基于未確知測度的上海水域溢油應急能力評價研究

張曉雷

摘要：針對上海水域溢油應急能力評價中諸多不確定性因素問題，提出利用未確知測度的評價模型對上海水域溢油應急能力進行定量評價，得出合理量化的上海水域可應對一次性溢油量的大小。

關鍵詞：上海水域 溢油應急能力 未確知測度 綜合評價

0引言

2010～2012年間，上海港油類、危險品進出港船舶均保持在6.5萬艘次的水平，每年油類、危險品貨物進出港約

5 000萬噸，繁忙的水上交通運輸活動是水上污染事故的主要源頭之一。上海港從1999 年至2012年間共發(fā)生各類船舶油類與化學品污染事故約200起，油類與化學品累計泄漏量近

2 800t，平均每年發(fā)生污染事故14.54起。因此需要對上海水域溢油應急能力做出客觀評價，了解現(xiàn)有溢油應急能力的實際水平，發(fā)現(xiàn)不足并提出建設方向。

本文構(gòu)建了上海水域溢油應急能力評價指標體系，利用未確知數(shù)學評價模型對上海水域溢油應急能力進行評價，得出上海水域溢油應急能力能夠應對的一次溢油事故的最大溢油量，不僅解決了評價過程中諸多因素的不確定性，也得出了量化評價結(jié)果。

1 上海水域溢油應急能力評價指標體系

本文評價的范圍限于上海海事局轄區(qū)。目前，上海海事局轄區(qū)內(nèi)的溢油應急物資主要由社會清污力量配備，因此評價上海水域溢油應急能力主要是對上海海事局轄區(qū)應急聯(lián)動清污單位和新建成的外高橋溢油應急設備庫清污能力的評價。

本文提出的上海水域溢油應急能力僅指上海溢油應急處置能力，包含清除、卸載、圍控和防護等，這既利于量化評估上海目前溢油應急能力，同時又避免了許多主觀因素的干擾。上海水域溢油應急能力評價指標體系，是以上海水域溢油應急搶險能力為評價對象，是在對溢油應急搶險能力相關指標進行綜合分析的基礎上，結(jié)合以往事故數(shù)據(jù)、油類貨物運輸情況和相關規(guī)范性文件，根據(jù)一定的評價模型，對上海水域溢油應急能力進行綜合評價，具體評價體系見表1.1。

2未確知測度評價模型

2.1 單指標未確知模型

按照測量方式可將對事物的測量分為直接測量和間接測量，未確知測度屬于間接測量。因此，首先要建立一個測度空間或可測空間，再定義度量法則。

評價對象 關于指標 的觀測值使 處于第 個評價等級 的程度，可用具體實數(shù)記作：

滿足歸一性、可加性、非負有界性3條測量準則的 為未確知測度（簡稱“測度”），可稱 （1.1）

是對象 的單指標測度評價矩陣， 表示 處于各評語等級的未確知測。

2.2 指標權(quán)重的確定

本文在確定溢油應急能力評價指標權(quán)重時，先利用層次分析法和熵值法分別確定主、客觀權(quán)重，再利用博弈論進行組合權(quán)重的確定。

設 個權(quán)重向量 的現(xiàn)行組合為：

（1.2）

是基于基本權(quán)重集的一種可能的綜合權(quán)重向量，它的全體 表示可能的權(quán)重向量集。

因此，尋找最滿意的權(quán)重向量的目標是使 與每個 的離差極小化。由此，導出對策模型：

（1.3）

上述模型是一組含有多目標函數(shù)的交叉規(guī)劃模型，求解該模型能夠得到一個跟多種權(quán)重賦值方法在整體意義上相協(xié)調(diào)和均衡一直的綜合權(quán)重結(jié)果。根據(jù)矩陣的微分性質(zhì)，可以得出式（1.3）最優(yōu)化的一階導數(shù)條件為：

