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现有研究缺乏对不同水域海事事故风险因素的系统性比较，本研究提出整合关联规则挖掘（ARM）、决策试验与评价实验室（DEMATEL）和总对抗解释结构建模（TAISM）的数据驱动分析框架。通过分析1294份海事事故调查报告，发现内陆水域需强化船艺操作能力，沿海水域侧重应急响应机制，港口水域关注安全管理系统完整性，开放水域则需提升通讯能力和企业安全文化。该框架有效揭示了不同水域风险系统的多层次因果结构差异。
Xinyi Lv|Huanxin Wang|Jingen Zhou|Liang Cao|Zhengjiang Liu|Xinjian Wang
大连海事大学航海学院，中国大连，116026
摘要
现有的海上事故分析研究往往缺乏对不同航行水域风险因素的系统性比较，这限制了针对性安全策略的制定。为了填补这一研究空白，本研究提出了一种新颖的数据驱动分析框架，该框架整合了关联规则挖掘、决策试验与评估实验室以及总对抗性解释结构建模技术。首先，基于1294份海上事故调查报告，建立了一个全面的风险因素数据库，并利用关联规则挖掘技术提取风险因素之间的直接关联关系。其次，应用决策试验与评估实验室方法，根据挖掘出的关联关系量化这些风险因素之间的因果强度和影响方向。最后，利用总对抗性解释结构建模技术构建对抗性层次拓扑结构，明确了不同水域风险系统中的多层次因果关系。研究结果表明，内陆水域、沿海水域、港口和开阔水域的关键风险因素存在显著差异。虽然内陆水域和沿海水域都强调了船舶适航性和船员能力的重要性，但内陆船舶操作需要更高的船舶操控技能，而沿海航行则要求更强的应急响应能力。港口运营需要特别关注安全管理体系的完整性，而在开阔水域，有效的沟通和强大的企业安全文化对于降低风险至关重要。这些发现突显了不同水域所固有的不同风险特征，并强调了实施定制预防措施的必要性。
引言
海上运输的安全是供应链稳定、货物和人员安全顺畅转移以及海洋环境可持续性的重要保障（Maternová等人，2023年；Cao等人，2025年）。近年来，海上事故的风险倾向有所增加，这一趋势受到行业持续扩张和船舶交通加剧的共同影响（Ugurlu和Cicek，2022年；Liu等人，2025年）。欧洲海事安全局发布的《年度海上伤亡事故概览》显示，2014年至2023年间共报告了26,595起导致人员伤亡的海上事故（欧洲海事安全局，2024年）。2024年，海事事故调查局发布了2023年发生的1588起事故的报告（海事事故调查局，2024年）。对海上事故的调查表明，严重海上事故的风险因素复杂多样（Li等人，2023年；Zhang等人，2021b）。例如，在“科斯塔康科迪亚”号邮轮事故中，船长的错误决策导致船体触礁，造成船舶结构损坏，而船员不充分的应急疏散措施进一步加剧了事故后果（Pappas，2012年；Wang等人，2026年）。这表明海上事故通常是多阶段错误的结果，风险因素之间的相互作用可能引发一系列连锁反应（Deng等人，2022年）。因此，为了减少事故发生率，必须首先准确界定主要风险因素并阐明其因果依赖关系（Cao等人，2023b）。
尽管关于海上事故的研究已经相当丰富，但针对不同类型水域的比较分析仍然有限。由于海上环境的复杂性，导致事故的关键风险因素在不同水域之间存在显著差异（Liu等人，2021年）。这些差异受到船舶密度、操控空间以及各水域特定环境条件等因素的影响。此外，不同水域的事故概率也有所不同，发生的事故类型也各不相同（Zhang等人，2021a），如图1所示。由于船舶密度较高且操控空间有限，港口和沿海水域的海上事故数量及相关风险更高。而在开阔水域，由于能见度较高且船舶密度较低，事故率相对较低。此外，不同水域频繁发生的事故类型也有所不同。例如，内陆水域由于航道狭窄，更容易发生搁浅/触礁事故（Zhang等人，2024年）。在港口和沿海水域，船舶和交通密度较高，碰撞事故的发生概率相对较高（Nourmohammadi等人，2023年）。在开阔水域，长途航行的船舶更容易出现设备和系统故障，且由于远离岸基支持设施，它们更容易遭受严重火灾和爆炸事故。因此，对不同水道的海上事故风险因素进行异质性分析至关重要。这为制定针对特定系统的预防策略提供了基础，从而提高整体海上安全。
