Gemiadamlarının emniyetli çalışma davranışlarının makine öğrenmesi ile tahminlenmesi
Prediction of seafarers' safe work behavior using machine learning algorithms
Yazar: GİZEM ELİDOLU
Danışman: DOÇ. DR. YASİN ARSLANOĞLU
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Deniz Ulaştırma Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Deniz Ulaştırma Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Denizcilik = Marine
Dizin: Emniyet = Safety ; Emniyetli davranış = Safety behavior ; Makine öğrenmesi = Machine learning ; Rastgele ormanlar = Random forests ; Çoklu doğrusal regresyon = Multiple linear regression ; İnsan faktörü = Human factor

Özet:
Deniz taşımacılığı dünya ticaretinin devamlılığına ve gelişmesine en çok katkısı olan sektörlerden biridir. Tek seferde fazla miktarda yüklemeler yapılabilmesi, diğer taşımacılık biçimlerine göre daha ekonomik olması ile denizcilik günümüzde yüksek talep gören ulaştırma tiplerinden biri haline gelmiştir. Devamlı ve güvenilir bir taşımanın gerçekleştirilmesi için öncelikle gemilerdeki çalışma ortamlarının iyileştirilmesi gereklidir. Gemiadamlarının bu aşamada bilgili ve tecrübeli olması, güçlü bir emniyet anlayışına sahip olması son derece önem arz eder. Aksi durumda en basit dikkatsizliklerle bile zaman zaman büyük çaplı kazalara neden olunabilmektedir.

Yaşanmış bazı kazaların sebep analizlerine bakıldığında insan faktörünün önemli bir payı olduğu görülmüştür. Yorgunluk, stres, baskı, çalışma arkadaşlarının emniyetle ilgili hususlardaki hatalı tutumları, gemideki sosyal aktivitelerin azlığı gibi sebeplere bağlı olarak gemi çalışanları emniyetli çalışmak konusunda yetersiz kalabilmektedirler. Emniyetli çalışma ortamlarının sağlanamadığı gemilerde ne yazık ki gemi personelinin yaralanmasıyla ve ölümüyle sonuçlanan mesleki kazaların yanında geminin, yükün ve denizlerin tehlikeye gireceği çatışma, karaya oturma, yük sızıntısı gibi sonuçlarla da karşı karşıya kalınabilmektedir. Bu kazaların mümkün olduğunca azaltılması ve yaşanan kazaların zararlılık seviyelerinin düşürülmesi büyük oranda gemi personelinin emniyetli çalışma kabiliyetine bağlıdır.

Gemilerde emniyeti sağlamak ve emniyetli çalışmayı geliştirebilmek adına Uluslararası Denizcilik Örgütü (IMO) kuruluşundan bu yana önemli kararlar almıştır. Bunların başında Titanik faciasından hemen sonra 1914'te ilk versiyonu oluşturulan, denizciliğin temel kanunlarından Denizde Can Emniyeti Sözleşmesi (SOLAS) gelmektedir. SOLAS'ın bölümlerden biri olarak bugün uygulanmakta olan ve özellikle gemilerin emniyetli yönetimi konusunda düzenlemeler getiren Uluslararası Emniyetli Yönetim Kodu (ISM), şirketlere ve gemilere kritik sorumluluklar yüklemektedir. Gemilerde bu koda riayet edilerek yaratılan bir çalışma ortamı, başta gemi çalışanlarının sağlığı ve can emniyeti olmak üzere gemilerin selameti, denizlerin ve çevrenin korunması açısından eksikliği kabul edilemez bir ihtiyaç haline gelmiştir.

Emniyetli çalışma ortamları ve yönelimlerine dair yapılan akademik çalışmaların çoğunda özellikle emniyet iklimi kavramı üzerinde durulmuştur. Literatürdeki tanımlarının genel bir özeti olarak bu kavram; bir işyerinde çalışan kişilerin emniyet ile ilgili hususlarda birbirlerinden, kural ve prosedürlerden etkilenmesi yoluyla düşüncelerini ve davranışlarını şekillendiren ortam olarak izah edilebilir. Bu tez çalışmasında da emniyet iklimi kavramına yer verilmiş olup, gemi personelinin emniyetli çalışma yönelimleriyle olan bağlantıları incelenmiştir. Bu bağlamda, kişilerin yönelimlerini ölçebilecek nitelikte sorular içeren bir anket çalışması oluşturulmuştur. Anket içeriğinde 9 belirleyici kısım, bu kısımlar içerisinde toplam 51 soru ve 7 adet yorum sorusu bulunmaktadır.  Gemide çalışmakta olan kaptan, başmühendis, ikinci kaptan ve ikinci mühendis, zabitler ve mühendisler, reis, yağcı, elektrikçi gibi tayfa sınıfı, stajyer ve öğrenciler anket uygulamasına katılan çalışan profilini oluşturmaktadır. Yüzyüze ve çevrimiçi olarak toplamda 115 kişiyle anket çalışması gerçekleştirilmiştir.

Çalışmanın hedefleri arasında yer alan tahminleme süreci için günümüzde birçok alanda tahminleme, sınıflandırma, tanılama, tespit etme gibi maksatlarla kullanılan makine öğrenmesi yönteminden faydalanılmıştır. Bu yöntemin temel olarak insan beyninin öğrenme ve fikir yürütebilme kabiliyetini taklit eden bir yapısı olduğu için çalışmada doğruluğu yüksek tahminler yapılabilmesine olanak sağlamıştır. Literatürde insanların belli bir konu hakkındaki ortalama görüşlerini belirlemede sıkça kullanılan Likert tipi ölçekli sorularla hazırlanmış anket çalışması önce gemiadamlarına uygulanmış, elde edilen veriler makine öğrenmesi uygulanacak bilgisayara öğretilmiş ve sistemin test verilerini tahmin etmesi istenmiştir. Dört farklı yöntem ile uygulamalar yapılarak her birinin emniyetli çalışma yönelimlerini tahmin etmedeki performansı karşılaştırılmıştır.

