P R A C E N A U K O W E P O L I T E C H N I K I W A R S Z A W S K I E J. z. 102 Transport Krzysztof Marcjan, Lucjan Gucma

Transkrypt

1 P R A C E N A U K O W E P O L I T E C H N I K I W A R S Z A W S K I E J z. 102 Transport 2014 Krzysztof Marcjan, Lucjan Gucma Akademia Morska w Szczecinie, Wydzia Nawigacyjny, Instytut In ynierii Ruchu Morskiego WYKORZYSTANIE ANALIZY INCYDENTÓW NAWIGACYJNYCH W CELU OCENY BEZPIECZE STWA NAWIGACYJNEGO NA OBSZARACH MORZA BA TYCKIEGO O DU YM ZAG SZCZENIU RUCHU STATKÓW R kopis dostarczono: marzec 2014 Streszczenie: W przedstawionej pracy wykorzystano nowe mo liwo ci, jakie pojawi y si wraz z wprowadzeniem systemu automatycznej identyfikacji statków AIS. Jest to system, który umo liwia nie tylko monitoring ruchu statków, ale równie badania nad podstawowymi procesami rz dz cymi ruchem jednostek na danym akwenie. Badania autorów wskazuj, i analizuj c dane o pozycjach statków mo na wyznaczy obszar domeny probabilistycznej wokó statku, której przekroczenie jest uwa ane za incydent nawigacyjny oraz sprawdzi zale no ci mi dzy wypadkami nawigacyjnymi a incydentami. Autorzy opieraj c si na teorii trójk ta Heinrich a stwierdzili, i znalezienie zale no ci mi dzy incydentami a wypadkami nawigacyjnymi umo liwia podj cie oceny bezpiecze stwa nawigacyjnego na badanym akwenie. Wyznaczenie stosunku liczby incydentów do wypadków na badanym obszarze, ma na celu znalezienie miejsc potencjalnie niebezpiecznych. Zak adanym wynikiem pracy jest zwi kszenie wiadomo ci nawigatorów o miejscach potencjalnie niebezpiecznych, co mo e skutkowa zmniejszeniem liczby wypadków na badanym obszarze Morza Ba tyckiego. S owa kluczowe: bezpiecze stwo nawigacji, domena statku, analiza incydentów 1. WPROWADZENIE Najlepsz miar bezpiecze stwa eglugi na danym akwenie jest wypadkowo statków. Pomimo ogromnych inwestycji w zabezpieczanie w postaci urz dze technicznych oraz polepszanie wyszkolenia nawigatorów, na Ba tyku obserwowany jest brak tendencji spadkowej wypadków nawigacyjnych, co jest zjawiskiem wysoce niepokoj cym. Kolizje statków stanowi obecnie oko o 40% wszystkich wypadków morskich. Ich liczba jest ci le skorelowana z ograniczeniami ze wzgl du na dost pny obszar manewrowy, zag szczeniem ruchu statków w tym przecinanie si tras statków oraz warunkami nawigacyjnymi. Najwi cej wypadków z udzia em statków na Morzu Ba tyckim wyst puje

2 78 Krzysztof Marcjan, Lucjan Gucma wzd u wybrze y Szwecji i Danii, na Zatoce Fi skiej, a w szczególno ci w cie ninach du skich. Wypadki morskie mog mie katastrofalne konsekwencje, zw aszcza je eli b d w nim bra y udzia statki pasa erskie. 2. RUCH STATKÓW NA MORZU BA TYCKIM Morze Ba tyckie jest zamkni tym i stosunkowo ma ym basenem stanowi cym oko o 1/900 cz ci ca kowitej powierzchni mórz i oceanów wiata. Mimo obecnej sytuacji gospodarczej, ilo podró y statków i wolumeny adunków, ulegaj ogólnemu wzrostowi na przestrzeni ostatnich lat. Ze wzgl du na intensywny rozwój wymiany handlowej pomi dzy, zarówno portami nadba tyckimi jak i mi dzy nimi, a reszt wiata, Basen Morza Ba tyckiego charakteryzuje si jednym z najwy szych w Europie wska ników wzrostu gospodarczego.[1] Rys. 1. Zag szczenie ruchu statków na obszarze Po udniowego Ba tyku, wraz z Cie ninami Du skimi. Opracowanie w asne na podstawie [6] Na rysunku 1 kolorem br zowym zaznaczono trasy o najwi kszym zag szczeniu ruchu statków. G ównymi w skimi przej ciami oraz obszarami o najwy szej g sto ci ruchu statków, w regionie Morza Ba tyckiego znajduj si po udniowo-zachodnie przej cia pomi dzy Dani i Szwecj, tworz ce zespó Cie nin Du skich, cz ce Morze Ba tyckie z Morzem Pó nocnym.

