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Emergency Management of Maritime Accidents in the Yangtze River: Problems, Practice and Prospects

长江海事事故应急管理的问题，实践与展望

X.P. Yan, B. Wu, D. Zhang amp; J.F. Zhang

Wuhan University of Technology, Wuhan, China

摘要：由于巨大的财产损失，人员伤亡和严重的环境污染，海上事故引起了人们的广泛关注。本文首先对2012年至2014年长江流域不同类型的海上事故进行统计分析。其次，通过对重大事故“东方之星”的分析，也提出了海上事故应急管理的问题。之后，介绍了四个案例，包括对海事事故的决策支持，应急资源分配，应急模拟系统和应急管理的有效性，以介绍从这些实践中获得的见解。最后，针对这些问题，本文提出了采用人工社会、计算实验和并行执行（ACP）的方法来建立一个完善的海事事故管理系统，并提出了一个基于ACP的海事事故应急管理框架。

1 介绍

由于巨大的财产损失，人员伤亡和严重的环境污染，过去几十年来，海上事故引起了相当大的关注。近年来，全球范围内发生了重大事故，表1显示了近年来的重大海事事故，可以看出这些海事事故已经造成了严重的后果。

2009年至2012年期间发生了海上事故。在所有海上事故中，涉及的船舶类型不同。具体而言，货船占52％，油轮排名第二，占13％，而集装箱排名倒数，仅占5％。可以看出，尽管长江流域的集装箱吞吐量也很高，但集装箱船的安全状况要比其他船舶好。

而且，还可以获得不同类型的海上事故的分布。碰撞事故也是最常见的事故，以49％的比例排名第一。不在控制船内，尽管经过妥善处理并没有造成事故，但它也被考虑在内，占35％。此外，着陆事故占10％。

尽管发生了许多事故，并且事故类型不同，涉及的船舶类型也不同，但发生的重大事故却很少。实际上，近年来，只有“东方之星”在长江造成了10多人伤亡，不到5起事故造成了3多人伤亡。看来长江的应急管理是好的。但是，随着重大事故的发生，可能还会存在一些问题。因此，本文试图对长江应急管理的做法进行全面的回顾，然后试图从这次重大事故中发现问题所在。本文的其余部分安排如下。第2节介绍了海上事故管理的实践，第3节提出了从“东方之星”中学到的应急管理问题。在第4节中讨论了开发用于增强应急管理的并行控制和管理系统的未来工作。在第5节中得出结论。

1. 海上事故管理问题

2015年6月1日发生一起重大事故，造成442人死亡。经过200多次约谈，中国政府已发布事故调查报告。从分析中可以看出，风、船、人的失误是造成事故的主要原因。此外，过去两年还资助了两个项目。一个项目是确定长江中的主要危险源，包括人为因素、船舶状况、航行环境以及安全管理。另一个项目是开发一个新的内河运输安全系统，特别是在长江。从这两个项目中，我们得到了深刻的认识，也解决了许多问题，提高了长江的安全水平。

但是，由于本文主要针对海上事故的应急管理，因此只介绍与应急管理有关的问题。通过对“东方之星”事故的分析和以前的工作，应解决的重大问题可总结如下。

第一个问题是时间限制。时间是挽救生命的最重要因素。当预测船舶的航迹时，不确定性会随着时间的流逝而增加（Zhang等人，2016）。此外，根据对许多船舶洪水事故的调查，只有迅速采取行动的人员才能得救（Jasionowski，2011），例如爱沙尼亚和洛克纳斯。在这次“东方之星”事故中，虽然救出了12个人，但在舰船沉没后仅救了2个人。这意味着所有其他10个人在舰船沉没之前已采取了早期行动。

第二个问题是资源约束。资源分配是经济与安全之间的权衡。中国有一些漏油场所，参见（Xiong等人，2015）。此外，即使在南沙群岛，搜救能力也受到限制（Shi等人，2014）。在长江流域，应急资源也受到限制，根据当地行政法规的规定，在港口区域，拖船应在15分钟内到达事故现场，而在其他航道区域，拖船应在30分钟内到达事故现场。在此次“东方之星”事故中，大型浮吊距离事故现场较远，这使得搜救工作略有延迟。

第三个问题是涉及多个组织的合作。由于对海事事故的应急响应非常复杂，并且应由不同组织的专家参与这一过程，因此在这次“东方之星”事故中，邀请了十多个组织（例如军队，MSA，救助组织）发表意见。