（1.4）

運用Matlab軟件即可方便的求出上述方程的解 ，將 代入式（1.2）便可求出綜合權(quán)重向量 。

2.3 多指標綜合測度評價系統(tǒng)

設 表示指標 的權(quán)重，且 需滿足 和 兩個條件，則稱

為指標

權(quán)重向量。若已知 的單指標測度評價矩陣，關于 的各項指標分類權(quán)重向量為 。

令 （1.5）

則 為 的評價向量，其中 表示 處于 等級的未確知測度。

2.4 識別評價準則

設置信度為 ，通常置信度 取為0.6或0.7，最大值為1。令：

（1.6）

則判定 屬于第 個評價等級 ，其真實含義為 不低于 等級的置信度為 或說是低于 等級的置信度是 。

3 上海水域溢油應急能力未確知綜合評價

上海水域溢油應急能力評價空間可記作：， 分別代表Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級和Ⅴ級，且 ， 表示空集。若 能力等級比 的能力等級要低，記作 。因此， 為評價空間 上的一個有序分割類，在有序評價空間上依據(jù)置信度識別準則評定上海水域溢油應急能力的等級。

根據(jù)上海水域近年溢油事故油類泄漏數(shù)量、IMO統(tǒng)計溢油事故噸數(shù)分級和國內(nèi)外溢油事故等級劃分以及溢油應急能力評價標準等，經(jīng)過向上海海事局、東海救助局和大連海事大學等專家學者的咨詢，將上海水域溢油應急能力評價等級分為5級，即Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級和Ⅴ級，具體含義為：Ⅰ級可以應對一次溢油量為小于100t的污染事故；Ⅱ級可以應對一次溢油量為100～500t污染事故；Ⅲ級可以應對一次溢油量為500～1 000t的污染事故；Ⅳ級可以應對一次溢油量為1 000～1 500t的污染事故，Ⅴ級可以應對一次溢油量為1500噸的污染事故。具體將具體溢油能力的各個等級與對應的程度規(guī)定如下：

本文所選取的評價指標均為定量指標，由于各指標測度函數(shù)計算過程類似，只是具體的測度函數(shù)分布區(qū)間不同，因此以上海水域海上溢油應急預案最適于應對溢油噸位進行計算示范。2011年經(jīng)過修訂完善的《上海海上搜救和船舶污染事故專項應急預案》中規(guī)定了溢油事故等級。經(jīng)過咨詢相關專家，本文認為海上溢油應急預案最適于應對溢油事故噸位為1 000t。

根據(jù)表1.2，可以確定海上溢油應急預案最適于應對溢油噸位的測度函數(shù)分布圖如下圖：

圖1.1 海上溢油應急預案最適于應對溢油噸數(shù)的測度函數(shù)分布圖endprint

Fig.1.1 Marine oil spill contingency plans best suited for dealing with spills tonnage measurement function distribution

目前，相關應用研究多利用直線型測度函數(shù)分布，但是平滑的拋物線比直線型測度函數(shù)得出的概率更貼近“真值”，因此本文采用拋物線型分布。具體測度函數(shù)如下：

（1.7）

由上式得出，當 時，得出海上溢油應急預案最適于應對溢油噸位的評價矩陣為 。

根據(jù)《上海內(nèi)河船舶污染事故專項應急預案》、《國家船舶應急設備庫設備配備管理規(guī)定》（試行）、《船舶污染海洋環(huán)境風險評價技術(shù)規(guī)范》（試行）、《沿海船舶污染事故應急能力評估指南》和《港口碼頭應急能力評估指南》以及廣東海事局下發(fā)的《廣東海事局轄區(qū)沿海船舶溢油應急隊伍溢油清除能力范例參照標準》等文件對各項指標標準的規(guī)定，并結(jié)合上海水域溢油應急能力建設實際，根據(jù)表1.2，劃分了各項指標的評價標準并用matlab軟件可以畫出各指標的測度函數(shù)曲線圖。

