港區(qū)水域通航環(huán)境綜合評價模型研究

（武漢理工大學(xué)航運學(xué)院 武漢 430063）

港區(qū)水域通航環(huán)境綜合評價主要涉及到評價指標(biāo)的選取、權(quán)重的計算和評價方法的確定．目前，權(quán)重的計算方法主要有主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法．其中主觀賦權(quán)法單純依靠決策者的主觀判斷，帶有較大的主觀隨意性，評價結(jié)果易受決策者專業(yè)知識和經(jīng)驗的影響；客觀賦權(quán)法運用數(shù)學(xué)方法分析資料數(shù)據(jù)所反映的統(tǒng)計信息，往往忽略決策者對指標(biāo)重要性的主觀認(rèn)知，有時會出現(xiàn)“重要指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)小，不重要指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)大”的現(xiàn)象．為了既能反映專家的意見，同時又充分利用樣本資料的統(tǒng)計信息，達(dá)到主、客觀的統(tǒng)一，進(jìn)而使評價結(jié)果更加準(zhǔn)確、可靠，本文提出了一種主客觀相結(jié)合的賦權(quán)方法來確定港區(qū)水域通航環(huán)境危險度評價指標(biāo)的權(quán)重．關(guān)于通航環(huán)境評價方法，目前國內(nèi)文獻(xiàn)多采用模糊評價法［1－2］和灰色系統(tǒng)理論法［3－5］．這些方法均是對單個港口的通航環(huán)境進(jìn)行評價，不適合對多個港口的通航安全狀況快速地做出評價．有鑒于此，本文提出一種新的方法——距離函數(shù)建模法．

1 權(quán)重的確定及模型的構(gòu)建

1.1 主客觀組合賦權(quán)法

本文利用專家打分法來確定主觀權(quán)重．專家打分法的基本原理是各位專家根據(jù)自己的專業(yè)知識、經(jīng)驗和主觀認(rèn)知對各指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行打分，然后將打分結(jié)果進(jìn)行綜合來求取權(quán)重．專家打分法的基本步驟為：

則W＝（w1，w2，…，wn）就是用專家打分法所確定的各評價指標(biāo)的主觀權(quán)重．

對于客觀權(quán)重，本文采用變異系數(shù)法來加以確定．變異系數(shù)法是根據(jù)各指標(biāo)在所有被評價對象上觀測值變異程度的大小來求取指標(biāo)權(quán)重．當(dāng)指標(biāo)變異程度較大時，賦予權(quán)重的也較大；反之，賦予的權(quán)重就較?。ǔＴu價指標(biāo)分為效益型，成本型和固定型．效益型指標(biāo)是指那些數(shù)值越大越好的統(tǒng)計指標(biāo)（也稱為正向型指標(biāo)）；成本型指標(biāo)是指數(shù)值越小越好的指標(biāo)（亦稱為逆向型指標(biāo)）；固定型指標(biāo)是指數(shù)值越接近某個常數(shù)越好的指標(biāo)（又稱為適度型指標(biāo)）．如果各指標(biāo)的屬性不一致，則在進(jìn)行綜合評價評估時容易出現(xiàn)偏差，因此必須確定各評價指標(biāo)的屬性．變異系數(shù)法確定權(quán)重的步驟如下［6－7］．

1）建立原始評價矩陣X＝（xij）m×n．式中：m為評價對象的個數(shù)；n為評價指標(biāo)數(shù)．

2）確定各評價指標(biāo)的屬性，處理原始評價矩陣．

1.2 距離函數(shù)建模法

距離函數(shù)建模法的基本思想是利用向量之間的距離來衡量2個向量之間的接近程度．首先建立一個實測數(shù)據(jù)矩陣和一個評價標(biāo)準(zhǔn)矩陣，然后運用數(shù)學(xué)方法計算實測數(shù)據(jù)矩陣到評價標(biāo)準(zhǔn)矩陣的距離，從而確定原始評價指標(biāo)的等級．為了確保結(jié)果的可靠性，分別利用歐氏距離和絕對值距離進(jìn)行建模．

