無人船質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1T/GDAQI040—2022無人船質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及評(píng)價(jià)方法本文件規(guī)定了無人船質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系框架、評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法。本文件適用于無人船質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。CCS船舶綜合安全評(píng)估應(yīng)用指南2015CCS智能船舶規(guī)范20153術(shù)語(yǔ)和定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。3.1質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Indexsystemofsafetyriskassessment對(duì)無人船適航性、動(dòng)力推進(jìn)、航行控制、通訊、人員及環(huán)境因素進(jìn)行綜合分析，確定各因素對(duì)無人船安全風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)體系。3.2船舶適航性Seakeeping通常是指船舶的船體、船機(jī)在設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、性能和狀態(tài)等方面能夠抵御航次中通常出現(xiàn)的或能合理預(yù)見的風(fēng)險(xiǎn)，但不要求船舶具有抵御航次中出現(xiàn)的任何風(fēng)險(xiǎn)。3.3縱向穩(wěn)定性longitudinalstability船舶在縱傾力作用下，繞橫向Y軸的縱向傾斜稱為縱傾，船舶在縱傾時(shí)的穩(wěn)性稱為縱向穩(wěn)定性。3.4橫向穩(wěn)定性lateralstability船舶在橫傾力矩的作用下，繞縱向X軸的橫向傾斜稱為橫傾，船舶在橫傾時(shí)的穩(wěn)性稱為橫向穩(wěn)定性。3.5回轉(zhuǎn)圈Turningcircle船舶在整個(gè)回轉(zhuǎn)過程中，船舶的運(yùn)動(dòng)所劃出的軌跡叫回轉(zhuǎn)圈。4無人船質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)4.1指標(biāo)體系框架無人船質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系由一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)和二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)組成。一級(jí)指標(biāo)包括船舶適航性因素、動(dòng)力推進(jìn)因素、航行控制因素、通訊因素、人為因素及環(huán)境因素6項(xiàng)指標(biāo)，二級(jí)因素由27個(gè)具體評(píng)價(jià)指標(biāo)所構(gòu)成，具體無人船質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系框架見附錄A。4.2評(píng)價(jià)指標(biāo)說明4.2.1船舶適航性因素2T/GDAQI040—2022影響船舶適航性因素有縱向穩(wěn)定性、橫向穩(wěn)定性、回轉(zhuǎn)圈/船長(zhǎng)以及船體完好程度。4.2.1.1縱向穩(wěn)定性縱向穩(wěn)定性由以下公式判定：式中：L----船舶總長(zhǎng)；▽----船的排水量。4.2.1.2橫向穩(wěn)定性橫向穩(wěn)定性由橫搖周期來評(píng)價(jià)，按如下公式計(jì)算： 式中：TΦ----橫搖周期；▽----船的排水量；GM-----初穩(wěn)性高度；IΦΦ----船舶繞縱軸質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣性矩；AΦΦ----船舶附連水繞縱軸質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣性矩。