尽管每种方法都对海上事故分析有所贡献，但必须承认所有方法都存在固有的局限性。关联规则挖掘（ARM）方法能够以数据驱动的方式识别大型数据集中的隐藏关系，但在识别因果关系和提供定量分析方面存在局限性（Sevgili，2024年）。DEMATEL方法通常用于量化复杂系统中因素之间的互动程度，能够揭示风险因素内部的因果关系和互动，但该过程通常依赖于专家的主观数据，导致分析结果具有一定主观性（Wang等人，2025年）。总对抗性解释结构建模（TAISM）方法可以通过基于因果分析结果创建结构化层次结构来可视化系统内的直接影响。虽然这种方法使分析更加直观易懂，但在构建过程中也依赖于主观数据（Li等人，2024年）。因此，结合多种方法可以克服单一方法分析视角的局限性，从而更全面地理解海上事故的关键风险因素。为此，本研究引入了一种新颖的数据驱动框架，整合了ARM、DEMATEL和改进后的TAISM模型。这一分析框架显著提高了清晰度，不仅深入揭示了海上事故的机制，还为设计针对不同水域船舶的精确有效的预防策略奠定了坚实基础。
本研究的结构如下：第2节回顾了以往的海上风险评估方法研究；第3节概述了本研究使用的数据和分析方法；第4节从多个角度分析和解释了研究结果，并在第5节评估了其实际应用；第6节提出了结论性意见和进一步研究的建议。
部分摘录
海上事故风险因素的相关研究
海上事故研究一直是学术界关注的焦点，许多研究人员为该领域做出了重要贡献。以往的研究主要集中在分析人为因素的影响、评估和预测事故严重程度以及识别与特定类型海上事故相关的关键风险因素。
在分析和预测海上事故严重程度方面，Lan等人（2023b）提出了一种结合...
数据集
本研究的主要数据来自七个海上事故调查机构发布的调查报告（2000-2019年），包括联邦海事事故调查局、中国海事安全管理局、澳大利亚运输安全委员会、国家运输安全委员会、加拿大运输安全委员会、日本运输安全委员会和海事事故调查局。
ARM分析
为了揭示不同风险因素之间的潜在关系，本研究使用ARM方法分析事故数据。ARM分析通过Python（版本3.9）编程实现，利用了高效的mlxtend库（版本0.22.0）及其fpgrowth算法进行规则挖掘。
ARM阈值的确定显著影响生成规则的数量和质量。为了确保规则的稳健性和有效性，采用了试错方法...
讨论
本研究旨在回答一个基本问题：不同航行水域的关键风险因素及其因果结构有何差异？从ARM-DEMATEL-TAISM综合框架得出的结果不仅证实了这些差异的显著性，还提供了内陆水域、港口水域、沿海水域和开阔水域独特风险状况的系统化、数据驱动的映射。
第4.1节的结果表明，相关风险因素在这些水域之间存在显著差异...
结论
本研究引入了一个由ARM、DEMATEL和TAISM组成的创新综合分析框架，并将其应用于分析不同水域的海上事故风险因素。结果表明，适当的管理规定和船员配置是所有水域的关键风险因素。这些风险因素为海上安全提供了基础支持。然而，不同水域的关键风险因素也存在显著差异。
作者贡献声明
Xinyi Lv：撰写——初稿、可视化、验证、方法论、概念化。Huanxin Wang：可视化、监督、方法论、形式分析、概念化。Jingen Zhou：撰写——初稿、可视化、验证、资源收集、调查、概念化。Liang Cao：形式分析、资源收集、验证、撰写——审阅与编辑。Zhengjiang Liu：撰写——审阅与编辑、监督、方法论、资金获取。Xinjian Wang：撰写——初稿
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究工作。
致谢
作者感谢国家自然科学基金（资助编号：52301409；52571403）的支持。
