航海安全与效率：仿真与现实外文翻译资料

 2023-01-13 17:35:55

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航海安全与效率：仿真与现实

1.摘要

本文涉及利用海上模拟技术进行培训和研究，以提供经济有效和安全的海上运输问题解决方案。为了减少事故发生的概率，需要进行充分考虑人的因素的培训和研究。

导言

目前对海上人员伤亡的调查主要集中在技术故障上，忽略了人为因素。然而，这些人为因素在大多数情况下是造成人员伤亡的主要原因。此外，在大多数情况下，不是单一的因素，而是多种因素的组合，使每一起事故或事件都是独一无二的。一个著名的例子是1967年3月在锡利群岛搁浅的托里峡谷事故，它泄漏了所有的石油，造成了巨大的污染。以下是调查委员会(Marriot，1987)的一句话：

“船长在以下几个方面疏忽大意：他把船开到七石岛和斯基利岛之间，而不是把船开到海石岛和陆地尽头之间。尽管有渔船和渔网，他还是让船保持自动驾驶，没有把船放在手中掌舵。在搁浅之前的任何时候，他都没有减速，特别是在上午8点40分，当时他认为自己比之前想象的更接近七石号，而且由于左舷出现了一艘渔船，阻止了他转向325°。他没有为方向盘选型车的操作建立任何常规或例行公事的做法。

此外，管理员(鲁吉亚蒂船长)没有考虑到强大的水流，所以报告继续说：

有趣的是，鲁吉亚蒂船长并不是唯一一个被强东北风所欺骗的海员，这股强东北风使“托里峡谷”比他预期的更靠北和更东。强东北风在一年中的某些时候是一个众所周知的现象。它位于亚尚和斯基利群岛之间，在斯基利群岛麻烦的岩石和岛屿上发生的257起已知沉船事件中，有许多都是由“托里峡谷”造成的。“托里峡谷”有很好的能见度和现代化的航标。难怪调查委员会发现只有人为错误才是罪魁祸首。

这是许多例子中的一个，在这些例子中，人为错误可以被隔离为造成重大海上伤亡的主要原因。另一个最近的例子是1979年6月29日在直布罗陀海峡拉佩拉浅滩顶端搁浅的125000米长的液化天然气运输船“El Paso Paul Kayser”，经过仔细分析后得出结论，可以吸取以下教训(Chadwick，1984)：

1.航道计划的编制和执行对安全航行至关重要。

2.驾驶台上的人数足够多，不足以构成一个足够的舰桥组织。驾驶台人员必须积极支持司令官。

3.完全依赖CAS雷达可能会使船只面临很大风险。

在人为因素和人为错误占主导地位的“著名”事故列表中，可以扩展到“埃克森·瓦尔迪兹号”和“自由企业哈拉尔德号”这样的事故。

为了减少此类事故发生的可能性，需要进行研究和培训。这是荷兰海事模拟中心(MSCN)擅长的领域。以下各章概述了与航海安全和效率有关的培训和研究领域的活动。

2.培训

2.1介绍

从上述事件中可以得出结论，驾驶台团队的沟通和协调是非常重要的。团队中的每个成员都必须知道自己在各种情况下的程序中的任务和职责。由于各种原因，过程并不总是按其应有的方式执行。对驾驶台团队进行程序执行方面的培训有助于降低设备、货物(环境危险)损失的风险，当然还有人员损失的风险。如今，对驾驶员和引航员的灵活性、技能和知识提出了更高的要求。其中一些原因是：

一驾驶台工作人员规模的缩小；

一驾驶台上的任务的增加(除了导航和通信，还有机舱监控和货物装卸)；

—船上操作时间的减少(实践减少)；

—与环境污染风险有关的对安全的日益重视；

—约80%的海上事故是由人为错误引起的事实；

—驾驶台上越来越多地使用高科技设备/自动化设备；

—受不同等级或不同标准以及不同型号的自动设备的影响，船员和领航员对灵活性的要求越来越大；

—不同类型船舶的程序不同；

—在文化和教育水平方面，“驾驶台成员水平混杂。

为了使驾驶台机组人员和引航员达到最佳状况，各种情况的模拟对性能的提高有很大的帮助。然而，在全任务桥梁模拟器领域，培训的结构化发展远远落后于该领域的技术发展。因此，需要一种结构化的方法来制定航运业和教育的培训计划。

