船舶大洋航線評(píng)價(jià)中多屬性指標(biāo)隸屬函數(shù)的確定方法

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(海軍潛艇學(xué)院，山東 青島 266071)

20世紀(jì)90年代以來，隨著對(duì)事前預(yù)防型安全管理的要求及對(duì)安全評(píng)價(jià)重視程度的提高，海運(yùn)安全評(píng)價(jià)研究方興未艾。安全評(píng)價(jià)方法眾多，如事故樹分析評(píng)價(jià)法、概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、灰色系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)法、計(jì)算機(jī)模擬安全評(píng)價(jià)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)法、綜合安全評(píng)價(jià)法等[1]。應(yīng)用這些方法對(duì)船舶航行安全進(jìn)行評(píng)價(jià)的過程中，需要對(duì)指標(biāo)進(jìn)行量化。由于船舶航行影響因素較多，部分評(píng)價(jià)指標(biāo)具有一定的模糊性，對(duì)模糊指標(biāo)進(jìn)行量化的核心的問題就是建立合理的隸屬函數(shù)，隸屬函數(shù)如何確定將直接影響最終的評(píng)價(jià)結(jié)果。

1 船舶航行安全評(píng)價(jià)中常用的隸屬函數(shù)構(gòu)造方法

航海發(fā)展已經(jīng)歷了幾百年，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，而且大部分指標(biāo)不具備多次重復(fù)試驗(yàn)的條件，暫時(shí)還沒有很好的方法精確描述指標(biāo)對(duì)船舶航行的影響程度，因此目前船舶航行安全評(píng)價(jià)大部分基于專家調(diào)查運(yùn)用德爾菲法建立指標(biāo)、構(gòu)造隸屬函數(shù)。目前多用一維初等函數(shù)構(gòu)造指標(biāo)隸屬度函數(shù)，比如在船舶航線綜合評(píng)價(jià)中，建立海流因素評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[2]見表1。

根據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)建立5個(gè)隸屬函數(shù)。

表1 海流因素的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

式中F1(x)～F5(x)分別表示海流對(duì)船舶航行安全影響從安全到危險(xiǎn)的5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

在船舶安全評(píng)價(jià)的研究過程中大部分學(xué)者都采用這種結(jié)合專家調(diào)查的方法建立評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬函數(shù)，文獻(xiàn)[3-4]對(duì)風(fēng)、流及礙航物等指標(biāo)量化時(shí)都采用了類似的方法構(gòu)造隸屬函數(shù)。

依據(jù)專家調(diào)查意見用一維初等函數(shù)構(gòu)造的指標(biāo)隸屬函數(shù)，對(duì)水深、航道寬度、礙航物等單一屬性指標(biāo)的無量綱化時(shí)能夠很好地反應(yīng)該指標(biāo)對(duì)船舶航行的影響。但是對(duì)風(fēng)、流等多屬性指標(biāo)進(jìn)行無量綱化時(shí)常常會(huì)丟失指標(biāo)某些方面的屬性，使得評(píng)價(jià)結(jié)果偏離實(shí)際。

2 多屬性指標(biāo)隸屬函數(shù)構(gòu)建方法

多屬性指標(biāo)即指標(biāo)本身具有多重屬性，且兩種以上的屬性對(duì)被評(píng)價(jià)對(duì)象有一定的影響。比如海流的主要屬性包括流速、流向，而且流速、流向?qū)Υ昂叫械挠绊懚疾荒芎雎浴：Ａ鲗?duì)船舶航行的主要影響包括以下幾個(gè)方面。

1) 影響船舶的航跡向和航速，海流能使船舶偏離航線，也可造成船舶失速。

2) 海流會(huì)降低船舶的操縱性能，尤其在狹水道航行時(shí)對(duì)船舶航行安全有很大影響，甚至?xí)?dǎo)致航海事故的發(fā)生。

3) 當(dāng)船舶順流時(shí)，海流一般可增加航速，進(jìn)而節(jié)省海上航行時(shí)間和燃料。

已有的資料表明，大洋中海流流向長(zhǎng)年穩(wěn)定，流速平均1 kn以下，在極少部分狹水道流速才能達(dá)到5 kn。船舶大洋航行航時(shí)較長(zhǎng)，順流航行與逆流、橫流航行產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益差相當(dāng)可觀。因此在設(shè)計(jì)船舶航線時(shí)應(yīng)該充分利用海流的推動(dòng)作用提高船舶運(yùn)營(yíng)的效益，縮短船舶海上航行時(shí)間，進(jìn)而降低因人員疲憊造成誤操作的概率。經(jīng)過向?qū)＜易稍?，在充分考慮船舶航行安全的前提下，同時(shí)兼顧海流流速、流向兩種屬性對(duì)船舶航行的影響，建立海流評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，見表2。

