基于多重對(duì)應(yīng)分析的海上交通事故原因推理

張欣欣， 席永濤， 胡甚平(上海海事大學(xué) 商船學(xué)院， 上海 201306)

基于多重對(duì)應(yīng)分析的海上交通事故原因推理

張欣欣， 席永濤， 胡甚平
(上海海事大學(xué) 商船學(xué)院， 上海 201306)

為研究人失誤因素中各因素間的相互關(guān)系，根據(jù)人因素分析與分類(lèi)系統(tǒng)(Human Factors Analysis and Classification System, HFACS)模型中的4層事故防御，結(jié)合海上交通事故案例統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，運(yùn)用多重對(duì)應(yīng)分析技術(shù)進(jìn)行算例應(yīng)用，歸納整理出導(dǎo)致海上交通事故的原因。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：組織管理因素是影響海上交通安全的根本原因。能見(jiàn)度不良與情景意識(shí)差有較密切的關(guān)系，注意力差、船員內(nèi)部信息交流不暢與監(jiān)督違章有較密切的關(guān)系，應(yīng)急處置不當(dāng)與駕駛臺(tái)儀器使用不當(dāng)有一定的關(guān)系，安全管理體系(Safety Management System, SMS)與各海上交通事故原因均有一定的關(guān)系，這表明組織管理在維護(hù)海上交通安全方面具有重要地位。

水路運(yùn)輸； 多重對(duì)應(yīng)分析； 人因素分析與分類(lèi)系統(tǒng)； 海上交通事故

目前國(guó)際上90%的貨物運(yùn)輸是通過(guò)航運(yùn)完成的，該種運(yùn)輸方式被認(rèn)為是安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的商業(yè)運(yùn)輸方式。有關(guān)統(tǒng)計(jì)[1]表明，過(guò)去十幾年中，海上交通事故發(fā)生率在緩慢下降，這與20世紀(jì)注重船舶安全技術(shù)是有關(guān)的。但是，目前海上交通事故仍時(shí)有發(fā)生，全球超過(guò)80%的海上交通事故是由人的因素造成的，這已在業(yè)內(nèi)達(dá)成共識(shí)。

從20世紀(jì)開(kāi)始，各領(lǐng)域中的相關(guān)學(xué)者逐漸將事故原因研究轉(zhuǎn)向人失誤方面。核工業(yè)及航空等復(fù)雜、危險(xiǎn)性高的領(lǐng)域首先使用人失誤分析[2]來(lái)解決安全方面的問(wèn)題。而在航運(yùn)交通領(lǐng)域[3-4]，雖然對(duì)人失誤與人因可靠性的研究已取得很大進(jìn)步，但因樣本少、數(shù)據(jù)缺乏，定量分析的進(jìn)展不大，相關(guān)研究暫時(shí)還停留在人的不安全行為層面，這就決定了人失誤研究系統(tǒng)性不足，思路太過(guò)主觀。

對(duì)此，采用人因素分析與分類(lèi)系統(tǒng)(Hunan Factors Analysis and Classification System, HFACS)，提出海上交通事故的系統(tǒng)性多重對(duì)應(yīng)分析方法，挖掘管理因素與其他因素之間的關(guān)系。

1 HFACS原理

HFACS模型[5-7]是一種事故調(diào)查和數(shù)據(jù)分析工具，由WIEGMAN和SHAPPELL在對(duì)美國(guó)海軍的人因進(jìn)行分析分類(lèi)系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上提出，其理論基礎(chǔ)是REASON[8]的潛伏性和激活性錯(cuò)誤模型。REASON模型于2001年被美國(guó)聯(lián)邦航空局(Federal Aviation Administration, FAA)移植到民航飛行員人失誤的分類(lèi)分析中，至此得以運(yùn)用到實(shí)踐中。

1.1HFACS模型

一般來(lái)說(shuō)，事故的發(fā)生從組織管理開(kāi)始，經(jīng)過(guò)一系列失誤，最終由人的不安全行為引發(fā)。HFACS模型能有效分析事故中潛在的人失誤，有助于確定各類(lèi)人失誤問(wèn)題的原因，進(jìn)而找出人失誤的確切原因。

