港口水域風險評估結(jié)論一致性分析模型

郭沖，方泉根，胡甚平，陳辰

(上海海事大學(xué)商船學(xué)院，上海 201306)

0 引言

多年來，船舶安全一直是國際航運界的熱門重要研究課題與內(nèi)容，始終受到國內(nèi)外航運單位和海事管理部門的重視.為了促進和改善海上安全工作，在20世紀90年代中期，國際海事組織(International Maritime Organization，IMO)采納英國海事安全局的建議，將綜合安全評估(Formal Safety Assessment，F(xiàn)SA)的方法和概念應(yīng)用于海事分析，并要求會員國積極開展船舶安全領(lǐng)域的應(yīng)用研究.

FSA是一種結(jié)構(gòu)性的、系統(tǒng)的評估方法，通過運用風險和費效評估，提出有針對性的風險控制措施，達到提高海上安全、環(huán)境保護和反恐水平的目的.FSA由5個步驟組成:風險識別、風險評估、風險控制方案、費效評估和提出供決策參考的建議.［1]

風險評估，又稱危險性評價或安全評價，是指在對系統(tǒng)辨識和安全分析的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)的危險性或安全性按相關(guān)標準、規(guī)范、安全指標予以衡量，對危險程度進行分級，進而結(jié)合現(xiàn)有科學(xué)技術(shù)水平和經(jīng)濟條件提出控制系統(tǒng)危險的安全措施.［2]風險評估是FSA步驟中的核心和關(guān)鍵，做好風險評估對后面的風險控制和決策分析具有重要意義.［3-4]由于不同評估方法的側(cè)重點和處理角度的不同，必然導(dǎo)致評估中產(chǎn)生分歧，本文利用一致性指數(shù)法分析沿海10個港口航行風險排序結(jié)果的一致性，然后再用聚類分析方法分析建模，并對兩種模型進行比較分析.

1 評價方法一致性

1.1 一致性指數(shù)法

IMO采納國際船級社協(xié)會(IACS)提出的一致性指數(shù)方法，供FSA研究使用.［5]該方法基于Kendall和諧系數(shù)，通常用于非參數(shù)統(tǒng)計，表達式為

式中:J為評價方法總數(shù);I為港口總數(shù);xij為第j種方法給第i個港口的排序;W為評價方法一致性指數(shù)，W=0表示評價方法不一致，W=1表示評價方法評估得出的結(jié)論完全一致.

IMO規(guī)定:0＜W＜0.5時，不可接受，一致性存在較大分歧;0.5＜W＜0.7時，一致性達到最低可接受水平;0.7＜W＜1.0時，可以接受，一致性非常好.

1.2 評價方法一致性計算

文獻［6-7]用主成分分析法、因子分析法、逼近理想解排序法、模糊理論、灰色理論及證據(jù)理論等6種方法對上海、煙臺、青島等10個港口的航行風險進行評估，并對這10個港口的航行危險度進行排序，則式(1)中風險評價方法總數(shù)J=6，港口總數(shù)I=10.危險度排序見表1.基于表1，利用一致性指數(shù)法進行計算，得到6種評價方法的一致性指數(shù)為W=0.759，一致性令人滿意［6].在文獻［5]中也給出一些利用上述方法計算一致性的例子，均表明這種方法是可行的.通過分析可以發(fā)現(xiàn)，可以理解一致性指數(shù)為測量不同的評價方法之間的距離.

表1 6種方法對10個港口風險的排序

1.3 進一步分析

進一步分析這6種方法的一致性，運用式(1)，對6種評價方法進行兩兩比較，計算其一致性指數(shù)，結(jié)果見表2.

表2 6種方法兩兩比較的一致性指數(shù)

從表2可以看出，6種方法中任意兩種方法之間的一致性指數(shù)W的變化范圍為0.630～0.982，變化幅度比較大.從6種方法中再任選3種或4種方法進行比較，所得W值見圖1.

圖1 2種、3種、4種方法分別比較的一致性指數(shù)

從圖1中可以看出，當分別取2種、3種、4種方法進行比較時，使用的方法越多，一致性就越趨于穩(wěn)定(即一致性指數(shù)越接近).因此，筆者建議，對港口進行風險評估時應(yīng)盡量全面考慮問題，使用較多的方法進行評估，然后綜合各種方法評估得出的結(jié)論得出最后更準確的結(jié)論.

