基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的近海漁船碰撞事故致因分析

張曼鈴　丁天明　丁超君　艾萬(wàn)政

摘要：為減小近海漁船碰撞事故發(fā)生的概率，保障漁船航行安全，從漁船視角出發(fā)，根據(jù)漁船碰撞事故樣本數(shù)據(jù)，采用魚刺圖法分析近海漁船碰撞事故的原因，并將事故原因作為貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行推理和驗(yàn)證，通過后驗(yàn)概率推理和敏感性分析探究事故致因鏈。結(jié)果表明：人為因素對(duì)近海漁船碰撞事故的影響程度最大；其次是管理因素，其中未按規(guī)定顯示號(hào)燈號(hào)型、未采取有效的避讓行動(dòng)、瞭望疏忽及配員不符合要求的敏感度較高，對(duì)近海漁船碰撞事故的影響程度較大。

關(guān)鍵詞：漁船；碰撞事故；魚刺圖；貝葉斯網(wǎng)絡(luò)；致因分析

中圖分類號(hào)：U698.6文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1672-0032（2024）01-0110-06

引用格式：張曼鈴，丁天明，丁超君，等.基于貝葉斯網(wǎng)路的近海漁船碰撞事故致因分析［J］.山東交通學(xué)院學(xué)報(bào)，202 32（1）：110-115.

ZHANG Manling， DING Tianming， DING Chaojun，et al. Cause analysis of collision accidents of offshore fishing vessels based on Bayesian networks［J］.Journal of Shandong Jiaotong University，202 32（1）：110-115.

0 引言

碰撞事故是船舶海上交通事故的主要類型，根據(jù)中國(guó)海事局對(duì)碰撞事故的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，近海漁船碰撞事故所占比例最高[1]。我國(guó)是海洋漁業(yè)大國(guó)，近海作業(yè)的漁船較多，一定程度上增大了近海漁船碰撞事故的發(fā)生概率。一旦發(fā)生漁船碰撞事故，極易造成漁船船員群死群傷，人員損失和經(jīng)濟(jì)損失較嚴(yán)重，對(duì)海洋環(huán)境存在重大威脅。因此，研究近海漁船碰撞事故致因，降低事故發(fā)生概率具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[2-3]。

可采用定性分析研究近海漁船碰撞事故致因問題[4-7]。王彥亮等[8]基于事故樹理論分析石碑山海域商漁船碰撞事故的影響因素；李凱等[9]采用層次分析法研究引發(fā)長(zhǎng)江口定線制水域商漁船碰撞事故發(fā)生的因素。定性分析直觀簡(jiǎn)潔，但過于依賴主觀判斷。近海漁船碰撞事故的原因較復(fù)雜，將定性分析與定量分析相結(jié)合得到的結(jié)果更精確。

不考慮他船因素，僅從漁船視角出發(fā)，本文匯總整理近海漁船碰撞事故案例，根據(jù)事故樣本數(shù)據(jù)，采用魚刺圖法從“人-機(jī)-環(huán)-管”4方面分析近海漁船碰撞事故的致因因素，確定貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，根據(jù)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)對(duì)樣本數(shù)據(jù)的機(jī)器學(xué)習(xí)，建立近海漁船碰撞事故的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)其進(jìn)行推理分析和驗(yàn)證。根據(jù)分析結(jié)果，提出可行性建議，進(jìn)一步加強(qiáng)漁業(yè)船舶安全風(fēng)險(xiǎn)管控，也為漁業(yè)主管部門制定管理制度提供參考。

1 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)理論

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)是基于概率論和圖論的推理模型[10]，包括有向無(wú)環(huán)圖（directed acyclic graph， DAG）[11]和條件概率表（conditional probability table，CPT）2個(gè)組件，DAG表示節(jié)點(diǎn)間存在的關(guān)系，CPT表示節(jié)點(diǎn)間關(guān)系的強(qiáng)度[12]。

