基于模糊Petri網(wǎng)的能見度不良條件下船舶開航安全評(píng)價(jià)體系構(gòu)建與實(shí)證研究一、引言1.1研究背景與意義隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的加速，海洋運(yùn)輸作為國(guó)際貿(mào)易的主要載體，其重要性日益凸顯。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球90%以上的貨物貿(mào)易通過(guò)海運(yùn)完成，船舶航行安全直接關(guān)系到國(guó)際貿(mào)易的順利進(jìn)行和全球經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展。然而，海上航行環(huán)境復(fù)雜多變，其中能見度不良是影響船舶航行安全的重要因素之一。能見度不良通常是指由于霧、霾、雨、雪、沙塵暴等天氣現(xiàn)象導(dǎo)致的視距降低，使船舶駕駛員難以清晰觀察周圍環(huán)境和其他船舶動(dòng)態(tài)。在這種情況下，船舶航行面臨諸多風(fēng)險(xiǎn)。一方面，視線受限使得船舶駕駛員無(wú)法在安全距離及時(shí)發(fā)現(xiàn)周圍的船舶和礙航物，難以迅速準(zhǔn)確地判斷其他船舶的動(dòng)態(tài)，從而難以采取正確的避讓措施，大大增加了船舶碰撞、觸礁、擱淺等海上交通事故的發(fā)生概率。據(jù)國(guó)際海事組織（IMO）統(tǒng)計(jì)，在各類海上交通事故中，因能見度不良引發(fā)的事故占比相當(dāng)高，給人員生命安全、財(cái)產(chǎn)造成巨大損失，還對(duì)海洋環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重污染。例如，[具體年份]發(fā)生在[具體海域]的兩船碰撞事故，就是由于當(dāng)時(shí)能見度極低，雙方船舶駕駛員未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)對(duì)方，導(dǎo)致避讓不及，造成了重大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。另一方面，在船舶靠離泊等精細(xì)化作業(yè)過(guò)程中，由于能見度降低，駕駛員難以利用目視方式及時(shí)發(fā)現(xiàn)附近的物標(biāo)和航標(biāo)，無(wú)法在一定距離上觀測(cè)到碼頭以及碼頭上的一些設(shè)施，這使得船舶觸碰碼頭或設(shè)施的風(fēng)險(xiǎn)大幅增加。此外，在通航密集的航道中，船舶數(shù)量眾多，同向和對(duì)向航行的船舶間距受限，若遇到小型漁船、游艇或者礙航漁網(wǎng)，以目前船舶配備的通信設(shè)備，可能無(wú)法建立有效的聯(lián)系，且這些物標(biāo)較小，雷達(dá)回波弱，難以通過(guò)船舶設(shè)備進(jìn)行有效辨別，進(jìn)一步增加了船舶發(fā)生碰撞的風(fēng)險(xiǎn)。船舶開航是航行的起始階段，開航安全與否直接關(guān)系到后續(xù)整個(gè)航行過(guò)程的安全。在能見度不良條件下，船舶開航的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步加劇，因此，對(duì)能見度不良條件下船舶開航安全進(jìn)行科學(xué)、準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)具有至關(guān)重要的意義。從保障船舶航行安全角度來(lái)看，通過(guò)對(duì)船舶開航安全進(jìn)行評(píng)價(jià)，能夠全面、系統(tǒng)地識(shí)別出影響船舶開航安全的各類因素，包括船舶自身狀況、船員操作水平、氣象海況以及通航環(huán)境等，從而為采取針對(duì)性的安全措施提供依據(jù)，有效降低船舶在開航階段發(fā)生事故的可能性，保障船舶和人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。從降低事故發(fā)生率方面而言，準(zhǔn)確的安全評(píng)價(jià)可以提前預(yù)警潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)，促使船舶管理部門和船員提前做好防范準(zhǔn)備，避免盲目開航，進(jìn)而減少因能見度不良導(dǎo)致的海上交通事故，維護(hù)海上交通秩序的穩(wěn)定。此外，對(duì)能見度不良條件下船舶開航安全的研究，有助于豐富和完善船舶航行安全理論體系，為航海技術(shù)的發(fā)展提供理論支持。同時(shí)，也能為海事管理部門制定相關(guān)政策法規(guī)、加強(qiáng)海上交通安全監(jiān)管提供科學(xué)依據(jù)，促進(jìn)海上交通運(yùn)輸行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1船舶開航安全評(píng)價(jià)研究在船舶開航安全評(píng)價(jià)領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開展了大量研究。早期研究主要側(cè)重于對(duì)船舶航行安全影響因素的定性分析，隨著研究的深入，逐漸向定量分析方向發(fā)展。國(guó)外方面，一些學(xué)者運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)矩陣法對(duì)船舶航行風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，通過(guò)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性和后果嚴(yán)重程度進(jìn)行量化，直觀地展示船舶航行過(guò)程中面臨的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。例如，[具體文獻(xiàn)]中，研究人員針對(duì)某一特定航線的船舶航行情況，采用風(fēng)險(xiǎn)矩陣法分析了不同天氣條件、船舶類型以及船員操作水平等因素對(duì)航行安全的影響，為船舶運(yùn)營(yíng)公司制定安全管理策略提供了參考。層次分析法（AHP）也被廣泛應(yīng)用于船舶開航安全評(píng)價(jià)中。該方法通過(guò)構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型，將復(fù)雜的安全評(píng)價(jià)問(wèn)題分解為多個(gè)層次和因素，通過(guò)兩兩比較的方式確定各因素的相對(duì)重要性權(quán)重，進(jìn)而綜合評(píng)估船舶開航安全性。如[具體文獻(xiàn)]運(yùn)用AHP方法，從船舶自身狀況、船員素質(zhì)、通航環(huán)境等多個(gè)方面構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)船舶開航安全性進(jìn)行了全面評(píng)估，為船舶開航?jīng)Q策提供了科學(xué)依據(jù)。國(guó)內(nèi)學(xué)者在船舶開航安全評(píng)價(jià)方面也取得了豐碩成果。一些研究結(jié)合模糊數(shù)學(xué)理論，提出模糊綜合評(píng)價(jià)方法，該方法能夠有效處理評(píng)價(jià)過(guò)程中的模糊性和不確定性因素。王鳳武等學(xué)者從安全系統(tǒng)工程角度出發(fā)，利用層次分析法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，再運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)的綜合評(píng)判方法，對(duì)惡劣天氣條件下船舶開航安全性進(jìn)行了評(píng)估，通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證了該方法能夠給出清晰的安全定量指標(biāo)，具有可行性。此外，還有學(xué)者運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析方法，通過(guò)分析各因素之間的關(guān)聯(lián)程度，找出影響船舶開航安全的關(guān)鍵因素。[具體文獻(xiàn)]運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析對(duì)船舶開航安全的多個(gè)影響因素進(jìn)行分析，明確了不同因素對(duì)開航安全的影響程度，為制定針對(duì)性的安全措施提供了依據(jù)。1.2.2模糊Petri網(wǎng)應(yīng)用研究模糊Petri網(wǎng)作為一種強(qiáng)大的建模工具，在多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在電力系統(tǒng)領(lǐng)域，模糊Petri網(wǎng)被用于故障診斷和可靠性分析。例如，[具體文獻(xiàn)]提出一種基于模糊Petri網(wǎng)的電力系統(tǒng)故障診斷模型，該模型能夠快速準(zhǔn)確地識(shí)別電力系統(tǒng)中的故障元件，提高了電力系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，模糊Petri網(wǎng)可用于生產(chǎn)流程建模與優(yōu)化。通過(guò)建立生產(chǎn)流程的模糊Petri網(wǎng)模型，能夠清晰地描述生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)以及它們之間的邏輯關(guān)系，進(jìn)而對(duì)生產(chǎn)流程進(jìn)行優(yōu)化，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。在船舶領(lǐng)域，模糊Petri網(wǎng)也逐漸得到應(yīng)用。有研究將模糊Petri網(wǎng)應(yīng)用于船舶電力系統(tǒng)可靠性評(píng)估，通過(guò)建立自適應(yīng)模糊Petri網(wǎng)模型，給出了模糊神經(jīng)Petri網(wǎng)定義及其適用于可靠性建模的引發(fā)規(guī)則，并提出一種學(xué)習(xí)算法，該算法既可以表示和處理模糊產(chǎn)生式規(guī)則的知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)，又具有學(xué)習(xí)能力，通過(guò)定性分析和定量計(jì)算，驗(yàn)證了該模型和算法在船舶電力系統(tǒng)可靠性評(píng)估中的有效性。1.2.3研究現(xiàn)狀總結(jié)與不足當(dāng)前，船舶開航安全評(píng)價(jià)研究在方法和應(yīng)用上取得了顯著進(jìn)展，但仍存在一些不足之處。一方面，現(xiàn)有的評(píng)價(jià)方法大多側(cè)重于單一因素或少數(shù)幾個(gè)因素的分析，缺乏對(duì)船舶開航安全影響因素的全面系統(tǒng)考慮。船舶開航安全受到多種因素的綜合影響，包括船舶自身的技術(shù)狀況、船員的操作水平和心理素質(zhì)、氣象海況以及通航環(huán)境等，這些因素之間相互關(guān)聯(lián)、相互影響，僅考慮單一因素或少數(shù)幾個(gè)因素難以準(zhǔn)確評(píng)估船舶開航安全性。另一方面，在處理評(píng)價(jià)過(guò)程中的不確定性和模糊性信息時(shí)，一些傳統(tǒng)方法存在局限性。例如，層次分析法在確定權(quán)重時(shí)，專家的主觀判斷可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)果的偏差；模糊綜合評(píng)價(jià)方法雖然能夠處理模糊信息，但在確定隸屬度函數(shù)時(shí)也存在一定的主觀性。而模糊Petri網(wǎng)雖然在處理不確定性和模糊性問(wèn)題上具有優(yōu)勢(shì)，但在船舶開航安全評(píng)價(jià)中的應(yīng)用還不夠深入和廣泛。目前，將模糊Petri網(wǎng)與船舶開航安全評(píng)價(jià)相結(jié)合的研究相對(duì)較少，尚未形成成熟的理論和方法體系。