最后一个问题是海上事故的动态特征。如果处理不当，海事事故可能会导致第二级事故（Ulusccedil;u等人，2009）。此外，如果应对措施不同，事故也将发展到不同阶段（Mazaheri等人，2014）。图10提出了事故发展的框架，其中既包括风险情景又包括安全障碍（Wu等人，2017），而图11提出了海上事故发展中的安全障碍。也可以解释为，该框架可以通过使用不同的响应动作来考虑事故的发展。为了解决这一问题，信息系统应该灵活地定义航行环境，包括交通流、关键结构等，否则，仿真系统将与现实有很大的不同。然后，在该平台上进行计算和实验。然而，在现实中，很难对交通流的行为进行建模。

3 海事事故管理实践

3.1海上事故决策支持

决策支持是利用历史数据和专家经验，在多种事故损害控制方案中选择最佳方案，这是海上事故管理实践中最重要的工具，也是该领域研究的重点（Calabrese等人，2012；Jasonowski 2011；Wu等人，2015a；Krohling等人，2011）。例如，Calabrese（等人。2012），可协助有效处理危险事件和事故。Jasionowski（2011）提出了决策支持系统，以帮助船员为船舶进水危机管理做出决策。Krohling＆Campanharo（2011）提出了用于漏油管理的模糊TOPSIS方法决策支持。Ouml;lccedil;er＆Majumder（2006）提出了一个基于案例的决策支持系统，用于应对船上的进水危机。

对于海上事故的决策支持，一个非常重要的步骤是发现多个备选方案。在长江中，对于不受控制的船舶，有四种选择，分别是拖轮辅助作业；在航道外缘搁浅或抛锚；在附近锚地抛锚；在航道内立即抛锚（Wu等人，2016）。而对于搁浅的船舶，可选择自浮、等待高水位、全速搁浅和拖船辅助，物理/机械、化学、生物技术广泛应用于溢油事故（Li等人，2016）。对于相撞的船舶，选择是以极慢的速度推进，搁浅，立即抛锚（Maamp;Shen 2008；Xue，2013）。

3.2海上事故资源分配

海上事故构成高风险的重要原因之一是由于海上活动造成的恶劣航行环境。这使得紧急响应资源受到限制，现有的研究大多集中在如何分配有限的紧急响应资源上。例如，Cunha（等人。2014）打算管理漏油后受污染的海洋可销售资源。 Lehikoinen（等人，2013）提出了一种使用贝叶斯网络的精加工海湾石油采收率优化模型。 Siljander等人，（2015）使用地理信息系统中的成本距离模块进行搜索和救援计划。 Garrett等人，（2017）通过考虑北极地区事故的发展提出了动态溢油应急计划模型。

在长江流域，应考虑恶劣的航行环境进行资源分配，一个重要的问题是在事故发生之前分配足够的资源。例如，在桥梁区域，由于桥梁的建造减少了通航水道，应该增加资源分配。在我们之前的工作中（Wu等人，2013），我们提出了一种基于风险的方法来分配长江中的巡逻船舶，该方法可用于海事事故的应急响应，以确保桥梁和船舶的安全。在此模型中引入了“合理可行的最低”（ALARP），定义风险级别与资源分配之间的关系的原理如表1所示。

海事事故处理通常采用多层决策框架。以非受控船舶为例（Wu等人，2016），开发的三层决策框架如图1所示。在这个决策框架中，第一级是备选级别，这是用于应急响应的可用选项。第二个级别是属性级别。传统上，这一级别用于促进决策过程，决策者只需根据对这些属性的评估做出决策。最后一个层次是影响因素层次，影响因素总是从历史数据和专家经验中识别出来。

实际上，在确定影响因素之后，为了选择海上事故的最佳选择，有两个问题需要解决。同样以非控制船为例，决策支持过程如图2所示。第一个问题是获取属性的权重。由于属性的权重总是从专家判断中获得的，专家判断可能具有不同的首选项格式，例如区间数，明晰值，模糊数，不完全信息，因此，应该提出一种方法来整合这些不同的格式。例如，线性编程方法用于不受控制的船。另一个问题是整合影响因素以获得属性值。在此过程中，模糊逻辑（Wu等人，2016; Mokhtari等人，2012），贝叶斯网络（Davies＆Hope 2015）和证据推理是广泛使用的方法（Yang，2001； Yang＆Xu 2002）。

另一个重要的问题是在事故发生后分配资源。长江中的一种实践是使用相似和现有的案例来预测新案例中的所需资源，这被称为基于案例的推理方法（Deng等人，2014）。该方法的原理如图3所示。一旦发生新的事故，将使用基于案例的推理方法检索相似的案例并给出相关的解决方案。但是，考虑到新案件的显着特点，也可以对建议的解决方案进行一些修改，这是新事故的最终解决方案。