DAG由節(jié)點(diǎn)及連接節(jié)點(diǎn)的有向邊構(gòu)成，節(jié)點(diǎn)為隨機(jī)變量。采用單向箭頭連接各節(jié)點(diǎn)（由根節(jié)點(diǎn)指向葉節(jié)點(diǎn)）表示節(jié)點(diǎn)間的因果關(guān)系[13]，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的CPT包含所有可能出現(xiàn)的根節(jié)點(diǎn)集合[14]。節(jié)點(diǎn)概率分布描述葉節(jié)點(diǎn)與根節(jié)點(diǎn)間的相關(guān)性，事件發(fā)生的聯(lián)合概率分布

式中：P（M）為事件M的先驗(yàn)概率，P（N）為事件N的先驗(yàn)概率，P（N|M）為事件M發(fā)生的前提下事件N發(fā)生的概率，P（M|N）為事件N發(fā)生的前提下事件M發(fā)生的概率。

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)方法處理不確定性問題的能力較強(qiáng)，在對(duì)近海漁船碰撞事故進(jìn)行推理、預(yù)測(cè)和分析方面的優(yōu)勢(shì)明顯，隨樣本信息的增加，得到的結(jié)果更精確。

2 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建與分析

2.1 確定貝葉斯網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)

以中國(guó)海事局網(wǎng)站上的近海漁船碰撞事故調(diào)查報(bào)告為分析基礎(chǔ)，不考慮輸出功率小于44.1 kW且船長(zhǎng)不足12 m的小型捕撈漁船碰撞，經(jīng)篩選獲得75起事故的調(diào)查報(bào)告，隨機(jī)選取其中74起事故進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并建立近海漁船碰撞事故的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，余下1起事故用來(lái)進(jìn)行模型驗(yàn)證。

基于事故致因分析中的人-機(jī)-環(huán)-管（men，machine，medium，management，4M）要素戰(zhàn)略理論，4M要素是事故致因，即從4要素角度分類歸納近海漁船碰撞事故的原因，結(jié)合74起海事調(diào)查報(bào)告中海事調(diào)查官對(duì)事故原因（包括直接原因和間接原因）的分析，剔除部分低頻事件，采用魚刺圖法分析近海漁船碰撞事故發(fā)生的原因，確定貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的17個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，如圖1所示。

將近海漁船碰撞事故作為輸出節(jié)點(diǎn)，按4M要素對(duì)74起海事調(diào)查報(bào)告中的事故原因進(jìn)行系統(tǒng)劃分和分析，并對(duì)相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)命名。

1）人為因素A

溝通不暢A1：未與他船溝通和協(xié)調(diào)避讓，未按航行規(guī)定值守甚高頻無(wú)線電，未按規(guī)定開啟甚高頻，在航行過程中未保持通信值守頻道暢通，存在重大語(yǔ)言溝通障礙問題。駕駛員不適任A2：漁船駕駛員未持有相應(yīng)的船舶駕駛員證書，不具備駕駛船舶的資質(zhì)，操作技能差，業(yè)務(wù)水平低。未采用安全航速A3：未根據(jù)當(dāng)時(shí)通航水域環(huán)境特征和實(shí)際通航船只密度嚴(yán)格采用船舶安全航速。瞭望疏忽A4：未充分采用一切有效手段進(jìn)行連續(xù)正規(guī)瞭望，未提前預(yù)判和估計(jì)碰撞危險(xiǎn)。未采取有效避讓行動(dòng)A5：未及早采取避讓行動(dòng)，不注意采用良好的駕駛船藝、盲目轉(zhuǎn)向，未履行相應(yīng)船義務(wù)，也未按規(guī)定采取相應(yīng)減速、停車或倒車等避讓措施及時(shí)控制船。未按規(guī)定顯示號(hào)燈號(hào)型A6：漁船錨泊完畢后未按規(guī)定顯示錨泊號(hào)型，拖網(wǎng)捕撈的作業(yè)漁船未按規(guī)定顯示拖網(wǎng)作業(yè)號(hào)燈。

2）漁船因素B

設(shè)備工況不良B1：電子海圖和通訊設(shè)備工況欠佳，船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)工況不良，未按規(guī)定配備和保持導(dǎo)航設(shè)備及甚高頻無(wú)線電通信設(shè)備的正常使用。

