艾義奪

（上海江南長興造船有限責(zé)任公司，上海 201913）

通過建立貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型，可以將這些因素作為網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點，利用歷史數(shù)據(jù)和專家知識來確定它們之間的概率關(guān)系，從而推斷事故發(fā)生的可能原因。在實際應(yīng)用中，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型可以幫助航運企業(yè)、港口管理部門和監(jiān)管機構(gòu)等對船舶觸碰事故進行風(fēng)險評估和預(yù)防策略制定。

1 構(gòu)建船舶觸碰事故貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型

1.1 船舶觸碰事故貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

船舶觸碰事故的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括人員行為不當、船舶條件不良、環(huán)境條件不良和管理問題四個主要部分（如圖1 所示）。每個部分都是網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點，表示可能導(dǎo)致事故發(fā)生的特定因素。

圖1 船舶觸碰故障樹

1.1.1 人員行為不當

這個節(jié)點代表了船員在船舶操縱和決策過程中的行為[1]。人員行為不當可能包括以下因素：不正確的航行決策、操作錯誤、缺乏專業(yè)知識或培訓(xùn)、疲勞和分心等。該節(jié)點與其他節(jié)點之間的連接表示不當行為可能導(dǎo)致船舶觸碰事故發(fā)生的概率。

1.1.2 船舶條件不良

這個節(jié)點代表了船舶自身的狀態(tài)和條件。船舶條件不良可能包括以下因素：機械故障、設(shè)備失效、導(dǎo)航系統(tǒng)誤差、船只結(jié)構(gòu)受損等。這些因素會增加觸碰事故發(fā)生的風(fēng)險。該節(jié)點與其他節(jié)點之間的連接,表示船舶條件不良可能對事故發(fā)生的影響。

1.1.3 環(huán)境條件不良

該節(jié)點代表了海洋或水路的環(huán)境條件。環(huán)境條件不良可能包括以下因素：惡劣天氣、能見度差、海洋潮流和浪涌等。這些因素會增加船舶觸碰事故的風(fēng)險。

1.1.4 管理出現(xiàn)問題

每個節(jié)點之間的連接表示不同因素之間的概率關(guān)系。模型可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和專家知識來確定這些概率值，從而推斷事故發(fā)生的可能原因。例如，如果糟糕的環(huán)境條件和人員行為不當?shù)母怕识己芨撸敲创坝|碰事故發(fā)生的概率也會增加（如圖2 所示）。

圖2 船舶觸碰事故貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1.2 構(gòu)建貝葉斯網(wǎng)絡(luò)

1.2.1 收集數(shù)據(jù)

首先，需要收集與船舶觸碰事故相關(guān)的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以包括歷史事故報告、調(diào)查報告、船舶設(shè)備維護記錄、船員培訓(xùn)記錄、環(huán)境數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)的質(zhì)量和數(shù)量對于構(gòu)建準確的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要。

1.2.2 確定變量

根據(jù)所收集的數(shù)據(jù)，確定影響船舶觸碰事故的各個變量[2]。根據(jù)題目要求，主要的變量包括人員行為不當、船舶條件不良、環(huán)境條件不良和管理出現(xiàn)問題。針對每個變量，進一步細化其子變量以便更加詳細地建模。

1.2.3 構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

使用Netica 軟件，創(chuàng)建新的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)項目，并根據(jù)確定的變量構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在Netica 中，可以通過圖形界面進行節(jié)點和連接的添加。每個變量對應(yīng)一個節(jié)點，節(jié)點之間的連接表示變量之間的關(guān)系。

1.2.4 設(shè)定節(jié)點屬性和概率表

為每個節(jié)點設(shè)置相應(yīng)的屬性和概率表。節(jié)點屬性包括名稱、類型和說明。概率表用于描述每個節(jié)點的條件概率分布。概率表可以根據(jù)收集的數(shù)據(jù)、領(lǐng)域?qū)＜抑R或模擬方法來確定。應(yīng)盡量使用準確的數(shù)據(jù)和專業(yè)知識，確保貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

