基于动态能力评估的船舶最低安全配员确定与保障方法

本发明涉及智能船舶领域，尤其涉及一种基于动态能力评估的船舶最低安全配员确定与保障方法。

背景技术：

1、随着人工智能与航运业的深度融合，沿海智能船舶的少人化乃至无人化运行已成为重要研究方向。实现少人化的核心挑战在于如何科学确定最低安全配员，并在人员减少后仍能保障船舶航行安全。这不仅对降低航运企业人力成本、提升运营效率具有重大经济意义，更是推动航运技术革新、保障海上生命财产安全的关键技术支撑。

2、当前，该领域的研究主要朝向两个方向：一是基于国际公约与各国法规的静态配员标准，其优点是具有强制约束力，但缺乏对船舶智能化水平的考量，灵活性不足；二是探索智能系统完全替代船员的无人化技术，该方向技术门槛高、法规滞后，短期内难以大规模应用。

3、现有方法的显著不足在于：首先，配员决策与船舶实际的自动化、智能化能力脱节，无法实现“一船一策”的精准配置，导致资源浪费或安全风险；其次，缺乏一套将“静态配员评估”与“动态航行安全保障”相连通的系统方法论，未能形成从配置决策到实时监控的闭环；最后，现有安全边界方法多关注环境与船舶本体，忽视了对“人”这一关键要素（尤其是剩余船员状态）的实时感知与能力补偿。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于动态能力评估的船舶最低安全配员确定与保障方法，将最低安全配员的决策从依赖静态法规，转变为基于目标船舶具体自动化能力与实时运行态势的动态计算与持续保障过程。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供一种基于动态能力评估的船舶最低安全配员确定与保障方法，该方法包括：

4、确定目标航行任务，并基于历史数据与风险评估模型，构建目标航行任务下的基准安全配员模型，所述基准安全配员模型明确执行目标航行任务所需船员的最低角色、数量及核心能力要求；

5、审计目标船舶的自动化与智能化水平，评估智能系统对传统人工岗位的替代能力，生成船舶智能能力画像；

6、基于基准安全配员模型和船舶智能能力画像，通过配员消减算法计算目标船舶执行目标航行任务的动态最低安全配员方案；

7、验证当前目标船舶实际船员配置是否满足或优于动态最低安全配员方案；

8、若满足，则在航行过程中运行安全边界动态监控系统，所述安全边界动态监控系统根据实时航行态势动态调整自动化水平与人员职责，并在出现人员能力不匹配或系统故障时触发预警及应急预案，以确保目标船舶在动态最低安全配员方案配置下运行安全。

