陈兴伟 胡甚平 方 诚

(上海海事大学海洋科学与工程学院1) 上海 201306) (浙江交通职业技术学院海运学院2) 杭州 311112)(上海海事大学商船学院3) 上海 201306)

0 引 言

海上货物运输一直是国际贸易的重要组成部分,大约80%的国际贸易货物运输是通过船舶和港口转移到世界各地.随着海上货物运输和船舶大型化的发展,提高船舶安全一直是整个行业最重要的研究主题[1].尽管海事主管部门通过实施一系列公约和规则来降低和防范海上交通事故的发生,但船舶事故仍时有发生,海上货物运输风险没有降低到可以接受的水平[2].

近年来,国内外学者运用不同的理论和实践方法从不同角度对船舶事故进行了广泛而深入的研究.郑中义等[3-4]在完成对事故致因理论过程研究综述的基础上,分别运用灰色系统理论、Petri网和数据挖掘技术对船舶事故进行致因源辨识和定量分析.胡甚平等[5-6]运用云模型和贝叶斯网络,针对海上交通系统进行风险成因耦合机理的分析.陈兴伟等[7]利用关联规则对船舶交通事故数据进行数据统计与分析,发现因素间的内在联系.席永涛等[8-9]利用人因可靠性分析、系统脆性理论和粗糙集等理论就船舶交通事故中人为因素进行深入的分析和研究.以上研究主要是从宏观的角度对船舶事故成因和系统风险的角度去分析,特别是针对人为因素的分析对提高海上交通安全具有深远的实践意义.

船舶驾驶员在航行过程中所感知的风险包括环境、船舶、设备和引航员等多个因素,会影响其操纵决策和安全感知.刘红等[10-12]利用粗糙集理论分别对船舶、航空和道路运输事故进行了影响因素分析.冯忠祥等[15-16]将Logistic模型、结构方程和神经网络理论引入到道路交通事故严重程度影响因素或相关性的研究中,这些探索性的研究为海上交通事故影响因素分析提供了思路.

为了分析海上交通事故严重程度的主要影响因素,探索事故严重程度与影响因素间的影响关系模型,并以海上交通事故为数据基础,文中采用结构方程(structural equation modeling,SEM)模型建立海上交通事故严重程度影响因素结构方程,揭示事故严重程度与影响因素之间的相关性和路径关系,为降低事故严重程度和提高航行安全提供理论和实践支持.

1 海上交通事故特点和分析

海上交通安全是一个由“人-机-环-管”四个方面因素共同作用的复杂系统,某个因素或者多个因素都会对船舶航行安全带来影响,甚至导致事故的发生[17].为了深入研究海上交通安全,多数国家通过建立船舶事故数据管理系统,收集并定期发布辖区内事故统计数据,是众多海上交通安全研究的数据基础.通过对船舶事故数据的分析可知,船舶事故具有如下特点.

1) 事故发生概率小 一般而言,船舶在设计、建造和营运过程中都是充分考虑安全问题,成熟的安全设备、高效的安全管理制度和国际公约都对船舶安全带来深远的影响；同时,从船舶航行水域的交通拥挤程度也远低于道路运输，因此，从概率角度来说船舶事故发生概率小.

2) 事故后果严重 随着船舶大型化的发展,单船运输量不断增长,一旦发生事故就会造成人命伤亡、海洋生态破坏和财产损失等严重后果.同时船舶远离陆地,发生事故后都需要船员自救或弃船,无法得到及时且有效救援,导致船舶事故后果一般都很严重.

3) 涉及人为因素 船舶、设备和货物的操纵和营运的实际操作者都是海员,海员的失误或过失都有可能导致事故的发生.历史数据和研究表明,80%以上的海上交通事故直接或间接与人为因素有关.

从上述分析可知,对海上交通事故特征进行统计分析虽能反映事故发生的特点,但无法直观且具体的解释这些因素与事故特征，尤其是事故严重程度之间的内在关系和影响程度.

2 海上交通事故严重程度影响模型

结构方程模型的核心是通过计算变量间的协方差来描述和分析变量之间存在的相互关系,一般而言，构建模型就是来探寻各变量之间的因果关系或相关性,并运用协方差和路径图等图文方式来直观表达这些关系.结构方程模型由测量模型和结构模型两部分组成,其中测量模型反映的是潜变量与观测变量之间的关系,也就是完成因子分析(factor analysis)；结构模型描述的是潜变量之间的关系,可理解为路径分析(path analysis).

根据海上交通理论、影响因素和事故特征的关系,将事故严重程度影响因素分为非人为客观因素和与人员活动有关因素,构建文中影响因素理论框架,见图1.