Abstract:
Maritime transportation is one of the fundamental industries that contribute to continuity and development of world trade. Having larger cargo capacity and being more economical than other transportation modes, has led to an increase in the demand for this sector. It is of utmost importance that the crew have the knowledge and adequate equipment in order to carry out the ship operations in a safe manner. Failure in practising the safety rules, crew's simple negligence or wrong decisions may result in a variety of ship-related accidents. These negativities may also lead to unfortunate consequences such as injury, death, damage to the ship's structure, damage to terminals and port areas, and large scale marine pollution, which will have long-lasting effects in physical and biological terms. Preventing the number of accidents on board or reducing the level of harm in case of an accident as much as possible, is highly dependent on the ability of the crew to work safely.

When the causes of the accidents are inspected, it is seen that the human factor has a very important role. In literature, various studies stated that the human errors may be up top 80% of causes of maritime accidents. Therefore, seafarers are the key element in the cause analysis of ship accidents. Seafarers have duties on navigation, maneuvering, cargo-bunker operations, engine maintenance, and they are required to perform these tasks with great care to sustain safe operations of ship. Owing to many reasons such as fatigue, stress, work pressure, wrong behavior of supervisors and colleagues on safety issues, lack of training, insufficient nutrition support and social activities on board, seafarers may violate safe work. Consequently, occupational accidents, collision, grounding, fire, explosion, and cargo leakage may occur on ships that are not operated under safe conditions. In cases where these accidents occur, besides the loss of lives, the world heritage marine ecosystem, countries' economies and reputation may suffer from enormous losses.

The International Maritime Organization (IMO) has made important decisions to ensure safety on board and increase safe operation. The most important of these is the Convention on the Safety of Life at Sea (SOLAS) as one of the basic laws of maritime, the first version of which was created in 1914 immediately after the Titanic disaster. The main purpose of the Convention is to determine minimum standarts and requirements on structural, equipment and operational issues that all merchant ships must carry in order to have safe working environments.

As one of the chapters of SOLAS, the International Safety Management Code (ISM) intends to improve safe management of ships. The reasons for the creation of International Safety Management Code go back to the late 1980s, when ship accidents involving poor management standards prevailed. In various investigations, it is understood that there are serious errors arising from ship management. In 1998, The Code was entered into force at IMO with this increasing need for correct and safe management of ships. A working environment created by observing this code on ships has become an indispensable requirement for the safety of ships, seafarers and the protection of the environment.

In most of the academic studies on safe working environments and perceptions, the concept of safety climate has been emphasized. As a general summary of the definitions in the literature; it can be explained as the environment that shapes the thoughts and behaviors of the employees working in a workplace by being influenced from each other, rules and procedures on safety issues. It has been shown that the quality of safety climate has a direct effect on workplace accidents. According to studies on other industries such as construction, mining, production etc. safety climate has a significant effect on safe working performance in addition to lack of knowledge, lack of motivation and other factors. As learnt from many accidents analyses, the reason for the accidents is due to perform ship operations unsafely. Therefore, it is critical to understand the knowledge and perception of seafarers about safe working to eliminate or reduce accidents.

In this thesis, the concept of safety climate is given and the connections of ship personnel with safe working trends are examined. Following that, a questionnaire that can measure people's perceptions is prepared. Some of the questionnaire questions have been formed by taking as example the hypothesis questions used in the studies analyzing the safety climate and safe working orientations in the literature. It includes 9 decisive parts that covers 51 questions, whose contexts' are mostly used in the literature, and 7 comment questions. For the options of the questions, a 5-point Likert-type scale was used frequently in the survey studies to measure the average attitudes of the participants on a particular subject. Masters, chief engineers, chief officers, second engineers, junior officers and engineers, cadets, ratings from many ships, and others who have sea experience are participated in the survey. A total of 115 people are interviewed face to face and online.

The aim of this thesis is to understand the perceptions of seafarers about safety issues and to predict these perceptions. Besides safe working behavior, seafarers' job satisfaction levels were predicted due to the existence of questions that can help to understand the their occupational satisfaction. In order to achieve prediction, machine learning method which is applied in many fields is used. Since this method has a functioning structure that imitates the learning and prediction capability of the human brain, it is thought that it will be reliable and will provide estimations with high accuracy for the subject of the thesis.

In addition to the variables such as age, sex, marital status, position on board, sea experience, score values of participants' from the questionnaire was used as input variables. Some portion of 115 seafarers' data was taught to the system as training data for the computer's learning process. The remainder data was separated as test data that is used at the stage where the computer performs the prediction.The system links specific algorithms to the inputs and outputs in the training data and completes the learning process. Following then it shows its performance by estimating the output values in the test data.

It was used different machine learning techniques on the computer for estimation process. By comparing the performance and efficiency of these techniques such as random forest, decision tree, multi linear regression, support vector regression, both safe working perceptions of seafarers' and their job satisfaction levels were estimated. All steps of data processing have been performed in Python programming language. In this thesis, it is concluded that multiple linear regression is more successful than other methods in the predictions about both safe working behaviors and job satisfaction levels.