2.2培训发展的结构化方法

制定完善的培训计划的第一步是进行全面的任务、技能和知识分析。在这些分析中收集的信息，产生了详细的学习目标，形成了必须进行进一步培训发展的基础。

开发过程中的下一步涉及培训场景和其他培训材料的开发。上述所有内容都必须形成类似于基础培训模块的框架(参见图1)。

从上面的图可以看出，基础培训模块的起点由分析的任务、技能和知识以及由此产生的学习目标的既定基础组成。

目前，MSCN正为三种类型的技术模拟器培训计划开发基本模块：

一程序培训，以练习在危险或各种危急情况下应执行的驾驶台程序；

—针对特定技能的技能培训，如在困难情况下将渡轮停靠码头或领航技能；

—熟悉培训，使引航员或驾驶台官员适应新型船舶或改装后的港口和高速公路的行为。

这些基础模块再次形成了量身定做的培训方案开发的起点，基于客户的具体需求和愿望。通过这种方式，可以实现快速、有效的定制化培训开发。

2.3.非技术培训

MSCN的驾驶台机组人员管理培训课程最初是由荷兰皇家航空公司(KLM)开发的，目的是提高驾驶舱机组人员的非技术技能。该课程已由MSCN改编应用于航海世界。

BCMT的目标是促进团队精神和改善沟通，在船上创建一个具有最佳问题解决能力的有效和可靠的组织。

在培训课程中，培训了以下技能：

沟通。沟通是组织的有效性、决策的正确性和良好合作的基础。在此过程中，将关注不同的沟通方式及其影响。

激励他人。如何才能对他人产生积极影响呢？通过培训课程，人们会更多地意识到某些行为和沟通(风格)对工作动机的影响。

理性决策。做出和监督决策是一个复杂的过程，其中隐藏着许多潜在的陷阱。在理性决策中，使用了理性决策的七步法，其中的注意力集中在事实发现上，从假设、判断和偏见中辨别事实。

在压力下思考。在(时间)压力下，人类的信息处理会发生什么？如果人们意识到(时间)压力对人类信息处理的影响，就可以考虑到这一点，从而提高决策的最终质量。

畅所欲言。在防止错误决策方面，重要的是决策和决策过程由不止一个人监督。如果下级注意到船上执行任务的严重错误，则必须通知上级。同样适用于上级启动了错误的决策或程序的情况。

文化、政治和群体差异。与来自不同文化的人一起工作和团队建设对船员的沟通技能提出了很高的要求。误会和误解很容易导致恼怒。这同样适用于基于教育差异的群体差异。如何应对这些情况是培训的重要内容。

压力管理。如何识别压力症状？压力什么时候有害，什么时候有用？如何控制压力，如何提高工作条件下的抗应力能力？这些问题和相关问题将在培训课程中深入讨论。

2.4.培训评估体系(TES)

自早期的海上模拟以来，大量的时间被投入到不同任务的飞行员和驾驶台官员的培训上。虽然没有人会否认实际的学习是在模拟过程中进行的，但(在大多数情况下)没有明确的证据证明这一学习过程。这是一个事实，尽管必须向模拟器设施的所有者支付大量资金来使用设备和教员的活动。

为此，MSCN已开始设计和开发培训评估系统(TES，见上图)。其设计的原因如下：—获得关于培训过程中不同元素的质量的信息，以优化培训计划的整体质量。工商业污水附加费将是摩根士丹利资本国际培训部门的NEN ISO 9001品质保证程序的一部分；—监察学员的表现，以优化个别培训课程。—向客户提供有关培训计划有效性(价值)的信息。

TES被集成到培训设计过程中，描述了MSCN所有(模拟器)培训课程的开发过程。这意味着TES覆盖了从第一次与客户接触到在执行培训之后测量培训转移的整个范围。这样，TES也可以很容易地集成到NEISO 9001质量保证程序中，用于培训设计和执行。

在TES内，使用四种类型的信息人来获取有关培训的所需信息：

—客户；

—MSCN培训专家；

—讲师；

—学员。

客户被要求尽可能好地描述他的培训需求。这些需求由MSCN转换为培训配置文件，即培训蓝图。在执行培训之后，客户被要求监控接受培训的受训者的表现，以便确定将知识和技能从培训转移到日常工作中。

MSCN培训专家正在进行和监督培训设计过程和培训执行情况。他们检查客户的需求是否已正确转换为培训配置文件，并再次检查培训配置文件是否已正确转换为培训产品。在培训执行过程中，他们会观察一些培训课程，以记录培训是否按计划执行。

MSCN专家使用TES最重要的工具之一：衡量技能和知识进步的工具。目前(1992年10月)，这个仪器还处于不成熟的阶段，但目前的设计表明，该仪器将结合客观和主观措施，能够确定技能和/或知识的进步。

请讲师就培训的目标、材料、时间安排和内容等发表意见。有人问他在训练过程中有没有遇到什么麻烦，根据他的看法，原因是什么？此外，他还对学员的技能和知识提高提出了自己的看法。

