Geri Dön

Gemilerde insan faktörünün acil durumlar üzerindeki etkilerinin analizi

Analysis of the effects of human factor on emergencies in ships

PDF İndir

  1. Tez No: 987383
  2. Yazar: FERDİ ÇINAR
  3. Danışmanlar: PROF. DR. EMRE AKYÜZ, DOÇ. DR. HAKAN DEMİREL
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Denizcilik, Ulaşım, Marine, Transportation
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Deniz Ulaştırma İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Deniz Ulaştırma Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Küresel lojistik zincirinde kritik bir rol oynayan denizcilik sektörü, dünya ticaretinin bel kemiğini oluşturan stratejik bir endüstridir. Uluslararası ticaretin %80'inden fazlasının denizyolu ile gerçekleştirilmesi deniz taşımacılığını küresel boyutta önemli bir konuma taşır. Birçok endüstri tarafından büyük talep gören denizcilik sektörü, dünyanın en tehlikeli endüstrilerinden biri olarak kabul edilmektedir. Seyir süresince karşılaşılan dinamik ve zorlu operasyonel süreçler nedeniyle her yıl çok sayıda deniz kazası meydana gelmektedir. Dünyanın farklı coğrafi bölgelerinde yaşanan bu kazaların sonucunda can ve mal kayıpları, ekonomik kayıplar ve bazen de büyük boyutlara ulaşan çevresel felaketler yaşanmaktadır. Denizcilikte yaşanan teknolojik gelişmelere, ulusal ve uluslararası yapılan birçok düzenlemeye rağmen, deniz kazaları çözülmesi gereken önemli bir sorun olmaya devam etmektedir. Yapılan araştırmalarda, meydana gelen deniz kazalarının birincil nedeni olarak insan hataları gösterilmektedir. Bu bulgu, denizcilik sektöründe yaşanan teknolojik gelişmelerin ve küresel boyutta yapılan düzenlemelerin tek başına yeterli olmadığını, insan unsurunun deniz emniyeti açısından belirliyici bir role sahip olduğunu açıkça ortaya koymaktadır. Özellikle gemilerde karşılaşılan çatışma, karaya oturma, makine arızası, yangın, patlama ve siber saldırılar gibi acil durumlarda, gemi personelinin verdiği anlık tepkiler ve kararlar gemi emniyeti açısından hayati öneme sahiptir. Gemilerde yaşanan dijitalleşme, operasyonel verimliliği artırıp personel üzerindeki iş yoğunluğunu azaltırken, aynı zamanda deniz emniyetini tehdit eden yeni siber güvenlik risklerini de beraberinde getirmektedir. Birbirine entegre yapısı nedeniyle gemi köprüüstünde yer alan entegre navigasyon sistemlerinin (INS) siber tehditlere açık hale gelmesi, bu dijitalleşmenin yol açtığı en önemli tehditlerden biri olarak öne çıkmaktadır. Literatürde, denizcilikte güncel konulardan biri olan siber güvenlik konusunda yapılan çalışmaların zamanla arttığı ve bu çalışmalarda gemilere yönelik siber saldırılarda en zayıf halkanın“insan faktörü”olduğu tespit edilmiştir. Siber dayanıklılığın sadece teknolojik önlemlerle değil, aynı zamanda insan merkezli yaklaşımlarla sağlanabileceği vurgulansa da, denizcilikte siber tehditlere ilişkin insan faktörünü doğrudan ele alan araştırmaların oldukça sınırlı olduğu ve literatürde bu konuda önemli bir boşluk bulunduğu görülmüştür. Bu bağlamda, gemilerde acil durumlardan biri olarak gösterilen siber saldırılarda insan faktörünün rolünü inceleyen sistematik çalışmaların varlığı, hem akademik hem operasyonel açıdan kritik bir ihtiyaçtır. Bu tez çalışmasında, denizcilik operasyonlarında insan faktörünün acil durumlar üzerindeki etkisinin kapsamlı biçimde analiz edilmesi amaçlanmaktadır. Bu