4.2.1.3回轉(zhuǎn)圈/船長(zhǎng)回轉(zhuǎn)圈/船長(zhǎng)即回轉(zhuǎn)的軌跡長(zhǎng)度與船長(zhǎng)的比值。4.2.1.4船體完好程度船體結(jié)構(gòu)力學(xué)性能達(dá)標(biāo)，外形完好，保持水密。4.2.2船舶動(dòng)力推進(jìn)因素船舶動(dòng)力推進(jìn)因素包括動(dòng)力強(qiáng)度、動(dòng)力冗余度、動(dòng)力響應(yīng)加速度、動(dòng)力急停時(shí)間和舵力強(qiáng)度。4.2.2.1動(dòng)力強(qiáng)度動(dòng)力強(qiáng)度由P/2/3判定，P為主機(jī)功率，▽----船舶的排水量。4.2.2.2動(dòng)力冗余度動(dòng)力冗余度僅包含有無兩種情形，分別用1和0來表示。4.2.2.3動(dòng)力響應(yīng)加速度動(dòng)力響應(yīng)加速度為測(cè)定功率從零增加到額定功率50%～85%的加速時(shí)間。4.2.2.4動(dòng)力急停時(shí)間動(dòng)力急停時(shí)間測(cè)定從正車85%功率到倒車85%的加速時(shí)間。4.2.2.5船舶舵力強(qiáng)度舵力強(qiáng)度由舵機(jī)功率/推進(jìn)功率來測(cè)定。4.2.3航行控制因素航行控制因素包括傳感器位置精度、傳感器方向精度、傳感器圖像精度、障礙物感知以及自動(dòng)避碰系統(tǒng)。4.2.3.1傳感器位置精度3T/GDAQI040—2022傳感器位置精度是指?jìng)鞲衅鞫ㄎ坏木_度，用精確數(shù)值大小來衡量。見《CCS智能船舶規(guī)范2015》、《CCS船舶綜合安全評(píng)估應(yīng)用指南2015》。4.2.3.2傳感器方向精度傳感器方向精度是指?jìng)鞲衅鞲兄轿坏木_度，用精確數(shù)值大小來衡量。4.2.3.3傳感器圖像精度傳感器圖像精度是指?jìng)鞲衅鞲兄獔D像的精確度，用分辨率來衡量。4.2.3.4障礙物感知障礙物感知針對(duì)自主航行模式，測(cè)定移動(dòng)和固定的標(biāo)準(zhǔn)障礙物的最遠(yuǎn)識(shí)別距離。見《CCS智能船舶規(guī)范2015》、《CCS船舶綜合安全評(píng)估應(yīng)用指南2015》。4.2.3.5自動(dòng)避碰系統(tǒng)自動(dòng)避碰系統(tǒng)為驗(yàn)證軟件功能，進(jìn)行模擬測(cè)試，測(cè)試成功率。見《CCS智能船舶規(guī)范2015》、《CCS船舶綜合安全評(píng)估應(yīng)用指南2015》。4.2.4船舶通訊因素4.2.4.1通訊速率通訊速率可由帶寬及其效率乘積來衡量。4.2.4.2通訊通道通訊通道可分為單通道和雙通道，分別用0和1表示。4.2.4.3通訊距離應(yīng)根據(jù)距離的遠(yuǎn)近選擇不同頻率的無線電磁波進(jìn)行通訊。如在船到岸和岸到船方向通信中，可使用高頻（HF）來進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信。4.2.4.4誤碼率誤碼率指錯(cuò)誤接收到的碼元數(shù)占所傳輸?shù)目偞a元數(shù)的百分比。4.2.4.5數(shù)據(jù)加密對(duì)通訊數(shù)據(jù)是否加密分別用1和0來表示。4.2.5船舶人為因素人為因素包括操作無人船經(jīng)驗(yàn)、團(tuán)隊(duì)能力、團(tuán)隊(duì)人數(shù)以及人員身體狀況。4.2.5.1操作無人船經(jīng)驗(yàn)操作無人船經(jīng)驗(yàn)有3個(gè)等級(jí)：無基礎(chǔ)、僅經(jīng)過培訓(xùn)以及有實(shí)際操縱經(jīng)驗(yàn)，分別用0、1和2表示。4.2.5.2團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力有3個(gè)等級(jí)：無配合、作業(yè)經(jīng)驗(yàn)有新人參與以及全員配合作業(yè)10次以上，分別用0、1和2表示。4.2.5.3團(tuán)隊(duì)人數(shù)團(tuán)隊(duì)人數(shù)應(yīng)根據(jù)需要配備。