整合朴素贝叶斯网络与证据推理的杂货船预配载计划风险评估

《RELIABILITY ENGINEERING & SYSTEM SAFETY》：Integrating Naive Bayesian Network and Evidential Reasoning for Risk Assessment in General Cargo Ship Pre-Stowage Planning

　　

在当前的杂货船预配载计划 (GCSPP) 中，效率和经济效益是两个主要的主导影响因素。鉴于运营不确定性的增加和安全优先级的要求，一种能够将安全因素纳入计划的全新解决方案变得极为迫切需求。这样一种新的解决方案对于加强对安全标准和法规的遵守至关重要，最终将提升杂货船运输行业的竞争力。为了弥补这一研究空白，研究人员开发了一种创新的数据驱动的定量 GCSPP 评估框架，该框架将朴素贝叶斯网络 (NBN) 建模与证据推理 (ER) 技术相结合。该框架侧重于定量分析，辅以标准化的定性输入转换，以将安全、经济效益和效率纳入 GCSPPs 的评估和选择中。该框架将与船舶在不同环境中航行相关的动态风险纳入规划过程。从2007年至2021年的杂货船事故报告中识别出与 GCSPPs 相关的十四个风险影响因子，并将其纳入 NBN 模型中。利用即将到来的航次信息，构建航行场景以确定预配载计划的安全要求。这些要求被转化为权重因子，并与效率和经济效益一起整合到 ER 方法中，以支持 GCSPPs 的多准则决策。这使得能够通过共同考虑安全、效率和经济效益来为特定航次确定最佳的预配载计划。研究结果表明，对于同一艘船装载相同的货物，最合适的预配载计划会随着特定航次的安全要求而变化。该研究进一步通过 NBN 和 ER 技术的集成应用，为涉及多个动态属性的复杂决策问题提供了一个稳健的解决方案。

海运承担了全球约90%的贸易量，因其高运输能力和成本效益成为世界经济发展的关键力量。在全球化进程中，航运业不断扩张导致海上交通密度增加。复杂的海洋环境和天气条件加剧了海事事故的严重性和频率，因此确保安全始终是航运业的基本优先事项。在这一背景下，杂货船预配载计划 (GCSPP) 的传统评估方法存在显著局限：一方面，配载深受多变海洋气象、交通环境等动态航行风险影响，传统静态评估难以精确预测实时安全需求；另一方面，现有评估过度依赖刚性合规指标（如要求初稳性高度 GM ≥ 0.15米），一旦满足最低静态阈值便将安全排除在后续决策之外，无法反映特定航次面临的真实动态风险。为了在配载决策的效率、经济效益与安全多属性间取得科学平衡，该研究开展了一项创新的数据驱动量化评估框架研究，得出结论：相同船舶和货物的最优预配载方案随特定航次安全需求的改变而变化。该研究发表在《RELIABILITY ENGINEERING 》上，为航运企业动态调整不同风险环境下的多准则决策提供了科学工具，对提升运营安全与行业竞争力具有深远意义。

在关键技术方法方面，研究人员收集了来自中国海事局（MSA）2007至2021年间天津港水域的160份杂货船事故报告以提取风险影响因子。研究构建了以事故严重程度为输出节点的朴素贝叶斯网络 (NBN) 模型用于动态风险量化，并结合证据推理 (ER) 方法在智能决策系统 (IDS) 中整合安全权重与专家经济效率打分，最终实现多准则决策评估。

**4.1. NBN建模**
通过将14个风险影响因子建模为节点并应用朴素星形拓扑结构，研究人员利用Netica软件对条件概率表进行参数学习。结果表明，轻微事故概率最高（74.3%），人为因素关联事故占84.8%。通过计算变量间的互信息，研究筛选出6个关键风险因子，并按影响程度排序为：位置>船舶标志>货物积载>设备>能见度>航道交通。模型经验证满足递增公理，且在预测性能测试中准确率达到95.83%，10折交叉验证准确率为93.13%，证明其在事故事件预测上具有高度稳定性与类判别力。

**4.2. 基于风险分析的GCSPP在不同航行环境中的评估**
通过设定不同的航行环境场景，将对应航次的风险值转化为实际安全权重。若依据经验仅以某单一标准选择配载计划，极易在危险航行环境遭遇安全隐患，或在安全环境中浪费效率与成本。通过动态权重计算，研究结果表明，在诸如台风频发等高风险航行环境（安全权重达78.34%）下，侧重于航行安全（具有更好稳定性强度性能）的配载计划表现更优；而在低风险环境（安全权重为50.77%）下，能够兼顾装卸效率与经济成本，即以其他配载方案更具综合优势。当经济与效率总权重显著超过安全权重时，最优配载方案随之发生反转特性。这充分论证了最优配载计划对动态权重存在显著依赖。

综合上述研究内容，该研究利用NBN与ER技术的深度整合，克服了传统配载评估中静态权重分配的瓶颈。通过将客观事故数据的动态风险概率转化为反映实时航行场景的安全权重，该研究切实地将动态安全属性引入到包含经济与效率的多准则评估体系中。这不仅为航运经营者在差异化航行条件下筛选最佳配载方案提供了量化支持，也为海事监管机构制定科学指导方针提供了有力的方法学参考，是提升复杂海洋工程决策水平的重要实践。