kapsamda, çalışmanın ilk aşamasında deniz kazalarında insan faktörüne yönelik kapsamlı bir literatür taraması gerçekleştirilmiştir. Bibliyometrik analiz yönteminden faydalanılarak araştırma alanının gelişim eğilimleri, üretken kurumlar, yazar iş birlikleri, trend konular ve kullanılan araştırma yöntemleri ortaya konmuştur. Ardından yapılan sistematik içerik analizi ile insan faktörüne yönelik çalışmaların genel eğilimleri, yaklaşımları ve öne çıkan konular belirlenmiştir. Yapılan literatür taraması sonucunda, denizcilikte siber saldırılar konusunda insan unsuruna odaklanan çalışmaların son derece kısıtlı olduğu ve literatürde önemli bir boşluk bulunduğu tespit edilmiştir. Bu alanda yapılan mevcut çalışmaların büyük ölçüde teknik odaklı olduğu ve genellikle risk değerlendirme çalışmalarına önem verildiği görülmüştür. Ancak, bu çalışmalara verilen dikkatin insan faktörü konusuna verilmediği, denizcilikte siber saldırılarda insan faktörünü doğrudan ele alan çalışmaların çoğunlukla göz ardı edildiği anlaşılmıştır. Literatür taramasının bulguları, siber tehditler karşısında insan davranışlarının nasıl değiştiğini inceleyen bir yaklaşıma duyulan gereksinimi açıkça ortaya koymuştur. Tez çalışmasında, literatürde tespit edilen boşluk değerlendirilerek gemilerde yaşanan acil durumlardan biri olan siber saldırılarda insan faktörünün etkisi incelenmiştir. Bu kapsamda, gemi köprüüstünde yer alan Entegre Navigasyon Sistemi'ne (INS) yönelik bir GPS spoofing saldırısı vaka çalışması olarak ele alınmış ve insan hata olasılıkları (HEP) nicel ve bütüncül bir yaklaşımla değerlendirilmiştir. Vaka çalışmasında, insan hata olasılıklarının değerlendirilmesi amacıyla Genişletilmiş Bilişsel Güvenilirlik ve Hata Analizi Yöntemi (CREAM), Kanıtsal Akıl Yürütme (ER) ve Bayes İnanç Ağları (BBN) yaklaşımlarını bütünleştiren hibrit bir model önerilmiştir. Bu modelde, karmaşık sistemlerdeki belirsizlikleri ve olasılıksal neden-sonuç ilişkilerini yönetmek için güçlü bir çerçeve sunulmuştur. Çalışmada, kıyı seyri yapan bir geminin GPS spoofing saldırısına maruz kalması üzerine oluşturulan senaryo kapsamında Hiyerarşik Görev Analizi (HTA) kullanılarak gemi operatörlerinin görevleri belirlenmiştir. Ardından, CREAM yaklaşımından faydalanılarak ortak performans koşulları (CPC'ler) belirlenirken, uzman yargılarına dayalı olasılık dağılımları ER yöntemi ile ağırlıklandırılmıştır. Elde edilen çıktılar ise BBN yapısına entegre edilerek nedensel ilişkilerle desteklenmiştir. Üç yöntemin bütünleştirildiği bu hibrit model sayesinde, GPS spoofing saldırı senaryosuna yönelik hata olasılıklarının nicel bir biçimde tahmin edilmesi mümkün kılınmıştır. Çalışmada, HTA'dan faydalanılarak gemi operatörlerinin görevleri üç ana görev altında tanımlanmış ve bu ana görevlere bağlı olarak toplam 24 alt görev belirlenmiştir. Hibrit model uygulanarak yapılan hesaplamalar sonucu toplam HEP değeri 2.64E-02 olarak tespit edilmiştir. Analiz edilen 24 alt görevin 20'sinde baskın kontrol modu olarak taktiksel kontrol modu belirlenmiştir. Bu durum, gemi operatör performansının planlara dayalı olmakla birlikte, beklenmedik durumlara esnek yanıt verme eğiliminde olduğunu göstermektedir. Çalışmanın bulgularında, Görev 2.7 olarak tanımlanan“GPS spoofing saldırısı sırasında gemi operatörleri tarafından alternatif yöntemlerle gemi konumunun düzenli aralıklarla kontrol