4.2.5.4人員身體狀況人員身體狀況可根據(jù)健康度分為1～5級(jí)，應(yīng)滿足必要時(shí)船舶操作基本要求。4.2.6船舶環(huán)境因素4T/GDAQI040—2022環(huán)境因素包括操作測(cè)試場(chǎng)船舶密度、風(fēng)速、浪高和能見度。4.2.6.1測(cè)試場(chǎng)船舶密度測(cè)試場(chǎng)船舶密度由實(shí)測(cè)得到。4.2.6.2風(fēng)速風(fēng)速由實(shí)測(cè)得到。4.2.6.3浪高浪高由實(shí)測(cè)得到。4.2.6.4能見度能見度可由目測(cè)或儀器測(cè)得。5無人船質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法對(duì)于影響無人船質(zhì)量安全的因素，采用灰色關(guān)聯(lián)分析模型進(jìn)行評(píng)價(jià)，詳見附錄B。5T/GDAQI040—2022無人船質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系框架圖A.1無人船質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系框架圖6T/GDAQI040—2022無人船質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)灰色關(guān)聯(lián)分析評(píng)價(jià)B.1無人船質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)灰色關(guān)聯(lián)分析評(píng)價(jià)原理對(duì)于n個(gè)無人船安全風(fēng)險(xiǎn)影響因素指標(biāo)，m個(gè)船型的評(píng)價(jià)，影響因素指標(biāo)值組成矩陣，表示為：無人船安全風(fēng)險(xiǎn)影響因素指標(biāo)一般有兩種類型：越小越好型和越大越好型，越大越好的指標(biāo)，規(guī)范化采用以下公式：越小越好的指標(biāo)，規(guī)范化采取以下公式：………………規(guī)范化變換后B-1式變?yōu)椋?……設(shè)x0=[x0(1),x0(2),…,x0(n)]為參照船型影響因素指標(biāo)值序列，xi=[xi(1),xi(2),…,xi(n)]為第x=[x(1),x(2),…,x(n)]的累減產(chǎn)生序列，其中x’(1)=x(1)，x’(k)=x(k)-x(k-1),k=2,…,n。關(guān)聯(lián)性實(shí)質(zhì)上是曲線間幾何形狀的差別，因此可以將曲線間差值的大小，作為關(guān)聯(lián)程度的衡量尺度。因此，可以定義以下點(diǎn)關(guān)聯(lián)系數(shù)的計(jì)算公式：ξ.maxmaxx0(k)-xi(k)ζi(k)=…(B.5)式中ξ為分辨系數(shù)，取值在0到1之間，一般取0.5；λ1為位移加權(quán)系數(shù)，λ2為唯一變化率加權(quán)系數(shù)，且0<λ1,λ2<1，λ1+λ2=1，其取值可根據(jù)具體問題的側(cè)重適當(dāng)調(diào)節(jié)。如果所分析的因素與各個(gè)影響因素的相對(duì)位移關(guān)系不大，而與整體變化趨勢(shì)關(guān)系大時(shí)，則適當(dāng)減小λ1，增大λ2；如果所分析的因素與影響因素間的變化趨勢(shì)關(guān)系不大時(shí)，可適當(dāng)增大λ1，減小λ2。一般情況下，可取λ1=λ2=0.5。式中ζi(k)為第i個(gè)船型的第k個(gè)影響因素對(duì)于參考船型x0的相對(duì)差值，這種形式的相對(duì)差值稱為xi對(duì)于x0在k影響因素的關(guān)聯(lián)系數(shù)。為了得到船型xi與x0的灰色關(guān)聯(lián)度，則需要將各影響因素的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)進(jìn)行加權(quán)求和，如式B-6所示：7T/GDAQI040—2022yi=y……………式中yi為xi對(duì)于x0的灰色關(guān)聯(lián)度，w(k)為影響因素指標(biāo)k的權(quán)重系數(shù)：w(k)=(1α)wW(k)+αwD(k)……………(B.7)式中wW(k)和wD(k)分別為白化權(quán)函數(shù)法和專家打分法得到的權(quán)重，α為主觀系數(shù)，0≤α≤1，如果權(quán)重需要更加符合主觀偏好則增大α,反之如果希望系數(shù)盡量避免主觀影響，則應(yīng)降低α,通常取0.5。