占全球货运量90%以上的海洋运输在国际贸易中发挥着极其重要的作用,而船舶航行安全和防污染是保障海洋运输体系正常运转的前提。海上交通事故特别是船舶碰撞事故往往会造成严重的溢油污染、人员死亡和财产损失,因此船舶碰撞与溢油污染风险评价问题备受海事界关注。但由于船舶事故风险的不确定性和复杂性,国内外现有的相关评价方法尚存在较多欠缺。基于船舶碰撞与溢油事故风险均具有随机性的特征,本文应用随机理论针对船舶碰撞及其导致溢油事故发生概率和事故后果的定量评价方法开展研究,主要研究工作及成果如下:(1)借鉴交通领域交通冲突理论构建了与船舶类型、船舶尺度和相对速度等因素密切相关的动态船舶领域模型。把船舶视为质点时,界定一船入侵到以另一船为圆心、两船领域半径平均值为半径的圆形区域内即发生碰撞冲突事件,并以此为标准设计通过AIS数据检测碰撞冲突事件、获取潜在船舶碰撞事件数的新算法。将潜在船舶碰撞事件数乘以致事故系数得研究水域船舶碰撞频率。实例验证了基于动态船舶领域碰撞频率模型的可用性和有效性。(2)船舶碰撞冲突事件对碰撞事故具有表征作用,碰撞冲突事件空间分布是水域宏观碰撞风险的直观显现。发展了海上船舶碰撞风险的刻画方式,绘制了基于电子海图的碰撞冲突船舶速度和各类船舶碰撞冲突事件空间分布,运用可视化手段直观呈现研究水域船舶宏观碰撞风险空间分布。结果显示,台湾海峡潜在船舶碰撞事件高发区位于牛山岛附近(24°46.8’N～25°30.0’N)、兄弟屿附近(23°22.8’N～25°49.2’N)和厦门湾口附近(24°08.4’N～24°33.6’N)这3个海域。(3)为准确评价船舶碰撞后果的严重度和发生的可能性,构建了包括船舶类型(ST)、船舶尺度(SS)、装载状态(LC)、撞击情况(SK)、船体破损(HD)和残存能力(SU)6种中间事件的碰撞后果事件树概率模型。考虑到部分中间事件发生概率的不确定性和随机性,通过引入随机变量并使用蒙特卡罗模拟确定其概率分布,客服了事故统计数据样本量小的缺点。(4)发展了船舶碰撞定量风险评价的理论和方法,建立包括船舶碰撞频率模型、事件树分析模型、碰撞事故导致的不同置信区间内不同规模溢油事故发生概率和人员死亡估算模型在内的船舶碰撞定量风险评价模型。使用F/N曲线清楚地呈现船舶碰撞频率与事故后果之间的相互关系,实现船舶碰撞风险可视化。(5)以台湾海峡水域为研究对象,对本文建立的基于随机方法的船舶碰撞定量风险评价模型开展实证研究,结果显示:①研究海域商船碰撞频率为5.0687次/年,与目标海域15年商船平均碰撞频率4.8667次/年吻合较好。从船型来看,散货船发生碰撞频率最高为2.920次/年,客滚船最低为0.045次/年,油船为0.119次/年、约占2.34%。②研究海域发生溢油量大于10t的船舶碰撞事故频率为1.02次/年,发生溢油量大于100t的船舶碰撞事故频率为0.97次/年,发生溢油量大于1,000t的重大船舶碰撞事故的频率为0.185次/年。对发生大于100t溢油事故而言,散货船频率最大为0.411次/年、集装箱船次之为0.252次/年,再次是油船为0.145次/年。③研究海域发生死亡人数大于10人的重大船舶碰撞事故的频率为8.58×10-2次/年,其中散货船可能性最大为6.01 ×10-2次/年,化学品船次之为2.31 ×10-2次/年,再次是油船为2.67×10-3次/年,杂货船和集装箱船最小、约1.0×10-8次/年。(6)提出基于随机情景模拟的船舶溢油危害后果定量评价方法。在基于随机情景模拟和网格化统计得到敏感区的溢油污染概率和最短到达时间基础上,结合环境敏感指数和溢油量等参数建立溢油危害指数计算模型,根据综合溢油危害指数评价危害后果。应用结果表明:台湾海峡北部水域在不同季节发生船舶碰撞溢油的危害后果顺序及指数依次为夏季(27.8)>秋季(25.5)>春季(21.1)>冬季(16.2),其中夏季时溢油事故对牛山岛保护区的污染概率和危害后果相对最大,达到较高级别;其它季节东甲列岛磹紫菜保护区的溢油污染概率和危害指数均为最高。台湾海峡南部水域不同季节发生船舶碰撞溢油的危害后果指数依次为秋季(21.9)>冬季(20.5)>春季(19.2)>夏季(14.3),其中对东山珊瑚保护区的污染概率及危害指数均要比其它保护区大。最后基于上述评价结果,有针对性地提出台湾海峡水域船舶溢油应急协作组织体系和应急资源调度方案。