edilmesi ve doğrulanması”en kritik ve hata potansiyeli en yüksek görev olarak belirlenmiştir. En yüksek hata olasılığına sahip alt görevler sırasıyla, Görev 2.7 (2.64E-02) (gemi pozisyonunun alternatif yöntemlerle düzenli olarak kontrol edilmesi), Görev 2.6 (1.19E-02) (alternatif GNSS seçenekleriyle konum doğrulama) ve Görev 2.5 (9.83E-03) (diğer seyir sistemlerinin siber saldırı ihtimaline karşı kontrolü) olmuştur. En yüksek HEP değerine sahip görevlere ait ortak performans koşulları (CPC) değerleri incelendiğinde, bu kritik görevlerdeki yüksek hata olasılığının“geçici zaman yetersizliği”faktörünün yüksek inanç derecesine sahip olmasıyla doğrudan ilişkilendirilmiştir. Vardiya süresince oluşan zaman baskısının, hata yapmaya daha yatkın bir çalışma ortamı yarattığı ve bunun da dikkat dağınıklığına ve yanlış değerlendirmelere yol açtığı düşünülmektedir. Çalışmanın devamında, önerilen modelin geçerliliği tam donanımlı köprüüstü simülatörü kullanılarak yürütülen deneysel bir çalışma ile test edilmiştir. Deneysel çalışmanın temel amacı, teorik modelde en yüksek HEP değerine sahip olan Görev 2.7'nin deneysel uygulama ile geçerliliğinin doğrulanmasını sağlamaktır. Bu kapsamda, çalışmaya katılan 28 katılımcıya GPS spoofing senaryosu uygulanmış ve katılımcıların davranışları göz takip cihazı ile kayıt altına alınmıştır. Göz takip cihazından elde edilen ısı haritası, toplam odaklanma süresi, toplam ziyaret süresi ve toplam odaklanma sayısı gibi parametreler istatistiksel olarak analiz edilmiştir. Çalışmada, katılımcılar tecrübeli ve tecrübesiz şeklinde iki grup olarak ele alınmış ve bu iki grup arasında anlamlı farklılıklar gözlemlenmiştir. Deneysel araştırmanın sonuçlarına göre, ECDIS sistemine bağımlı kalmayıp Radar ve görsel doğrulama gibi alternatif pozisyon doğrulama yöntemlerini kullanan tecrübeli denizciler uygulanan senaryolarda daha başarılı olurken, tecrübesiz denizciler ECDIS sistemine olan aşırı güvenden dolayı alternatif yöntemlerden yeterince faydalanmamış ve bunun sonucunda genellikle senaryolardan başarısız sonuçlar elde etmiştir. Deneysel sonuçlar, teorik modelde en yüksek HEP değerine sahip olan Görev 2.7'nin başarısızlıkla sonuçlanan senaryolarda en kritik görev olduğunu ortaya koymuştur. Ayrıca, deneyim düzeyinin GPS spoofing saldırılarında insan performansını etkileyen belirleyici bir faktör olduğu ortaya konmuştur. Çalışmanın sonucunda, deneysel bulgular ile teorik modelin öngördüğü bulgular büyük ölçüde örtüşmüş ve modelin geçerliliği deneysel olarak doğrulanmıştır. Bu model, siber saldırı koşullarında insan hata olasılığını değerlendirmek amacıyla literatürde ilk kez bütünleşik bir yaklaşımla kullanılmıştır. Bununla birlikte çalışmada göz izleme teknolojisinin kullanılması, insan davranışının nicel ve objektif biçimde ölçülmesine olanak tanıyarak bu yönüyle araştırmaya literatürdeki diğer çalışmalara kıyasla özgün bir deneysel boyut kazandırmıştır. Bu çalışma ile insan faktörünün siber saldırılar karşısındaki kritik rolü net bir biçimde ortaya konmuş ve deniz emniyetinin artırılmasına yönelik akademik ve pratik çalışmalara rehberlik etmesi hedeflemiştir. Önerilen yaklaşımın denizcilik eğitim programlarında siber risk farkındalığının artırılmasına, insan kaynaklı hataların azaltılmasına ve köprüüstü ekiplerinin karar verme süreçlerinin geliştirilmesine katkı sağlayacağı öngörülmektedir.