表2 綜合考慮流速、流向的海流因素評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

以海流對(duì)船舶航行的影響為例說明多屬性指標(biāo)隸屬函數(shù)的構(gòu)造方法。

分別構(gòu)造流速ρ與流向夾角θ區(qū)間隸屬函數(shù)：

式中：f1(ρ)、f2(ρ)——流速隸屬于安全、不安全的隸屬度函數(shù)。

式中：g1(θ)、g2(θ)、g3(θ)——流向與航向的夾角隸屬于順流、逆流、橫流的隸屬度函數(shù)。

F1(ρ,θ)=f1(ρ)g1(θ)
F2(ρ,θ)=f1(ρ)g2(θ)

F3(ρ,θ)=f1(ρ)g3(θ)

F5(ρ,θ)=f2(ρ)g3(θ)

式中：F1(ρ,θ)～F5(ρ,θ)分別為海流對(duì)船舶航行安全影響隸屬于從安全順流到危險(xiǎn)的5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的隸屬度函數(shù)。

從關(guān)于海流隸屬度函數(shù)的構(gòu)造形式可以看出，第一種海流隸屬度函數(shù)的構(gòu)造方法忽略了大洋航行中因海流流向不同而產(chǎn)生的不同影響效果，忽略了海流對(duì)船舶航行的積極作用，只從安全方面考慮海流對(duì)船舶航行的影響，用于評(píng)價(jià)船舶水道或者港灣航行時(shí)其評(píng)價(jià)結(jié)果有較大的安全裕度。第二種構(gòu)造海流隸屬函數(shù)的方法，充分考慮了海流的特點(diǎn)及專家經(jīng)驗(yàn)，在滿足安全要求的情況下兼顧了船舶運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)效益。

隸屬函數(shù)的確定過程是一個(gè)不斷實(shí)踐檢驗(yàn)、更新的過程，在實(shí)踐中，應(yīng)充分利用各種信息反饋，不斷進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到最優(yōu)。

3 結(jié)論

隸屬函數(shù)的確立是對(duì)指標(biāo)進(jìn)行量綱一量的關(guān)鍵，構(gòu)造隸屬函數(shù)要充分考慮到指標(biāo)本身的屬性。在對(duì)船舶航線進(jìn)行評(píng)價(jià)的過程中有部分指標(biāo)具有多重屬性，比如風(fēng)、流等都可采用這種方法構(gòu)造隸屬函數(shù)。尤其對(duì)某些水下航行艦船(艇)在或者無法得到準(zhǔn)確衛(wèi)星定位信息的情況下，完全依靠推算進(jìn)行導(dǎo)航，此時(shí)忽略指標(biāo)某些方面屬性的影響不僅會(huì)降低航行的經(jīng)濟(jì)效益，甚至?xí)?yán)重影響船舶的航行安全。因此在對(duì)水下潛器或者某些特殊船舶的航線進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，考慮指標(biāo)的多重屬性，采用多重屬性指標(biāo)隸屬函數(shù)確定方法構(gòu)造隸屬函數(shù)對(duì)多屬性指標(biāo)進(jìn)行量化，將會(huì)提高評(píng)價(jià)的精度，使評(píng)價(jià)結(jié)果更具有實(shí)際指導(dǎo)意義。

[1] 文 華.海運(yùn)安全評(píng)價(jià)研究[D].武漢：武漢理工大學(xué),2003.

[2] 高祥安.船舶航線綜合評(píng)價(jià)及其軟件系統(tǒng)[D].上海：上海海事大學(xué)，2005.

[3] 王建軍.新、馬海峽水域油輪航行安全綜合評(píng)價(jià)[D].大連：大連海事大學(xué)，2007.

[4] 周振超.狹水道船舶操縱安全綜合評(píng)價(jià)[D].大連：大連海事大學(xué)，2005.