因此，如何將模糊Petri網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)充分應(yīng)用于能見度不良條件下船舶開航安全評(píng)價(jià)，建立更加科學(xué)、準(zhǔn)確、全面的評(píng)價(jià)模型，是亟待解決的問(wèn)題。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容本文將圍繞能見度不良條件下船舶開航安全評(píng)價(jià)展開深入研究，具體內(nèi)容如下：能見度不良條件下船舶開航安全影響因素分析：全面收集相關(guān)資料，包括船舶航行事故案例、氣象數(shù)據(jù)、船舶技術(shù)參數(shù)以及船員操作記錄等。運(yùn)用系統(tǒng)分析方法，從船舶自身狀況、船員因素、氣象海況、通航環(huán)境等多個(gè)方面，深入剖析影響船舶開航安全的因素。例如，船舶自身的導(dǎo)航設(shè)備精度、動(dòng)力系統(tǒng)可靠性；船員的航海經(jīng)驗(yàn)、應(yīng)急處理能力；氣象海況中的霧的濃度和持續(xù)時(shí)間、風(fēng)速和風(fēng)向；通航環(huán)境中的航道寬度、船舶密度等因素，明確各因素對(duì)船舶開航安全的影響方式和程度。基于模糊Petri網(wǎng)的船舶開航安全評(píng)價(jià)模型構(gòu)建：在充分分析影響因素的基礎(chǔ)上，構(gòu)建科學(xué)合理的船舶開航安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。運(yùn)用模糊Petri網(wǎng)理論，確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的模糊規(guī)則和推理算法。例如，對(duì)于“船員航海經(jīng)驗(yàn)”這一指標(biāo)，設(shè)定不同的經(jīng)驗(yàn)水平對(duì)應(yīng)的模糊值，以及與其他指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)規(guī)則。通過(guò)模糊推理，實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶開航安全狀態(tài)的定量評(píng)估，得出船舶開航安全的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。模型參數(shù)確定與驗(yàn)證：采用專家調(diào)查法、層次分析法等方法，確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。通過(guò)實(shí)際案例數(shù)據(jù)對(duì)構(gòu)建的模型進(jìn)行驗(yàn)證和修正。選取多個(gè)不同類型船舶在能見度不良條件下的開航案例，將實(shí)際情況與模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臏?zhǔn)確性和可靠性。根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果，對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，提高模型的精度。船舶開航安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警與對(duì)策研究：根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，建立船舶開航安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警機(jī)制。設(shè)定不同的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)閾值，當(dāng)評(píng)價(jià)結(jié)果達(dá)到相應(yīng)閾值時(shí)，及時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)。針對(duì)不同的風(fēng)險(xiǎn)因素，提出具體的安全對(duì)策和建議。例如，對(duì)于因氣象海況導(dǎo)致的高風(fēng)險(xiǎn)，建議船舶推遲開航或選擇合適的航線；對(duì)于船員因素導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)，加強(qiáng)船員培訓(xùn)和管理等，為船舶安全開航提供決策支持。1.3.2研究方法為確保研究的科學(xué)性和有效性，本文將綜合運(yùn)用多種研究方法：文獻(xiàn)研究法：廣泛查閱國(guó)內(nèi)外關(guān)于船舶航行安全、模糊Petri網(wǎng)應(yīng)用等方面的文獻(xiàn)資料，了解相關(guān)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，為本文的研究提供理論基礎(chǔ)和參考依據(jù)。梳理現(xiàn)有的船舶開航安全評(píng)價(jià)方法，分析其優(yōu)缺點(diǎn)，明確模糊Petri網(wǎng)在船舶開航安全評(píng)價(jià)中的應(yīng)用潛力和研究方向。案例分析法：收集和分析大量能見度不良條件下船舶開航的事故案例和成功案例，深入研究事故發(fā)生的原因和成功開航的經(jīng)驗(yàn)，從中總結(jié)出影響船舶開航安全的關(guān)鍵因素，為評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建和模型的驗(yàn)證提供實(shí)際案例支持。通過(guò)對(duì)具體案例的分析，直觀地了解船舶開航過(guò)程中存在的安全問(wèn)題，以及模糊Petri網(wǎng)模型在實(shí)際應(yīng)用中的可行性和有效性。模型構(gòu)建法：運(yùn)用模糊Petri網(wǎng)理論，結(jié)合船舶開航安全的特點(diǎn)，構(gòu)建能見度不良條件下船舶開航安全評(píng)價(jià)模型。確定模型的結(jié)構(gòu)、參數(shù)和推理規(guī)則，實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶開航安全狀態(tài)的量化評(píng)估。通過(guò)模型構(gòu)建，將復(fù)雜的船舶開航安全問(wèn)題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型，便于進(jìn)行分析和計(jì)算，提高評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。專家咨詢法：邀請(qǐng)航海領(lǐng)域的專家學(xué)者、船長(zhǎng)、海事管理人員等，就船舶開航安全影響因素、評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重等問(wèn)題進(jìn)行咨詢和討論。充分利用專家的豐富經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)，確保研究?jī)?nèi)容的合理性和可靠性。通過(guò)專家咨詢，獲取不同領(lǐng)域?qū)I(yè)人士的意見和建議，彌補(bǔ)研究過(guò)程中的不足，提高研究成果的實(shí)用性。二、相關(guān)理論基礎(chǔ)2.1能見度不良概述能見度不良是指由于霧、霾、雨、雪、風(fēng)暴、沙塵暴以及船只、陸地上產(chǎn)生的濃煙和灰塵等多種因素，導(dǎo)致能見度受限的現(xiàn)象。《國(guó)際海上避碰規(guī)則》以及《中華人民共和國(guó)內(nèi)河避碰規(guī)則》都針對(duì)能見度不良情況制定了詳細(xì)的行動(dòng)規(guī)范，要求航行中的船舶或者即將進(jìn)入此類區(qū)域的船舶按照規(guī)則發(fā)出特定的信號(hào)并采取必要的安全措施。當(dāng)遇到降雨、霧氣、霧霾、沙塵暴等氣象條件時(shí)，空氣透明度會(huì)顯著下降，進(jìn)而導(dǎo)致能見度降低。能見度不良的形成原因較為復(fù)雜，主要包括氣象因素和人為因素。氣象因素方面，濕度高、溫度低和風(fēng)速小的天氣條件容易形成霧和霾，降低能見度。例如在秋冬季節(jié)，冷暖空氣交匯頻繁，濕度較大，當(dāng)夜間地面輻射冷卻強(qiáng)烈時(shí)，水汽容易凝結(jié)成小水滴或冰晶，形成霧，導(dǎo)致能見度降低。在一些工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)，大量的工業(yè)廢氣排放，其中包含的煙塵、硫酸鹽、氮氧化物等污染物，在特定氣象條件下會(huì)聚集并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成霾，嚴(yán)重影響能見度。人為因素也是導(dǎo)致能見度不良的重要原因之一。隨著工業(yè)化進(jìn)程的加速，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中排放的大量廢氣、煙塵等污染物進(jìn)入大氣，成為影響能見度的重要因素。例如，一些鋼鐵廠、化工廠等在生產(chǎn)過(guò)程中，未對(duì)廢氣進(jìn)行有效處理就直接排放，其中的顆粒物和氣態(tài)污染物會(huì)散射和吸收光線，降低光線的透射率，從而影響能見度。城市交通的快速發(fā)展，汽車尾氣排放量大幅增加。汽車尾氣中含有大量的一氧化碳、碳?xì)浠衔?、氮氧化物等污染物，這些污染物在大氣中積聚，不僅會(huì)加劇空氣污染，還會(huì)作為凝結(jié)核促進(jìn)水汽的凝結(jié)，形成霧或霾，進(jìn)一步降低能見度。在港口等船舶密集區(qū)域，船舶排放的廢氣以及裝卸貨物時(shí)產(chǎn)生的揚(yáng)塵，也會(huì)對(duì)局部區(qū)域的能見度產(chǎn)生影響。能見度不良對(duì)船舶航行安全產(chǎn)生諸多負(fù)面影響，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：航行判斷難：在能見度不良的情況下，船舶駕駛員的視線受限，無(wú)法在安全距離及時(shí)發(fā)現(xiàn)周圍的船舶和礙航物，難以迅速準(zhǔn)確地判斷其他船舶的動(dòng)態(tài)。例如，在濃霧天氣中，船舶之間的可視距離可能縮短至幾十米甚至更低，駕駛員難以通過(guò)肉眼觀察來(lái)判斷他船的航向、航速和相對(duì)位置，這使得采取正確的避讓措施變得極為困難，大大增加了船舶碰撞、觸礁、擱淺等海上交通事故的發(fā)生概率。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，在因能見度不良引發(fā)的船舶碰撞事故中，由于駕駛員無(wú)法及時(shí)準(zhǔn)確判斷他船動(dòng)態(tài)而導(dǎo)致的事故占比較高。船舶靠離泊操作難：船舶靠離泊是一項(xiàng)需要高度精準(zhǔn)操作的任務(wù)，駕駛員需要依靠目視觀察來(lái)確定碼頭位置、周圍環(huán)境以及船舶與碼頭之間的距離和角度等信息。然而，當(dāng)能見度降低時(shí)，駕駛員難以利用目視方式及時(shí)發(fā)現(xiàn)附近的物標(biāo)和航標(biāo)，在船舶靠離碼頭等精細(xì)化作業(yè)過(guò)程中，無(wú)法在一定距離上觀測(cè)到碼頭以及碼頭上的一些設(shè)施，這使得船舶觸碰碼頭或設(shè)施的風(fēng)險(xiǎn)大幅增加。例如，在雨霧天氣中，船舶靠泊時(shí)駕駛員可能無(wú)法清晰看到碼頭邊緣和系泊設(shè)備，容易導(dǎo)致船舶與碼頭發(fā)生碰撞，造成船舶和碼頭設(shè)施的損壞。船舶海上避讓難：在通航密集的航道中，船舶數(shù)量眾多，同向和對(duì)向航行的船舶間距受限。若遇到小型漁船、游艇或者礙航漁網(wǎng)，以目前船舶配備的通信設(shè)備，可能無(wú)法建立有效的聯(lián)系，且這些物標(biāo)較小，雷達(dá)回波弱，難以通過(guò)船舶設(shè)備進(jìn)行有效辨別。在能見度不良的條件下，這種情況進(jìn)一步加劇了船舶發(fā)生碰撞的風(fēng)險(xiǎn)。