采用客觀的計(jì)算方法白化權(quán)函數(shù)法和帶主觀性的計(jì)算方法專家打分法對(duì)無人船安全風(fēng)險(xiǎn)影響因素指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行計(jì)算，分別得到WW和WD。設(shè)權(quán)重函數(shù)（白化權(quán)函數(shù)）為：f(x)=xlnx…………………(B.8)則歸一化權(quán)重wW(k)的計(jì)算如下:對(duì)于n個(gè)影響因素指標(biāo)，m個(gè)船型，影響因素指標(biāo)值組成矩陣，矩陣的值均根據(jù)公式B-2和B-3規(guī)范化：首先，求各船型的影響因素的總和：,k=1,2,…,n…………………然后，求影響因素的熵值：=,k=1,2,…,n…………接著，求各個(gè)影響因素熵值的總和：ek…………………然后，求影響因素間的相對(duì)權(quán)重：…………………最后，對(duì)相對(duì)權(quán)重進(jìn)行歸一化，即得到各影響因素指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)wW(k)：…………………熵是系統(tǒng)無序程度的度量，可以用于度量已知數(shù)據(jù)所包含的有效信息量和確定權(quán)重。當(dāng)各項(xiàng)評(píng)價(jià)對(duì)象的某項(xiàng)指標(biāo)值相差較大時(shí)，熵值較小，說明該指標(biāo)提供的有效信息量較大，其權(quán)重也應(yīng)較大；反之，若某項(xiàng)指標(biāo)值相差較小，熵值較大，說明該指標(biāo)提供的信息量較小，其權(quán)重也應(yīng)較小。專家打分法（DelphiMethod）主要思想是把需要回答的問題制成征詢表單獨(dú)發(fā)放給專家，要求專家依據(jù)自己的相關(guān)專業(yè)知識(shí)和工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)表單進(jìn)行回答，研究者將專家的意見進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，對(duì)意見的一致性進(jìn)行分析。專家打分法的步驟主要分為：建立判斷矩陣、計(jì)算權(quán)重、一致性檢驗(yàn)。（1）判斷矩陣判斷矩陣表征本層次各影響因素之間的兩兩相對(duì)重要性程度，設(shè)有n個(gè)因素，因此可以構(gòu)造判斷矩8T/GDAQI040—2022………判斷矩陣中的相對(duì)重要性構(gòu)建采用Saaty的………判斷矩陣中的相對(duì)重要性構(gòu)建采用Saaty的19標(biāo)度法，通過設(shè)計(jì)打分表單，由專家對(duì)于各因素的重要性進(jìn)行相對(duì)重要性打分。它符合人們進(jìn)行比較判斷時(shí)的心理習(xí)慣。實(shí)驗(yàn)心理學(xué)表明，普通人在對(duì)一組事物的某種屬性同時(shí)比較，并保持判斷基本一致時(shí)，所能夠正確辨別的事物最大個(gè)數(shù)在5-9個(gè)之間。其具體含義如下表：uij定義1ui與uj相比，同樣重要3ui與uj相比，稍微重要5ui與uj相比，明顯重要7ui與uj相比，強(qiáng)烈重要9ui與uj相比，極端重要偶數(shù)重要程度介于相鄰兩奇數(shù)之間ui與uj相比，且重要程度為n（2）計(jì)算權(quán)重權(quán)重計(jì)算法采用和積法，首先，將判斷矩陣按列歸一化：然后按行求和：……………………向量WD=[wD(1),wD(2),…,wD(n)]即為（3）一致性檢驗(yàn)得到權(quán)重之后還需對(duì)之前的判斷矩陣的一致性進(jìn)行檢驗(yàn)，首先需要計(jì)算最大特根λmax，公式如下：……………………9T/GDAQI040—2022計(jì)算一致性指標(biāo)CI：……………………然后計(jì)算一致性比例：CR=…