3）環(huán)境因素C

能見度不良C1：主要受海上大霧、濃霧等不良天氣影響，海上能見度低，漁船駕駛員視線受阻，影響船舶安全航行。交通流密集C2：常發(fā)生在傳統(tǒng)大型漁場(chǎng)和大型海船習(xí)慣通道附近水域，來(lái)往船舶較多，交通流較大。狹水道C3：船舶在水寬受限、航道狹窄的水域航行時(shí)須遵守一般航行規(guī)則，還須符合狹水道航行特別要求。

4）管理因素D

配員不符合要求D1：船東和船長(zhǎng)未按要求配備足夠且合格的船員上船任職，職務(wù)船員持證上崗情況不滿足漁船船員任職標(biāo)準(zhǔn)要求。值班安排不當(dāng)D2：未安排人員值班，駕駛臺(tái)值守人員安排不足，值班人員未按工作規(guī)定要求[16]履行值班職責(zé)。

2.2 節(jié)點(diǎn)概率分布確定

1）確定根節(jié)點(diǎn)的先驗(yàn)概率

所搜集和統(tǒng)計(jì)到的事故樣本數(shù)據(jù)較簡(jiǎn)陋，只考慮各節(jié)點(diǎn)事件二態(tài)性的情況，即發(fā)生、不發(fā)生2種狀態(tài)。將統(tǒng)計(jì)的事故樣本數(shù)據(jù)輸入貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中，通過統(tǒng)計(jì)概率得到各根節(jié)點(diǎn)的先驗(yàn)概率，如表1所示。

2）確定非根節(jié)點(diǎn)的條件概率

非根節(jié)點(diǎn)包括葉節(jié)點(diǎn)T和中間節(jié)點(diǎn)A、B、C、D。根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法、貝葉斯公式和表1中根節(jié)點(diǎn)的先驗(yàn)概率確定非根節(jié)點(diǎn)的條件概率[12]。

以中間節(jié)點(diǎn)C為例，根據(jù)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)對(duì)事故樣本數(shù)據(jù)的機(jī)器學(xué)習(xí)得到中間節(jié)點(diǎn)C的條件概率，如表2所示。

2.3 構(gòu)建貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型

采用有向邊連接根節(jié)點(diǎn)事件、中間節(jié)點(diǎn)事件及葉節(jié)點(diǎn)事件，根據(jù)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)對(duì)事故樣本數(shù)據(jù)的機(jī)器學(xué)習(xí)，采用軟件Netica計(jì)算近海漁船碰撞事故致因概率的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型，結(jié)果如表3所示。

由表3可知：各節(jié)點(diǎn)按引發(fā)近海漁船碰撞事故的概率從大到小排列依次為A、D、C、B，A4、A5、D1、C2的先驗(yàn)概率較大，更易引發(fā)近海漁船碰撞事故。

2.4 后驗(yàn)概率推理

由表3可知，葉節(jié)點(diǎn)T的先驗(yàn)概率為83.2%。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的不確定性推理能力較強(qiáng)，能正向推理、由因推果，還能實(shí)現(xiàn)逆向推理，由結(jié)果推導(dǎo)原因[17]。將葉節(jié)點(diǎn)的概率設(shè)置為100%，由貝葉斯網(wǎng)絡(luò)推導(dǎo)近海漁船碰撞事故發(fā)生條件下的各節(jié)點(diǎn)后驗(yàn)概率，如表4所示。

由表4可知：由A引發(fā)近海漁船碰撞事故的概率最大，其次是D。將A的節(jié)點(diǎn)概率設(shè)置為100%后發(fā)現(xiàn)，A事件中由A5引發(fā)漁船碰撞事故的概率最大，由此得到整個(gè)事故的致因鏈。同理可將B、C和D的節(jié)點(diǎn)概率分別設(shè)置為100%，可得到B事件中由B1、C事件中由C2、D事件中由D1引發(fā)近海漁船碰撞事故的概率最大。

2.5 敏感性分析

判斷各節(jié)點(diǎn)對(duì)葉節(jié)點(diǎn)的影響程度[18]，對(duì)葉節(jié)點(diǎn)近海漁船碰撞事故進(jìn)行貝葉斯網(wǎng)絡(luò)敏感性分析，結(jié)果如表5所示。相關(guān)度信息為各節(jié)點(diǎn)因素對(duì)葉節(jié)點(diǎn)的依賴程度，數(shù)值越大，敏感性越強(qiáng)[19-20]。