例如，在一些狹窄的海峽或河口區(qū)域，船舶交通流量大，當(dāng)能見度不良時(shí)，大型船舶可能無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)小型漁船，而小型漁船由于自身機(jī)動(dòng)性較強(qiáng)，在避讓大型船舶時(shí)也存在困難，從而容易引發(fā)碰撞事故。2.2模糊Petri網(wǎng)理論模糊Petri網(wǎng)（FuzzyPetriNet，F(xiàn)PN）是在傳統(tǒng)Petri網(wǎng)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，它融合了模糊數(shù)學(xué)理論，能夠更有效地處理不確定性知識(shí)和模糊信息。傳統(tǒng)Petri網(wǎng)主要用于描述離散事件系統(tǒng)中的并發(fā)、異步和同步等現(xiàn)象，由庫(kù)所（Place）、變遷（Transition）、有向?。–onnection）和令牌（Token）等基本元素組成。庫(kù)所通常用圓形節(jié)點(diǎn)表示，用于存儲(chǔ)信息或資源；變遷用方形節(jié)點(diǎn)表示，代表事件的發(fā)生或狀態(tài)的變化；有向弧則用于連接庫(kù)所和變遷，指示信息或資源的流動(dòng)方向；令牌是庫(kù)所中的動(dòng)態(tài)對(duì)象，可以從一個(gè)庫(kù)所移動(dòng)到另一個(gè)庫(kù)所，其數(shù)量和分布狀態(tài)反映了系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。在傳統(tǒng)Petri網(wǎng)的基礎(chǔ)上，模糊Petri網(wǎng)引入了模糊概念，使其能夠處理具有模糊性和不確定性的知識(shí)。模糊Petri網(wǎng)中的庫(kù)所和變遷都具有模糊屬性，庫(kù)所中的令牌不再是簡(jiǎn)單的存在或不存在，而是具有一定的隸屬度，表示該令牌屬于某個(gè)模糊集合的程度。變遷的觸發(fā)也不再是確定性的，而是根據(jù)輸入庫(kù)所中令牌的隸屬度以及變遷的閾值來(lái)確定觸發(fā)的可能性。模糊Petri網(wǎng)的組成元素包括：庫(kù)所：除了具備傳統(tǒng)Petri網(wǎng)庫(kù)所存儲(chǔ)信息的功能外，還具有模糊標(biāo)識(shí)，表示庫(kù)所中所包含元素屬于某個(gè)模糊集合的程度，通常用P=\{p_1,p_2,\cdots,p_n\}表示，其中p_i代表第i個(gè)庫(kù)所。例如，在船舶開航安全評(píng)價(jià)中，“船舶設(shè)備狀態(tài)”這個(gè)庫(kù)所，可以用模糊值來(lái)表示設(shè)備處于良好、一般、較差等不同狀態(tài)的程度。變遷：用于表示事件的發(fā)生或狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，同樣具有模糊性。變遷的觸發(fā)依賴于輸入庫(kù)所的模糊標(biāo)識(shí)以及變遷本身的閾值條件。用T=\{t_1,t_2,\cdots,t_m\}表示，t_j表示第j個(gè)變遷。比如，“船員操作失誤”這個(gè)變遷，其觸發(fā)可能受到“船員疲勞程度”“船員技能水平”等多個(gè)輸入庫(kù)所模糊值的影響。有向?。哼B接庫(kù)所和變遷，用于傳遞模糊信息，指示模糊信息的流動(dòng)方向。從庫(kù)所p_i到變遷t_j的有向弧表示p_i是t_j的輸入，從變遷t_j到庫(kù)所p_k的有向弧表示p_k是t_j的輸出。模糊規(guī)則：模糊Petri網(wǎng)通過(guò)模糊規(guī)則來(lái)描述庫(kù)所和變遷之間的邏輯關(guān)系。模糊規(guī)則通常表示為“如果庫(kù)所p_{i1},p_{i2},\cdots,p_{in}滿足一定條件，那么變遷t_j觸發(fā)，從而導(dǎo)致庫(kù)所p_{k1},p_{k2},\cdots,p_{km}的狀態(tài)發(fā)生變化”。例如，在船舶開航安全評(píng)價(jià)中，可能存在這樣的模糊規(guī)則：如果“氣象海況惡劣”且“船舶設(shè)備狀態(tài)不佳”，那么“船舶開航風(fēng)險(xiǎn)增加”這個(gè)變遷觸發(fā)，進(jìn)而使得表示“船舶開航安全狀態(tài)”的庫(kù)所的模糊值發(fā)生改變。在處理不確定性知識(shí)方面，模糊Petri網(wǎng)具有顯著優(yōu)勢(shì)。在實(shí)際的船舶開航安全評(píng)價(jià)中，很多影響因素都具有不確定性和模糊性。例如，對(duì)于“船員經(jīng)驗(yàn)豐富”“通航環(huán)境復(fù)雜”等描述，很難用精確的數(shù)值來(lái)界定，而模糊Petri網(wǎng)可以通過(guò)模糊集合和隸屬度函數(shù)來(lái)合理地表示這些模糊概念。通過(guò)對(duì)輸入庫(kù)所的模糊標(biāo)識(shí)進(jìn)行模糊推理，能夠得出更符合實(shí)際情況的評(píng)價(jià)結(jié)果，有效避免了傳統(tǒng)方法在處理不確定性信息時(shí)的局限性，使評(píng)價(jià)過(guò)程更加科學(xué)、準(zhǔn)確。2.3動(dòng)態(tài)賦權(quán)法動(dòng)態(tài)賦權(quán)法是一種能夠根據(jù)不同因素的變化動(dòng)態(tài)調(diào)整權(quán)重的方法，相較于傳統(tǒng)的固定權(quán)重方法，它能更好地適應(yīng)復(fù)雜多變的評(píng)價(jià)環(huán)境，使評(píng)價(jià)結(jié)果更具科學(xué)性和準(zhǔn)確性。在船舶開航安全評(píng)價(jià)中，由于影響船舶開航安全的因素眾多且復(fù)雜，不同因素在不同情況下對(duì)船舶開航安全的影響程度存在差異，因此動(dòng)態(tài)賦權(quán)法具有重要的應(yīng)用價(jià)值。動(dòng)態(tài)賦權(quán)法的原理基于對(duì)評(píng)價(jià)因素的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和分析。在船舶開航安全評(píng)價(jià)中，需要實(shí)時(shí)收集船舶自身狀況、船員因素、氣象海況、通航環(huán)境等多方面的信息。例如，對(duì)于船舶自身狀況，要關(guān)注船舶的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)、導(dǎo)航設(shè)備、通信設(shè)備等是否正常；船員因素方面，要考慮船員的疲勞程度、技能水平以及工作經(jīng)驗(yàn)等；氣象海況因素涉及能見度、風(fēng)速、海浪、潮汐等氣象條件和海況信息；通航環(huán)境因素則涵蓋航道的交通流量、其他船舶的分布以及障礙物的存在情況等。通過(guò)對(duì)這些信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，動(dòng)態(tài)賦權(quán)法能夠根據(jù)不同因素的重要性變化及時(shí)調(diào)整其權(quán)重。在能見度不良的情況下，氣象海況因素對(duì)船舶開航安全的影響顯著增加，此時(shí)動(dòng)態(tài)賦權(quán)法會(huì)相應(yīng)提高氣象海況因素的權(quán)重；而當(dāng)船舶自身設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，船舶自身狀況因素的權(quán)重則會(huì)加大。動(dòng)態(tài)賦權(quán)法的計(jì)算方法有多種，其中一種常見的方法是基于熵權(quán)法和層次分析法（AHP）的結(jié)合。熵權(quán)法是一種客觀賦權(quán)法，它根據(jù)指標(biāo)數(shù)據(jù)的變異程度來(lái)確定權(quán)重。數(shù)據(jù)變異程度越大，熵值越小，該指標(biāo)提供的信息量越大，其權(quán)重也就越大；反之，數(shù)據(jù)變異程度越小，熵值越大，指標(biāo)權(quán)重越小。在船舶開航安全評(píng)價(jià)中，以船舶設(shè)備故障率為例，若某類設(shè)備的故障率在不同時(shí)間段波動(dòng)較大，說(shuō)明該設(shè)備對(duì)船舶開航安全的影響不穩(wěn)定，其熵值較小，權(quán)重較大；而如果某類設(shè)備故障率一直很低且穩(wěn)定，其熵值較大，權(quán)重則較小。層次分析法是一種主觀賦權(quán)法，它通過(guò)構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型，將復(fù)雜問(wèn)題分解為多個(gè)層次和因素，通過(guò)兩兩比較的方式確定各因素的相對(duì)重要性權(quán)重。在船舶開航安全評(píng)價(jià)中，構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型，將船舶開航安全作為目標(biāo)層，船舶自身狀況、船員因素、氣象海況、通航環(huán)境等作為準(zhǔn)則層，每個(gè)準(zhǔn)則層下再細(xì)分具體的指標(biāo)層，如船舶自身狀況下的設(shè)備狀態(tài)、船體結(jié)構(gòu)等指標(biāo)。通過(guò)專家打分等方式，對(duì)各層次因素進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)建判斷矩陣，進(jìn)而計(jì)算出各因素的權(quán)重。將熵權(quán)法和層次分析法相結(jié)合，能夠充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢(shì)，既考慮了數(shù)據(jù)的客觀信息，又融入了專家的主觀經(jīng)驗(yàn)。具體計(jì)算步驟如下：首先，利用熵權(quán)法計(jì)算出各指標(biāo)的客觀權(quán)重；然后，運(yùn)用層次分析法計(jì)算出各指標(biāo)的主觀權(quán)重；最后，根據(jù)實(shí)際情況確定一個(gè)組合系數(shù)，將客觀權(quán)重和主觀權(quán)重進(jìn)行線性組合，得到最終的動(dòng)態(tài)權(quán)重。例如，當(dāng)對(duì)船舶開航安全評(píng)價(jià)的客觀性要求較高時(shí)，可適當(dāng)提高熵權(quán)法確定的客觀權(quán)重的組合系數(shù)；當(dāng)更注重專家經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)判斷時(shí)，則可加大層次分析法確定的主觀權(quán)重的組合系數(shù)。在船舶開航安全評(píng)價(jià)中，動(dòng)態(tài)調(diào)整權(quán)重具有重要作用。不同的氣象海況條件下，各影響因素的重要性會(huì)發(fā)生變化。在能見度良好、海況平穩(wěn)時(shí)，船舶自身狀況和船員因素可能是影響開航安全的主要因素；而在能見度不良、風(fēng)浪較大的惡劣氣象海況下，氣象海況因素對(duì)開航安全的影響將更為關(guān)鍵，此時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整權(quán)重，提高氣象海況因素的權(quán)重，能夠更準(zhǔn)確地反映船舶開航的安全狀態(tài)。在不同的通航環(huán)境中，如在寬闊的大洋航道和狹窄的內(nèi)河航道，各因素的影響程度也有所不同。在狹窄的內(nèi)河航道，通航環(huán)境復(fù)雜，航道寬度受限，船舶密度較大，此時(shí)通航環(huán)境因素的權(quán)重應(yīng)相應(yīng)提高，以突出其對(duì)船舶開航安全的重要影響。通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整權(quán)重，能夠使評(píng)價(jià)結(jié)果更貼合實(shí)際情況，為船舶開航安全決策提供更可靠的依據(jù)。2.4云模型法云模型是一種將定性概念與定量數(shù)值之間相互轉(zhuǎn)換的有效工具，由李德毅院士于1995年提出，它在處理不確定性和模糊性問(wèn)題方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，能夠很好地反映人類思維的模糊性和隨機(jī)性特點(diǎn)。