3 Wykorzystanie analizy incydentów nawigacyjnych w celu oceny bezpiecze stwa RODZAJE WYPADKÓW MORSKICH Podstawowymi wypadkami nawigacyjnymi s kolizje statków, wej cia na mielizn, uszkodzenia strukturalne, uszkodzenia adunkowe oraz po ar na statkach. Powoduj one rokrocznie ogromne straty w ludziach oraz materialne. Kolizje statków stanowi obecnie oko o 40% wszystkich wypadków morskich. Ich liczba jest ci le skorelowana z ruchem statków, na rysunku 2 przedstawiono rozk ad liczby kolizji statków w latach oraz miejsca ich wyst powania w cz ci po udniowej Morza Ba tyckiego. Rys. 2. Rozk ad liczby kolizji statków w latach oraz miejsca ich wyst pienia w po udniowej cz ci Morza Ba tyckiego. Opracowanie w asne na podstawie [7] Wypadki na morzu mog mie równie inny wp yw na ycie ludzkie. Od dziesi tków lat wybrze a Europy odczuwaj katastrofalne skutki zanieczyszcze spowodowanych rozlewami ropy i produktów ropopochodnych ze statków. Coraz cz ciej przewo one s adunki niebezpieczne, wzrasta równie liczba i wielko statków, przewo cych te adunki. Na wodach Morza Ba tyckiego co roku wyst puje tysi ce wypadków statków i niebezpiecznych zdarze o mniejszej skali. Rzeczywiste i potencjalne koszty ekonomiczne tych problemów na wodach, na których wzrasta ruch statków s ogromne.[14] 3.1. CZYNNIK LUDZKI ZANIEDBANIE OBOWI ZKÓW ORAZ PRZEM CZENIE ZA ÓG, JAKO PRZYCZYNA WYPADKÓW MORSKICH Czynnik ludzki jest g ówn przyczyn wyst powania wypadków morskich, podobnie ma to miejsce w transporcie lotniczym [13]. Blisko 80% wypadków na morzu jest nim spowodowane. W konkluzjach i tezach Izb Morskich rozpatruj cych w Polsce przyczyny wypadków morskich, nadmierne zm czenie oficera wachtowego czy kapitana nie rzadko jest przyczyn zderzenia, które nie mia oby miejsca przy rozs dnym obsadzeniu wachty i jej cyklu. Uszczuplenie za óg na nowoczesnych statkach cz sto uniemo liwia stosowanie