1.2.5 設(shè)置節(jié)點之間的連接

根據(jù)變量之間的關(guān)系，設(shè)置節(jié)點之間的連接。連接可以是直接連接，也可以是通過其他節(jié)點進行傳遞。Netica 軟件提供了直觀的圖形界面，可以輕松設(shè)置和調(diào)整節(jié)點之間的連接。

1.2.6 驗證和調(diào)整網(wǎng)絡(luò)

完成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和概率表的設(shè)置后，需要進行驗證和調(diào)整。使用已有的數(shù)據(jù)集對貝葉斯網(wǎng)絡(luò)進行測試，并與實際數(shù)據(jù)進行比較，以評估網(wǎng)絡(luò)模型的準確性。如果發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)模型存在問題，可以通過添加更多的數(shù)據(jù)、重新設(shè)定節(jié)點的概率表或修改網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來進行調(diào)整和改進。

1.2.7 進行推理和預(yù)測

在完成網(wǎng)絡(luò)驗證和調(diào)整后，可以利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)進行推理和預(yù)測。通過輸入特定的觀察值或變量值，可以計算出其他變量的概率分布。這樣可以得到關(guān)于船舶觸碰事故可能原因的推斷和預(yù)測結(jié)果。同時，還可以通過Netica 軟件提供的圖形界面進行結(jié)果可視化，以便更好地理解和解釋網(wǎng)絡(luò)的輸出。

2 船舶觸碰事故致因分析

2.1 觸碰事故致因分析

研究人員為分析船舶觸碰事故原因，在引入貝葉斯公式的基礎(chǔ)上，對各種致因元素出現(xiàn)的概率進行求解：

基于該公式，船舶觸碰事故致因的分析過程可分為以下七個步驟：

2.1.1 確定貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型

2.1.2 收集觀測數(shù)據(jù)

在進行推理之前，我們需要收集一些觀測數(shù)據(jù)作為已知條件。觀測數(shù)據(jù)是指在實際情況中獲得的、與所要推斷的變量相關(guān)的信息[3]。

2.1.3 設(shè)置觀測節(jié)點

在貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型中，我們需要將收集到的觀測數(shù)據(jù)應(yīng)用到相應(yīng)的節(jié)點上。這些節(jié)點稱為觀測節(jié)點，它們的狀態(tài)已知，作為推理的起點。在此過程中，研究人員引入條件概率公式，該公式能夠推導(dǎo)一個事件在另一個事件發(fā)生的條件下的概率。在貝葉斯網(wǎng)絡(luò)推理中，條件概率用于計算節(jié)點之間的依賴關(guān)系。其公式為：

2.1.4 進行前向推理

通過給定的觀測節(jié)點，我們可以使用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的前向推理算法來計算其他未知節(jié)點的概率。前向推理是從觀測節(jié)點開始，逐步向目標變量進行推理的過程。

首先，我們需要對觀測節(jié)點設(shè)置相應(yīng)的值。這些值可以是具體的數(shù)值，也可以是模糊的狀態(tài)（如高、中、低）。

其次，我們從網(wǎng)絡(luò)中的根節(jié)點開始，根據(jù)已知觀測節(jié)點計算子節(jié)點的條件概率分布。這些條件概率分布描述了節(jié)點與其父節(jié)點之間的依賴關(guān)系[4]。

再次，根據(jù)已知觀測節(jié)點和計算得到的條件概率分布，我們可以計算下一層節(jié)點的條件概率分布。這個過程會一直持續(xù)下去，直到到達目標變量。

最后，當?shù)竭_目標變量時，我們可以通過累積所有路徑上的概率來計算目標變量的邊際概率分布。這個分布表示了目標變量各個取值的概率。

2.1.5 進行后向推理

除了前向推理之外，我們還可以使用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的后向推理算法來計算已知目標變量情況下其他變量的概率。后向推理是從目標變量開始，逐步向觀測節(jié)點進行推理的過程。