HFACS模型分為組織影響、不安全的監(jiān)督、不安全行為的前提條件和人的不安全行為等4部分。在導(dǎo)致事故最終發(fā)生的整個(gè)過(guò)程中，事故隱患只有逐層突破這4個(gè)層次的防御，才能導(dǎo)致事故最終發(fā)生。假如事故隱患被這4層中的任意一層所抵擋，事故將不可能發(fā)生。

1.2海上交通事故人失誤分析

這里所描述的人失誤即為使事故隱患發(fā)展成事故而需要突破的4層防御。

1) 人的不安全行為是導(dǎo)致事故發(fā)生的直接原因，通常被認(rèn)為是導(dǎo)致事故發(fā)生的罪魁禍?zhǔn)?，主要分為差錯(cuò)和違章兩類(lèi)，其中差錯(cuò)又分為技能差錯(cuò)、決策差錯(cuò)和知覺(jué)差錯(cuò)。

2) 不安全行為的前提條件分為環(huán)境因素、操作者狀態(tài)和個(gè)人因素，其中：環(huán)境因素有物理環(huán)境(包括風(fēng)、流、能見(jiàn)度等)和技術(shù)環(huán)境(包括駕駛臺(tái)設(shè)備的配備和使用等)；操作者狀態(tài)有心理狀態(tài)、生理狀態(tài)和身體局限；個(gè)人因素有船舶資源管理(包括船舶內(nèi)部的信息交流和駕駛臺(tái)團(tuán)隊(duì)合作的協(xié)調(diào))不當(dāng)和個(gè)人準(zhǔn)備。

3) 不安全的監(jiān)督是引發(fā)不安全行為的作用機(jī)制，包含岸基人員沒(méi)有根據(jù)國(guó)際安全管理(International Safety Management, ISM)規(guī)則監(jiān)督船舶安全和防污染情況、船長(zhǎng)沒(méi)有帶領(lǐng)船員做好安全和防污染的工作,包括監(jiān)督不充分、運(yùn)行計(jì)劃不適當(dāng)、沒(méi)有糾正問(wèn)題和監(jiān)督違章，其中：監(jiān)督不充分包括沒(méi)有提供指導(dǎo)、沒(méi)有操作程序、沒(méi)有監(jiān)督、沒(méi)有培訓(xùn)以及沒(méi)有處理故障等；運(yùn)行計(jì)劃不適當(dāng)是指排班和操作計(jì)劃不適當(dāng)(人員搭配和休息)、監(jiān)督人員沒(méi)有提供正確的數(shù)據(jù)或足夠的時(shí)間、根據(jù)情況不是需要做的工作等；沒(méi)有糾正問(wèn)題是指情況發(fā)生時(shí)問(wèn)題已明確但沒(méi)有及時(shí)糾正；監(jiān)督違章是指在履行監(jiān)督職責(zé)時(shí)故意忽視現(xiàn)有的規(guī)則和操作程序。

4) 組織影響包括資源管理、組織氛圍和組織過(guò)程，其中：資源管理是指組織資源的管理、分配和維護(hù)，包括人力資源、財(cái)務(wù)預(yù)算和設(shè)備資源等；組織氛圍包含政策(包括船員的福利待遇、入職、晉升、解雇、事故調(diào)查以有有關(guān)法律法規(guī)等)和文化(指態(tài)度、價(jià)值觀、信仰以及習(xí)俗等)；組織過(guò)程涉及程序、流程、監(jiān)督等，包括安全管理體系(Safety Management System, SMS)。

2 多重對(duì)應(yīng)分析技術(shù)

關(guān)聯(lián)分析[9-12]又稱(chēng)對(duì)應(yīng)分析(Correspondence Analysis)、R-Q型因子分析，是近年發(fā)展起來(lái)的一種多元相依變量統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)，通過(guò)分析由定性變量構(gòu)成的交互匯總表來(lái)揭示變量間的聯(lián)系，既可揭示同一變量的各個(gè)類(lèi)別之間的差異，又能說(shuō)明不同變量各個(gè)類(lèi)別之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。其是一種視覺(jué)化的數(shù)據(jù)分析方法，能將幾組看不出任何聯(lián)系的數(shù)據(jù)通過(guò)視覺(jué)上可接受的定位圖展現(xiàn)出來(lái)，主要應(yīng)用于市場(chǎng)細(xì)分、產(chǎn)品定位、地質(zhì)研究及計(jì)算機(jī)工程等領(lǐng)域中。