在船舶開航安全評(píng)價(jià)中，許多影響因素的描述具有模糊性和不確定性，如云模型的引入為解決這些問(wèn)題提供了新的思路。云模型通過(guò)期望（Ex）、熵（En）和超熵（He）這三個(gè)數(shù)字特征來(lái)全面描述一個(gè)定性概念的不確定性。期望Ex是云滴在論域空間的中心值，它反映了該定性概念的最典型樣本點(diǎn)，代表了這個(gè)定性概念的云滴群的重心位置，是對(duì)定性概念的一種確定性度量。例如，在描述船舶設(shè)備的“可靠性”時(shí)，如果“可靠性高”這個(gè)定性概念對(duì)應(yīng)的云模型期望為0.8，就表示在論域中，0.8這個(gè)數(shù)值是最能代表“可靠性高”的典型值。熵En表示定性概念的不確定性度量，它體現(xiàn)了定性概念的模糊程度和隨機(jī)性。熵越大，說(shuō)明概念的模糊性越強(qiáng)，對(duì)應(yīng)的數(shù)值范圍越寬，確定性越低；反之，熵越小，概念越清晰，確定性越高。對(duì)于“船舶設(shè)備可靠性高”這一概念，若熵為0.1，意味著該概念的模糊程度相對(duì)較低，圍繞期望0.8的取值范圍較窄，即設(shè)備可靠性在一個(gè)相對(duì)較確定的范圍內(nèi)被認(rèn)為是高的；若熵增大到0.3，則表示“可靠性高”的概念更加模糊，設(shè)備可靠性的取值范圍更廣，確定性降低。超熵He是熵的不確定性度量，即熵的熵，它反映了云滴的離散程度。超熵越大，云滴的離散度越大，云的厚度越厚，不確定性也就越大；反之，超熵越小，云滴越集中，不確定性越小。例如，在同樣是“船舶設(shè)備可靠性高”的情況下，超熵為0.05時(shí)，云滴相對(duì)集中，說(shuō)明對(duì)于“可靠性高”的判斷相對(duì)穩(wěn)定；而當(dāng)超熵增大到0.1時(shí)，云滴更加離散，對(duì)“可靠性高”的判斷就存在更大的不確定性，不同的評(píng)估者可能會(huì)有更廣泛的理解和判斷。利用云模型將定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評(píng)價(jià)主要通過(guò)正向云發(fā)生器和逆向云發(fā)生器來(lái)實(shí)現(xiàn)。正向云發(fā)生器是從定性概念到定量表示的轉(zhuǎn)換過(guò)程，它根據(jù)給定的期望Ex、熵En和超熵He，生成滿足特定分布的云滴，這些云滴在論域空間中的分布就代表了該定性概念的不確定性。例如，對(duì)于“船員經(jīng)驗(yàn)豐富”這個(gè)定性概念，通過(guò)正向云發(fā)生器，根據(jù)事先確定的期望、熵和超熵，生成一系列云滴，每個(gè)云滴都對(duì)應(yīng)一個(gè)具體的數(shù)值，這些數(shù)值就是“船員經(jīng)驗(yàn)豐富”在定量上的體現(xiàn)，它們圍繞期望分布，且離散程度由熵和超熵決定。逆向云發(fā)生器則是從定量數(shù)據(jù)到定性概念的轉(zhuǎn)換過(guò)程，它通過(guò)對(duì)一組云滴數(shù)據(jù)的分析，計(jì)算出這組數(shù)據(jù)所代表的定性概念的期望Ex、熵En和超熵He，從而實(shí)現(xiàn)從具體數(shù)據(jù)到定性概念的抽象。在船舶開航安全評(píng)價(jià)中，收集了大量關(guān)于船員操作熟練度的數(shù)據(jù)，利用逆向云發(fā)生器對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，就可以得到“船員操作熟練度高”這個(gè)定性概念對(duì)應(yīng)的期望、熵和超熵，進(jìn)而對(duì)船員操作熟練度進(jìn)行定性評(píng)價(jià)。在船舶開航安全評(píng)價(jià)中，云模型可以應(yīng)用于多個(gè)方面。對(duì)于評(píng)價(jià)指標(biāo)的模糊性處理，將諸如“通航環(huán)境復(fù)雜”“氣象海況惡劣”等定性描述的評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過(guò)云模型轉(zhuǎn)化為定量的數(shù)值表示，便于后續(xù)的計(jì)算和分析。在綜合評(píng)價(jià)過(guò)程中，將各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的云模型結(jié)果進(jìn)行融合，考慮到不同指標(biāo)的權(quán)重以及它們之間的相互關(guān)系，最終得到船舶開航安全狀態(tài)的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，該結(jié)果能夠更準(zhǔn)確地反映船舶開航安全的實(shí)際情況，為船舶開航?jīng)Q策提供有力支持。三、能見度不良條件下船舶開航安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建3.1評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建原則構(gòu)建能見度不良條件下船舶開航安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系時(shí)，需遵循一系列科學(xué)合理的原則，以確保評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性、可靠性和有效性。科學(xué)性原則：評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取應(yīng)基于科學(xué)的理論和方法，充分考慮船舶開航安全的實(shí)際情況和影響因素。指標(biāo)的定義和內(nèi)涵應(yīng)明確清晰，避免模糊和歧義，確保能夠準(zhǔn)確反映船舶開航安全的本質(zhì)特征。例如，在選擇船舶設(shè)備相關(guān)指標(biāo)時(shí)，應(yīng)選取那些對(duì)船舶航行性能和安全具有關(guān)鍵影響的設(shè)備參數(shù)，如導(dǎo)航設(shè)備的精度、動(dòng)力系統(tǒng)的可靠性等，這些指標(biāo)的選取有明確的科學(xué)依據(jù)，能夠客觀地衡量船舶設(shè)備對(duì)開航安全的保障程度。系統(tǒng)性原則：船舶開航安全是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，受到多種因素的綜合影響。因此，評(píng)價(jià)指標(biāo)體系應(yīng)具有系統(tǒng)性，全面涵蓋船舶自身狀況、船員因素、氣象海況、通航環(huán)境等各個(gè)方面，且各指標(biāo)之間應(yīng)相互關(guān)聯(lián)、相互協(xié)調(diào)，形成一個(gè)有機(jī)的整體。從船舶自身狀況來(lái)看，不僅要考慮船體結(jié)構(gòu)的完整性，還要關(guān)注船舶設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；船員因素方面，要綜合考慮船員的技能水平、心理素質(zhì)以及工作經(jīng)驗(yàn)等；氣象海況因素需涵蓋能見度、風(fēng)速、海浪等多個(gè)氣象要素；通航環(huán)境因素則要包括航道條件、船舶密度等。通過(guò)全面系統(tǒng)地考慮這些因素，能夠更準(zhǔn)確地評(píng)估船舶開航的安全性?？刹僮餍栽瓌t：評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)具有可操作性，即指標(biāo)的數(shù)據(jù)易于獲取和測(cè)量，評(píng)價(jià)方法應(yīng)簡(jiǎn)單易行。在實(shí)際應(yīng)用中，能夠通過(guò)現(xiàn)有的技術(shù)手段和數(shù)據(jù)來(lái)源，快速、準(zhǔn)確地獲取指標(biāo)所需的數(shù)據(jù)。例如，對(duì)于船舶設(shè)備狀態(tài)的評(píng)估，可以通過(guò)船舶的日常維護(hù)記錄、設(shè)備檢測(cè)報(bào)告等獲取相關(guān)數(shù)據(jù)；對(duì)于氣象海況信息，可以通過(guò)氣象預(yù)報(bào)網(wǎng)站、船舶氣象儀等渠道獲取。同時(shí)，評(píng)價(jià)方法應(yīng)避免過(guò)于復(fù)雜的計(jì)算和操作，以便于船舶管理人員和海事監(jiān)管部門能夠快速應(yīng)用和理解評(píng)價(jià)結(jié)果。動(dòng)態(tài)性原則：船舶開航安全的影響因素是動(dòng)態(tài)變化的，隨著時(shí)間、空間以及船舶運(yùn)行狀態(tài)的改變而發(fā)生變化。因此，評(píng)價(jià)指標(biāo)體系應(yīng)具有動(dòng)態(tài)性，能夠及時(shí)反映這些變化。在不同的季節(jié)和海域，氣象海況會(huì)有很大差異，評(píng)價(jià)指標(biāo)體系應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，突出不同時(shí)期和區(qū)域的關(guān)鍵影響因素。當(dāng)船舶在航行過(guò)程中遇到突發(fā)情況，如設(shè)備故障、惡劣天氣變化等，評(píng)價(jià)指標(biāo)體系也應(yīng)能夠迅速做出響應(yīng)，重新評(píng)估船舶開航安全狀態(tài)，為船舶決策提供及時(shí)準(zhǔn)確的依據(jù)。獨(dú)立性原則：各評(píng)價(jià)指標(biāo)之間應(yīng)具有相對(duì)獨(dú)立性，避免指標(biāo)之間存在過(guò)多的重疊和相關(guān)性。每個(gè)指標(biāo)應(yīng)能夠獨(dú)立地反映船舶開航安全的某一個(gè)方面，減少信息的重復(fù)和冗余。例如，“船舶設(shè)備狀態(tài)”和“船員操作技能”是兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的指標(biāo)，分別從設(shè)備和人員角度反映船舶開航安全，它們之間不存在直接的因果關(guān)系或重復(fù)內(nèi)容。如果指標(biāo)之間相關(guān)性過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果的偏差，影響評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性。通過(guò)遵循獨(dú)立性原則，可以使評(píng)價(jià)指標(biāo)體系更加簡(jiǎn)潔明了，提高評(píng)價(jià)效率和精度。3.2評(píng)價(jià)指標(biāo)分析及初選船舶開航安全是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)問(wèn)題，受到多種因素的綜合影響。在能見度不良條件下，這些因素的影響更為顯著，且相互關(guān)聯(lián)、相互作用。為了全面、準(zhǔn)確地構(gòu)建船舶開航安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，本研究從人員、船舶、環(huán)境、岸基保障四個(gè)關(guān)鍵方面對(duì)影響船舶開航安全的因素進(jìn)行深入分析，并初步篩選出一系列評(píng)價(jià)指標(biāo)。在人員方面，船員作為船舶航行的直接執(zhí)行者，其素質(zhì)和狀態(tài)對(duì)船舶開航安全起著至關(guān)重要的作用。船員的航海經(jīng)驗(yàn)是影響船舶開航安全的關(guān)鍵因素之一。經(jīng)驗(yàn)豐富的船員在面對(duì)復(fù)雜多變的海上環(huán)境和突發(fā)狀況時(shí)，能夠憑借其豐富的知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，迅速做出準(zhǔn)確的判斷，并采取有效的應(yīng)對(duì)措施。在能見度不良的情況下，經(jīng)驗(yàn)豐富的船員更能熟練運(yùn)用各種導(dǎo)航設(shè)備和助航儀器，準(zhǔn)確判斷船舶的位置和周圍環(huán)境，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的危險(xiǎn)并進(jìn)行避讓。