基于模糊綜合評價法的嘉興港船舶交通安全評價

李明娟 梅崇文

（1.上海海事大學(xué)商船學(xué)院 中國 上海 201306；2.嘉興市規(guī)劃設(shè)計研究院 浙江 嘉興 314051）

0 引言

嘉興港（乍浦港）于1986年開始建設(shè)，具有良好的深水岸線和建港條件?？山ǜ郯毒€40公里，自西向東分為獨山、乍浦、海鹽三個港區(qū)，形成杭州灣北岸港口集群，是集港口裝卸運輸功能、工業(yè)功能、出口加工功能、現(xiàn)代物流服務(wù)功能、海運商務(wù)服務(wù)功能、港口信息功能于一體的中國沿海現(xiàn)代化、多功能、綜合型的港口。

2012年，嘉興港累計完成貨物吞吐量6004萬噸，同比增長14.2%，連續(xù)五年增幅超10%，增幅位居浙江沿海港口首位。2012年嘉興港外海累計完成貨物吞吐量4883萬噸，同比增長12%，連續(xù)5年保持10%以上的增幅。

歷年來，嘉興轄區(qū)水域發(fā)生的船舶交通總事故數(shù)不多，但相對于船舶交通量來說，其事故發(fā)生概率還是不能輕視的。針對嘉興港船舶交通安全現(xiàn)狀存在的問題，本文用模糊綜合評價法對其進行安全評價，得出嘉興水域的安全等級，給船舶操縱者提供航行參考依據(jù)[1]。

1 嘉興港及附近水域船舶交通安全評價指標體系的建立

船舶交通系統(tǒng)中，人-船-環(huán)境以鏈環(huán)式組成船舶交通系統(tǒng)，三者關(guān)系可用圖1表示[2]。

圖1 操船者－船舶－航行環(huán)境系統(tǒng)構(gòu)成圖

港口水域船舶航行環(huán)境系統(tǒng)的安全分析是采取安全措施的重要依據(jù)。依據(jù)嘉興港歷年的水上交通事故，得出嘉興港及附近水域船舶航行壞境的主要潛在危險為：

1）因霧、風(fēng)流、航道受限或船失控等因素產(chǎn)生的偏離航道，導(dǎo)致船舶觸礁、擱淺或與港灣設(shè)施的碰撞；

2）因交通密集、交通流特殊導(dǎo)致船舶碰撞或觸礁；

3）因流急，操縱水域受限等因素產(chǎn)生的靠離泊導(dǎo)致船舶碰撞或觸損；

4）因風(fēng)浪、急流及錨地條件影響產(chǎn)生的走錨，導(dǎo)致船舶觸礁、擱淺或碰撞。

1.1 評價指標的確定

本文用模糊綜合評價法對嘉興港及附近水域進行船舶交通安全評價，模糊綜合評判法是利用模糊集理論進行評價的一種方法，該方法可根據(jù)模糊評價集上的值按最大隸屬度原則去評定對象所屬的等級。

依據(jù)嘉興港的實際情況，本文選取7個因素作為評價指標，如表1所示，評價指標值的選取借鑒于有關(guān)專家的研究成果。

表1 港口及附近水域船舶交通安全

1.2 評價指標權(quán)重的確定

評價指標的權(quán)重要能反映客觀實際，本文通過專家調(diào)查，應(yīng)用層次分析法（AHP法）中的層次單排序方法確定各評價指標的權(quán)重系數(shù)。利用該方法計算已確定的7個評價指標針對“港口及附近水域船舶交通安全”層次的權(quán)重值。層次單排序可通過計算判斷矩陣的最大特征根λmax及它的特征向量W來得到，除最大特征根以外其余特征根的負平均值，作為衡量判斷矩陣偏離一致性的指標CI：

為了度量不同階判斷矩陣是否具有滿意的一致性，再引入判斷矩陣的平均隨機一致性指標RI值。RI值是用隨機的方法分別對n=1-9階各構(gòu)造500個樣本矩陣，計算其一致性指標CI值，然后平均即得RI，如表 2所示。

表2 平均隨機一致性指標RI值

由于1，2階判斷矩陣總具有完全一致性，所以RI=0。當階數(shù)大于2時，判斷矩陣的一致性指標Cl與同階平均隨機一致性指標RI之比稱為隨機一致性比率，記為CR。當時，認為判斷矩陣具有滿意的一致性，否則就需要調(diào)整判斷矩陣，并使之具有滿意的一致性。

