基于集对分析的内河船舶航行安全评估方法研究

刘维民 法国布雷斯特商学院

刘侠 安徽鸿勤航运公司

随着我国经济社会的快速发展和航运运输业的需求增长，船舶在海上航行中所面临的各种危险系数也日益突出。所以，需要通过安全评估以避免海上航行的某些危险，提高船舶的航行安全。船舶航行安全评估是安全航行的重要保障，因此相关学者进行了大量研究。其中，传统的基于混合遗传算法的船舶避碰路径规划方法通过数据分析进行数据处理，在规避路径确定后实现路径规划。传统的基于自适应重组遗传算法的动力定位船舶水动力参数辨识方法通过参数分析精准查询船舶航行轨迹，实现数据追踪。

但是，在以往的研究中，由于没有准确的数据追踪与性能匹配，导致评估效果较差。集中分析是一种确定性与不确定性的理论分析，通过对确定性和不确定性之间的关系进行了系统地分析，确定被分析的两个群体特征、关系、结构、状态、趋势。为此，本文基于集对分析的对内河船舶的安全性进行了评估。

1.内河船舶航行数据参数分析

在数据参数分析过程中，为了防止船舶发生不正常的状况，必须对船舶的航行状况进行适当的调整，以保证其处于安全的状态。利用监测区与监测区中心控制器的数学模型数据通过用以上的研究运算，对数据进行标准化评估，并使用不同的数据挖掘方法，对数据进行统计分析。通过对模型的数据进行简单、预处理，实现了数学模型的建立，利用数学模型对船舶的航路和泊位进行分析，将结果全部输入到性能分析空间，用于空间上的处理。过滤中心对无关的空间资料进行跟踪。该船舶的航迹已被录入到管理系统中，以便日后进行研究。在此基础上，采用轨道间的相互关系，对跟踪系统的性能进行了分析，并采用相关图对空间数据进行分析，最后完成了全部的性能研究。

该平台采用云资源进行船舶信息数据采集，并在无人驾驶的船上安装监测系统，对整个航行过程进行实时监测，并对各个航段的航迹进行采集。普通的档案和行为资料可以保存，而虚拟资料则要进行拷贝与移植，检视及分析输入资料，储存及防止未经许可及限制的资料处理。通过对各种资料进行分析，能够形成包括声音、图像、表格等多种船舶信息的电子综合报表对有价值船舶进行归类，排除多余船舶，将有效资料储存于中心系统，并将其反馈至主要部门。在搜集证据前，应考虑人员、设备和工具的完整性，并在确定所有的资料都已准备妥当后，对所调查船舶进行详尽的分析，包括材料、航道、航速等。要对船舶作业环境进行全面的调查，收集表面风速、流速、水深等资料，整理、分类、汇总，以备不时之需。

2.内河船舶航行数据压缩

由于原始轨道资料中含有大量的轨道数据，利用线性内插技术可以得到的数据量较大，因而必须对其进行压缩。每两分钟船只的方位信息就会被发送到另一个地方，在两个点间进行D-P操作，假定两个点间有一条直线，其余的点与一条直线的距离，选取最大值，再进行比较。对数据进行压缩，并对有关资料进行挖掘，从而确定码头位置。锚地是指在锚地、港口等地方停留一段以上的时间。要想知道某一区域内船舶的数目，就必须决定其卸载地点，完成数据采集、噪声数据、临时系泊等数据的提取工作。

在进行数据压缩过程中，主要分为采集层、证据监管层、数据展示层。电子数据的关键技术之一就是数据的抽取与分类，传统的数据采集模式主要是通过记录和浏览记录来获取，而云环境则是通过对网络和手机的访问数据进行分析。对整个取证流程进行监督，对每个步骤进行细致的记录，并制作安全文件，保证资料的准确性。船舶的操作受到各种因素的影响，其数据具有很大的波动，如果没有对各个环节进行监测，则难以精确地分析每个数据所对应的采集环境。

对云计算模式进行归类和管理。将文件、软件、数据库等相关的信息整合到虚拟机中进行分析，将这些资料整理出来，交给工作人员。将双曲型定位信标的发射模块放置在一对定位设备上，再用两对双曲线定位器进行定位，并将三个平面组合成一个整体，从而实现对目标的精确定位。

3.基于集对分析的内河船舶航行安全评估

通过集对分析进行数据安全评估，将数据参数集对在不同的2个集合中，分析数据的确定性以及不确定性，根据分析结果确定集合特性、关系、结构和状态，对数据进行特性分析，将分析结果标记，实现数据记录。将所有的集合元素组成空间结构，同时记录不同的元素性质、粒度、个数和分布方式，建立特征函数，实现数据状态分析，得到安全运行趋势。将集合中各自的特性抽取出来，通过对比分析数据特性，得到数据的特性数值，进行计数，实现参数分析，在此基础上进行数据运算和数据分析，得到信息集合的各种关系，建立分析元素，将等价关系、对应关系等信息表现出来，通常这种信息关系为确定关系，随机关系、模糊关系、非线性关系等为不确定关系。