2 評價方法的模糊聚類

IMO推薦的一致性指數(shù)法可以表明各種評估方法結(jié)果的一致程度，但僅僅這樣還不夠，為了更加進一步確定他們之間的相似程度，更適當?shù)剡x擇評估方法，本文利用模糊聚類分析方法對各種評價結(jié)果之間的相似程度進行討論.

2.1 模糊聚類分析

采用模糊數(shù)學(xué)語言對事物按一定的要求進行描述和分類的數(shù)學(xué)方法稱之為模糊聚類分析.聚類分析主要經(jīng)過標定和聚類兩個步驟［8-9]，其中，繁瑣的工作是求模糊相似矩陣和計算傳遞閉包.

2.1.1 標定(建立模糊相似矩陣)

設(shè)樣本集合 X={x1，x2，…，xn}，n 為樣本數(shù)目，每一個樣本 xi由一組特征數(shù)據(jù)(xi1，xi2，…，xim)表示，則樣本的特性指標矩陣為

建立模糊相似矩陣R，主要是確定其相似系數(shù)rij，即xi與xj的相似程度.求相似系數(shù)的方法很多，這里使用絕對值減數(shù)法［10]:

式中:0≤c≤1.適當選取 c值，使得 rij在［0，1]中分散開，從而得到樣本的模糊相似關(guān)系矩陣

2.1.2 聚類(對樣本集合進行分類)

使用傳遞閉包法聚類:對標定的模糊相似矩陣R，依次用平方法計算，R2，R4，…，R2t，…，當?shù)谝淮纬霈F(xiàn)Rk?Rk=Rk時，則稱Rk=(tij)為傳遞閉包，記為t(R).

在傳遞閉包 t(R)=(tij)中，0≤tij≤1(i，j=1，2，…，n).令 λ 為 tij中某一值(從高到低取值)，記Rλ=(λij)，其中

稱Rλ為t(R)的λ截矩陣.Rλ的列向量對應(yīng)于樣本集合 X={x1，x2，…，xn}中的元素.X 中某些樣本為同一類，必須且僅需Rλ中對應(yīng)的列向量相等.［7]所以，如果將樣本分成若干類，只要選取合適的λ，求出Rλ即可.

2.2 評價方法的聚類分析

對表1中的數(shù)據(jù)進行聚類分析，按照絕對值減數(shù)法建立模糊相似矩陣，取 c=0.01［11]，得到模糊相似矩陣

用平方法求傳遞閉包

然后根據(jù)不同的λ值，得到不同的截矩陣，再進行聚類，結(jié)果如下.

0≤λ≤0.90時，所有方法歸為一類:{主成分分析法，因子分析法，逼近理想解排序法，模糊理論，灰色理論，證據(jù)理論}.0.90＜λ≤0.92時，分為2類:{主成分分析法};{因子分析法，逼近理想解排序法，模糊理論，灰色理論，證據(jù)理論}.0.92＜λ≤0.94時，分為4類:{主成分分析法};{因子分析法，逼近理想解排序法，證據(jù)理論};{模糊理論};{灰色理論}.0.94＜λ≤0.96 時，分為5 類:{主成分分析法};{因子分析法};{逼近理想解排序法，證據(jù)理論};{模糊理論};{灰色理論}.0.96 ＜ λ≤1.00 時，分為6類:{主成分分析法};{因子分析法};{逼近理想解排序法};{模糊理論};{灰色理論};{證據(jù)理論}.

3 結(jié)束語

通過上面兩種一致性模型的分析可以看出:運用一致性方法得到的結(jié)果相對精確，而且可以進行互相比較，但數(shù)據(jù)量要求較高，計算相對復(fù)雜繁瑣;運用模糊聚類方法對數(shù)據(jù)量要求較低，計算簡便，但λ的取值相對主觀，而且無法進行互相比較.在實際運用過程中，可以使用模糊聚類進行初步的聚類分析，然后利用一致性分析方法進行具體分析，以確保結(jié)果更加準確、可靠.從一致性的檢驗分析結(jié)果來看，針對同一問題進行評價時，最好能采用3種以上的方法，經(jīng)過檢驗后獲得的評價結(jié)論比較準確可靠.兩種方法評價后不僅表現(xiàn)出評價結(jié)論差異可能較大，而且一致性檢驗的結(jié)果也不穩(wěn)定.

［1]IMO.Guidelines for Formal Safety Assessment(FSA)for Use in the IMO Rule-Making Process［S].MSC/Cir.1023 MEPC/Cir.392，2002.

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