4 80 Krzysztof Marcjan, Lucjan Gucma si do dobrej praktyki morskiej, a nawet do obowi zuj cych przepisów, co do obsady wachty i czasu pracy na mostku. Na wielu statkach czas pracy nawigatorów jest zbyt d ugi i skutkuje nadmiernym zm czeniem oficera wachtowego podnosz c tym samym ryzyko wypadku morskiego. Nowoczesne mostki, pe ne komputerów, automatyki i elektronicznych pomocy nawigacyjnych wspomagaj cych nawigatora, spowodowa y os abienie czujno ci i odpowiedzialno ci oficera wachtowego. Fa szywe poczucie bezpiecze stwa pilnowanego przez elektronik (radary wyposa one w urz dzenie ARPA, System Automatycznej Identyfikacji AIS, mapy elektroniczne, itp.), skutkuje do szybkim wzrostem ilo ci wypadków morskich. Obni enie czujno ci nawigatora ma miejsce tak e na akwenach otwartych, gdzie ze wzgl du na mniejsz ilo statków, uwaga nawigatora skierowana jest na inne obowi zki ni prowadzenie nawigacji, wynikiem czego nie jest prowadzona w a ciwa obserwacja ANALIZA WYPADKÓW ORAZ INCYDENTÓW MORSKICH Na rysunku 2, przedstawiono miejsca gdzie wyst pi y zderzenia statków. Jak zosta o uwidocznione na mapie, kolizje nak adaj si jedynie na akwenach podej ciowych do portów oraz w cie ninach Du skich. czna liczba zarejestrowanych wypadków kolizyjnych na Morzu Ba tyckim w okresie od 2004 do 2011, która wynosi 346, jest zbyt ma a do wykonania analizy statystycznej wypadków. Du a cz drobnych wypadków oraz incydentów morskich nie jest rejestrowana przez administracje morskie, poniewa rejestrowane dane mimo wysi ku wielu zaanga owanych w to organizacji, s dalej niekompletne i niespójne. Wynika to z dwóch przyczyn: Niekompletno informacji o zaistnia ych wypadkach przez kapitanów, armatorów lub w niektórych przypadkach administracje morskie. Niespójne opracowywanie przez organizacje pozyskanych danych o wypadkach morskich. Niepe na liczba rejestrowanych incydentów nawigacyjnych powoduje ma skuteczno przeciwdzia ania tym zjawiskom, a tym samym ogranicza mo liwo przeciwdzia ania powa nym wypadkom morskim POJ CIE PRAWNE INCYDENTU MORSKIEGO Zgodnie z obowi zuj cym stanem prawnym przez incydent morski nale y rozumie ( ) zdarzenie, lub kilka nast puj cych po sobie zdarze, inne ni okre lone w pkt 1 3 (wypadek morski, bardzo powa ny wypadek, powa ny wypadek), zwi zane bezpo rednio z eksploatacj statku, które mia o lub mog o mie niekorzystny wp yw na bezpiecze stwo statku, osób na nim przebywaj cych lub rodowisko, z tym, e incydentem morskim nie jest wiadome dzia anie lub zaniechanie podj te z zamiarem naruszenia bezpiecze stwa statku, wyrz dzenia szkody na osobie lub szkody w rodowisku; Armator i kapitan statku, których dotyczy wypadek lub incydent morski, obowi zani s niezw ocznie powiadomi o wypadku lub incydencie morskim Komisj oraz kapitana

5 Wykorzystanie analizy incydentów nawigacyjnych w celu oceny bezpiecze stwa 81 pierwszego polskiego portu, do którego statek ma wej po wypadku lub incydencie morskim, a tak e zabezpieczy lady i dowody dotycz ce wypadku lub incydentu morskiego. (Ustawa z dnia 31 sierpnia 2012 r. o Pa stwowej Komisji Badania Wypadków Morskich) Na kwestie zwi zane z incydentem morskim wskazuje równie rozporz dzenie Ministra Transportu, Budownictwa I Gospodarki Morskiej z dnia 24 pa dziernika 2012 r. W sprawie sposobu wykonania obowi zków w zakresie zabezpieczenia ladów i dowodów dotycz cych wypadku lub incydentu morskiego, które stanowi, e armator, kapitan statku oraz podmiot zarz dzaj cy portem maj obowi zek: 2. Zabezpieczenia ladów i dowodów dotycz cych wypadku lub incydentu morskiego dla potrzeb badania wypadku lub incydentu morskiego prowadzonego przez Pa stwow Komisj Badania Wypadków Morskich, zwan dalej "Komisj ", dokonuje si przez: 1) ochron ich przed utrat, zniszczeniem lub zniekszta ceniem; 2) utrwalenie ich w postaci uzyskanych lub sporz dzonych dokumentów (ich odpisów lub kopii) dotycz cych przebiegu, okoliczno ci, przyczyn oraz skutków wypadku lub incydentu morskiego ANALIZA INCYDENTÓW W RÓ NYCH GA ZIACH TRANSPORTU Rozwa aj c mo liwo powstania wypadku nawigacyjnego nale y zawsze mie na uwadze setki uprzednio powsta ych zdarze potencjalnie wypadkowych, czyli incydentów nawigacyjnych. Analiza Heinricha polega na ustaleniu proporcji miedzy sytuacjami potencjalnie niebezpiecznymi, incydentami, a wypadkami nawigacyjnymi. 1 wypadek (powa ne uszkodzenia) 29 wypadków (lekkie uszkodzenia) 300 incydentów Tysi ce sytuacji potencjalnie niebezpiecznych Rys. 3. Trójk t Heinricha przedstawiaj cy pogl dowy stosunek liczby wypadków do incydentów i sytuacji potencjalnie niebezpiecznych Analizuj c podstaw trójk ta Heinricha - czyli okre laj c liczb incydentów nawigacyjnych przypadaj cych na jeden wypadek, autor jest w stanie okre li bezpiecze stwo nawigacyjne na danym obszarze. Problem rejestrowania incydentów wyst puje równie w innych ga ziach transportu. Z przedstawionego schematu (rys. 4)