對(duì)產(chǎn)生不安全行為的原因進(jìn)行追溯，包含不安全行為的前提條件、不安全的監(jiān)督和組織影響。為研究這3類(lèi)因素間的相互影響關(guān)系，考慮到駕駛臺(tái)資源管理(Bridge Resources Management, BRM)的框架內(nèi)容，選取9個(gè)變量(見(jiàn)表1)。

表1 多重對(duì)應(yīng)分析中使用的變量

由于能見(jiàn)度、駕駛臺(tái)儀器使用、船員內(nèi)部信息交流、情景意識(shí)和注意力等5個(gè)變量是導(dǎo)致不安全行為的先決條件，因此將其劃分為不安全行為的前提條件；同理，將操作不當(dāng)、監(jiān)督違章和應(yīng)急處置劃分為不安全的監(jiān)督，將安全管理體系劃分為組織影響。

上述因子均影響人失誤，對(duì)其相互作用模式進(jìn)行定量化分析需引入數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)。作為多元相依變量統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)，對(duì)應(yīng)分析對(duì)人失誤的定量化分析有幫助。

2.1對(duì)應(yīng)分析技術(shù)的基本原理

對(duì)應(yīng)分析是在R型(研究對(duì)象是變量)和Q型(研究對(duì)象是樣品)因子分析的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的一種多元統(tǒng)計(jì)分析方法，不僅是一種比較分析方法，更是一種圖形化的處理分析方法，能將幾組看起來(lái)沒(méi)有任何聯(lián)系的數(shù)據(jù)通過(guò)視覺(jué)上可以接受的圖形展現(xiàn)出來(lái)。對(duì)應(yīng)分析使用降維思想，分析原始數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，目的是以簡(jiǎn)潔、明了的方式揭示屬性變量之間與屬性變量各種狀態(tài)之間的相互關(guān)系，最大的特點(diǎn)是能用一張二維圖同時(shí)表示出兩類(lèi)屬性變量的各種狀態(tài)，進(jìn)而直觀地描述原始數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。

對(duì)應(yīng)分析根據(jù)屬性變量的數(shù)量分為簡(jiǎn)單對(duì)應(yīng)分析和多重對(duì)應(yīng)分析兩種，其中：簡(jiǎn)單對(duì)應(yīng)分析可分析2個(gè)屬性變量之間的關(guān)系；多重對(duì)應(yīng)分析可分析一組屬性變量之間的相關(guān)性，在PASW Statistics 18軟件中通過(guò)最佳尺度來(lái)實(shí)現(xiàn)。最佳尺度提供了多重對(duì)應(yīng)分析、分類(lèi)主要成分和非線性典型相關(guān)性等3種方法，其中多重對(duì)應(yīng)分析方法用于分析多個(gè)無(wú)序?qū)傩宰兞恐g的關(guān)系，并用散點(diǎn)圖表達(dá)出來(lái)。

2.2數(shù)據(jù)預(yù)處理

在統(tǒng)計(jì)分析實(shí)際問(wèn)題時(shí)，若變量值的量綱不同、數(shù)量級(jí)相差很大，則需考慮樣品之間的差異。為使之具有對(duì)等性，以便將R型因子分析和Q型因子分析建立起聯(lián)系，需將原始數(shù)據(jù)陣X=(xij)變換成矩陣Z=(zij)，即將xij變換成zij之后，zij應(yīng)能滿(mǎn)足使變量和樣品具有對(duì)等性，且能通過(guò)zij把R型因子分析和Q型因子分析的聯(lián)系建立起來(lái)。具體數(shù)據(jù)矩陣Z按照式(1)的變換得到，即

(1)

2.3關(guān)聯(lián)分析技術(shù)的實(shí)施程序

根據(jù)上述原理和方法，可得出以下對(duì)應(yīng)分析的具體步驟。

3) 進(jìn)行因子分析

(2)

隨后在兩兩因子軸平面上作各樣品點(diǎn)圖。

(2)Q型因子分析：首先計(jì)算上述所求的m個(gè)特征根λ1,λ2,…,λm對(duì)應(yīng)于矩陣B=ZZ′的單位特征向量Zu1V1,Zu2V2,…,ZumVm，從而得到Q型因子載荷陣為

(3)

隨后在兩兩因子軸平面上作變量點(diǎn)圖。

4) 根據(jù)因子平面上所呈現(xiàn)出的變量之間、樣品之間以及變量與樣品之間的相互關(guān)系，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)推斷和分析。