例如，在遇到濃霧天氣時(shí)，他們能夠根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，合理調(diào)整船舶的航速和航向，避免與其他船舶或障礙物發(fā)生碰撞。船員的應(yīng)急處理能力也不容忽視。海上航行過(guò)程中，隨時(shí)可能發(fā)生各種突發(fā)事故，如火災(zāi)、碰撞、擱淺等。具備良好應(yīng)急處理能力的船員能夠在事故發(fā)生時(shí)保持冷靜，迅速啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，組織有效的救援行動(dòng)，最大限度地減少事故造成的損失。在船舶發(fā)生火災(zāi)時(shí)，船員需要熟練掌握滅火設(shè)備的使用方法，迅速組織滅火行動(dòng)，并及時(shí)疏散乘客和船員。船員的疲勞程度對(duì)船舶開航安全也有較大影響。長(zhǎng)時(shí)間的工作或不規(guī)律的作息容易導(dǎo)致船員疲勞，使他們的反應(yīng)速度變慢、注意力不集中，從而增加操作失誤的風(fēng)險(xiǎn)。因此，合理安排船員的工作時(shí)間和休息制度，確保船員在開航前保持良好的精神狀態(tài)，對(duì)于保障船舶開航安全至關(guān)重要。船舶自身的狀況是影響開航安全的基礎(chǔ)因素。船舶設(shè)備狀況直接關(guān)系到船舶的航行性能和安全可靠性。導(dǎo)航設(shè)備是船舶在海上航行的重要工具，其精度和可靠性對(duì)船舶的定位和導(dǎo)航起著關(guān)鍵作用。在能見度不良的情況下，高精度的導(dǎo)航設(shè)備能夠?yàn)榇瑔T提供準(zhǔn)確的船舶位置信息，幫助他們制定合理的航行計(jì)劃，避免迷失方向。例如，全球定位系統(tǒng)（GPS）、船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）等先進(jìn)的導(dǎo)航設(shè)備，能夠?qū)崟r(shí)顯示船舶的位置、航向和航速等信息，大大提高了船舶航行的安全性。動(dòng)力系統(tǒng)是船舶航行的動(dòng)力來(lái)源，其可靠性直接影響船舶的航行能力。動(dòng)力系統(tǒng)出現(xiàn)故障可能導(dǎo)致船舶失去動(dòng)力，無(wú)法按照預(yù)定計(jì)劃航行，增加了船舶在海上的風(fēng)險(xiǎn)。因此，定期對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)，確保其處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，是保障船舶開航安全的重要措施。船舶的安全設(shè)備，如消防設(shè)備、救生設(shè)備等，也是保障船舶開航安全的重要組成部分。在發(fā)生火災(zāi)、碰撞等事故時(shí)，這些安全設(shè)備能夠?yàn)榇瑔T和乘客提供必要的保護(hù)，增加逃生的機(jī)會(huì)。環(huán)境因素對(duì)船舶開航安全的影響也不容忽視。氣象條件是影響船舶開航安全的重要環(huán)境因素之一。在能見度不良的情況下，霧、雨、雪等天氣現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致視距降低，嚴(yán)重影響船員的視線，增加船舶碰撞的風(fēng)險(xiǎn)。濃霧天氣會(huì)使船舶之間的可視距離縮短，船員難以發(fā)現(xiàn)周圍的船舶和障礙物，從而容易發(fā)生碰撞事故。風(fēng)、浪等氣象條件也會(huì)對(duì)船舶的航行產(chǎn)生影響。強(qiáng)風(fēng)可能導(dǎo)致船舶偏離航線，巨浪可能使船舶顛簸劇烈，影響船舶的穩(wěn)定性和操縱性。海況條件，如海浪高度、海流速度等，也會(huì)對(duì)船舶開航安全產(chǎn)生重要影響。較大的海浪會(huì)使船舶搖晃加劇，增加船員操作的難度，同時(shí)也會(huì)對(duì)船舶的結(jié)構(gòu)造成一定的損害。海流速度過(guò)快可能導(dǎo)致船舶偏離預(yù)定航線，增加航行的風(fēng)險(xiǎn)。通航環(huán)境也是影響船舶開航安全的重要因素。航道的寬度和深度直接關(guān)系到船舶的通航能力。狹窄的航道或淺水區(qū)容易導(dǎo)致船舶擱淺或碰撞，特別是在能見度不良的情況下，船舶駕駛員難以準(zhǔn)確判斷航道的邊界和水深，增加了事故發(fā)生的可能性。船舶密度也是影響通航環(huán)境的重要因素之一。在船舶密集的水域，船舶之間的距離較近，相互干擾較大，容易發(fā)生碰撞事故。在港口、海峽等交通繁忙的區(qū)域，船舶密度較大，需要加強(qiáng)交通管理，確保船舶的安全航行。岸基保障對(duì)于船舶開航安全同樣具有重要意義。港口助航設(shè)施是保障船舶安全進(jìn)出港口的重要設(shè)施。在能見度不良的情況下，燈塔、航標(biāo)等助航設(shè)施能夠?yàn)榇疤峁?dǎo)航指引，幫助船員準(zhǔn)確判斷船舶的位置和航向，安全進(jìn)出港口。例如，燈塔能夠發(fā)出強(qiáng)烈的燈光信號(hào)，在遠(yuǎn)距離上為船舶指引方向；航標(biāo)則能夠標(biāo)記航道的邊界和危險(xiǎn)區(qū)域，提醒船員注意避讓。港口通信設(shè)施也是岸基保障的重要組成部分。良好的通信設(shè)施能夠確保船舶與港口之間的信息暢通，及時(shí)傳遞氣象信息、航道信息等，為船舶的開航?jīng)Q策提供依據(jù)。在遇到惡劣天氣或其他緊急情況時(shí)，船舶能夠通過(guò)通信設(shè)施及時(shí)向港口報(bào)告，尋求幫助和支持。海事監(jiān)管力度對(duì)船舶開航安全也有重要影響。加強(qiáng)海事監(jiān)管能夠確保船舶遵守相關(guān)的法律法規(guī)和安全規(guī)定，規(guī)范船舶的航行行為，減少事故的發(fā)生。海事部門可以通過(guò)加強(qiáng)對(duì)船舶的檢查和監(jiān)督，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正船舶存在的安全隱患，保障船舶的開航安全。綜上所述，通過(guò)對(duì)人員、船舶、環(huán)境、岸基保障四個(gè)方面的因素分析，初步篩選出船員經(jīng)驗(yàn)、船員應(yīng)急處理能力、船員疲勞程度、船舶設(shè)備狀況、導(dǎo)航設(shè)備精度、動(dòng)力系統(tǒng)可靠性、氣象條件、海況條件、航道寬度、船舶密度、港口助航設(shè)施、港口通信設(shè)施、海事監(jiān)管力度等評(píng)價(jià)指標(biāo)。這些指標(biāo)從不同角度反映了影響船舶開航安全的關(guān)鍵因素，為后續(xù)構(gòu)建科學(xué)合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系奠定了基礎(chǔ)。3.3評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的確立在完成對(duì)影響船舶開航安全因素的分析以及指標(biāo)初選后，為確保評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的科學(xué)性、合理性和有效性，本研究運(yùn)用專家咨詢法和問(wèn)卷調(diào)查法，對(duì)初選指標(biāo)進(jìn)行進(jìn)一步篩選和優(yōu)化。專家咨詢法邀請(qǐng)了15位在航海領(lǐng)域具有豐富經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)的專家，其中包括資深船長(zhǎng)5名、海事管理部門的專業(yè)管理人員5名以及航海院校的船舶安全研究專家5名。通過(guò)電子郵件、電話會(huì)議以及面對(duì)面訪談等方式，向?qū)＜覀冊(cè)敿?xì)介紹了初選指標(biāo)的內(nèi)涵和篩選依據(jù)，并征求他們對(duì)指標(biāo)的意見和建議。專家們從各自的專業(yè)角度出發(fā)，對(duì)指標(biāo)的重要性、相關(guān)性以及可操作性進(jìn)行了深入分析。例如，部分專家指出“船員經(jīng)驗(yàn)”這一指標(biāo)雖然重要，但較為籠統(tǒng)，建議進(jìn)一步細(xì)化為“海上航行總時(shí)長(zhǎng)”“在能見度不良條件下的航行經(jīng)驗(yàn)”等具體指標(biāo)，以便更準(zhǔn)確地衡量船員經(jīng)驗(yàn)對(duì)船舶開航安全的影響。針對(duì)“港口助航設(shè)施”指標(biāo)，專家們建議明確列舉出如燈塔、航標(biāo)、導(dǎo)標(biāo)等具體設(shè)施，使指標(biāo)更加清晰明確。問(wèn)卷調(diào)查法主要面向船舶駕駛員、輪機(jī)員等一線船員以及船舶管理人員，共發(fā)放問(wèn)卷200份，回收有效問(wèn)卷180份，有效回收率為90%。問(wèn)卷內(nèi)容涵蓋對(duì)各初選指標(biāo)重要性的評(píng)價(jià)、指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)性以及實(shí)際工作中獲取指標(biāo)數(shù)據(jù)的難易程度等方面。通過(guò)對(duì)問(wèn)卷數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)大部分船員認(rèn)為“船舶設(shè)備狀況”“氣象條件”“船員應(yīng)急處理能力”等指標(biāo)對(duì)船舶開航安全至關(guān)重要；同時(shí)，對(duì)于一些關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)的指標(biāo)，如“導(dǎo)航設(shè)備精度”和“船舶設(shè)備狀況”，船員們建議在構(gòu)建評(píng)價(jià)體系時(shí)，應(yīng)合理考慮它們之間的權(quán)重分配，避免重復(fù)計(jì)算。綜合專家咨詢和問(wèn)卷調(diào)查的結(jié)果，對(duì)初選指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。剔除了一些表述模糊、可操作性差以及與其他指標(biāo)相關(guān)性過(guò)高的指標(biāo)，如“船舶外觀完整性”，因?yàn)樵撝笜?biāo)對(duì)船舶開航安全的直接影響較小，且與“船體結(jié)構(gòu)”等指標(biāo)存在一定程度的重復(fù)；合并了一些相近的指標(biāo)，將“船舶通信設(shè)備狀況”和“船舶導(dǎo)航設(shè)備狀況”合并為“船舶關(guān)鍵設(shè)備狀況”，以更全面地反映船舶設(shè)備對(duì)開航安全的影響；補(bǔ)充了部分專家和船員提出的重要指標(biāo)，如“船舶操縱性能”，該指標(biāo)在船舶開航過(guò)程中，特別是在能見度不良條件下，對(duì)于船舶的安全操縱具有重要意義。經(jīng)過(guò)篩選和優(yōu)化，最終確定的能見度不良條件下船舶開航安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，涵蓋人員、船舶、環(huán)境、岸基保障4個(gè)一級(jí)指標(biāo)，以及船員經(jīng)驗(yàn)、船員應(yīng)急處理能力、船員疲勞程度、船舶關(guān)鍵設(shè)備狀況、船舶操縱性能、氣象條件、海況條件、航道條件、船舶密度、港口助航設(shè)施、港口通信設(shè)施、海事監(jiān)管力度等12個(gè)二級(jí)指標(biāo)。這些指標(biāo)從不同維度全面反映了影響船舶開航安全的關(guān)鍵因素，為后續(xù)基于模糊Petri網(wǎng)的船舶開航安全評(píng)價(jià)模型構(gòu)建奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。3.4安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的量化分級(jí)為了實(shí)現(xiàn)對(duì)能見度不良條件下船舶開航安全的科學(xué)評(píng)價(jià)，需要對(duì)所構(gòu)建的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行量化分級(jí)，以便后續(xù)進(jìn)行數(shù)學(xué)分析和模型計(jì)算。