6 82 Krzysztof Marcjan, Lucjan Gucma wynika, i najlepszy monitoring incydentów przypada na transport powietrzny, natomiast zdecydowanie najgorzej w zestawieniu prezentuje si transport morski. Obserwowalne W W INC W Cz ciowo Obserwowalne INC INC Nieobserwowalne Transport Drogowy Transport Powietrzny Transport Morski Rys. 4. Pogl dowy schemat ilustruj cy problem obserwowalno ci wypadków oraz incydentów w trzech ga ziach transportu. Badanie przyczyn wypadków na podstawie oceny statystycznej raportowanych incydentów przedstawiono w pracy [9], gdzie autorzy podj li prób po czenia przyczyn wypadków z przyczynami incydentów w transporcie lotniczym. Wychodz c z za o enia, i przeciwdzia anie incydentom mo e skutkowa obni eniem liczby powa nych wypadków lotniczych autorzy pos u yli si cznie ponad 100 tys. incydentów i wy onili grupy elementów, które po czone razem mog stanowi bezpo redni przyczyn wypadku lotniczego. Jedn z wa niejszych koncepcji dotycz cej bezpiecze stwa nawigacji jest domena statku. Poprzez poj cie domeny statku nale y rozumie pewien obszar wokó statku, który nawigator chcia by utrzyma wolnym od innych obiektów sta ych i ruchomych. Poj cie domeny statku po raz pierwszy zaproponowane zosta o przez japo skiego naukowca [2] w 1960 roku. Od tego czasu powsta y koncepcje domen o ró nych kszta tach, budowanych w oparciu o ruch statków oraz charakterystyki badanych obszarów wodnych. Interesuj ce rozwi zanie zaproponowa Z. Pietrzykowski [10], wyznaczaj c kszta t domen na podstawie przeprowadzonych bada ekspertowych oraz z zastosowaniem narz dzi sztucznej inteligencji do ekstrakcji i reprezentacji wiedzy nawigatorów. 4. BUDOWA MODELU INCYDENTÓW NAWIGACYJNYCH Model incydentów nawigacyjnych (kolizji pomi dzy dwoma statkami) zbudowano w oparciu o analiz danych pochodz cych z systemu monitoringu AIS. Pewnym uproszczeniem na potrzeby modelu jest to, i nie dokonano rozró nienia sytuacji ze wzgl du na widzialno. Algorytm wykrywania incydentów odnajduje statki poruszaj ce si blisko siebie oraz odrzuca te, które ze wzgl du na charakter pracy mijaj si z innymi

7 Wykorzystanie analizy incydentów nawigacyjnych w celu oceny bezpiecze stwa 83 jednostkami na ma ych odleg o ciach. Nast pnie sytuacje spotkaniowe mi dzy dwoma statkami dzielone s ze wzgl du na ró nic k tow w kursach obu statków na: statki na id ce wprost na siebie, wyprzedzanie, statki na kursach przecinaj cych si.[8],[12] W badaniach przyj to nast puj c hipotez : domena probabilistyczna mo e zosta zbudowana na podstawie danych z rozk adu odleg o ci mijania si statków. Odleg o mijania zale y od wielu czynników, lecz w badaniach przeprowadzonych pomini to wi kszo z nich pozostawiaj c tylko typ statku, typ sytuacji kolizyjnej i namiar na statek, z którym nast puje mini cie. Nawigator wykonuj cy manewry anty-kolizyjne lub niewykonuj cy manewrów z racji przyj cia za o enia, e odleg o mini cia jest bezpieczna zachowuje si losowo, ale równie warunki nawigacyjne parametry manewrowe i inne czynniki wp ywaj na sytuacj nawigacyjn, st d odleg o ci mijania s losowe. [3], [4] 4.1. ANALIZA INCYDENTÓW NAWIGACYJNYCH Badanie liczby incydentów nawigacyjnych na wyj ciu z systemu rozgraniczenia ruchu, gdzie uporz dkowany strumie statków zaczyna si rozchodzi, pozwoli na ocen zastosowanego rozwi zania oraz na wyci gni cie wniosków, w celu poprawy bezpiecze stwa nawigacyjnego na danym akwenie. Przyk ad takiej analizy zastosowano w pobli u systemów rozgraniczenia ruchu o du ym zag szczeniu ruchu statków. Poddano analizie liczb incydentów nawigacyjnych na zachodnim ko cu systemu TSS South of Gedser (wybrze e niemieckie), w miejscu przeci cia si torów kierunkowych systemu TSS Off Falsterbo (po udniowa cz Sundu) oraz w pobli u pó nocno-wschodniego ko ca systemu TSS Bornholmsgat (nad wysp Bornholmem). Obszar bada wybrano w tych miejscach, gdzie przez ostatnie dziesi lat wyst pi o jedno lub wi cej zderzenie statków. Rys. 5. Wybrane obszary bada w pobli u systemów rozgraniczenia ruchu Opracowanie w asne na podstawie elektronicznej mapy nawigacyjnej oraz [5].

