。

1.2海上交通事故人失误分析

这里所描述的人失误即为使事故隐患发展成事故而需要突破的4层防御。

1) 人的不安全行为是导致事故发生的直接原因，通常被认为是导致事故发生的罪魁祸首，主要分为差错和违章两类，其中差错又分为技能差错、决策差错和知觉差错。

2) 不安全行为的前提条件分为环境因素、操作者状态和个人因素，其中：环境因素有物理环境(包括风、流、能见度等)和技术环境(包括驾驶台设备的配备和使用等)；操作者状态有心理状态、生理状态和身体局限；个人因素有船舶资源管理(包括船舶内部的信息交流和驾驶台团队合作的协调)不当和个人准备。

3) 不安全的监督是引发不安全行为的作用机制，包含岸基人员没有根据国际安全管理(International Safety Management, ISM)规则监督船舶安全和防污染情况、船长没有带领船员做好安全和防污染的工作,包括监督不充分、运行计划不适当、没有纠正问题和监督违章，其中：监督不充分包括没有提供指导、没有操作程序、没有监督、没有培训以及没有处理故障等；运行计划不适当是指排班和操作计划不适当(人员搭配和休息)、监督人员没有提供正确的数据或足够的时间、根据情况不是需要做的工作等；没有纠正问题是指情况发生时问题已明确但没有及时纠正；监督违章是指在履行监督职责时故意忽视现有的规则和操作程序。

4) 组织影响包括资源管理、组织氛围和组织过程，其中：资源管理是指组织资源的管理、分配和维护，包括人力资源、财务预算和设备资源等；组织氛围包含政策(包括船员的福利待遇、入职、晋升、解雇、事故调查以有有关法律法规等)和文化(指态度、价值观、信仰以及习俗等)；组织过程涉及程序、流程、监督等，包括安全管理体系(Safety Management System, SMS)。

2 多重对应分析技术

关联分析[9-12]又称对应分析(Correspondence Analysis)、R-Q型因子分析，是近年发展起来的一种多元相依变量统计分析技术，通过分析由定性变量构成的交互汇总表来揭示变量间的联系，既可揭示同一变量的各个类别之间的差异，又能说明不同变量各个类别之间的对应关系。其是一种视觉化的数据分析方法，能将几组看不出任何联系的数据通过视觉上可接受的定位图展现出来，主要应用于市场细分、产品定位、地质研究及计算机工程等领域中。

对产生不安全行为的原因进行追溯，包含不安全行为的前提条件、不安全的监督和组织影响。为研究这3类因素间的相互影响关系，考虑到驾驶台资源管理(Bridge Resources Management, BRM)的框架内容，选取9个变量(见表1)。

表1 多重对应分析中使用的变量

由于能见度、驾驶台仪器使用、船员内部信息交流、情景意识和注意力等5个变量是导致不安全行为的先决条件，因此将其划分为不安全行为的前提条件；同理，将操作不当、监督违章和应急处置划分为不安全的监督，将安全管理体系划分为组织影响。

上述因子均影响人失误，对其相互作用模式进行定量化分析需引入数据挖掘技术。作为多元相依变量统计分析技术，对应分析对人失误的定量化分析有帮助。

2.1对应分析技术的基本原理

对应分析是在R型(研究对象是变量)和Q型(研究对象是样品)因子分析的基础上发展而来的一种多元统计分析方法，不仅是一种比较分析方法，更是一种图形化的处理分析方法，能将几组看起来没有任何联系的数据通过视觉上可以接受的图形展现出来。对应分析使用降维思想，分析原始数据结构，目的是以简洁、明了的方式揭示属性变量之间与属性变量各种状态之间的相互关系，最大的特点是能用一张二维图同时表示出两类属性变量的各种状态，进而直观地描述原始数据之间的关系。