由表5可知：A和D的敏感性較高，對(duì)近海漁船碰撞事故的影響較大；根節(jié)點(diǎn)D1、A6、A5、A4的敏感度比其他根節(jié)點(diǎn)大，這4個(gè)因素的小幅變化都會(huì)對(duì)近海漁船碰撞事故產(chǎn)生較大影響。

3 實(shí)例驗(yàn)證

以近海漁船碰撞事故樣本中余下1起事故作為驗(yàn)證貝葉斯網(wǎng)絡(luò)有效性的模型，確保結(jié)論的可靠性。樣本事故為：2019-03-12凌晨，從漁場(chǎng)返回舟山沈家門的浙江岱山籍鋼質(zhì)漁船與一艘巴哈馬籍散貨船在東海水域發(fā)生碰撞。事故發(fā)生水域能見度良好，但通航環(huán)境復(fù)雜，是大型海船習(xí)慣通道，也是東海傳統(tǒng)作業(yè)漁場(chǎng)，交通流密集。僅從事故漁船角度分析造成本起事故的原因?yàn)椋翰t望疏忽，未充分利用一切有效手段保持正規(guī)瞭望，未充分估計(jì)本船與他船間的碰撞危險(xiǎn)；未采取有效的避讓行動(dòng)，未正確履行直航船義務(wù)，作為處于交叉相遇危險(xiǎn)局面中的直航船，緊迫局面已形成后，船長(zhǎng)誤認(rèn)為對(duì)方商船未采取讓路行動(dòng)，便獨(dú)自采取大幅度左轉(zhuǎn)的避讓措施。

將樣本事故報(bào)告中的“交通流密集、瞭望疏忽、未采取有效的避讓行動(dòng)”作為節(jié)點(diǎn)輸入貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型，設(shè)置節(jié)點(diǎn)的概率為100%，得到事故驗(yàn)證貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，如表6所示。由表6可知：近海漁船碰撞事故發(fā)生的概率為87.2%，說明建立的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)適用該起事故。

4 對(duì)策和建議

1）增強(qiáng)漁船駕駛員的安全責(zé)任意識(shí)

人為因素中未按規(guī)定顯示號(hào)燈號(hào)型、未采用安全航速、瞭望疏忽等問題是漁船駕駛員安全意識(shí)薄弱的問題。漁船監(jiān)督管理部門須著力做好漁船船員的海上安全教育工作，督促漁船在出海航行、作業(yè)捕撈和?？垮^泊時(shí)按規(guī)定采用安全航速，懸掛相應(yīng)號(hào)燈號(hào)型和嚴(yán)格執(zhí)行駕駛臺(tái)值班瞭望制度[16]。遇有其他船舶可能發(fā)生迫近危險(xiǎn)時(shí)，漁船駕駛員須按相關(guān)規(guī)則[21]及時(shí)發(fā)出聲、光信號(hào)，或及早起錨采取相應(yīng)的避碰措施，必要時(shí)可使用船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)等通信設(shè)備對(duì)船舶間可能產(chǎn)生的危險(xiǎn)局面進(jìn)行即時(shí)溝通和聯(lián)系。

2）提高漁船駕駛員的專業(yè)技能水平

漁船監(jiān)督管理部門需加強(qiáng)對(duì)漁船駕駛員航海技能和相關(guān)規(guī)則的培訓(xùn)，重點(diǎn)加強(qiáng)漁船和商船會(huì)遇情況下的避讓方法培訓(xùn)，提高漁船駕駛員的操作技能水平、知識(shí)理論水平和安全責(zé)任意識(shí)，杜絕不按規(guī)定避讓，不按規(guī)定履行直航船或讓路船義務(wù)等違規(guī)違章行為。尚有部分漁船駕駛?cè)藛T對(duì)雷達(dá)性能未完全熟悉，不熟悉雷達(dá)設(shè)備的基本導(dǎo)航參數(shù)的正確設(shè)置、遠(yuǎn)近量程功能的準(zhǔn)確切換、航行信息數(shù)據(jù)的讀取等基本功能操作，建議漁政主管部門加強(qiáng)漁船駕駛?cè)藛T對(duì)航海儀器的正確使用規(guī)范培訓(xùn)，避免發(fā)生類似事故。

