Assessment of Operational Risks in Polar Areas – Risk Assessment using the Polar Operational Limits Assessment Risk Indexing System (POLARIS) and Predictive Simulations

Abstract

Sjøulykker i polare områder har økt det siste tiåret, og skipets aktivitet i farvann med havis forventes å øke i fremtiden. Det er av interesse å opprettholde sikker skipsdrift og holde alle skip innenfor sine operasjonelle begrensninger. En internasjonal avtale om metodikk for risikovurdering er et viktig skritt for å forhindre fremtidige sjøulykker.

Denne masteravhandlinger presenterer en metodikk for å vurdere operasjonell risiko og globale isbelastninger basert på observasjoner av havis. Oppgaven undersøker om skip forblir innenfor sine operasjonelle begrensninger i henhold til Polar Operational Limit Assessment Risk Indexing System (POLARIS). Den internasjonale sjøfartsorganisasjonen godtar POLARIS som en metodikk for vurdering av operasjonelle begrensninger i farvann med havis. Per i dag setter risikonivået definert av POLARIS rammen for når skip får lov til å gå inn i forskjellige isregimer. For at operasjoner skal forbli trygge, er det nødvendig med et tilstrekkelig sterkt skrog for å motstå isbelastningen. Risikonivået må gjenspeiles i de globale isbelastningene for at operasjonen skal kunne utføres i trygge omgivelser.

Observasjoner av havis fra forskningsturer er tilgjengelige fra den åpne kilden Arctic Shipborne Sea Ice Standardization Tool Data Network. Dataens nøyaktighet og pålitelighet må analyseres for å sikre høy kvalitet for datagrunnlaget for risikovurderingen. Resultatet av analysen blir diskutert med tanke på variasjoner i inputdata og feil. De viktigste funnene fra evaluering av risiko i henhold til POLARIS er at det blir iverksatt tiltak hvis et skip er utsatt for et høyt risikonivå. Noen skip er systematisk utsatt for et høyt risikonivå, og årsaken kan skyldes dårlig planlegging av seilas eller feilrapportering av isforhold. Risikoen er ikke direkte avhengig av hastigheten. Likevel identifiseres en sammenheng mellom hastigheten og risikoen fra dataene.

Det er laget et rammeverk for en simuleringsmodell med hensikt å etablere en kobling mellom den operasjonelle risikoindeksen og de globale isbelastningene. De viktigste funnene fra en studie utført med denne modellen og data om havis, indikerer ingen klar sammenheng mellom de to parameterne. Imidlertid utføres studien for et lite utvalg av lavrisiko saker for ett skip. For et mer omfattende utvalg av skipstyper og risiko kan en avhengighet identifiseres. Studien belyser virkningen på globale isbelastninger fra valg av hastighet og menneskelige faktorer. Dette indikerer at risikonivået er avhengig av flere andre aspekter enn bare de som er vurdert i POLARIS. Hovedprestasjonen fra det nåværende arbeidet er den etablerte metodeprosessen for å evaluere POLARIS, og om dens operasjonelle risikoindeks reflekterer det faktiske risikonivået på grunn av isbelastningen. Utviklingen av en metodikk etablerer grunnlaget for mer omfattende prediktive simuleringer.

Maritime accidents in polar areas have increased over the last decade and the ship activity in ice infested waters is expected to increase in the future. It is of interest to maintain safe ship operations and keep all ships within their operational limitations. International agreement on a risk evaluation methodology is an important step to prevent future maritime accidents.

This master thesis presents a methodology for assessing operational risk and global ice loads based on sea ice observations. The thesis investigates whether ships remain within their operational limitations according to Polar Operational Limit Assessment Risk Indexing System (POLARIS). The International Maritime Organization accepts POLARIS as a methodology for the assessment of operational limitations in ice infested waters. As of today, the risk level defined by POLARIS sets the framework for when ships are allowed to enter different ice regimes. For operations to remain safe, it is necessary with a sufficiently strong hull to withstand the ice loads. The risk level must reflect the global ice loads in order for the operation to be performed in a safe environment.

Sea ice observations from research voyages are available from the open-source Arctic Shipborne Sea Ice Standardization Tool Data Network. The accuracy and reliability of the data must be analyzed to ensure high quality for the data basis of the risk evaluation. The result of the analysis is discussed in terms of variations in input data and errors. The main findings from evaluation of risk according to POLARIS is that for those vessels exposed to a high level of risk, measures are taken to reduce risk. Some ships are systematically exposed to a high level of risk, and the reason may be due to poor voyage planning or incorrectly reporting of ice conditions. The risk is not directly dependent on the speed. Nevertheless, a correlation between the speed and the risk is identified from the data.

A simulation model framework has been created to establish a link between the operational risk index and global ice loads. The main findings from a case study conducted with this model and sea ice data indicates no clear correlation between the two parameters. However, the case study is performed for a small selection of low-risk cases for one ship. Thus, for a more extensive selection of vessel types and risk, a dependency could be identified. The study highlights the impact on global ice loads from the choice of speed and human factors. This indicates that the risk level is dependent on several other aspects than only the ones considered in POLARIS. The main achievement from the current work is the established methodology process of evaluating POLARIS and if its operational risk index reflects the actual risk level due to the ice loads. The development of a methodology establishes the basis for more comprehensive predictive simulations.