設(shè)向量A＝（aij），向量B＝（bkt）．則：

dist（A，B）：計算A中的每個行向量到B 中每個列向量之間的歐氏距離．

mandist（A，B）：計算A中的每個行向量到B中每個列向量之間的絕對值距離．

2 評價指標(biāo)及其標(biāo)準(zhǔn)的確定

目前在研究航運安全時，一般都把人－船－環(huán)境－管理作為一個大的系統(tǒng)來進(jìn)行綜合評價．環(huán)境作為系統(tǒng)中一個重要的環(huán)節(jié)，對于船舶的安全航行有著十分重要的影響．由于船舶航經(jīng)港區(qū)水域時，影響其安全航行的環(huán)境因素有很多，我們不可能把所有與之有關(guān)的環(huán)境因素都進(jìn)行評價．為了保證評價的快速性和評價結(jié)果的準(zhǔn)確性，本文通過綜合有關(guān)學(xué)者在該領(lǐng)域的研究成果和專家咨詢的方法確定評價指標(biāo)，力求使所選取的評價指標(biāo)能反映港區(qū)水域船舶航行的安全性［8］．綜合考慮各方面因素，本文選取以下11項指標(biāo)對港區(qū)水域通航環(huán)境危險度進(jìn)行評價：能見度、風(fēng)、流、航道長度、航道寬度、彎曲度、交叉狀況、礙航物、交通流量、交通管理、助航信息．

關(guān)于港區(qū)水域通航環(huán)境危險度目前還沒有統(tǒng)一的評價標(biāo)準(zhǔn)，本文結(jié)合國內(nèi)外有關(guān)的研究結(jié)論，將港區(qū)水域通航環(huán)境的危險程度從低到高分為5個危險等級（1，2，3，4，5），并對各項指標(biāo)的危險度的評價標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了確定，見表1．

3 港區(qū)水域通航環(huán)境綜合評價模型的實際應(yīng)用

已知我國部分港口的統(tǒng)計數(shù)據(jù)（見表2）和專家打分法得到的權(quán)重結(jié)果（0．165，0．01，0．04，0．08，0．12，0．086，0．1，0．08，0．17，0．08，0．069），下面運用變異系數(shù)法對這些港口通航環(huán)境危險度的權(quán)重進(jìn)行分析，然后運用距離函數(shù)建模法對這些港口的通航環(huán)境進(jìn)行綜合評價．

表1 通航環(huán)境危險度評價指標(biāo)及等級劃分

表2 我國部分港口的統(tǒng)計數(shù)據(jù)

3.1 確定權(quán)重

根據(jù)表1和表2，得到實際數(shù)據(jù)矩陣X＝（xij）10×11和等級標(biāo)準(zhǔn)矩陣Y＝（yij）11×5．其中

處理原始評價矩陣得到新矩陣U＝（uij）10×11和V＝（vij）11×5．在此基礎(chǔ)上根據(jù)變異系數(shù)法確定權(quán)重的步驟，得到客觀權(quán)重結(jié)果W′＝（0．022 4，0．094 3，0．077 1，0．105 6，0．079 8，0．084 0，0．085 7，0．182 8，0．123 1，0．072 6，0．072 6）．因此主客觀組合賦權(quán)法確定的最終結(jié)果γ＝（0．093 7，0．052 2，0．058 6，0．092 8，0．099 9，0．085，0．092 9，0．131 4，0．146 6，0．076 3，0．070 6）．

權(quán)重的大小說明能見度、風(fēng)、流、航道長度、航道寬度、彎曲度、交叉狀況、礙航物、交通流量、交通管理、助航信息這11種指標(biāo)對上述港口通航環(huán)境所起的作用．由γ可知，各指標(biāo)的作用不盡相同，相對而言，交通流所起作用最大，礙航物狀況次之，風(fēng)所起的作用最?。?/p>