对应分析根据属性变量的数量分为简单对应分析和多重对应分析两种，其中：简单对应分析可分析2个属性变量之间的关系；多重对应分析可分析一组属性变量之间的相关性，在PASW Statistics 18软件中通过最佳尺度来实现。最佳尺度提供了多重对应分析、分类主要成分和非线性典型相关性等3种方法，其中多重对应分析方法用于分析多个无序属性变量之间的关系，并用散点图表达出来。

2.2数据预处理

在统计分析实际问题时，若变量值的量纲不同、数量级相差很大，则需考虑样品之间的差异。为使之具有对等性，以便将R型因子分析和Q型因子分析建立起联系，需将原始数据阵X=(xij)变换成矩阵Z=(zij)，即将xij变换成zij之后，zij应能满足使变量和样品具有对等性，且能通过zij把R型因子分析和Q型因子分析的联系建立起来。具体数据矩阵Z按照式(1)的变换得到，即

(1)

2.3关联分析技术的实施程序

根据上述原理和方法，可得出以下对应分析的具体步骤。

3) 进行因子分析

(2)

随后在两两因子轴平面上作各样品点图。

(2)Q型因子分析：首先计算上述所求的m个特征根λ1,λ2,…,λm对应于矩阵B=ZZ′的单位特征向量Zu1V1,Zu2V2,…,ZumVm，从而得到Q型因子载荷阵为

(3)

随后在两两因子轴平面上作变量点图。

4) 根据因子平面上所呈现出的变量之间、样品之间以及变量与样品之间的相互关系，进行统计推断和分析。

3 算例

为研究人失误因素中各因素之间的相互关系，结合海上交通事故案例统计的数据，根据HFACS模型中的4层事故防御，运用多重对应分析技术进行算例应用，归纳整理出导致海上交通事故发生的原因。

3.1因子确立与数据获取

本算例调查了某港区的123件事故案例，运用HFACS模型中的因素归纳了9个适用于海上交通事故的因素(如表1)。若某例事故的发生与某一因素有关，则将该事故的这一因素标记为Y，无关的因素标记为N。

归纳的9个因素包括能见度(好、差)、驾驶台仪器使用(好、差)、船员内部信息交流(好、差)、情景意识(好、差)、注意力(好、差)、操作不当(是、否)、监督违章(是、否)、应急处置(好、差)、安全管理体系(好、差)，123件事故案例的事故原因汇总见表2。

3.2多重对应分析图

对应分析的基本思想是将一个联列表的行和列中各元素的比例结构以点的形式在较低维的空间中表示出来。在海上交通事故原因分析的研究中，很多变量都是无序多分类变量。从结果的直观性和解释性方面讲，多重对应分析体现了其优势。运用统计学多重对应分析方法分析，将9个参与分析的变量的得分情况直观地表达在同一张图形上(即反映在二维坐标系下)，从而得到多重对应分析图(见图1)。

表2 事故原因汇总

图1 多重对应分析图

1) 在解释图形时应遵循以下原则：

(1) 落在由原点(0，0)出发接近相同方位和图形相同区域的同一变量的不同类别具有类似的性质；

(2) 落在由原点(0，0)出发接近相同方位和图形相同区域的不同变量的类别间可能有联系。

2) 辨别度量是变量量化后的值向量和观测得分维度向量的平方相关系数，反映的是维度得分与量化后变量值的相关性大小，由此可判断重点变量在与其相关性较大的维度上的特征，在该维度上的类别点一般会分得更开。

3.3人失误影响因子分析结论

通过分析可得出以下结论。

1) 能见度不良与情景意识差有较密切的关系(第二象限)；注意力差、船员内部信息交流不畅与监督违章有较密切的关系(第三象限)；应急处置不当与驾驶台仪器使用不当有一定的关系(第四象限)。

2) 船员操作不当处于“维度2=0”的位置，说明其与情景意识差、注意力不集中和船员内部信息交流不畅都有一定的关系；而SMS不当处于原点(0，0)位置，说明其与各海上交通事故原因都有一定的关联，这反映了组织管理在维护海上交通安全方面的重要地位。