Özet (Çeviri)

The maritime sector, which plays a critical role in the global logistics chain, is a strategic industry that forms the backbone of world trade. More than 80% of international trade carried out by sea transportation makes maritime transport a globally significant industry. This sector, which is in high demand by many industries, is recognized as one of the most dangerous industries in the world. Numerous maritime accidents occur each year due to the dynamic and challenging operational processes encountered during voyages. As a result of these accidents occurring in different geographical regions of the world, loss of life and property, economic losses and sometimes environmental disasters reaching large dimensions are experienced. In spite of technological advances in maritime transport and numerous national and international regulations, maritime accidents remain a significant problem that needs to be addressed. Extensive research demonstrates that human error is the primary cause of maritime accidents. This finding clearly demonstrates that technological advancements and global regulations in the maritime sector are not sufficient on their own, and that the human element plays a decisive role in maritime safety. In emergencies such as collisions, groundings, engine failures, fires, explosions and cyber-attacks, the immediate reactions and decisions made by ship crews are of vital importance for ship safety. Digitalization on vessels increases operational efficiency and reduces the workload on personnel, but it also brings new cybersecurity risks that threaten maritime safety. The vulnerability of integrated navigation systems (INS) on the bridge of ships to cyber threats, due to their integrated structure, stands out as one of the most significant threats posed by this digitalization. Existing research on maritime cybersecurity indicates that the human factor frequently represents the weakest link in cyber-attacks targeting vessels. Although it is emphasized that cyber resilience can be achieved not only through technological measures but also through human-centered approaches, it has been observed that research directly addressing the human factor in relation to cyber threats in maritime transport is quite limited and that there is a notable gap in the literature on this subject. In this context, the existence of systematic studies examining the role of the human factor in cyber attacks, which are considered as one of the emergencies on ships, is an essential need from both academic and operational perspectives. This dissertation focuses on comprehensively analyzing the impact of the human factor on emergency situations in maritime operations. In this context, the first phase of the study presents an extensive literature review on the human factor in maritime accidents. By utilizing bibliometric analysis methods, the development trends of the research field, productive institutions, author collaborations, trending topics, and research methods employed have been identified. Subsequently, a systematic content analysis was conducted to determine the prevailing trends, approaches, and prominent topics in studies addressing human factors. The literature review revealed that research focusing on the human element in maritime cyberattacks are extremely limited, creating a significant gap in the literature. Existing studies in this field have been found to be largely technically focused and often employ different risk assessment methods. It has become clear that this attention to risk assessment methods has not been directed at the human factor, and that studies directly addressing the human factor in maritime cyberattacks have largely been overlooked. The findings of the literature review clearly demonstrated the need for an approach that examines how human behavior changes in the face of cyber threats. In this dissertation, the impact of human factors on cyberattacks, one of the emergencies experienced on ships, was investigated by evaluating a gap identified in the literature. Within this scope, a GPS spoofing attack targeting the Integrated Navigation System (INS) located on the ship's bridge was considered as a case study, and human error probabilities (HEP) were assessed using a quantitative and holistic approach. In the case study, a hybrid model integrating the Extended Cognitive Reliability and Error Analysis Method (CREAM), Evidential Reasoning (ER), and Bayesian Belief Networks (BBN) approaches was proposed to assess human error probabilities. This model provides a robust framework for managing uncertainties and probabilistic cause-and-effect relationships in complex systems. In this study, the ship operators' duties were determined using Hierarchical Task Analysis (HTA) for a scenario in which a ship navigating along the coast being subjected to a GPS spoofing attack. Then, while determining common performance criteria (CPCs) using the CREAM approach, probability distributions based on expert judgments were weighted using the ER method. The resulting outputs are integrated into the BBN structure and supported by causal relationships. Thanks to this hybrid model integrating three methods, it has become possible to quantitatively estimate the error probabilities for the GPS spoofing attack scenario. In the model, by utilizing HTA, the duties of ship operators have been classified under three main tasks through the use of HTA, and a total of 24 sub-tasks have been determined based on these main tasks. Based on the calculations performed using the hybrid model, the total Human Error Probability (HEP) value was determined as 2.64E-02. Among the 24 sub-tasks analyzed, Tactical control mode was identified as the dominant control mode in 20 of the 24 sub-tasks analyzed. This suggests that while ship operator performance is based on plans, it tends to respond flexibly to unexpected situations. The findings of the study identified Task 2.7, defined as“ship operators regularly checking and verifying the ship's position using alternative methods during a GPS spoofing attack,”as the most critical task with the highest potential for error. The subtasks with the highest error probability were Task 2.7 (2.64E-02) (regularly checking the ship's position using alternative methods), Task 2.6 (1.19E-02) (position verification using alternative GNSS options), and Task 2.5 (9.83E-03) (controlling other navigation systems against the possibility of cyberattacks). Analyzing the Common Performance Condition (CPC) values associated with tasks having the highest HEP values, the high probability of error in these critical tasks has been directly linked to the high degree of confidence in the“temporary time inadequacy”factor. It is believed that time pressure during watchkeeping creates a work environment that is more prone to errors, leading to distractions and misjudgments. In the second part of the study, the validity of the proposed model was empirically verified through an experimental study conducted using a full mission ship bridge simulator. The primary objective of the experimental study was to validate Task 2.7, which has the highest HEP value in the theoretical model, through realistic operational conditions. Within this scope, a GPS spoofing scenario was implemented on 28 participants in the study, and their behaviors were recorded using an eye-tracking technology. Parameters such as the heat map, total fixation time, total visit time, and total fixation count obtained from the eye tracker were statistically analyzed. Participants were categorized into two groups as experienced and inexperienced, and statistically significant differences were observed between these two groups. The experimental findings revealed that experienced seafarers, who complemented ECDIS data with alternative position-verification methods such as Radar and visual observation, performed more successfully in the scenarios. In contrast, inexperienced participants tended to rely excessively on ECDIS, made limited use of alternative verification methods, and consequently demonstrated lower performance in the GPS spoofing scenarios. Experimental results revealed that Task 2.7, which has the highest HEP value in the theoretical model, is the most critical task in scenarios that result in failure. Moreover, the findings demonstrated that experience level is a decisive factor influencing human performance during GPS spoofing attacks. Overall, the experimental findings largely corresponded with the findings predicted by the theoretical model, and the validity of the proposed model was experimentally confirmed. This model was applied for the first time in the literature as an integrated approach to assess the probability of human error under cyberattacks. Furthermore, the use of eye-tracking technology enabled the quantitative and objective measurement of human behavior, thereby adding a unique experimental dimension to the research compared to other studies in the literature. This study clearly demonstrates the critical role of the human factor in cyberattacks and aims to guide both academic and practical efforts to enhance maritime safety. The proposed approach is expected to support increased cyber risk awareness in maritime training programs, reducing risks caused by human error, and improving the decision-making processes of bridge teams.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    142597