3.2 綜合評價

運用距離函數(shù)建模法計算向量U＝（uij）10×11到向量V＝（vij）11×5的歐氏距離和絕對值距離，計算結(jié)果見表3和表4．

表3 歐氏距離判別表

835 2 2港口2 1．334 1 1．215 1 1．406 4 1．872 2 2．072 8 2港口3 1．572 0 1．393 4 1．470 9 1．800 0 1．884 7 2港口4 1．427 8 1．296 1 1．454 7 1．911 6 2．075 8 2港口5 1．500 9 1．177 2 1．152 6 1．482 6 1．794 8 3港口6 1．452 8 1．220 7 1．298 9 1．744 6 2．158 4 2港口7 2．362 2 1．938 7 1．570 9 1．313 9 1．091 8 5港口8 1．263 5 1．007 7 1．127 2 1．641 3 2．007 7 2港口9 1．461 8 1．194 2 1．189 6 1．507 5 1．765 0 3港口10 1．284 1 1．076 0 1．176 8 1．623 6 1．級別港口1 1．484 9 1．285 3 1．372 4 1．704 0 1．港口 歐氏距離di1 di2 di3 di4 di5 898 7 2

表4 絕對值距離判別表

由上面的計算結(jié)果可知，盡管歐式距離和絕對值距離意義不同，但是對于港區(qū)水域通航環(huán)境的評價等級結(jié)果基本相同．港口7通航環(huán)境危險度等級為“高度危險”，船舶在此水域航行時需要謹(jǐn)慎；港口9通航環(huán)境危險度等級為“一般”，港口5通航環(huán)境危險度等級介于“一般”和“較低”之間，其余港口通航環(huán)境危險度等級為“低”，船舶航行時較為安全．

4 結(jié)束語

運用主客觀組合賦權(quán)法和距離函數(shù)建模法建立的港區(qū)水域通航環(huán)境綜合評價模型，能夠快速地對港區(qū)水域通航環(huán)境做出綜合評價，評價結(jié)果具有穩(wěn)定性和可靠性，且借助于MATLAB工具，評價的計算量也較少．如果港區(qū)水域通航環(huán)境危險度評價指標(biāo)和評價標(biāo)準(zhǔn)能夠進(jìn)一步完善，模型評價的精度將更高．

［1］陳佳云．汕頭海區(qū)通航環(huán)境安全評價與規(guī)劃研究［D］．大連：大連海事大學(xué)航海學(xué)院，2006．

［2］陳 宏．福州港閩江通海航道航行環(huán)境安全評價［J］．中國航海，2008（3）：63－66．

［3］張 鵬．航道水域船舶航行環(huán)境危險度的評價［D］．大連：大連海事大學(xué)航海學(xué)院，2007．

［4］馬 會，吳兆麟．港口航道水域操船環(huán)境危險度的綜合評價［J］．大連海事大學(xué)學(xué)報，1998，24（3）：15－18．

［5］譚志榮，李 勇．港口操船環(huán)境危險度的評判方法的研究［D］．武漢：武漢理工大學(xué)航運學(xué)院，2002．

［6］陳偉炯，郝育國，秦 庭，等．港口航行環(huán)境安全組合評價模式［J］．交通運輸工程學(xué)報，2005，5（1）：75－78．

［7］趙 宏，馬立彥，賈 青，等．基于變異系數(shù)法的灰色關(guān)聯(lián)分析模型及其應(yīng)用［J］．黑龍江水利科技，2007，35（2）：26－27．

［8］江福才，吳立川，文元橋，等．浙江沿海通航環(huán)境風(fēng)場要素氣候變化特征分析［J］．武漢理工大學(xué)學(xué)報：交通科學(xué)與工程版，2010，32（7）：173－177．