第42卷第-期中国航海V/.42N o.2 2019年6月NAVIGATION OF CHINA Jun.2019
文章编号：1000-4653(2019)02-0075-08
范存龙tb，张笛tb，姚厚杰tb，张错tb，陈永军c
(武汉理工大学a.智能交通系统研究中心;b.国家水运安全工程技术研究中心；
c.交通学院，武汉430063)
摘要：为识别海上自主水面船舶(Maritime Autonomous Surface Ship,MASS)的航行风险，构建VBPO-HSET航行风险识别模型，其中VBPO代表航行计划、靠离泊作业、进出港航行和开阔水域航行等4个航行阶段,HSET代表人因、船舶、科技和环境等4类风险。基于该模型通过文献查阅与专家访谈等信息，共识别出MASS航行相关的风险因素66个&以自动化水平NI类MASS为研究对象，专家访谈结果表明：开阔水域航行阶段是III类MASS航行高风险阶段，人因是影响III类海上自主船舶的主要因素类型& 关键词：交通安全；海上自主船舶；风险识别(VBPO-HSET模型
中图分类号:U676.1文献标志码:A
Navigational Risk Identidcahon for Maritime Autonomous Surface Ship
FAN Cunlong a，b,ZHANG D严,YAO Houjie a,r，,ZHANG Kai tb,CHEN Yongjun c
(a.Intelligent Transportation Systems Research Center;
b.National Enginee/ng Research Center far Water Transport Safety;
c.SchooooeTeanspoeiaioon%Wuhan UnoeeesoiyoeTechnooogy Wuhan430063%Chona)
Abstraci:A navigational risk identification model VBPO-HSET for MASS( Ma/bme Autonomous Surface Shipo MASS) navigation is developed.VBPO stands for the four navigaUonal :voyage planning V;berth operation,B;port approaching and leaving operation,P;open sea navigation,O;and HSET stands for：human factor,H;ship,S;environ-meni E;iechnooogy T.Aseioe66aosk ecioas=s ocoied woih MASS n=eog=ioon osodenioeoed b=sed on pubooshed aepoais and experts interviews.For MASS with the third degree of autonomy,the open sea navigation phase is associated with more risk factors than other phases.The human factor is highly c/tical for the safety of NI MASS with the third degree of autono-
Key words:transport safety;MASS;risk identification;VBPO-HSET model
无人系统已应用于航空运输、轨道交通、道路交通和生产制造等领域。近年来，无人船正成为航运领域关注的焦点。国际海事组织海上安全委员会⑷(Ma/tima Safety Committee,MSC)于2018年5月16日至25日第99次会议期间把无人船定义为海上自主水面船舶(Ma/tima Autonomous Surface Ship,MASS),MASS具有独立作业且与人交互的能力，包括4种类型的自动化水平。
1)I类:MASS具备部分自动处理和决策辅助功能，船员操控船舶各系统和功能，部分作业可实现无人化。
