无人船质量安全风险评价指标体系和评价方法

无人船质量安全风险评价指标体系和评价方法1 范围本标准规定了无人船质量安全风险评价指标体系框架、评价指标和方法。

本标准适用于无人船质量安全风险综合评价。

2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。

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CCS 船舶综合安全评估应用指南2015CCS 智能船舶规范2015JT 394-1999 内河高速客船安全航行技术条件SC 6070-2011 渔业船舶船载 北斗卫星导航系统终端技术要求3 术语和定义3.1质量安全风险评价指标体系Index system of safety risk assessment对无人船适航性、动力推进、航行控制、通讯、人员及环境因素进行综合分析，确定各因素对无人船安全风险的评价体系。

3.2船舶适航性 Seaworthiness of ship通常是指船舶的船体、船机在设计、结构、性能和状态等方面能够抵御航次中通常出现的或能合理预见的风险，但不要求船舶具有抵御航次中出现的任何风险。

3.3纵向稳定性 longitudinal stability船舶在纵倾力作用下，绕横向Y轴的纵向倾斜称为纵倾，船舶在纵倾时的稳性称为纵向稳定性。

3.4横向稳定性 lateral stability船舶在横倾力矩的作用下，绕纵向X轴的横向倾斜称为横倾，船舶在横倾时的稳性称为横向稳定性。

3.5回转圈 Turning circle船舶在整个回转过程中，船舶的运动所划出的轨迹叫回转圈。

4 无人船质量安全风险评价指标4.1 指标体系框架无人船质量安全风险评价指标体系由一级评价指标和二级评价指标组成。

一级指标包括船舶适航性因素、动力推进因素、航行控制因素、通讯因素、人为因素及环境因素6项指标，二级因素由27个具体评价指标所构成，具体无人船质量安全风险评价指标体系框架见附录A。

4.2 评价指标说明4.2.1 船舶适航性因素影响船舶适航性因素有纵向稳定性、横向稳定性、回转圈/船长以及船体完好程度。

4.2.1.1纵向稳定性纵向稳定性由公式L/▽1/3判定，L----船舶总长；▽----船的排水量。

4.2.1.2横向稳定性横向稳定性由横摇周期来评价，按公式（1）计算： (1)Tφ 2π Iφφ AφφGM式中：Tφ----横摇周期；▽----船的排水量；GM-----初稳性高度；Iφφ----船舶绕纵轴质量转动惯性矩；Aφφ----船舶附连水绕纵轴质量转动惯性矩；φ----横倾角。