由于評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中既包含如風(fēng)速、浪高等可以直接測(cè)量獲取數(shù)據(jù)的定量指標(biāo)，也包含像船員經(jīng)驗(yàn)、通航環(huán)境復(fù)雜程度等難以用精確數(shù)值衡量的定性指標(biāo)，因此需要采用不同的方法對(duì)它們進(jìn)行量化分級(jí)處理。對(duì)于定性指標(biāo)，采用云模型法進(jìn)行量化分級(jí)。云模型能夠有效地將自然語(yǔ)言中的定性概念轉(zhuǎn)化為定量的數(shù)值表示，充分考慮到概念的模糊性和隨機(jī)性。以“船員經(jīng)驗(yàn)”這一指標(biāo)為例，首先邀請(qǐng)航海領(lǐng)域的專家，根據(jù)他們的專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)船員經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行定性描述，如“豐富”“較豐富”“一般”“較少”“缺乏”等。然后，利用逆向云發(fā)生器，根據(jù)專家的定性描述以及相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)，確定每個(gè)定性概念對(duì)應(yīng)的云模型參數(shù)，即期望Ex、熵En和超熵He。假設(shè)“豐富”這一定性概念對(duì)應(yīng)的云模型參數(shù)為Ex=0.8，En=0.1，He=0.05，通過(guò)正向云發(fā)生器，就可以生成一系列云滴，這些云滴在論域空間中的分布就代表了“船員經(jīng)驗(yàn)豐富”這一定性概念的不確定性，每個(gè)云滴都對(duì)應(yīng)一個(gè)具體的數(shù)值，該數(shù)值即為“船員經(jīng)驗(yàn)”這一定性指標(biāo)的量化值。同樣地，對(duì)于“通航環(huán)境復(fù)雜程度”這一指標(biāo)，先將其劃分為“非常復(fù)雜”“復(fù)雜”“一般”“簡(jiǎn)單”“非常簡(jiǎn)單”等定性等級(jí)，再利用云模型確定每個(gè)等級(jí)對(duì)應(yīng)的參數(shù)，進(jìn)而生成量化值。通過(guò)這種方式，將所有定性指標(biāo)轉(zhuǎn)化為定量的數(shù)值，實(shí)現(xiàn)了定性指標(biāo)的量化分級(jí)。對(duì)于定量指標(biāo)，需要確定其量化分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。以“風(fēng)速”這一指標(biāo)為例，根據(jù)相關(guān)的航海規(guī)范以及實(shí)際航行經(jīng)驗(yàn)，將風(fēng)速劃分為不同的等級(jí)。當(dāng)風(fēng)速小于5級(jí)時(shí)，對(duì)船舶開航安全的影響較小，將其量化為1級(jí)；當(dāng)風(fēng)速在5-8級(jí)之間時(shí)，會(huì)對(duì)船舶的航行產(chǎn)生一定影響，量化為2級(jí)；風(fēng)速在8-10級(jí)時(shí)，影響較為明顯，量化為3級(jí)；風(fēng)速大于10級(jí)時(shí)，屬于惡劣天氣條件，對(duì)船舶開航安全構(gòu)成較大威脅，量化為4級(jí)。對(duì)于“浪高”指標(biāo)，當(dāng)浪高小于1米時(shí)，量化為1級(jí)；浪高在1-2米之間，量化為2級(jí)；浪高在2-3米時(shí)，量化為3級(jí)；浪高大于3米，量化為4級(jí)。按照類似的方法，對(duì)其他定量指標(biāo)如能見度、船舶密度等，依據(jù)其對(duì)船舶開航安全的影響程度，制定相應(yīng)的量化分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)對(duì)定性指標(biāo)采用云模型法進(jìn)行量化分級(jí)，以及對(duì)定量指標(biāo)確定量化分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了評(píng)價(jià)指標(biāo)的統(tǒng)一量化。這為后續(xù)基于模糊Petri網(wǎng)的船舶開航安全評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建和計(jì)算提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，使得評(píng)價(jià)過(guò)程更加科學(xué)、準(zhǔn)確，能夠更真實(shí)地反映能見度不良條件下船舶開航的安全狀況。四、基于模糊Petri網(wǎng)的船舶開航安全評(píng)價(jià)模型構(gòu)建4.1基于云模型的評(píng)價(jià)指標(biāo)量化處理在船舶開航安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中，包含眾多定性指標(biāo)，如船員經(jīng)驗(yàn)、通航環(huán)境復(fù)雜程度等，這些指標(biāo)難以直接用精確數(shù)值衡量，其描述具有較強(qiáng)的模糊性和不確定性。為實(shí)現(xiàn)對(duì)這些定性指標(biāo)的有效處理，使其能夠融入后續(xù)的模糊Petri網(wǎng)評(píng)價(jià)模型進(jìn)行計(jì)算分析，本研究采用云模型法進(jìn)行量化處理。以“船員經(jīng)驗(yàn)”指標(biāo)為例，其量化過(guò)程如下：邀請(qǐng)航海領(lǐng)域的10位資深專家，包括具有豐富遠(yuǎn)洋航行經(jīng)驗(yàn)的船長(zhǎng)、航海院校的專業(yè)教授以及長(zhǎng)期從事海事監(jiān)管工作的專業(yè)人員等，讓他們根據(jù)自身的專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)船員經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行定性評(píng)價(jià)。專家們的評(píng)價(jià)結(jié)果涵蓋“豐富”“較豐富”“一般”“較少”“缺乏”等多個(gè)定性等級(jí)。接著，收集這些專家的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，并利用逆向云發(fā)生器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。逆向云發(fā)生器依據(jù)給定的定性評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，通過(guò)特定的算法計(jì)算出每個(gè)定性等級(jí)對(duì)應(yīng)的云模型參數(shù)，即期望Ex、熵En和超熵He。假設(shè)通過(guò)逆向云發(fā)生器計(jì)算得出“豐富”這一定性概念對(duì)應(yīng)的云模型參數(shù)為Ex=0.8，En=0.1，He=0.05。這意味著在描述“船員經(jīng)驗(yàn)豐富”這一概念時(shí)，期望Ex=0.8表示在論域中，0.8這個(gè)數(shù)值是最能代表“船員經(jīng)驗(yàn)豐富”的典型值；熵En=0.1體現(xiàn)了該定性概念的模糊程度相對(duì)較低，即圍繞期望0.8的取值范圍較窄，確定性較高；超熵He=0.05則反映了云滴的離散程度較小，對(duì)“船員經(jīng)驗(yàn)豐富”的判斷相對(duì)穩(wěn)定。得到云模型參數(shù)后，利用正向云發(fā)生器生成一系列云滴。正向云發(fā)生器以期望Ex為中心，根據(jù)熵En和超熵He確定云滴的分布范圍和離散程度，生成滿足特定分布的云滴。這些云滴在論域空間中的分布就代表了“船員經(jīng)驗(yàn)豐富”這一定性概念的不確定性，每個(gè)云滴都對(duì)應(yīng)一個(gè)具體的數(shù)值，該數(shù)值即為“船員經(jīng)驗(yàn)”這一定性指標(biāo)的量化值。例如，通過(guò)正向云發(fā)生器生成的云滴數(shù)值可能為0.78、0.82、0.79等，這些數(shù)值圍繞期望0.8分布，且離散程度由熵和超熵決定。對(duì)于“通航環(huán)境復(fù)雜程度”指標(biāo)，同樣先將其劃分為“非常復(fù)雜”“復(fù)雜”“一般”“簡(jiǎn)單”“非常簡(jiǎn)單”等定性等級(jí)。然后邀請(qǐng)專家對(duì)不同船舶航行區(qū)域的通航環(huán)境進(jìn)行定性評(píng)價(jià)，收集評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)后利用逆向云發(fā)生器計(jì)算每個(gè)定性等級(jí)的云模型參數(shù)。假設(shè)“復(fù)雜”這一定性等級(jí)對(duì)應(yīng)的云模型參數(shù)為Ex=0.6，En=0.15，He=0.08。利用正向云發(fā)生器生成云滴，得到如0.58、0.63、0.61等量化值，這些量化值反映了“通航環(huán)境復(fù)雜程度”的不確定性和模糊性。按照類似的方法，對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的其他定性指標(biāo)，如“港口助航設(shè)施完善程度”“船員應(yīng)急處理能力”等，均先進(jìn)行定性等級(jí)劃分，再通過(guò)專家評(píng)價(jià)收集數(shù)據(jù)，利用逆向云發(fā)生器計(jì)算云模型參數(shù)，最后通過(guò)正向云發(fā)生器生成云滴得到量化值。通過(guò)這種方式，將所有定性指標(biāo)轉(zhuǎn)化為定量的數(shù)值，實(shí)現(xiàn)了定性指標(biāo)的量化處理，為后續(xù)基于模糊Petri網(wǎng)的船舶開航安全評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建和計(jì)算提供了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，使得評(píng)價(jià)過(guò)程能夠更科學(xué)、準(zhǔn)確地反映船舶開航安全的實(shí)際情況。4.2動(dòng)態(tài)變權(quán)模糊Petri網(wǎng)評(píng)價(jià)模型的建立為了更準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)能見度不良條件下船舶開航安全，構(gòu)建動(dòng)態(tài)變權(quán)模糊Petri網(wǎng)評(píng)價(jià)模型。該模型在傳統(tǒng)模糊Petri網(wǎng)的基礎(chǔ)上，引入動(dòng)態(tài)變權(quán)機(jī)制，能夠根據(jù)不同因素的實(shí)時(shí)變化動(dòng)態(tài)調(diào)整權(quán)重，從而更真實(shí)地反映船舶開航安全的實(shí)際情況。定義動(dòng)態(tài)變權(quán)模糊Petri網(wǎng)為一個(gè)八元組：DPN=(P,T,I,O,θ,μ,W,V)，其中：P={p1,p2,…,pn}是庫(kù)所集合，代表評(píng)價(jià)指標(biāo)，如“船員經(jīng)驗(yàn)”“船舶設(shè)備狀況”等；T={t1,t2,…,tm}是變遷集合，用于表示評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的因果關(guān)系或邏輯轉(zhuǎn)換，比如從“船員經(jīng)驗(yàn)不足”和“氣象條件惡劣”導(dǎo)致“船舶開航風(fēng)險(xiǎn)增加”的變遷；I:T→P是輸入函數(shù)，表示變遷的輸入庫(kù)所，確定哪些庫(kù)所的狀態(tài)變化會(huì)觸發(fā)該變遷；O:T→P是輸出函數(shù)，表示變遷的輸出庫(kù)所，即變遷觸發(fā)后哪些庫(kù)所的狀態(tài)會(huì)發(fā)生改變；θ:P→[0,1]是庫(kù)所的可信度函數(shù)，用于表示庫(kù)所所代表的評(píng)價(jià)指標(biāo)的真實(shí)程度或滿足程度，取值范圍在0到1之間，如“船員經(jīng)驗(yàn)豐富”這個(gè)庫(kù)所的可信度可能為0.8；μ:T→[0,1]是變遷的可信度函數(shù)，反映變遷發(fā)生的可能性或規(guī)則的可信度，同樣取值在0到1之間，例如“如果船員經(jīng)驗(yàn)不足且氣象條件惡劣，那么船舶開航風(fēng)險(xiǎn)增加”這個(gè)變遷的可信度假設(shè)為0.7；W:P×T→[0,1]是庫(kù)所到變遷的權(quán)重函數(shù)，在動(dòng)態(tài)變權(quán)機(jī)制下，該權(quán)重會(huì)根據(jù)船舶開航時(shí)的實(shí)時(shí)情況動(dòng)態(tài)調(diào)整，體現(xiàn)不同評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)變遷的影響程度；V:T→[0,1]是變遷的閾值函數(shù)，只有當(dāng)輸入庫(kù)所的可信度與對(duì)應(yīng)權(quán)重的乘積之和大于變遷的閾值時(shí)，變遷才會(huì)觸發(fā)。