通過專家調(diào)查對7個評價指標逐個進行兩兩比較其重要程度，得到每對因素相對“港口及附近水域船舶交通安全”評判對象的重要程度。發(fā)放專家調(diào)查表32份，收回專家調(diào)查表30份。經(jīng)統(tǒng)計整理，得判斷矩陣A為

通過計算得到最大特征根：

其中

1.3 評價指標危險等級的劃分

評價指標危險等級的劃分有基于操船模擬結(jié)果的等級劃分[3]和基于統(tǒng)計結(jié)果的相對比較方法的等級劃分[4]兩種方法，本文在綜合應(yīng)用國內(nèi)外有關(guān)學(xué)者的研究成果的基礎(chǔ)上，通過相關(guān)資料的收集和征詢專家意見，將各評價指標的危險等級分為5級，并確定各等級的定值，從而獲得7個評價指標危險等級的分級標準，如表3所示。

表3 評價指標危險度等級分級標準

2 交通安全評價模型構(gòu)建

本文基本思想是：將影響港口及附近水域船舶交通安全的各個因素，按其程度分為低危險度、中低危險，中等危險，中高危險，高危險度五個等級；再按各個等級進行一級模糊綜合評判，處理因素及其等級劃分的模糊性；最后按所有因素進行二級模糊綜合評判得出評判結(jié)果。該方法能充分考慮專家的知識和經(jīng)驗，實現(xiàn)定量的分析和計算[5]。

2.1 二級模糊綜合評判模型

影響上海港及附近水域船舶交通安全的9個因素組成的因素集為

U={ul，u2，u3，u4，u5，u6，u7}

每一因素按其危險程度分為5個等級，并用集合

ui={uil，ui2，ui3，ui4，ui5}

={低危險，中低危險，中等危險，中高危險，高危險}

表示。此集合稱為因素等級集，其中uij為第i個因素的第j個等級。

由于因素及其等級的模糊性，很難把某一因素具體地規(guī)定為它的某一等級，各等級之間很難有一個明確的界限。因此，根據(jù)每個等級uij，對因素uj的隸屬程度來確定每個等級的權(quán)重aij，于是

Ai=ail，ai2，ai3，ai4，ai5

稱為第i個因素的等級權(quán)重集，其中aij為第i個因素的第j個等級對該因素的隸屬度。通過賦予某一因素各等級的權(quán)重，使反映該因素對評判對象取值的影響成為可能通過計算得到因素權(quán)重集為

A=（0.436 0.031 0.032 0.096 0.116 0.153 0.136）

本文將總評判的可能結(jié)果定為7種，則評價集為

V={很安全，安全，較安全，臨界，較危險，危險，很危險}={-3，-2，-1，0，+l，+2，+3}

（1）一級模糊綜合評判

模糊綜合評判，實際上是為了處理因素的模糊性。通過綜合一個因素的各個等級對評判對象取值的貢獻而做出的一種單因素評判。設(shè)評判對象按第i個因素的第j個等級uij評判，對評價集中第k個元素的隸屬度為rjik，則第i個因素的各個等級評判集可表為

Rij=（rij1rij2… rij1）

其中 i=1，2， …，7；j=1，2， …，5；k=1，2， … ，7。

表4 各因素隸屬度模糊子集表

若第i個因素的等級權(quán)重集為Ai，則按第j個因素的各個等級模糊子集進行綜合評判便得一級模糊綜合評判集如下

Bi＝Ai×Ri

其中

bik即為綜合考慮第i個因素的各個等級的貢獻時，評判對象對評價集中第k個元素的隸屬度。

（2）二級模糊綜合評判

以bik為元素組成的矩陣稱為一級模糊綜合評判矩陣，反映了一個因素對交通安全評價取值的影響。矩陣R為二級模糊綜合評判的單因素評判矩陣。由于各因素影響對評判對象取值的重要程度不同，若反映各因素重要程度的因素權(quán)重集為A，則按所有影響因素進行綜合評判，便得二級模糊綜合評判集如下：