9、接上述技术方案，构建基准安全配员模型，包括：

10、确定目标船舶执行目标航行任务的配员基数：

11、；

12、式中，为船舶类型与吨位基准配员参数，为航区复杂修正系数，为法规修正因子；

13、采用功能共振分析方法识别目标航行任务中的关键功能节点及潜在风险，按照下式计算综合风险评分：

14、；

15、式中，为功能风险权重系数；为第

i个功能节点变异概率，为第

j个功能节点变异概率，为功能节点数量；为功能变异系数；为功能权重；为功能耦合强度；为环境风险综合评分；

16、按照下式计算风险增强配员需求：

17、；

18、式中，为根据船舶类型确定的风险转化系数；

19、生成基准安全配员模型：

20、；

21、式中，为搜救人员可用度系数，为安全修正因子；

22、则分岗位配员按照下式计算：

23、；

24、式中，为岗位风险敏感系数；为该岗位专属风险评分；为岗位历史数据修正。

25、接上述技术方案，生成船舶智能能力画像，包括：

26、建立覆盖感知决策层、控制执行层、运维保障层的智能系统能力评估指标体系，各层设有对应的智能系统；

27、对目标船舶已装备的智能系统进行评分，按照下式计算各岗位的替代能力指数：

28、；

29、式中，为岗位的替代能力指数；为第

j个岗位被第个

i智能系统替代能力，为第

i个智能系统的权重；

30、按照下式计算各岗位的智能能力指数：

31、；

32、式中，为岗位

j的智能能力指数，为系统能力指数权重，为应用能力指数权重，为替代能力指数权重，为系统能力指数，为应用能力指数，为替代能力指数；

33、根据各岗位的智能能力指数生成船舶智能能力画像，所述船舶智能能力画像为所有岗位智能能力指数的集合。

34、接上述技术方案，通过配员消减算法计算动态最低安全配员方案，包括：

35、根据各岗位职责在船舶智能能力画像中的对应智能能力指数，按照下式确定岗位

j的动态配员数：

36、；

37、式中，为岗位

j在基准安全模型中的配员数，为岗位

j的智能能力指数，为岗位

j的安全底线人数；

38、考虑智能系统对多个岗位的协同替代效应，按照下式计算岗位集群替代度：

39、；

40、式中，为岗位集群，为第

j个岗位的替代度，表示岗位

j在集群中的功能贡献度；

41、集群优化消减算法按照下式计算集群安全配员：

42、；

43、其中，为岗位

j在集群中的基准配员数。

44、接上述技术方案，验证当前目标船舶实际船员配置是否满足或优于动态最低安全配员方案，包括：

45、建立三级验证机制，分别对实际船员配置进行数量验证、能力验证及状态验证，其中，数量验证为检查实际配员数量是否满足动态最低安全配员方案的要求，能力验证为基于能力矩阵评估个体专业技能与岗位要求匹配度以及团队能力是否达标，状态验证为监测船员的疲劳状态和健康状况；

46、当实际船员配置在人员数量、岗位类型及个人能力三个维度上均满足或优于动态最低安全配员方案的要求时，验证予以通过；

47、当存在不匹配时，根据缺口大小、岗位重要性和任务紧迫性确定改进优先级，并基于验证结果生成改进措施建议以及包含详细数据、分析结果与改进建议的验证报告，所述验证报告通过图表进行可视化展示。

48、接上述技术方案，安全边界动态监控系统的运行方法，包括：

49、实时监测船舶综合安全状态，按照下式计算船舶综合安全评分：

50、；

51、式中，表示环境风险评分，表示设备状态评分，表示人员状态评分，表示操作风险评分，、、、为根据航行阶段自适应调整的动态权重系数；

52、系统集成人员状态监控模块，获取关键岗位船员的疲劳度、注意力及应急响应时间，当检测到因人员状态异常或响应能力下降时，提升自动化等级的保守程度，并向远程支持中心请求协助，实现基于人员能力的动态安全补偿；

53、监控目标船舶实际船员配置变化，当实际船员配置状态恶化或变化过快时触发预警，并根据实时监控结果动态调整配员方案或航行计划。

54、接上述技术方案，安全边界动态监控系统内置基于情景识别的应急预案库，在触发预警或应急预案时，通过应急预案匹配算法选择与当前航行态势匹配的应急预案，根据实时航行态势和实际船员能力对所选应急预案进行个性化调整，并对应急预案的执行过程进行监控与优化；

55、安全边界动态监控系统还内置基于语言大模型的自然人机交互模块，用于：在配员减少导致单人任务负荷增加时，通过智能语音助手简化操作流程并提供决策支持；以及在应急情况下，自动生成自然语言指令和报告，以降低船员的认知负荷，提升低配员情景下的处置效率。

56、接上述技术方案，在计算动态最低安全配员方案之后，根据实时环境风险、任务复杂度和天气条件调整配员消减幅度，并评估动态最低安全配员方案相比基准安全配员模型的风险增加程度。

57、第二方面，本发明提供一种计算机装置/设备/系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现第一方面所述方法的步骤。

58、第三方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现第一方面所述方法的步骤。

59、与现有技术相比，本发明通过建立动态智能配员模型，突破传统静态配员模式，实现从“法规一刀切”到“一船一策”的精准配置；通过多源融合安全监控，集成设备状态、人员行为、环境态势等多维度数据，实现少人化场景下风险的早期识别与自动化水平的动态调节；通过实时感知关键岗位船员状态并进行动态安全补偿，克服了传统方法忽视人员能力变化的缺陷；同时，通过智能预案匹配与个性化调整机制，有效提升了低配员情景下的应急响应与处置效率；并且系统具备自适应学习与持续优化能力，能够逐步提升少人化运行的安全性与经济性。综上，本发明为沿海智能船舶少人化安全高效运行提供了可靠保障。