2)&类：MASS由远程控制且配备船员，船舶日常操控由远程控制人员执行，船舶紧急处置可能需船员参与或接管船舶。
3)皿类：MASS由远程控制但不配备船员，船舶日常操控和紧急处置均由远程控制人员执行。
4))类：MASS为全自主航行，自主决策并采取行动。
安全是MASS的重要议题之一o[2]欧盟第7框架计戈！J(Maritime Unmanned Navigation through Intel-
收稿日期：2019AlA6
基金项目：国家重点研发计划课题资助(2017YFC0904900；2017YFC0904904)
作者简介：范存龙(1988—)，男，江苏如皋人，博士研究生，研究方向为自主船安全&E-mail:ven@whwt.edu
通信作者：张笛(1983一)，男，湖北武汉人，研究员，博士，研究方向为交通系统安全工程。E-mail:zhangdi@whut.edu
76中国航海2019年第2期
ligenco in NetwoWs,MUNI）项目（2012—2015年）的基本假设是MASS安全水平至少不低于传统船舶,MUNI项目可识别出航线/岸基控制中心、航行和观测等10组共58个风险因素」3,RAMOS等+4，基于AAWA（Advvnced Autonomous Waterborne Applications）项目（2015—2017年）识别出无人航运系统航次过程中3起典型的人为失误事件&TORKILD-SON等+5，基于ReVoit项目模型船采用多种方法对其安全和安保进行分析。WR O BEL等+6，基于100起传统船舶事故报告，采用假设分析法、海事人因分析与分类等方法研究假设事故船舶为MASS情景下的事故风险，结果表明MASS有利于降低航行事故的发生率，但发生火灾和搁浅等事故的后果可能更为严重&在MASS航行风险评估和预警研究方面，高宗江等+7，提出需研究基于船端数据和岸基支持信息的船舶风险预警理论，提出适合于MASS在复杂航行条件下的智能风险预警模型和方法，实现船舶实时预警。在航行规则方面，张铎等⑻指出“安全文化”和“强制审核机制”为MASS时代下《国际海上避碰规则》修订提供依据，建议新增MASS之间、MASS与传统机动船/帆船之间的避让关系。
MASS航行别是研究无人航运系
性的基础之一&国内外学者针对无人航运系统风险开展定性或半定量研究，但系统性识别MASS航行风险因素的研究较少。本文构建基于MASS航行阶段的风险识别模型，基于所提模型综合相关文献与专家经验，识别MASS航行风险因素，其中：航行阶段指航行计划、靠离泊作业、进出港航行和开阔水域航行；风险类型指人因、科技、船舶和环境&
1MASS航行风险识别模型
1.14个航行阶段
MUNI项目将MASS航行阶段分为引航员引航进出港和自主航行阶段，其中自主航行阶段仅限于公海水域」9,AAWA项目将海上自主船舶航行计划分航行计划、泊位作业、开阔水域和进出港等4个阶段，其中后3个阶段统称为航行阶段°】4,Yam公司与Kongsbeg公司于2017年合作拟建造第1艘无人全电动集装箱船Yam Birkeland号、DNV GL主持研发的纯电动无人集装箱船ReVoit号主要用于沿海运输，其航行阶段主要分为泊位作业、进出港、沿海水域」100门本文将MASS航行划分为航行计划、靠离泊作业、进出港航行和开阔水域航行等4个阶段°1.24类风险因素
人、机、环境和管理是海上安全的4大基本要素」⑵为研究无人水下潜器的作业风险，THICME 等+⑶
提出人、环境、科技和管理等4个因素框架，并就其中人机共驾进行风险建模。MAN等+⑷认为海上自主船舶并未解决或消除人为因素；相反，新的人为因素将出现在岸基控制中心，该研究指出需要重新分析MASS营运过程中涉及的人为因素。WAHLSTROM等+⑸分析出最主要的人为因素为信息过载及人员厌倦，在切换和交接工作导致事故等°HOGG等+⑹认为MASS易受海盗攻击。与网络安全相关的问题可能来自密码弱、系统更新、软件更新及雇员疏忽等原因。M0NTEWKA等+⑺认为高科技是无人航运的特征之一。新科技可能会带来新的事故类型和新的事故致因，如网络安全」⑻综合上述观点，本文认为人、船、环境和科技是现阶段影响MASS航行的°