根据集对分析完成航行安全评估。在评估过程中，需要强化船舶的安全管理，严格审核停运船舶的靠泊要求，检查船舶设备，确认公司是否可以安排其他人员上船，了解公司对船舶的特别管理。对已停船的状况进行记录，如果需要，在大修之前进行安全检查，以保证船只的安全。加强对吊船的锚泊管理。通过及时分析对违反船舶的种类、吃水、吨位、装载货物等进行严格的管理，并建立长期的停运纪录，在锚地附近加强巡逻。海事管理部门要制订周密的航海方案，严格执行航行方案，定期检查被困船只的锚地，及时发现并改正违规的系泊和排放，以防止出现意外和危险，维护港口的正常秩序。船舶所有人要加强船舶停泊的管理，强化与船东的沟通与协调，落实公司的安全生产主体责任，督促船东加强码头的安全管理，并在评审过程中对公司及船舶的安全管理制度提出特别的要求，强化水上交通安全意识。

通过集对分析方法加强对台风、大雾等气象活动的监测，及时发布灾害预警和安全预警，主动做好各项服务、保障，并督促停航船舶采取相应的安全措施，对报废船舶进行严格的检查，特别是对船舶最低停靠值进行了专项检查，对停泊船员进行了严格的检验，并重点检查了当班人员应对突发事件的能力，以及船舶的主要安全及防污设备的运用。未满足值班人员最低限度要求的船舶将被严惩。要加大宣传力度，增强安全意识。加大对船东、船员的安全教育，提高对船舶安全的认识，为船舶公司提供高质量的服务。

在特定的水域内，可以将船舶的锚地集中起来，便于管理，这样不仅不会对船只的正常停泊和操作造成一定的影响，也能够极大地增强了运行安全。综合的海洋紧急情况规划，应急司应急处将应急预案纳入现有的应急预案，制订主动、被动、事故停船的应急预案，综合考虑天气、海况、污染防治、安全航行等因素，整合各类基础应急信息。建立船舶停泊事故应急管理网络，健全停泊事故应急联动机制，明确各部门的责任。关于被动靠泊船舶的管理，应加强对停泊船舶的检查，及时发现被动靠泊的船舶。在船舶处于被动停驶的情况下，应当立即通知船主，提出处理意见，并请船主进行合作。对于不配合海关处置被扣押的船舶，海事主管机关应及时处置，并承担相应的费用。在处理完毕后，可以要求船主进行赔偿。

4.实验论证分析

为了验证本文提出的基于集对分析的内河船舶航行安全评估方法研究的实际使用效果，选用聚类分析和数据挖掘与本文方法进行对比。选用的船舶类型为AQ1202T，船舶运行过程的材质为钢铁材质，航行速度为2.0km/h，工作时间为10小时，通过Java语言进行程序编写。得到的评估时间实验结果如图1所示。

图1 评估时间实验结果

根据图1可知，当路径距离为1km时，基于集对分析的内河船舶航行安全评估方法的评估时间为1 min，基于数据挖掘的内河船舶航行安全评估方法的评估时间为18min，基于聚类分析的内河船舶航行安全评估方法的评估时间为42min；当路径距离为2k m时，基于集对分析的内河船舶航行安全评估方法的评估时间为4min，基于数据挖掘的内河船舶航行安全评估方法的评估时间为25min，基于聚类分析的内河船舶航行安全评估方法的评估时间为61min；当路径距离为3k m时，基于集对分析的内河船舶航行安全评估方法的评估时间为7min，基于数据挖掘的内河船舶航行安全评估方法的评估时间为30min，基于聚类分析的内河船舶航行安全评估方法的评估时间为72min；当路径距离为4k m时，基于集对分析的内河船舶航行安全评估方法的评估时间为15min，基于数据挖掘的内河船舶航行安全评估方法的评估时间为32min，基于聚类分析的内河船舶航行安全评估方法的评估时间为80min；当路径距离为5k m时，基于集对分析的内河船舶航行安全评估方法的评估时间为31min，基于数据挖掘的内河船舶航行安全评估方法的评估时间为35min，基于聚类分析的内河船舶航行安全评估方法的评估时间为82min；当路径距离为6km时，基于集对分析的内河船舶航行安全评估方法的评估时间为70min，基于数据挖掘的内河船舶航行安全评估方法的评估时间为36min，基于聚类分析的内河船舶航行安全评估方法的评估时间为88min。由此可知，基于聚类分析的内河船舶航行安全评估方法评估能力较差，随着评估距离的增加，评估时间越来越长，难以满足用户要求，基于数据挖掘的内河船舶航行安全评估方法在评估距离低于5km时，评估能力要低于本文设计的基于集对分析的内河船舶航行安全评估方法，因此当评估距离少于5km时，采用基于集对分析的内河船舶航行安全评估方法对安全性进行评估，当评估距离超过5km，采用基于数据挖掘的内河船舶航行安全评估方法进行评估。

5.结束语

本文在传统研究基础上，通过集对分析法研究了一种新的内河船舶航行安全评估方法，通过数据挖掘判断数据状态，实现数据信息研究，确定船舶的运行分析，实现监控，利用监控系统进行数据追踪，完成数据安全评估。通过实验验证本文提出的评估方法有效性，实验结果表明该方法具有很好地评估效果。本文的研究方法对于内河船舶安全运行有重要意义。