培训人员被要求提供他们对培训的意见：例如培训目标、课程材料、讲师、模拟器和时间表。此外，他们还被问及是否认为自己的技能和知识在培训期间有所提高。

3.航海研究

许多设计和操作问题需要使用适当的研究工具对这些问题进行彻底分析。

为了更好地理解往往复杂的航海过程，可以区分两种研究方法。

第一种方法是基于数据分析技术。这涉及到数据缩减以获得派生的度量(例如安全风险)或对新情况的推断、概括或预测(通常以统计术语)。

第二种方法是基于对复杂过程的模拟。这使得系统地研究船舶动力学、环境变量、助航设备、人为因素、规则等诸多变量的影响，特别是人为因素对船舶操纵的安全和效率起着至关重要的作用。

3.1、实时仿真

这些人为突发事件问题可以利用真人的实时模拟器来研究。这在很大程度上反映了现实，特别是在人的因素、能力和局限性方面。这包括由于飞行员和船长技能不同造成的差异(见前面关于培训的内容)。

船舶操纵模拟器由一座桥和桥上的仪表和控制器组成，由船舶运动的数学模型驱动，并有一个外部视图。MSCN能力包括两个完整的任务驾驶台模拟器，包括操纵、机舱和货物装卸。此外，MSCN还提供了船舶交通模拟器(VTS)，该模拟器可以连接到全任务操纵模拟器。

虽然模拟器是为航海安全和效率问题提供可靠答案的复杂工具，但由于要测试的条件繁多，并且要为每个条件执行大量的测试运行以得出可靠的答案，因此使用模拟器的成本可能相对较高。

因此，MSCN还利用了快速仿真模型，其中以数学术语描述了操作员的角色。特别是在设计初期，模型可以用来系统地分析复杂过程中的所有相关因素，选择设计方案。这将在下一节中讨论。

3.2.快速仿真模型

在这一部分中，回顾了MSCN开发或使用的快速仿真模型。所有模型的出发点都是必须按照给定的(多个)轨道实现计划的路线。这些模型从简单的自动驾驶到对整个导航—船系统的详细描述，包括明确的人类功能，如视觉感知、信息处理、决策、规划和控制。此外，还考虑了简单的船舶操作，以及拖船对船舶的帮助，以及总的船舶交通过程。

3.2.1.SHIPMA模型

SHIPMA模型(Anon，1990)基本上是一个基于传统伺服系统原理的自动驾驶仪。它包括几种控制模式(航迹保持、之字形操纵、转弯和拖轮控制模式)。在本文中，将只讨论(正常)轨道保持模式。

自动驾驶仪被设计为尽可能遵循用户指定的参考轨迹(就轨迹过渡的路点和弯曲半径而言)。舵角基本上是根据以下关系确定的：

其中，Delta;r、Delta;Psi;和Delta;y是与轨道上的参考点在前方给定(将指定)距离的偏差。以这种方式获得自适应(即与轨道无关)动态响应是以产生Delta;r、Delta;Psi;和Delta;y的计算努力为代价的。然而，对于特定的情况，可能需要一些试错来修改标称反馈增益。

3.2.2.FORCESIM模型

FORCESIM模型(Chadwick，1984)可用于计算最优控制设置，如舵角和转速，以及拖船等操纵设备的最佳使用(拖船简单地表示为力矢量)，以便为给定的船舶和环境执行规定的操纵。此外，该模型不包括具有可变行为的导航器。(确定性)模型表明了船舶操纵能力的上限，并表明是否有可能实现所需的操纵。

该模型包括船舶动力学的非线性时变数学模型，包括控制变量(舵、转速、拖曳力等)的影响。以及风、流、浪、底和岸边效应等环境扰动的影响。这可以表示为

其中X(K)是状态向量(由位置、速度、航向等组成)。在时间k，f是向量函数，U是控制向量，W是扰动向量。

要执行的任务是从A航行到B，可能带有预先描述的中间位置、航向、速度等。

其中，JN是对应于将由最优控制U最小化的给定时间间隔[O，N]的结果性能度量，X表示期望的状态轨迹，Q和Q是加权。

该方法是根据庞特里亚金最大值原理提出的。在数值上，该过程基于共轭梯度法。

一般而言，FORCESIM可用于—确定各种船舶在各种环境条件下执行操纵所需的操纵装置；—选择要调查的关键情况和感兴趣的条件，例如在实时模拟中；—制定操纵策略。

3.2.3.TUGSIM模型

在FORCESIM模型中，拖船被简单地表示为力矢量，而TUGSIM模型(Wewerinke，1991)则明确地处理了拖船的操纵问题。因此，该模型描述了对于给定的被辅助船(具有给定的航速和航向)以及对于给定的船舶引航员的指令，拖轮船长是如何执行动力学、环境(海流、风)和操纵策略的，包括拖船力(功率百分比)和方向。

基本上，MSCN正在开发的TUGSIM的建模方法如下。几种拖轮型号(直拉式)、待机等，与引航员的特定拖轮命令以及拖轮动力、电缆方向和拖船控制的边界条件(推力和方向或舵角)相对应。

该模型确定如何通过适当的拖轮控制来实现(稳定)每种

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