B=A×R

bk是綜合考慮所有因素時評判對象對評價集中第k個因素的隸屬度。

2.2 等級權(quán)重集合等級評判矩陣的確定

對每一評判對象來說，其不同的因素指標具備各自不同的優(yōu)劣水平，不同的優(yōu)劣水平隸屬于五個危險程度等級也不同。因此，依據(jù)專家經(jīng)驗和概率分布的規(guī)律，可構(gòu)造出隸屬度模糊子集表表示各因素的等級權(quán)重集，如表4所示，表內(nèi)的1，2，3，4，5分別表示因素的等級為低危險，中低危險，中等危險，中高危險，高危險。

設(shè)評判對象按第i個因素的第j個等級uij屬度為rijk，（i=1，2，…，m；j=1，2，…，n；k=1，2，… ，p）則第 i個因素的等級評判矩陣為 Ri，本文的7個因素均分為五個等級，危險度從1至5增高，評判對象的取值從-3至+3增大（即評價結(jié)果從很安全到很危險）。得到各因素通用的等級評判矩陣為

3 嘉興港及附近水域船舶交通安全評價

表5 嘉興港及附近水域船舶交通安全評價指標值[6]

本章在對嘉興港及附近水域的自然條件、航道條件和交通條件的現(xiàn)狀以及海上交通事故等資料的調(diào)查和收集的基礎(chǔ)上，應(yīng)用本文所闡述的評判模型和方法對嘉興港及附近水域船舶交通安全的狀況進行了具體的分析和評價。

由表5可得，7個評價指標構(gòu)成的因素集為

U=（強，40.6，251，1.5，0.8，24.3，較好）

因素權(quán)重集為

A=（0.436，0.031，0.032，0.096，0.116，0.153，0.136）

評價集為

V={-3，-3，-1，0，1，2，3}

可得各因素的等級權(quán)重集為

A1=（0， 0， 0.2， 0.6， 0.2）

A2=（0， 0， 0.1， 0.6， 0.3）

A3=（0，0，0，0.2，0.8 ）

A4=（0， 0， 0， 0.2， 0.8）

A5=（0， 0， 0.2， 0.6， 0.2）

A6=（0.3， 0.6， 0.1， 0， 0）

A7=（0.2， 0.6， 0.2， 0， 0）

各因素通用的等級評判矩陣參見式（3-3），根據(jù)式（3-1），計算得出各因素一級模糊綜合評判矩陣如下所示：

由式（3-2），按所有影響因素進行綜合評判，得

B=A*R=（0.436 0.031 0.032 0.096 0.116

0.153 0.136）*R=（0.0932 0.1426 0.4006 0.4178 0.6814 0.4785 0.2528）

最后結(jié)合評價集，按加權(quán)平均法，得到二級模糊綜合評判結(jié)果為

可得，評價等級介于“臨界”與“較危險”狀態(tài)之間，偏“較危險”。

4 結(jié)論

通過二級模糊綜合評判結(jié)果，得出7個評價指標中，夜間背景光、能見度居于以“較危險”為中心的分布，風(fēng)、流、航道寬度處于“較危險”與“危險”之間，交通密度、助航條件居于“較安全”為中心的分布。通過對嘉興港及附近水域的船舶交通安全評價，得出該水域介于“臨界狀態(tài)與較危險狀態(tài)”之中，這一結(jié)論與實際情況相符，基本正確。

因此，為了加強嘉興港船舶交通安全，有以下三點建議供參考。首先，加快嘉興水上運輸安全立法步伐，建立和完善水上運輸安全管理法律法規(guī)制度；同時，加快航道建設(shè)工程進度，完善進出港的航行條件，改善航行環(huán)境；最后，加強應(yīng)急聯(lián)動機制的建設(shè)，使安全管理反應(yīng)更快速。

［1］上海海事大學(xué).A305嘉興港獨山港區(qū)A區(qū)2_泊位配套千噸級碼頭工程通航安全評估報告[Z].上海：上海海事大學(xué)碩士學(xué)位論文，2011，10.

［2］雷漢洲.上海港及附近水域船舶交通安全[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2006.

［3］井上欣三，等.基于操船者危險感的操船環(huán)境評價[C].日本航海學(xué)會論文集，1996（95）：147－152.

［4］馬會.港口水域操船環(huán)境危險度的灰色分析[D].大連：大連海事，1998.

［5］T.Goldwell.Marine Traffic Behaviour in Restricted Waters[J].Journal of Navigation，Vol.36，1983.

［6］徐忠漢，肖英杰.嘉興海事管轄水域發(fā)展規(guī)劃安全保障和對策[Z].浙江嘉興：嘉興海事局，2005，08.