3.3应急海上模拟系统

海上模拟系统因其身临其境，直观，低成本和交互式培训的显着优势而被广泛使用。当前，有一些公认的用于培训机组人员的仿真系统，例如Kongsberg和Transas。然而，这些模拟系统设法提高了船舶操纵的能力，而只有很少的注意力集中在海上事故后对船舶的应急响应上。Varela（等人。2007）提出了一种用于船舶损坏控制的虚拟环境。此外，他们还介绍了最近的船舶进水模拟系统（Varela等人，2014）。

与用于训练机组人员的模拟系统不同，Wu等人（2014）提出了一个模拟系统，用于培训负责长江安全事务的海上安全管理人员。该系统的系统架构如图4所示。该系统包含五个组件，事故演变和干预逻辑，事故虚拟环境，应急训练模拟器，硬件在环和人员在环。在该系统中，可以模拟不同类型的海事事故以及事故发展的虚拟环境，并且在此系统中涉及的多个人员可以进行事故演练。此外，应急响应性能的有效性也可以在该仿真系统中实现（Gui等人，2016）。

此外，有一件事需要提及的是软件系统。由于长江有一些预警和事故处理系统，为了建立一个沉浸环境，对这些系统进行了模拟，多人之间的合作如图5所示（Yan等人，2015）。它们是自动识别系统（AIS）、闭路电视（CCTV）、船舶交通服务系统（VTS）、决策支持系统（DSS）和搜救系统（SAR）。

用于计算后果的模拟软件对于海上事故的管理也很重要。这是因为当可以预测后果时，可以根据预测的后果来调整响应动作。尽管一些发达的模型（例如贝叶斯网络）也可以用于使用历史数据预测后果（Zhang等人，2013; Zhang等人，2016），但是仿真软件应该更好，因为它可以更好地预测后果。表2中显示了针对不同类型的海事事故的相关模拟软件。

在长江中，还引入了这些软件来管理海上事故。图6显示了使用OILMAP进行溢油模拟，而图7显示了使用FDS进行火灾模拟。

3.4应急管理的有效性

有效性分析是为了发现管理是否有效，以便可以采取相应的措施来增强管理。 引入国际安全管理（ISM）规范时，其有效性也在英国（Bhattacharya等人，2012）和希腊（Tzannatos和Kokotos 2009）中进行。通过使用贝叶斯网络（Hauml;nninen等人，2014）以及船上船只（Akyuz和Celik，2014），在芬兰湾也进行了类似的工作，以分析安全管理的有效性。

在长江流域，MSA使用了五个指标（即事件，分级事故，沉船，因果关系，经济损失）来衡量应急管理的有效性。为了获得全面的结果，Zhang等人，（2014）使用广义的置信规则库（BRB）方法，通过使用搜救数据评估长江地区MSA的绩效。 此方法的框架如图8所示，其中MSA的性能通过使用安全状况和成本属性进行评估。

但是，由于上述方法不能考虑航行环境因素，Wu等人，（2015b）提出了一种基于数据包络分析（DEA）的方法来评估应急管理的有效性。在DEA方法中，将航行环境因素作为输入，而将事故数据作为输出。该方法的原理是在线性不等式约束下最大化相对效率，该线性不等式约束是加权输出不大于加权输入。 输入和输出如图9所示，它也是已开发的DEA模型。

4 海上事故管理的未来趋势

通过以上对长江应急管理实践和问题的分析，引起了人们的广泛关注。但是，可以重新出现海事事故发展的宏观仿真系统，也应该纳入海事应急仿真系统中。这与虚拟环境中提高搜救能力的虚拟仿真系统（微观仿真）不同，宏观仿真系统在现实环境中提高应急管理能力，特别是资源优化和决策支持能力，即安全管理能力系统。之所以如此重要，是因为应急管理是安全管理的一部分，应急管理应在真实环境中进行。

人工社会，计算实验和并行执行（ACP）被广泛用于安全工程中。 ACP的原理是基于一个真实环境建立一个或多个虚拟环境。该方法已广泛应用于交通运输工程中。例如，2010年的亚运会将此功能引入交通管理（Xiong等人，2013），Ning等人（2011）将其用于高速列车管理，Duan等人将其用于交通管理。（2011）将其用于公共卫生应急管理。

所提出的基于ACP方法的并行应急管理系统框架如图12所示。首先，根据现实世界建立了人工社会，其中包括系统建模工具和系统支持工具。鉴于现实世界的复杂性和海事事故的动态特征，应建立人工社会。 其次，在人工社会上进行了计算实验，以发现事故发展的机理。 第三，可以进行并行控制和管理，以加强应急管理。

5 结论

本文的工作是总结海上事故管理的问题，包括时间限制，资源约束，多组织合作和动态性。此外，还介绍了长江海上事故管理的实践，包括决策支持，资源分配，应急模拟和有效性分析。 最后，

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