3 算例

為研究人失誤因素中各因素之間的相互關(guān)系，結(jié)合海上交通事故案例統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，根據(jù)HFACS模型中的4層事故防御，運(yùn)用多重對(duì)應(yīng)分析技術(shù)進(jìn)行算例應(yīng)用，歸納整理出導(dǎo)致海上交通事故發(fā)生的原因。

3.1因子確立與數(shù)據(jù)獲取

本算例調(diào)查了某港區(qū)的123件事故案例，運(yùn)用HFACS模型中的因素歸納了9個(gè)適用于海上交通事故的因素(如表1)。若某例事故的發(fā)生與某一因素有關(guān)，則將該事故的這一因素標(biāo)記為Y，無(wú)關(guān)的因素標(biāo)記為N。

歸納的9個(gè)因素包括能見(jiàn)度(好、差)、駕駛臺(tái)儀器使用(好、差)、船員內(nèi)部信息交流(好、差)、情景意識(shí)(好、差)、注意力(好、差)、操作不當(dāng)(是、否)、監(jiān)督違章(是、否)、應(yīng)急處置(好、差)、安全管理體系(好、差)，123件事故案例的事故原因匯總見(jiàn)表2。

3.2多重對(duì)應(yīng)分析圖

對(duì)應(yīng)分析的基本思想是將一個(gè)聯(lián)列表的行和列中各元素的比例結(jié)構(gòu)以點(diǎn)的形式在較低維的空間中表示出來(lái)。在海上交通事故原因分析的研究中，很多變量都是無(wú)序多分類(lèi)變量。從結(jié)果的直觀性和解釋性方面講，多重對(duì)應(yīng)分析體現(xiàn)了其優(yōu)勢(shì)。運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)多重對(duì)應(yīng)分析方法分析，將9個(gè)參與分析的變量的得分情況直觀地表達(dá)在同一張圖形上(即反映在二維坐標(biāo)系下)，從而得到多重對(duì)應(yīng)分析圖(見(jiàn)圖1)。

表2 事故原因匯總

圖1 多重對(duì)應(yīng)分析圖

1) 在解釋圖形時(shí)應(yīng)遵循以下原則：

(1) 落在由原點(diǎn)(0，0)出發(fā)接近相同方位和圖形相同區(qū)域的同一變量的不同類(lèi)別具有類(lèi)似的性質(zhì)；

(2) 落在由原點(diǎn)(0，0)出發(fā)接近相同方位和圖形相同區(qū)域的不同變量的類(lèi)別間可能有聯(lián)系。

2) 辨別度量是變量量化后的值向量和觀測(cè)得分維度向量的平方相關(guān)系數(shù)，反映的是維度得分與量化后變量值的相關(guān)性大小，由此可判斷重點(diǎn)變量在與其相關(guān)性較大的維度上的特征，在該維度上的類(lèi)別點(diǎn)一般會(huì)分得更開(kāi)。

3.3人失誤影響因子分析結(jié)論

通過(guò)分析可得出以下結(jié)論。

1) 能見(jiàn)度不良與情景意識(shí)差有較密切的關(guān)系(第二象限)；注意力差、船員內(nèi)部信息交流不暢與監(jiān)督違章有較密切的關(guān)系(第三象限)；應(yīng)急處置不當(dāng)與駕駛臺(tái)儀器使用不當(dāng)有一定的關(guān)系(第四象限)。

2) 船員操作不當(dāng)處于“維度2=0”的位置，說(shuō)明其與情景意識(shí)差、注意力不集中和船員內(nèi)部信息交流不暢都有一定的關(guān)系；而SMS不當(dāng)處于原點(diǎn)(0，0)位置，說(shuō)明其與各海上交通事故原因都有一定的關(guān)聯(lián)，這反映了組織管理在維護(hù)海上交通安全方面的重要地位。

表3 辨別度量

圖2 辨別度量

3) 由表3和圖2可知，SMS和監(jiān)督違章與應(yīng)急處置的相關(guān)性較大，而船員內(nèi)部信息交流、情景意識(shí)、注意力、能見(jiàn)度和駕駛臺(tái)儀器使用與船員操作不當(dāng)有比較密切的關(guān)系。

4 對(duì)策及建議

嘗試將HFACS模型應(yīng)用于海上交通安全管理領(lǐng)域中，并在不同防御層次確定海上交通事故的原因，利用多重對(duì)應(yīng)分析方法直觀地描述各原因之間的關(guān)系，得出的結(jié)果符合事實(shí)情況。