1.3VBPO-HSET风险识别模型
文构VBP0-HSET别模型1°VBPO-HSET模型中，“虚圆中实线”为不同风险各有其特点且在不同航行阶段呈现不同的特点;“虚圆”为4类风险存在且贯穿于4个航行阶段；-虚圆与实线圆相连”为不同阶段出现的风险亦可是多种类型风险的耦合实线圆相连”为某类风险可在多个阶段显现。
2MASS相关文献统计
2.1文献检索情况
为了解国内外研究现状，通过中国知网（全文）资料库、工程索引"EI）网络版（文摘）、国际会议、
其他途径等共获245篇文献，检索策略见表1°通过去除重复、不相关等文献，共计获得与MASS相关文献164篇，其中：中文78篇，英文86篇。中文文献中会议论文2篇、期刊文献47篇、学位论文29篇（28篇硕士论文、1篇博士论文）。英文文献中会议论文48篇、期刊论文28篇和研究报告10
篇&
范存龙，等：海上自主水面船舶航行风险识别77表1文献分布与主要作者
序号数据来源语言检索策略
查询
数量/篇
筛选后
数量/篇
主要
国家
主要作者
1CNKI（全文）资料库文
主题设为无人船
或自主船或智能船
或无人驾引且全文
包含安全或风险或
人为因素或人因
12978-
吴兆麟（大连海事大
学）、金久才（国家海洋
局第一海洋研究所）、高
炳（广东交通职业技术
学院、广东省船舶自动
化工程技术研究中心）、
初秀民（武汉理工大
学）、张树凯（大连海事
大学）等
2EI（文摘）文
主题/标题/摘要
词设为"autonomous
ship","surface
ship?”，不包括un-
derwates,unmanned
surface vehicle，且受
控词为ships，由此获
得一组查询结果。
再将检索主题/标
题/摘要词设为risk
或safety或security
human eacioe?,
获得组询
结果。对两组查询
结果取交集作为查
询果
6136
挪威、
芬兰、
国、
瑞典、
波兰等
0mulS Jan R0dseth
（SINTEF Ocean AS）、
盐酸储存罐电子签章技术Thomcs Pomthe（挪威科
技大学）、Ingrid Bouwes
Utne（挪威科技大学）、
Hans-Ch/stoph Burmeis-
tes（Fmunhofes Centre
fos Maritime Logistics）、
Jakub Montewkc（格丁
尼亚海事大学）等
3国际会议英文2011 4其他英文3529注：检索时间为2018年10月
2.2主要研究热点
将所统计的中英文文献的主题归纳感知、导航/
通信、安全/风险、人因、决策/控制、其他等6类，其
中安全/风险、人因相关的文献约占总数的1/4（见
图2）。针对主题为人因、安全与安保、风险的期刊
与会议论文进行分析，发现统计年段中自2014年后
相关文献陆续发表，且其中主题为安全与安保的文
献居多（见图3）&
3案例研究
本案例研究在VBPO-HSET模型框架下，通过文献查阅和专家访谈，识别MASS HSET4类风险因素，共计识别出29个人为因素、13个船舶因素、10个环境因素和14个科技因素&MASS并非完全无人化，如还存在维修人员。无人船也并非完全自主，如存在岸基控制中心」⑼因此，受限于岸基控制监管的自主船，如自动化水平为II类或III类MASS，被认为是短期内最可能实现的MASS」型因此，针对自动化水平为N I类MASS，在第三届“
世界海事安
78
中国航海2019年第2期
三二二二三三
4 5 6 7 811 11 1± 1± 11 O O O O O 2 2 2 2 2 刁凶羽目厂
10
3
按人因、安全与安保、风险主题英文期刊和会议文献
篇数统计
全与智能航运”国际会议期间（2018年11月26 —27
日，武汉，主办方为武汉理工大学）通过专家访谈的
方式，分析该因素存在于VBPO 4个航行阶段中的
何种阶段，受访专家背景信息见表2，访谈一致意见
见表3〜表6（以“/”表Z ） &
表2受访专家背景信息
基本信息
专家1
专家2
专家3
专4
专家5
国家
挪威波兰
中国
国中国
教育程度博士
硕士本科科
本科
工作单位
大学大学
大学航运公司航运公司
专业领域航海技术航海技术航海技术航海航海技术专业职务教授
研究助理
副教授， 甲类船长类大