4.2.1.3 回转圈/船长回转圈/船长即回转的轨迹长度与船长的比值。

4.2.1.4 船体完好程度船体应力学性能达标，外形完好，保持水密。

4.2.2 船舶动力推进因素船舶动力推进因素包括动力强度、动力冗余度、动力响应加速度、动力急停时间和舵力强度。

4.2.2.1 动力强度动力强度由P/▽2/3判定，P为主机功率，▽----船的排水量。

4.2.2.2 动力冗余度动力冗余度仅包含有无两种情形，分别用1和0来表示。

4.2.2.3 动力响应加速度动力响应加速度为测定功率从零增加到额定功率50%～85%的加速时间。

4.2.2.4 动力急停时间动力急停时间测定从正车85%功率到到车85%的加速时间。

4.2.2.5 船舶舵力强度舵力强度由舵机功率/推进功率来测定。

4.2.3 航行控制因素航行控制因素包括传感器位置精度、传感器方向精度、传感器图像精度、障碍物感知以及自动避碰系统。

4.2.3.1 传感器位置精度传感器位置精度是指传感器定位的精确度，用精确数值大小来衡量。

4.2.3.2 传感器方向精度传感器方向精度是指传感器感知方位的精确度，用精确数值大小来衡量。

4.2.3.3 传感器图像精度传感器图像精度是指传感器感知图像的精确度，用分辨率来衡量。

4.2.3.4 障碍物感知障碍物感知针对自主航行模式，测定移动和固定的标准障碍物的最远识别距离。

4.2.3.5 自动避碰系统自动避碰系统为验证软件功能，进行模拟测试，测试成功率。

4.2.4 船舶通讯因素4.2.4.1 通讯速率通讯速率可由带宽及其效率乘积来衡量。

4.2.4.2 通讯通道通讯通道可分为单通道和双通道，分别用0和1表示。

4.2.4.3 通讯距离应根据距离的远近选择不同频率的无线电磁波进行通讯。

如在船到岸和岸到船方向通信中，可使用高频（HF）来进行远距离通信。

4.2.4.4 误码率误码率指错误接收到的码元数占所传输的总码元数的百分比。

4.2.4.5 数据加密对通讯数据是否加密分别用1和0来表示。

4.2.5 船舶人为因素人为因素包括操作无人船经验、团队能力、团队人数以及人员身体状况。

4.2.5.1 操作无人船经验操作无人船经验有3个等级：无基础、仅经过培训以及有实际操纵经验，分别用0、1和2表示。

4.2.5.2 团队协作能力团队协作能力有3个等级：无配合、作业经验有新人参与以及全员配合作业10次以上，分别用0、1和2表示。

4.2.5.3 团队人数团队人数应根据需要配备。

4.2.5.4 人员身体状况人员身体状况可根据健康度分为1～5级，应满足必要时船舶操作基本要求。

4.2.6 船舶环境因素环境因素包括操作测试场船舶密度、风速、浪高和能见度。

4.2.6.1 测试场船舶密度测试场船舶密度由实测得到。

4.2.6.2 风速风速由实测得到。

4.2.6.3 浪高浪高由实测得到。

4.2.6.3 能见度能见度可由目测或仪器测得。

5 无人船质量安全风险评价方法对于影响无人船质量安全的因素，采用灰色关联分析模型进行评价，详见附录B。

附 录 A（资料性附录）无人船质量安全风险评价指标体系框架图A.1附 录 B （资料性附录）无人船质量安全风险灰色关联分析评价B .1 无人船质量安全风险灰色关联分析评价原理对于 个无人船安全风险影响因素指标， m 个船型的评价，影响因素指标值组成矩阵，表示为：(0)(0)(0)111(0)(0)(0)(0)222(0)(0)(0)(1)(2)()(1)(2)()(1)(2)()m nm mm x x x n x x x n X x x x n ⨯⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦LL M M O M L ……………………………………（B .1） 无人船安全风险影响因素指标一般有两种类型：越小越好型和越大越好型，越大越好的指标，规范化采用以下公式：(0)(0)(0)(0)()min ()(),(1,2,,)max ()min ()i i i mi i ii mi mx k x k x k i m x k x k ∈∈∈-==-L …………………………（B.2）越小越好的指标，规范化采取以下公式：(0)(0)(0)(0)max ()()(),(1,2,,)max ()min ()i i i mi i ii mi mx k x k x k i m x k x k ∈∈∈-==-L ……………………………（B.3）规范化变换后B .1式变为：111222(1)(2)()(1)(2)()(1)(2)()m nm m m x x x n x x x n Xx x x n ⨯⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦L L M M O M L……………………………（B.4）设 为参照船型影响因素指标值序列， [(1),(2),,()]i i i i x x x x n =L 为第 个比较船型影响因素指标值序列： 1,2,,i m =L 。

设[(1),(2),,()]x x x x n ''''=L 为序列 [(1),(2),,()]x x x x n =L 的累减产生序列，其中(1)(1)x x '= ，()()(1),2,,x k x k x k k n '=--=L 。

关联性实质上是曲线间几何形状的差别，因此可以将曲线间差值的大小，作为关联程度的衡量尺度。

因此，可以定义以下点关联系数的计算公式：010200max max ()()()()()()()max max ()()i i mk ni i i i i mk nx k x k k x k x k x k x k x k x k ξζλλξ∈∈∈∈⋅-=''-+-+⋅-……………（B.5）式中ξ为分辨系数，取值在0到1之间，一般取0.5；1λ为位移加权系数，2λ为唯一变化率加权系数，且120,1λλ<<，121λλ+=，其取值可根据具体问题的侧重适当调节。

如果所分析的因素与各个影响因素的相对位移关系不大，而与整体变化趋势关系大时，则适当减小1λ，增大2λ；如果所分析的因素与影响因素间的变化趋势关系不大时，可适当增大1λ，减小2λ。

一般情况下，可取1λ=2λ=0.5。

式中()i k ζ为第i 个船型的第k 个影响因素对于参考船型0x 的相对差值，这种形式的相对差值称为i x 对于0x 在k 影响因素的关联系数。

为了得到船型i x 与0x 的灰色关联度，则需要将各影响因素的灰色关联系数进行加权求和，如式B.6所示：01(,)[()()]ni i i k x x w k k γγξ===⋅∑…………………………………………（B.6）式中i γ为i x 对于0x 的灰色关联度，()w k 为影响因素指标k 的权重系数：()(1)()()W D w k w k w k αα=-+……………………………………………（B.7）式中()W w k 和()D w k 分别为白化权函数法和专家打分法得到的权重，α为主观系数，01α≤≤，如果权重需要更加符合主观偏好则增大α，反之如果希望系数尽量避免主观影响，则应降低α，通常取0.5。

采用客观的计算方法白化权函数法和带主观性的计算方法专家打分法对无人船安全风险影响因素指标权重进行计算，分别得到W W 和D W 。

设权重函数（白化权函数）为：()ln f x x x =………………………………………………………（B.8） 则归一化权重()W w k 的计算如下:对于n 个影响因素指标，m 个船型，影响因素指标值组成矩阵，矩阵的值均根据公式B.2和B.3规范化：首先，求各船型的影响因素的总和：1(),1,2,,mk i i D x k k n ===∑L ………………………………………………（B.9）然后，求影响因素的熵值：1()1[1,2,,ln mi k i kx k e f k n m D ==-⋅=∑L …………………………………（B.10）当()0i k x k D = 时，令()[]0i kx k f D = 。

接着，求各个影响因素熵值的总和：1nk k E e ==∑……………………………………………………………（B.11）然后，求影响因素间的相对权重：1kk e n E β-=-……………………………………………………………（B.12）最后，对相对权重进行归一化，即得到各影响因素指标的权重系数()W w k ：1()kW nkk w k ββ==∑…………………………………………………（B.13）熵是系统无序程度的度量，可以用于度量已知数据所包含的有效信息量和确定权重。