8 84 Krzysztof Marcjan, Lucjan Gucma Dla ka dego z powy szych obszarów wyznaczono domeny probabilistyczne odnosz ce si do ka dej z trzech sytuacji spotkaniowych mi dzy statkami. Wynikiem bada incydentów na wybranych obszarach wokó systemów rozgraniczenia ruchu jest okre lenie warto ci wspó czynnika b d cego stosunkiem liczby incydentów przypadaj cych na jeden wypadek: R n / n f I A (1) gdzie: ni - liczba incydentów na przej statków, n - liczba wypadków na przej statków. A Obszar Wypadki na TSS South of Gedser Wspó czynnik ryzykar dla badanych obszarów przej n A f Sytuacja Incydenty na przej n I Wspó czynnik Ryzyka Statki id ce wprost na siebie Wyprzedzanie Przecinanie TSS Falsterbo Statki id ce wprost na siebie Wyprzedzanie Przecinanie TSS Bornholmsgat Statki id ce wprost na siebie Wyprzedzanie Przecinanie R f Tablica 1 W tablicy 1 przedstawiono wyniki analizy dla ka dego z trzech obszarów, w zale no ci od sytuacji spotkaniowej. Warto ci wspó czynników ryzyka s najwy sze dla sytuacji wyprzedzania, gdzie nawigatorzy czuj si najbezpieczniej, mimo e manewr trwa najd u ej, a dodatkowo pojawiaj si niebezpieczne oddzia ywania mi dzy kad ubami statków. St d trudno jest wyznaczy granic mi dzy zamierzon odleg o ci wyprzedzania a incydentem nawigacyjnym. Najni sze wyniki wspó czynnika wyliczono dla sytuacji, gdzie statki id wprost na siebie. Jest to najniebezpieczniejsza sytuacja, ze wzgl du na du pr dko zbli ania si obu statków, co daje niewielki czas na podj cie w a ciwego dzia ania w celu unikni cia zderzenia. Nale y zauwa y, i na wyj ciu z pierwszego obszaru (TSS South of Gedser), wspó czynnik ryzyka dla sytuacji, gdy statki id wprost na siebie jest zdecydowanie najwy szy.