    Yeni Cami'nin akustik açıdan performans değerlendirmesi

    Evaluation of the acoustical performance of the New Mosque

    EVREN YILDIRIM

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2003

    Mimarlıkİstanbul Teknik Üniversitesi

    Mimarlık Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SEVTAP YILMAZ DEMİRKALE

  2. Tez No

    921161

    Dinamik konumlandırma sistemlerinde tehlikeye sebep olan faktörlerin incelenmesi

    Investigation of factors causing hazards in dynamic positioning systems

    MUSTAFA ATAŞ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2025

    Denizcilikİstanbul Teknik Üniversitesi

    Deniz Ulaştırma İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. HAKAN DEMİREL

  3. Tez No

    947583

    A proposal on a quantified ship navigational assessment and audit model

    Gemilerin seyirde denetimine yönelik sayısal değerlendirme modeli

    NASUH RAZI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2025

    Denizcilikİstanbul Teknik Üniversitesi

    Deniz Ulaştırma İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. KADİR ÇİÇEK

  4. Tez No

    837077

    Simulator-based evaluation of human response in emergencies

    Acil durumlarda ınsan faktörünün simülatör ortamında değerlendirilmesi

    ESMA UFLAZ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Denizcilikİstanbul Teknik Üniversitesi

    Deniz Ulaştırma İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    Prof. Dr. ÖZCAN ARSLAN

  5. Tez No

    854200

    Association rule mining for identifying factors in dynamic positioning incidents and accidents

    Dinamik konumlandırma kazalarına ait faktörlerin birliktelik kural madenciliği ile tanımlanması

    TUĞFAN ŞAHİN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Denizcilikİstanbul Teknik Üniversitesi

    Deniz Ulaştırma İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. PELİN BOLAT

Geri Dön