图1 海上交通事故严重程度影响因素理论框架

2.1 影响因素选取

选取时间、海洋环境、船舶、人员特征，以及船舶动态这五大类因素作为客观因素,同时根据是否有人员活动参与作为分类依据,将这五大类因素分为非人为客观因素和与人员活动有关的客观因素，并选取事故等级因子来表征事故严重程度.具体各个变量的描述见表1.

表1 海上交通事故严重程度影响因素

2.2 数据处理

选用国内某沿海省份近几年发生894起海上交通事故数据,作为海上交通事故严重程度影响因素分析的数据基础,从样本数量上而言能满足结构方程分析的样本要求.在收集和处理数据过程中,便于结构方程分析的需要将数据按照李克特(Likert)量表进行度量,见表2.

表2 数据度量描述

3 结构方程模型分析

3.1 因子分析

因子分析的核心目的是利用较少的互相独立的公共因子来反映原有变量绝大部分信息,并使因子具有一定的命名解释性.通过旋转后的因子负荷矩阵,将月份和时间段作为时间因子；将位置、能见度和海浪作为海洋环境因子；将船长和船舶吨位作为船舶因子；船长是否在驾驶台和引航员操作作为人员因子;事故后果、人员伤亡、财产损失和事故等级作为严重程度因子,见表3.

表3 验证性因子分析结果

验证性分析主要通过因子载荷计算平均方差抽取量(average variance extracted,AVE)、组间最大相关系数的平方(R2)这两个参数来检验先前理论假设模型是否与理论模型一致.从数据可知各潜变量对应的AVE值均大于R2,说明本次滞留数据因子分析能够满足要求.

3.2 影响因素结构模型分析

3.2.1初始模型

表4为初始和最终模型的拟合指数，由表4可知,除TLI指标未达到标准外,其余指标均达到拟合标准,说明初始模型整体拟合度较好,需要做进一步的调整和修正内容较少.

3.2.2模型修正

初始模型的拟合指数没有完全达到评价标准的,就需要对初始模型进行修正.模型的修正的目的就是通过添加相关性路径或删除不显著关系来调整拟合指数,一般可以结合研究理论和实践经验,参考模型修正指数(modification index,MI)实施修正.修正过程中应按照逐步修改的原则,选取修正指数最大的路径进行调整,实现每次调整都降低模型卡方值的方式来实现模型修正的目的.通过数次模型调整得到最终模型,拟合指数见表4.

表4 初始模型、最终模型拟合指数

3.2.3事故严重程度影响因素分析

通过结构方程模型分析,计算得到各个因素对事故严重程度的影响值和路径关系，见图2.总共获得21条影响路径,连线上所标注的数据为两个变量之间的影响值,按照逻辑关系将影响值叠加可得到该路径的总影响值，见表5.

3.3 结构模型结果分析

经过结构模型分析得到海上交通事故严重程

图2 修正后影响因素模型

表5 事故严重程度总影响值分析

度影响因素之间的相互关系和影响路径,标准化后的路径系数可判断各影响因素对事故严重程度的影响水平.每一条影响路径一方面揭示了各个因素对事故严重程度的影响,同时也能获得因素之间相互关系.由分析结果可知：

1) 从事故严重程度总影响值中可知，3类非人为客观影响因素对严重程度影响程度最大,分别是海洋环境因素、船舶因素和时间因素.

2) “人员”“海洋环境”和“船舶动态”这三个因素对事故严重程度的影响均为负值,说明船长或引航员在驾驶台、船舶在海上通航环境较好过程中所发生的事故严重程度反而较大；“时间”和“船舶”这两个客观因素对事故严重程度的影响为正值,说明发生在夜间或大型船舶所发生的事故严重程度较大.

4 结 束 语

海上交通安全是由“人-机-环-管”这四大类因素相互作用的复杂系统,其中人为因素对海上交通事故的发生起到了主要作用,但人为因素也在很大程度上受到客观因素的影响.选取非人为和与人员活动有关的5大类客观因素(潜变量)和10个影响因子(观测变量),分析客观因素与事故等级之间的影响关系和影响路径,结构方程在分析因素之间相关关系具有较大的优势.

通过潜变量(影响因素)与事故等级之间的结构方程模型,可辨别影响因素与事故结果之间的影响路径.通过影响路径能反映因素与结果之间存在相关影响,有助于解释不同影响因素对事故等级的演化路径和缺陷路径.

分析结果表明,海洋环境对海上交通事故的严重程度影响最大,其次分别是船舶和时间因素.当船长或引航员在驾驶台及通航环境较好情况下所发生事故的严重程度较大.

文中分析数据为我国某一沿海省份海上交通事故数据,下一步可针对我国沿海的海上交通事故进行分析和建模,验证结论是否具有普适性.同时,在后续工作中可添加更加详细的观测变量,更加综合的表征影响因素与事故严重程度的关系.