9 Wykorzystanie analizy incydentów nawigacyjnych w celu oceny bezpiecze stwa WNIOSKI Zaprezentowane badania wskazuj, i analizuj c dane o pozycjach statków mo na wyznaczy obszar domeny probabilistycznej wokó statku, której przekroczenie jest uwa ane za incydenty nawigacyjne oraz sprawdzi zale no ci mi dzy wypadkami nawigacyjnymi a incydentami. Za o eniem pracy oraz kontynuowanych bada jest wyznaczenie na Po udniowozachodnim Ba tyku miejsc potencjalnie niebezpiecznych. Za miejsca potencjalnie niebezpieczne uznano te, w których skonstruowana domena probabilistyczna jest najmniejsza, a stosunek wypadków do liczby kolizji jest najwy szy. Autorzy na podstawie analizy incydentów nawigacyjnych d do znalezienia czynników, których rezultatem s wypadki morskie. Przedstawienie miejsc potencjalnie niebezpiecznych oraz zwi kszenie wiadomo ci nawigatorów, co do czynników podwy szonego ryzyka kolizji, ma za cel zmniejszenie liczby wypadków morskich. W artykule poruszono problem wspólny dla obu transportów, którym jest czynnik ludzki, jako g ówna przyczyna wypadków zarówno morskich jak i w transporcie lotniczym. W oparciu o prac [11], nale y zastanowi si nad wspólnymi rozwi zaniami dla wszystkich ga zi transportu, a przede wszystkim czy proponowana w przedstawionym artykule domena probabilistyczna mo e zosta wyznaczona oraz u yta do poszukiwania incydentów zarówno w transporcie lotniczym jak i drogowym. Bibliografia 1. Bogalecka M. Bezpiecze stwo transportu morskiego w regionie Morza Ba tyckiego Journal of Management and Finance 3/1, Fujii Y., Tanaka K. Traffic Capacity. Journal of Navigation. 24, ( ), Gucma L., Marcjan K. Badanie rozk adu odleg o ci mijania si statków na akwenach przybrze nych celem budowy probabilistycznej domeny statku. Proceedings of the XIV International Scientific and technical Conference on Marine Traffic Engineering, Szczecin Gucma L., Marcjan K. Incidents Analysis on the Basis of Traffic Monitoring Data in Pomeranian Bay. TransNav : International Journal on Marine Navigation and Safety of Sea Transportation, ISSN , , Gucma L., Gucma M., Marcjan K. Different navigational areas for nautical incydent model development.,materia y konferencyjne IWNTM 2013 international workshop on Nautical Traffic Models 2013, Delft, Holand 6. HELCOM, Map and Data Service 7. HELCOM, Report on shipping accidents in the Baltic Sea area during IMO: Konwencja w sprawie Mi dzynarodowych Przepisów o Zapobieganiu Zderzeniom na Morzu Nazeri Z., Donohue G., Sherry L. Analyzing Relationships Between Aircraft Accidents and Incidents: A Data Mining Approach. Proceedings International Conference on Research in Air Transportation (ICRAT-2008), Fairfax, VA, 2008 Feb. 10. Pietrzykowski Z. Domena rozmyta statku w w skich torach wodnych. Zeszyty Naukowe nr 2 (74) (2004) Akademii Morskiej w Szczecinie. 11. Jamroz K., Chruzik K., Gucma L., Kadzi ski A., Skorupski J., Szymanek A., Integracja metod zarz dzania ryzykiem w transporcie, w: Krystek R. (red) Zintegrowany System Bezpiecze stwa Transportu, tom 2, , Wydawnictwa Komunikacji i czno ci Rymarz W. Mi dzynarodowe Prawo Drogi Morskiej, Trademar Gdynia Szmit P. Czynnik ludzki i jego wp yw na zarz dzanie lotniskami, l dowiskami i portami lotniczymi. Urz d Lotnictwa Cywilnego.

10 86 Krzysztof Marcjan, Lucjan Gucma 14. egluga wysokiej jako ci, bezpiecze stwo mórz, czysto oceanów. Europejska Agencja ds. Bezpiecze stwa na Morzu Bezpieczna i ekologiczna egluga w Unii Europejskiej Luksemburg: Urz d Oficjalnych Publikacji Wspólnot Europejskich, THE USE OF NAVIGATIONAL INCIDENTS ANALYSIS FOR SAFETY ASSESSMENT IN THE BALTIC SEA AREAS OF HIGH TRAFFIC DENSITY Summary: In the work the authors use new possibilities appeared with the implementation of the automatic identification system AIS. It is a system that allows not only the monitoring of maritime traffic, but also research into fundamental processes governing the movement of each vessel. The authors of the study indicate that by analyzing data on the positions of ships, you can designate an area of a probability domain around the ship, which the overrun is considered as a navigational incident and to examined the relationship between accidents and incidents. Based on the theory of the Heinrich's triangle it was assumed that finding the relationship between incidents and accidents allows you to take the assessment of navigational safety in the study area. The intended result of that work is to increase the awareness of the navigators of the potentially dangerous places for navigation, which may result in a reduction in the number of accidents in the Baltic Sea area. Keywords: navigational safety, ship domain, incident analysis