表3 辨别度量

图2 辨别度量

3) 由表3和图2可知，SMS和监督违章与应急处置的相关性较大，而船员内部信息交流、情景意识、注意力、能见度和驾驶台仪器使用与船员操作不当有比较密切的关系。

4 对策及建议

尝试将HFACS模型应用于海上交通安全管理领域中，并在不同防御层次确定海上交通事故的原因，利用多重对应分析方法直观地描述各原因之间的关系，得出的结果符合事实情况。

由得出的结论可知：当能见度不良时，值班人员的情景意识容易变差，可通过提高注意力或增加值班人员等措施预防；当值班人员注意力变差或船员内部信息交流不畅时，需采取适当的监督手段进行克制；船员操作不当与情景意识差、注意力不集中及船员内部信息交流不畅有关，需采取措施提高值班人员的情景意识和注意力，增加内部的信息交流；安全管理体系与各因素都有关系，说明组织管理因素是影响海上交通安全的根本原因。

[1] Marine Accident Investigation Branch of UK. Collision Between Stern Trawer Beverley Ann II and Ro-Ro Cargo/Vehicle Carrier Cypress Pass[R]. 2000.

[2] 何旭洪，黄祥瑞. 工业系统中人的可靠性分析：原理、方法与应用[M]. 北京：清华大学出版社，2007:72-78.

[3] 席永涛,陈伟炯,夏少生,等. 基于APJE-SLIM的海运人因失误概率的确定[J]. 中国安全科学学报,2011,21(3):84-89.

[4] 王坚敏. 人机工程学理论在船舶事故研究中的应用[J]. 中国航海,1993(2):42-52.

[5] WIEGMANN D, FAABORG T, BOQUET A,etal. Human Error and General Aviation Accidents: A Comprehensive, Fine-Grained Analysis Using HFACS[R]. December 2005.

[6] DETWILER C, HOLCOMB K, HACKWORTH C，etal. Human Error and Commercial Aviation Accidents: An Analysis Using the Human Factor Analysis and Classification System[J]. Hunan Factor, 2007(4):227-242.

[7] SHAPPELL S, WIEGMANN D. A Methodology for Assessing Safety Programs Targeting Human Error in Aviation[J]. The International Journal of Aviation Psychology, 2009,19(3):252-269.

[8] Reason J. Human Error[M]. Cambridge: Cambridge University Press, 1990:134-145.

[9] 张文彤. SPSS 统计分析高级教程[M]. 北京: 高等教育出版社，2004: 290.

[10] 潘莉.多重对应分析技术在软件人才招聘信息中的应用[J]. 商场现代化, 2006(31): 279-280.

[11] 刘洁,陈海波.影响企业创新绩效因素的多重对应分析——基于江苏省创新调查数据[J]. 科技管理研究,2011(22):7-9.

[12] CHAUVIN C, LARDJANE S, MOREL G,etal. Human and Organizational Factors in Maritime Accidents: Analysis of Collisions at Sea Using the HFACS[J]. Accident Analysis and Prevention, 2013(59): 26-37.

QuantitativeReasoningofMaritimeTrafficAccidentsBasedonMultipleCorrelationAnalysis

ZHANGXinxin，XIYongtao，HUShenping
(Merchant Marine College, Shanghai Maritime University, Shanghai 201306, China)

The Human Factors Analysis and Classification System(HFACS) is adapted to maritime traffic accident analysis. The multiple correspondence analysis is performed to study the relations between various human factors. The analysis shows that visibility and situational awareness are closely related; attention, internal communication on board and supervision rule violation are fairly closely related; and emergency response and misuse of instruments are related in certain degree. Most factors related to marine accidents are in the scope of the marine Safety Management System(SMS), which suggests the importance of organizational management in traffic safety.

waterway transportation; multiple correspondence analysis; HFACS; maritime traffic accident

2015-04-20

上海高校青年教师培养资助计划(shhs2012011)

张欣欣(1986—)，男，江苏海门人，讲师,硕士,研究方向为海上交通安全与保障。E-mail：xxzhang@shmtu.edu.cn

1000-4653(2015)03-0065-05

U698.6

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