首先，我們需要對目標變量設(shè)置相應(yīng)的值，即已知的觀測節(jié)點。

其次，我們從網(wǎng)絡(luò)中的子節(jié)點開始，根據(jù)已知目標變量計算父節(jié)點的條件概率分布。

再次，根據(jù)已知目標變量和計算得到的條件概率分布，我們可以計算上一層節(jié)點的條件概率分布。這個過程會一直持續(xù)下去，直到達到觀測節(jié)點。

最后，當?shù)竭_觀測節(jié)點時，我們可以通過累積所有路徑上的概率來計算觀測節(jié)點的邊際概率分布。這個分布表示了觀測節(jié)點各個取值的概率。

2.1.6 進行參數(shù)學(xué)習(xí)與模型更新

在實際應(yīng)用中，我們可能需要根據(jù)新的觀測數(shù)據(jù)對貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型進行參數(shù)學(xué)習(xí)與更新。參數(shù)學(xué)習(xí)是指利用觀測數(shù)據(jù)來估計貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型中的條件概率表。通過學(xué)習(xí)到的參數(shù)，可以更準確地進行推理。其公式為：

2.1.7 進行推理結(jié)果評估與解釋

通過觀察概率分布、計算期望值等方法來評估推理結(jié)果的準確性和可靠性。同時，需要將推理結(jié)果與實際情況進行解釋，提供有意義的結(jié)論和建議。

2.2 致因分析

本次研究中使用局部分析作為靈敏度分析手段，并對觸碰事故節(jié)點發(fā)生狀態(tài)進行不同輸入?yún)?shù)值的采樣，使用各節(jié)點后驗概率值的方差來衡量靈敏度大小。通過分析SF、HF、EF、MF 四大因素，研究人員對船舶觸碰故障致因進行總結(jié)：

船舶觸碰事故是航運領(lǐng)域中常見的事故類型之一，通常由多個因素共同作用引起。在進行致因分析時，可以從人員行為不當、船舶條件不良、環(huán)境條件不良和管理出現(xiàn)問題四個方面入手，以深入探究船舶觸碰事故的潛在原因[5]。

2.2.1 人員行為不當

人員行為不當是船舶觸碰事故中最為常見的致因之一。它涉及船員的技能水平、專業(yè)素養(yǎng)以及對安全操作規(guī)程的遵守情況。以下是可能導(dǎo)致船舶觸碰事故的相關(guān)人員行為不當：

（1）疏忽駕駛：船員未能始終保持集中注意力，或存在疲勞駕駛情況，導(dǎo)致未能及時發(fā)現(xiàn)潛在危險或采取適當?shù)拇胧?/p>

（2）操縱錯誤：船員在操作船舶的過程中，可能存在操縱錯誤的情況，如誤操作操縱設(shè)備、舵機操作不當?shù)取?/p>

（3）通信失誤：船員之間的溝通存在問題，導(dǎo)致信息傳遞不暢或存在誤解，進而影響船舶的操縱和決策。

2.2.2 船舶條件不良

船舶本身的狀態(tài)和條件對于船舶觸碰事故具有重要影響。以下是可能導(dǎo)致船舶觸碰事故的相關(guān)船舶條件不良：

（1）設(shè)備故障：船舶關(guān)鍵設(shè)備（如操縱系統(tǒng)、通訊設(shè)備等）存在故障或運行不良，影響到船舶的操縱和監(jiān)控。

（2）船舶維護不善：船舶的定期維護保養(yǎng)工作未能得到有效執(zhí)行，導(dǎo)致船舶設(shè)備狀況下降、船體結(jié)構(gòu)損壞等。

3 結(jié)論討論

本文對船舶觸碰事故的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建及事故原因分析進行了總結(jié)。在貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建方面，本文通過確定關(guān)鍵節(jié)點、建立節(jié)點間的依賴關(guān)系，并結(jié)合專家經(jīng)驗和歷史數(shù)據(jù)來設(shè)定節(jié)點的狀態(tài)和概率值。這樣的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型可以有效地表達各因素之間的關(guān)系，并推斷出各節(jié)點的后驗概率值。通過貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型進行事故原因分析，可以識別出導(dǎo)致船舶觸碰事故的主要因素。