甲类二副
工龄/年
31
渣油加氢8
22
10
9
表3船舶类型风险因素在4个航行阶段的统计
编号因素文献来源
航行阶段
航行计划
靠离泊作业进岀港航行开阔水域航行
1
货物性质:6 ］、+16 ］
2故障安全切换机制
:28 ］
/
3
硬件故障:17 ］、［ 19 ］、［ 21］、［ 22 ］、［ 32 ］、［ 33 ］
/
//4
软件故障
:16 ］、［ 19 ］
////5
自主与人为控制不平衡:9］、+30］/
/
/
/6缺乏人道主义:15 ］硫芴
/
7检查与养护:14 ］、［ 16 ］、［ 19 ］、［ 29 ］、［ 33 ］、［ 34 ］
/
/8
系统组成之间连接
:28］、［34］
////9状态评估
:9 ］
//
/
/10
设计作业范围:9 ］、+ 35 ］、［ 36 ］、［ 37 ］
/
/11事后应对行为设计
:6 ］
/
12
安保计划:16 ］、+ 35 ］
//
13船舶等级
:30 ］
表4环境类型风险因素在4个航行阶段的统计
编号因素文献来源
航行阶段
航行计划靠离泊作业进岀港航行开阔水域航行
1
海盗、骇客、恐怖主义
:5 ］、+ 6 ］、［ 16 ］、［ 22 ］、［ 32 ］、［ 38 ］
2组织结构设计
:14 ］、+ 25 ］
/
3
国际规则:6 ］、+ 9 ］、［ 14 ］、［ 16 ］、［ 27 ］、［ 35 ］
/
/4
安全文化
:6 ］、+16 ］、［ 28 ］、［ 29 ］
///5
地方规则:22 ］、［ 28 ］、［ 32 ］、［ 35 ］
///6岸基服务
:26 ］
///7安逸的工作环境大蒜分瓣脱皮机
:14 ］、［ 25 ］///8
交通环境
:22］、［31］、［39］///9远程控制中心人本设计
:2 ］、+ 22 ］、［ 25 ］
/
/
/
10
天气条件
:19 ］、［ 25 ］、［ 31］、［ 39
］
范存龙，等：海上自主水面船舶航行风险识别79
表5人因类型风险因素在4个航行阶段的统计
编号因素文献来源
航行阶段
航行计划靠离泊作业进出港航行开阔水域航行1注意力［14］、［16］
2自动化偏好［21］///
3自动化引起的自满［16］///
4无聊［22］、［23］、［24］/
5船长［16］////
6延滞效应［4］、［19］///
7错误反应［9］、［14］////
8操作人员交替［25］/
9误解数据［6］///
10分神［26］///
11船员登离［27］//
12经验、知识、操船船艺［4］、［14］、［15］、［25］、［28］///
13操作人员失谐［14］、［25］///
14信息过载［4］、［14］、［22］、［26］///
15人为干预机制［2］、［14］、［19］、［22］、［29］、［30］///
16记忆力［14］、［16］///
17疏忽错误［21］////
18心理或时间压力［19］、［21］、［22］、［25］///
19航线规划［25］、［31］/
20心理与现实情景的差异［9］、［21］///
21情景意识的产生与维持蓝牙对讲
［2］、［4］、［6］、［14］、［15］、［16］、
［19］、［22］、［25］、［26］、［27］、［28］
///
22船舶操纵不佳［25］、［26］/
23船感［14］、［15］、［16］/// 24软件工程师人为失误［2］、［9］、［19］、［32］/// 25团队的情景意识［25］/// 26训练［2］、［25］/// 27工作负荷切换差异［16］// 28警惕性［16］、［19］/// 29视觉感知［14］/
3.1人为因素4个航行阶段分析
表3中29个人为因素在N I类MASS4个航行阶段下共出现83次。从单个航行阶段分析，人为因素在进出港航行阶段出现最多，其次是开阔水域航行阶段和靠离泊作业阶段（二者数量相同），而航行计划阶段最少。3.2船舶因素4个航行阶段分析
13个船舶因素在N I类MASS4个航行阶段下共出现36次。从单个航行阶段分析，船舶因素在开阔水域航行阶段出现最多，其他3个阶段相同。船舶类型风险因素在4个航行阶段的统计如表4所示。
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