3）重視復(fù)雜環(huán)境的航行安全

在能見度不良航行情況下，部分漁船駕駛員未鳴放霧號(hào)，也未采取相應(yīng)的霧航措施；或在狹水道航行時(shí)，未遵守狹水道航行的特別要求，最終引發(fā)碰撞事故。需提高漁船駕駛員應(yīng)對(duì)不同復(fù)雜局面的處理能力，嚴(yán)格遵守在交通流密集、能見度不良等特殊通航環(huán)境下航行的操作規(guī)程。

4）嚴(yán)格落實(shí)漁船安全管理責(zé)任

漁船所有人需嚴(yán)格按規(guī)定落實(shí)漁船安全管理生產(chǎn)主體責(zé)任和安全管理責(zé)任，為每艘船舶配備足夠且合格的船員，禁止聘用未經(jīng)相關(guān)專業(yè)培訓(xùn)和未持有相應(yīng)適任考核證書的不合格人員。漁業(yè)主管部門需加強(qiáng)對(duì)出海漁船船舶配員情況的日常跟蹤監(jiān)管，充分利用網(wǎng)絡(luò)信息化平臺(tái)等技術(shù)手段，重點(diǎn)核查長(zhǎng)期連續(xù)在外作業(yè)的漁船配員情況和漁民持證情況，著力消除漁船配員人證不一致的安全隱患，保證漁船配員始終滿足最低安全配員要求。漁政部門還需加強(qiáng)轄區(qū)內(nèi)的漁船管理，督促并檢查漁船配備海上通用甚高頻設(shè)備情況，增強(qiáng)漁船和他船間的海上有效聯(lián)系。

5 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)74起近海漁船碰撞事故調(diào)查報(bào)告，按人-機(jī)-環(huán)-管要素戰(zhàn)略理論分析近海漁船碰撞事故中漁船一方的過失原因，建立近海漁船碰撞事故的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，通過后驗(yàn)概率推理和敏感性分析，找到近海漁船碰撞事故的致因鏈，結(jié)果表明：人為因素對(duì)近海漁船碰撞事故的影響程度最大，其次是管理因素，其中未按規(guī)定顯示號(hào)燈號(hào)型、未采取有效的避讓行動(dòng)、瞭望疏忽及配員不符合要求的敏感度較高。

實(shí)際發(fā)生漁船碰撞事故時(shí)，碰撞雙方均有責(zé)任。因事故樣本數(shù)和數(shù)據(jù)挖掘能力有限，可進(jìn)一步考慮在他船過失的情況下對(duì)事故樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘。

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[21]國(guó)際海事組織.國(guó)際海上避碰規(guī)則[S/OL].[2022-06-10].https：//baike.so.com/doc/6507003-6720724.html.

Cause analysis of collision accidents of offshore fishing vessels based on Bayesian networks

ZHANG Manling， DING Tianming， DING Chaojun， AI Wanzheng

Abstract：To reduce the probability of collisions between fishing vessels in the vicinity of the coast and ensure the safety of fishing vessel navigation， an analysis of the causes of these collisions is conducted using the? fishbonefishbone diagram method from the perspective of fishing vessels. The causes of the accidents are used as nodes in a Bayesian network for inference and validation. Posterior probability inference and sensitivity analysis are employed to explore the causal chain of accidents. The results indicate that human factors have the greatest impact on collisions involving fishing vessels near the coast， followed by management factors. Among the human factors， high sensitivity is observed for failure to display proper lights and signals， failure to take effective evasive actions， negligence in lookout， and inadequate crew qualifications. These factors have a significant impact on collisions involving fishing vessels in the vicinity of the coast.

Keywords：fishing boat; collision accident; fish-bone diagram; Bayesian network; causation analysis

（責(zé)任編輯：王惠）

收稿日期：2022-06-15

基金項(xiàng)目：浙江海洋大學(xué)人才引進(jìn)科研基金項(xiàng)目（JX 631180823）

第一作者簡(jiǎn)介：張曼鈴（1998—），女，安徽阜南人，工學(xué)碩士，主要研究方向?yàn)楹Ｉ习踩夹g(shù)，E-mail：1113462371@qq.com。