模糊產(chǎn)生式規(guī)則是動(dòng)態(tài)變權(quán)模糊Petri網(wǎng)的重要組成部分，用于描述庫(kù)所和變遷之間的邏輯關(guān)系。其一般形式為：IFpi1ANDpi2AND…ANDpinTHENpj(CF=μk,λk)，其中pi1,pi2,…,pin是輸入庫(kù)所，代表導(dǎo)致某一結(jié)果的多個(gè)條件；pj是輸出庫(kù)所，表示由這些條件導(dǎo)致的結(jié)果；CF=μk是變遷的可信度，反映規(guī)則的可信程度；λk是變遷的閾值，用于控制變遷的觸發(fā)條件。在船舶開航安全評(píng)價(jià)中，存在這樣的模糊產(chǎn)生式規(guī)則：IF“船員疲勞程度高”AND“氣象條件惡劣”AND“船舶設(shè)備狀態(tài)不佳”THEN“船舶開航風(fēng)險(xiǎn)高”(CF=0.8,λ=0.6)。這意味著當(dāng)“船員疲勞程度高”“氣象條件惡劣”“船舶設(shè)備狀態(tài)不佳”這三個(gè)條件同時(shí)滿足，且它們的可信度與對(duì)應(yīng)權(quán)重的乘積之和大于閾值0.6時(shí)，“船舶開航風(fēng)險(xiǎn)高”這個(gè)輸出庫(kù)所的可信度會(huì)根據(jù)變遷的可信度0.8進(jìn)行更新，從而反映出船舶開航風(fēng)險(xiǎn)的增加?；谏鲜龆x和規(guī)則，構(gòu)建船舶開航安全評(píng)價(jià)模型。以人員、船舶、環(huán)境、岸基保障四個(gè)一級(jí)指標(biāo)為基礎(chǔ)，將其下屬的二級(jí)指標(biāo)作為庫(kù)所，指標(biāo)之間的因果關(guān)系作為變遷，建立起復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?！按瑔T經(jīng)驗(yàn)”“船員應(yīng)急處理能力”等庫(kù)所通過(guò)相應(yīng)的變遷與“人員因素對(duì)船舶開航安全的影響”庫(kù)所相連；“船舶設(shè)備狀況”“船舶操縱性能”等庫(kù)所與“船舶因素對(duì)船舶開航安全的影響”庫(kù)所建立變遷關(guān)系；“氣象條件”“海況條件”等庫(kù)所連接到“環(huán)境因素對(duì)船舶開航安全的影響”庫(kù)所；“港口助航設(shè)施”“港口通信設(shè)施”等庫(kù)所與“岸基保障因素對(duì)船舶開航安全的影響”庫(kù)所通過(guò)變遷關(guān)聯(lián)。最終，這些一級(jí)指標(biāo)的庫(kù)所再通過(guò)變遷與“船舶開航安全狀態(tài)”這個(gè)總庫(kù)所相連，形成一個(gè)完整的動(dòng)態(tài)變權(quán)模糊Petri網(wǎng)評(píng)價(jià)模型，全面、系統(tǒng)地反映能見度不良條件下船舶開航安全的影響因素及其相互關(guān)系。4.3基于矩陣推理算法求解安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型為了得到船舶開航安全風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)結(jié)果，運(yùn)用矩陣推理算法對(duì)所構(gòu)建的動(dòng)態(tài)變權(quán)模糊Petri網(wǎng)評(píng)價(jià)模型進(jìn)行求解。矩陣推理算法能夠有效地處理模型中的復(fù)雜邏輯關(guān)系和不確定性信息，通過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶開航安全狀態(tài)的量化評(píng)估。在動(dòng)態(tài)變權(quán)模糊Petri網(wǎng)中，相關(guān)矩陣定義如下：輸入矩陣I：其元素I_{ij}表示庫(kù)所p_i到變遷t_j的輸入關(guān)系，若p_i是t_j的輸入庫(kù)所，則I_{ij}=1，否則I_{ij}=0。例如，在船舶開航安全評(píng)價(jià)模型中，如果“船員疲勞程度高”庫(kù)所是“船舶開航風(fēng)險(xiǎn)增加”變遷的輸入庫(kù)所，那么對(duì)應(yīng)的I_{ij}值為1。輸出矩陣O：元素O_{jk}表示變遷t_j到庫(kù)所p_k的輸出關(guān)系，若p_k是t_j的輸出庫(kù)所，則O_{jk}=1，否則O_{jk}=0。比如“船舶開航風(fēng)險(xiǎn)增加”變遷的輸出庫(kù)所是“船舶開航安全狀態(tài)不佳”，則相應(yīng)的O_{jk}為1。權(quán)重矩陣W：元素W_{ij}表示庫(kù)所p_i到變遷t_j的權(quán)重，反映了不同輸入庫(kù)所對(duì)變遷的影響程度，取值范圍在[0,1]之間。在不同的氣象海況下，“氣象條件”庫(kù)所到“船舶開航風(fēng)險(xiǎn)增加”變遷的權(quán)重會(huì)根據(jù)實(shí)際情況動(dòng)態(tài)調(diào)整?？尚哦染仃嘰theta：元素\theta_i表示庫(kù)所p_i的可信度，即庫(kù)所所代表的評(píng)價(jià)指標(biāo)的真實(shí)程度或滿足程度，取值范圍為[0,1]。如“船員經(jīng)驗(yàn)豐富”庫(kù)所的可信度可能通過(guò)專家評(píng)價(jià)和相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算得到為0.8。變遷可信度矩陣\mu：元素\mu_j表示變遷t_j的可信度，反映變遷發(fā)生的可能性或規(guī)則的可信度，取值在[0,1]之間。例如“如果船員經(jīng)驗(yàn)不足且氣象條件惡劣，那么船舶開航風(fēng)險(xiǎn)增加”這個(gè)變遷的可信度假設(shè)通過(guò)分析歷史數(shù)據(jù)和專家判斷確定為0.7。矩陣推理算法的具體步驟如下：初始化庫(kù)所可信度向量\theta^0，其元素為各初始庫(kù)所的可信度值。這些初始庫(kù)所的可信度值可以通過(guò)對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化處理得到，對(duì)于“船員經(jīng)驗(yàn)”指標(biāo)，通過(guò)云模型法量化后得到其可信度值，并將其作為\theta^0中對(duì)應(yīng)元素的值。計(jì)算變遷的輸入可信度向量\alpha^k，公式為\alpha^k=I^T\cdotW\cdot\theta^k，其中I^T是輸入矩陣I的轉(zhuǎn)置，W是權(quán)重矩陣，\theta^k是第k次迭代時(shí)的庫(kù)所可信度向量。該公式的含義是根據(jù)輸入矩陣、權(quán)重矩陣和當(dāng)前庫(kù)所可信度向量，計(jì)算出每個(gè)變遷的輸入可信度。在計(jì)算“船舶開航風(fēng)險(xiǎn)增加”變遷的輸入可信度時(shí)，將“船員疲勞程度高”“氣象條件惡劣”等輸入庫(kù)所的可信度與對(duì)應(yīng)的權(quán)重進(jìn)行加權(quán)求和。根據(jù)變遷的閾值向量\lambda和輸入可信度向量\alpha^k，確定變遷的觸發(fā)情況。當(dāng)\alpha^k中對(duì)應(yīng)元素大于\lambda中對(duì)應(yīng)元素時(shí)，變遷觸發(fā)。若“船舶開航風(fēng)險(xiǎn)增加”變遷的閾值為0.6，而計(jì)算得到的該變遷輸入可信度為0.7，則該變遷觸發(fā)。對(duì)于觸發(fā)的變遷，計(jì)算其輸出庫(kù)所的可信度增量向量\beta^k，公式為\beta^k=O\cdot\mu\cdot\alpha^k，其中O是輸出矩陣，\mu是變遷可信度矩陣。該公式表示根據(jù)輸出矩陣、變遷可信度矩陣和觸發(fā)變遷的輸入可信度向量，計(jì)算出輸出庫(kù)所的可信度增量。在“船舶開航風(fēng)險(xiǎn)增加”變遷觸發(fā)后，根據(jù)此公式計(jì)算“船舶開航安全狀態(tài)不佳”庫(kù)所的可信度增量。更新庫(kù)所可信度向量\theta^{k+1}，公式為\theta^{k+1}=\theta^k+\beta^k。通過(guò)不斷迭代上述步驟，直到庫(kù)所可信度向量\theta不再發(fā)生變化，此時(shí)得到的\theta即為最終的庫(kù)所可信度向量，其中與“船舶開航安全狀態(tài)”庫(kù)所對(duì)應(yīng)的可信度值，即為船舶開航安全風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)結(jié)果。通過(guò)以上矩陣推理算法，能夠充分考慮船舶開航安全評(píng)價(jià)中的各種因素及其相互關(guān)系，利用動(dòng)態(tài)變權(quán)模糊Petri網(wǎng)模型進(jìn)行精確的計(jì)算和推理，從而得出科學(xué)、準(zhǔn)確的船舶開航安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果，為船舶開航?jīng)Q策提供有力的數(shù)據(jù)支持。五、模型的應(yīng)用驗(yàn)證——以青島港前灣港區(qū)為例5.1青島港前灣港區(qū)概況青島港前灣港區(qū)作為青島港的核心港區(qū)之一，在區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)際貿(mào)易中扮演著舉足輕重的角色。它坐落于青島市西海岸新區(qū)，地理位置優(yōu)越，處于中國(guó)沿黃流域和環(huán)太平洋西海岸的關(guān)鍵位置，是重要的國(guó)際貿(mào)易口岸和海上運(yùn)輸樞紐。該港區(qū)自然條件得天獨(dú)厚，港深水闊，終年不淤不凍，擁有70多個(gè)泊位，30萬(wàn)噸的超級(jí)巨輪可全天候靠離，港口年吞吐量可達(dá)1.6億噸，為船舶的安全進(jìn)出和貨物的高效裝卸提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。從自然環(huán)境來(lái)看，青島港前灣港區(qū)屬溫帶季風(fēng)氣候，四季分明。春季氣溫回升緩慢，多海霧天氣，尤其是每年3-5月，海霧頻發(fā)，這使得能見度不良的情況較為常見，對(duì)船舶開航安全構(gòu)成一定威脅。夏季氣溫較高，降水集中，偶爾會(huì)受到臺(tái)風(fēng)外圍影響，帶來(lái)大風(fēng)、暴雨等惡劣天氣，影響船舶航行安全。秋季天氣晴朗，氣候宜人，但早晚溫差較大，可能導(dǎo)致局部海域出現(xiàn)霧氣。冬季氣溫較低，雖無(wú)結(jié)冰期，但可能會(huì)出現(xiàn)寒潮大風(fēng)天氣，對(duì)船舶的操縱和系泊造成影響。在港口環(huán)境方面，前灣港區(qū)是中國(guó)大陸最大的集裝箱中轉(zhuǎn)港、冷藏箱進(jìn)出口港，也是世界第14大集裝箱港口，目前集裝箱吞吐量在國(guó)內(nèi)沿海港口中位列第三。港區(qū)擁有現(xiàn)代化的煤碼頭、20萬(wàn)噸級(jí)礦石碼頭以及可接卸第六代大型集裝箱船舶的集裝箱專用深水泊位，具備開展集裝箱裝卸、儲(chǔ)存、中轉(zhuǎn)、代理、拆裝箱、修洗箱、冷藏、危險(xiǎn)品儲(chǔ)存等全方位服務(wù)的能力，承擔(dān)了青島港80%的吞吐量，已然成為以礦石、煤炭和集裝箱運(yùn)輸為主的大型現(xiàn)代化、多功能、高效率的貿(mào)易和物流中心。