由得出的結(jié)論可知：當(dāng)能見(jiàn)度不良時(shí)，值班人員的情景意識(shí)容易變差，可通過(guò)提高注意力或增加值班人員等措施預(yù)防；當(dāng)值班人員注意力變差或船員內(nèi)部信息交流不暢時(shí)，需采取適當(dāng)?shù)谋O(jiān)督手段進(jìn)行克制；船員操作不當(dāng)與情景意識(shí)差、注意力不集中及船員內(nèi)部信息交流不暢有關(guān)，需采取措施提高值班人員的情景意識(shí)和注意力，增加內(nèi)部的信息交流；安全管理體系與各因素都有關(guān)系，說(shuō)明組織管理因素是影響海上交通安全的根本原因。

[1] Marine Accident Investigation Branch of UK. Collision Between Stern Trawer Beverley Ann II and Ro-Ro Cargo/Vehicle Carrier Cypress Pass[R]. 2000.

[2] 何旭洪，黃祥瑞. 工業(yè)系統(tǒng)中人的可靠性分析：原理、方法與應(yīng)用[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2007:72-78.

[3] 席永濤,陳偉炯,夏少生,等. 基于APJE-SLIM的海運(yùn)人因失誤概率的確定[J]. 中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào),2011,21(3):84-89.

[4] 王堅(jiān)敏. 人機(jī)工程學(xué)理論在船舶事故研究中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)航海,1993(2):42-52.

[5] WIEGMANN D, FAABORG T, BOQUET A,etal. Human Error and General Aviation Accidents: A Comprehensive, Fine-Grained Analysis Using HFACS[R]. December 2005.

[6] DETWILER C, HOLCOMB K, HACKWORTH C，etal. Human Error and Commercial Aviation Accidents: An Analysis Using the Human Factor Analysis and Classification System[J]. Hunan Factor, 2007(4):227-242.

[7] SHAPPELL S, WIEGMANN D. A Methodology for Assessing Safety Programs Targeting Human Error in Aviation[J]. The International Journal of Aviation Psychology, 2009,19(3):252-269.

[8] Reason J. Human Error[M]. Cambridge: Cambridge University Press, 1990:134-145.

[9] 張文彤. SPSS 統(tǒng)計(jì)分析高級(jí)教程[M]. 北京: 高等教育出版社，2004: 290.

[10] 潘莉.多重對(duì)應(yīng)分析技術(shù)在軟件人才招聘信息中的應(yīng)用[J]. 商場(chǎng)現(xiàn)代化, 2006(31): 279-280.

[11] 劉潔,陳海波.影響企業(yè)創(chuàng)新績(jī)效因素的多重對(duì)應(yīng)分析——基于江蘇省創(chuàng)新調(diào)查數(shù)據(jù)[J]. 科技管理研究,2011(22):7-9.

[12] CHAUVIN C, LARDJANE S, MOREL G,etal. Human and Organizational Factors in Maritime Accidents: Analysis of Collisions at Sea Using the HFACS[J]. Accident Analysis and Prevention, 2013(59): 26-37.

QuantitativeReasoningofMaritimeTrafficAccidentsBasedonMultipleCorrelationAnalysis

ZHANGXinxin，XIYongtao，HUShenping
(Merchant Marine College, Shanghai Maritime University, Shanghai 201306, China)

The Human Factors Analysis and Classification System(HFACS) is adapted to maritime traffic accident analysis. The multiple correspondence analysis is performed to study the relations between various human factors. The analysis shows that visibility and situational awareness are closely related; attention, internal communication on board and supervision rule violation are fairly closely related; and emergency response and misuse of instruments are related in certain degree. Most factors related to marine accidents are in the scope of the marine Safety Management System(SMS), which suggests the importance of organizational management in traffic safety.

waterway transportation; multiple correspondence analysis; HFACS; maritime traffic accident

2015-04-20

上海高校青年教師培養(yǎng)資助計(jì)劃(shhs2012011)

張欣欣(1986—)，男，江蘇海門(mén)人，講師,碩士,研究方向?yàn)楹Ｉ辖煌ò踩c保障。E-mail：xxzhang@shmtu.edu.cn

1000-4653(2015)03-0065-05

U698.6

A