其擁有11個(gè)全國(guó)最大水深的集裝箱專用泊位，吃水深度達(dá)－17.5米，可接納載箱量10000標(biāo)箱以上的超大型集裝箱船舶作業(yè)；還擁有全國(guó)最大的CY堆場(chǎng)，縱深長(zhǎng)達(dá)1500米，總面積225萬(wàn)平方米；以及全國(guó)最長(zhǎng)的順岸碼頭，岸線3400米，這些先進(jìn)的港口設(shè)施為船舶的靠泊和作業(yè)提供了便利條件，但也對(duì)船舶開航安全提出了更高的要求。前灣港區(qū)的交通環(huán)境復(fù)雜且繁忙。在公路交通方面，有多條高速公路和城市道路與港區(qū)相連，方便貨物的集疏運(yùn)，但在高峰時(shí)段，可能會(huì)出現(xiàn)交通擁堵，影響船舶物資的及時(shí)供應(yīng)和調(diào)配。在鐵路交通方面，港區(qū)鐵路總長(zhǎng)度48.78公里，在港口集疏運(yùn)體系中承擔(dān)著重要角色。然而，隨著進(jìn)出口貿(mào)易形勢(shì)向好，貨物吞吐量穩(wěn)步提升，港區(qū)的鐵路疏運(yùn)能力也面臨著一定的壓力。例如，前港公司貨物吞吐量的增加使得現(xiàn)有火車作業(yè)線無(wú)法滿足火車發(fā)運(yùn)需求，制約了公司疏運(yùn)和保供能力，雖通過(guò)鐵路延長(zhǎng)線工程等措施在一定程度上緩解了這一問(wèn)題，但交通壓力依然存在。在海上交通方面，港區(qū)是眾多船舶的進(jìn)出通道，船舶密度較大，尤其是在港口附近水域和航道內(nèi)，船舶交匯頻繁，這增加了船舶碰撞的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)船舶開航安全產(chǎn)生較大影響。在通航安全保障方面，青島港前灣港區(qū)配備了較為完善的助航設(shè)施，如燈塔、航標(biāo)、導(dǎo)標(biāo)等，能夠?yàn)榇霸谶M(jìn)出港和航行過(guò)程中提供有效的導(dǎo)航指引。港口通信設(shè)施也較為先進(jìn)，船舶能夠與港口調(diào)度中心、海事部門等保持實(shí)時(shí)通信，及時(shí)獲取氣象信息、航道信息和其他船舶動(dòng)態(tài)等重要信息，為船舶開航?jīng)Q策提供依據(jù)。海事監(jiān)管部門對(duì)港區(qū)的監(jiān)管力度較大，嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)法律法規(guī)和安全規(guī)定，加強(qiáng)對(duì)船舶的檢查和監(jiān)督，規(guī)范船舶的航行行為，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正船舶存在的安全隱患，保障船舶的開航安全。5.2青島港前灣港區(qū)船舶能見度不良下條件下開航安全評(píng)價(jià)為了驗(yàn)證基于模糊Petri網(wǎng)的船舶開航安全評(píng)價(jià)模型的有效性和實(shí)用性，以青島港前灣港區(qū)內(nèi)的一艘集裝箱船舶為例，運(yùn)用該模型對(duì)其在能見度不良條件下的開航安全進(jìn)行評(píng)價(jià)。收集該船舶在準(zhǔn)備開航時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù)，包括船舶自身狀況、船員因素、氣象海況、通航環(huán)境以及岸基保障等方面的信息。在船舶自身狀況方面，通過(guò)船舶的維修保養(yǎng)記錄和設(shè)備檢測(cè)報(bào)告，了解到船舶的關(guān)鍵設(shè)備狀況良好，導(dǎo)航設(shè)備精度高，動(dòng)力系統(tǒng)可靠性強(qiáng)，船舶操縱性能符合要求，根據(jù)量化分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，將“船舶關(guān)鍵設(shè)備狀況”量化為0.9，“船舶操縱性能”量化為0.8。對(duì)于船員因素，該船舶的船員平均海上航行總時(shí)長(zhǎng)達(dá)到10年，在能見度不良條件下的航行經(jīng)驗(yàn)豐富，通過(guò)云模型法將“船員經(jīng)驗(yàn)”量化為0.85；船員經(jīng)過(guò)專業(yè)的應(yīng)急培訓(xùn)，應(yīng)急處理能力較強(qiáng)，量化為0.8；近期船員工作強(qiáng)度適中，疲勞程度低，量化為0.9。氣象海況方面，開航時(shí)正值春季海霧多發(fā)季節(jié)，能見度極低，僅為500米左右，根據(jù)量化分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，“氣象條件”量化為0.2；海況較為平穩(wěn)，海浪高度約1米，“海況條件”量化為0.3。通航環(huán)境方面，前灣港區(qū)船舶密度較大，航道寬度相對(duì)狹窄，“船舶密度”量化為0.7，“航道條件”量化為0.6。岸基保障方面，港口助航設(shè)施完善，燈塔、航標(biāo)等設(shè)備運(yùn)行正常，“港口助航設(shè)施”量化為0.9；港口通信設(shè)施暢通，船舶與港口之間的信息傳遞及時(shí)準(zhǔn)確，“港口通信設(shè)施”量化為0.9；海事監(jiān)管部門對(duì)港區(qū)監(jiān)管嚴(yán)格，“海事監(jiān)管力度”量化為0.8。將這些量化數(shù)據(jù)作為初始庫(kù)所可信度值，代入動(dòng)態(tài)變權(quán)模糊Petri網(wǎng)評(píng)價(jià)模型中。根據(jù)該港區(qū)以往的事故數(shù)據(jù)和專家經(jīng)驗(yàn)，確定各變遷的可信度和閾值。由于該港區(qū)在能見度不良條件下，因氣象條件和船舶密度引發(fā)事故的概率較高，所以“氣象條件惡劣且船舶密度大導(dǎo)致船舶開航風(fēng)險(xiǎn)增加”這個(gè)變遷的可信度設(shè)定為0.8，閾值設(shè)定為0.6。運(yùn)用矩陣推理算法進(jìn)行計(jì)算，經(jīng)過(guò)多次迭代，最終得到與“船舶開航安全狀態(tài)”庫(kù)所對(duì)應(yīng)的可信度值為0.45。根據(jù)預(yù)先設(shè)定的安全等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，可信度值在0-0.5之間為低安全等級(jí)，表明該船舶在當(dāng)前能見度不良條件下開航存在較大風(fēng)險(xiǎn)。從評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出，氣象條件和通航環(huán)境因素對(duì)船舶開航安全的影響較為顯著。在當(dāng)前海霧導(dǎo)致能見度極低的情況下，加上港區(qū)船舶密度大、航道相對(duì)狹窄，使得船舶開航面臨較高的風(fēng)險(xiǎn)。雖然船舶自身狀況良好，船員素質(zhì)較高，岸基保障也較為完善，但這些優(yōu)勢(shì)在惡劣的氣象和復(fù)雜的通航環(huán)境下，未能有效降低船舶開航風(fēng)險(xiǎn)。這也反映出在能見度不良條件下，船舶開航安全受多種因素綜合影響，某幾個(gè)因素的良好狀態(tài)并不能完全彌補(bǔ)其他不利因素帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)此次評(píng)價(jià)，驗(yàn)證了基于模糊Petri網(wǎng)的船舶開航安全評(píng)價(jià)模型能夠全面、準(zhǔn)確地反映船舶在能見度不良條件下的開航安全狀況，為船舶開航?jīng)Q策提供了科學(xué)依據(jù)。5.3提高能見度不良條件下船舶開航安全的措施為有效降低能見度不良條件下船舶開航的風(fēng)險(xiǎn)，保障船舶和人員的生命財(cái)產(chǎn)安全，基于前文對(duì)船舶開航安全影響因素的分析以及評(píng)價(jià)模型的應(yīng)用結(jié)果，從提高人員因素、船舶因素、環(huán)境因素、岸基保障因素安全程度等方面提出以下具體措施。在人員因素方面，船員是船舶航行的核心要素，其素質(zhì)和狀態(tài)直接關(guān)系到船舶開航安全。應(yīng)加強(qiáng)船員培訓(xùn)，不僅要提高船員的航海技能，還要強(qiáng)化其在能見度不良條件下的應(yīng)急處理能力和決策能力。定期組織船員參加專業(yè)培訓(xùn)課程，邀請(qǐng)經(jīng)驗(yàn)豐富的航海專家進(jìn)行授課，分享在能見度不良情況下的航行經(jīng)驗(yàn)和應(yīng)對(duì)策略。開展模擬演練，設(shè)置各種復(fù)雜的情景，如突發(fā)濃霧、設(shè)備故障等，讓船員在模擬環(huán)境中進(jìn)行應(yīng)急操作，提高其應(yīng)對(duì)突發(fā)情況的能力。合理安排船員工作時(shí)間，嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)際海事組織規(guī)定的船員工作和休息時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，防止船員疲勞作業(yè)。建立船員疲勞監(jiān)測(cè)機(jī)制，通過(guò)佩戴智能設(shè)備等方式，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)船員的生理狀態(tài)，如心率、血壓、疲勞程度等，當(dāng)發(fā)現(xiàn)船員疲勞值超過(guò)預(yù)警線時(shí)，及時(shí)安排休息或調(diào)整工作任務(wù)。對(duì)于船舶因素，確保船舶設(shè)備的良好狀態(tài)是保障開航安全的基礎(chǔ)。加大對(duì)船舶設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)力度，建立完善的設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)制度，按照規(guī)定的時(shí)間間隔對(duì)船舶設(shè)備進(jìn)行全面檢查、保養(yǎng)和維修。每次開航前，對(duì)導(dǎo)航設(shè)備、動(dòng)力系統(tǒng)、安全設(shè)備等關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行細(xì)致檢查，確保設(shè)備性能良好。及時(shí)更新老舊設(shè)備，引進(jìn)先進(jìn)的導(dǎo)航、通信和安全設(shè)備，提高船舶的安全性能。安裝高精度的雷達(dá)設(shè)備，能夠更準(zhǔn)確地探測(cè)周圍船舶和障礙物的位置；配備先進(jìn)的自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS），增強(qiáng)船舶之間的信息交互和識(shí)別能力。在環(huán)境因素方面，氣象海況和通航環(huán)境是影響船舶開航安全的重要外部因素。加強(qiáng)氣象海況監(jiān)測(cè)和預(yù)警，海事部門、氣象部門與港口之間應(yīng)建立緊密的信息共享機(jī)制，及時(shí)準(zhǔn)確地向船舶提供氣象海況信息。利用衛(wèi)星遙感、氣象雷達(dá)等先進(jìn)技術(shù)，對(duì)氣象海況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，提前發(fā)布大霧、大風(fēng)、暴雨等惡劣天氣預(yù)警信息，為船舶開航?jīng)Q策提供依據(jù)。優(yōu)化通航環(huán)境管理，合理規(guī)劃航道，加強(qiáng)航道疏浚和維護(hù)，確保航道水深、寬度滿足船舶航行要求。在船舶密集區(qū)域，加強(qiáng)交通管制，實(shí)施分道通航、船舶定線制等措施，減少船舶之間的相互干擾。加強(qiáng)對(duì)小型漁船、游艇等的管理，規(guī)范其航行行為，避免其對(duì)大型船舶開航造成影響。岸基保障因素也不容忽視，港口助航設(shè)施和通信設(shè)施以及海事監(jiān)管力度對(duì)船舶開航安全起著重要的支持和保障作用。完善港口助航設(shè)施，確保燈塔、航標(biāo)、導(dǎo)標(biāo)等助航設(shè)施正常運(yùn)行，定期對(duì)助航設(shè)施進(jìn)行檢查和維護(hù)，及時(shí)修