根據(jù)各指標測度函數(shù)分布圖，和上海水域各指標實際數(shù)據(jù) ，得到了單指標測度評價矩陣（ 為屬于各等級的測度）：

（1.8）

根據(jù)層次分析法和熵值法賦權(quán)方法以及上文提到的博弈論組合賦權(quán)，經(jīng)計算得出各指標最優(yōu)的權(quán)重向量為：

（1.9）

根據(jù)上文介紹的多指標綜合評價模型和式（4.21）、（4.23）的結(jié)果，最終得到多指標未確知測度向量： 。

取置信度 ，即可得到上海水域溢油能力評價等級：

（1.10）

由上述結(jié)果可知，上海水域溢油應急能力屬于第Ⅴ級。

本文利用未確知數(shù)學的評價模型，結(jié)合走訪調(diào)研的具體數(shù)據(jù)，對上海水域溢油應急能力進行了綜合評價，得出了上海水域溢油應急能力為可以應對一次性溢油量為1，500t的溢油污染事故，較以往應急能力評價時得出的定性結(jié)果更進一步，評價結(jié)果也從上海海事局2013年2月宣布的“一次溢油控制清除能力基本達1，000t”的處得到佐證，兩者差距主要在于本文考慮了上海水域東海救助局、上海打撈局和社會公司等應急聯(lián)動單位的應急物資儲備。

由于調(diào)研數(shù)據(jù)的不完全和不具體，在確定測度函數(shù)分布區(qū)間時還有待提高。調(diào)研數(shù)據(jù)資料還欠完整和細致，盡管不影響本文研究結(jié)果的可信性，但還是給評價結(jié)果的詳細性和完美性帶來了一定的影響，還有待細化完善。

參考文獻

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[11]曹慶奎，任向陽，劉琛等.基于粗集-未確知測度模型的企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力評價研究.系統(tǒng)工程理論與實踐.2006.04.67-72.

[12]郭鵬，楊曉琴.博弈論與納什均衡.哈爾濱師范大學自然科學學報.22（4）.2006.02：25-28.

[13]王書吉，費良軍，雷雁斌等.兩種綜合賦權(quán)法在灌區(qū)評價中的應用研究.西安理工大學學報.2009.01：207-211.

[14]劉開第，曹慶奎，龐彥軍.基于未確知集合的故障診斷方法.自動化學報. 2004.09.30（5）：747-756endprint

Fig.1.1 Marine oil spill contingency plans best suited for dealing with spills tonnage measurement function distribution

目前，相關應用研究多利用直線型測度函數(shù)分布，但是平滑的拋物線比直線型測度函數(shù)得出的概率更貼近“真值”，因此本文采用拋物線型分布。具體測度函數(shù)如下：

（1.7）

由上式得出，當 時，得出海上溢油應急預案最適于應對溢油噸位的評價矩陣為 。

根據(jù)《上海內(nèi)河船舶污染事故專項應急預案》、《國家船舶應急設備庫設備配備管理規(guī)定》（試行）、《船舶污染海洋環(huán)境風險評價技術(shù)規(guī)范》（試行）、《沿海船舶污染事故應急能力評估指南》和《港口碼頭應急能力評估指南》以及廣東海事局下發(fā)的《廣東海事局轄區(qū)沿海船舶溢油應急隊伍溢油清除能力范例參照標準》等文件對各項指標標準的規(guī)定，并結(jié)合上海水域溢油應急能力建設實際，根據(jù)表1.2，劃分了各項指標的評價標準并用matlab軟件可以畫出各指標的測度函數(shù)曲線圖。

根據(jù)各指標測度函數(shù)分布圖，和上海水域各指標實際數(shù)據(jù) ，得到了單指標測度評價矩陣（ 為屬于各等級的測度）：

（1.8）

根據(jù)層次分析法和熵值法賦權(quán)方法以及上文提到的博弈論組合賦權(quán)，經(jīng)計算得出各指標最優(yōu)的權(quán)重向量為：

（1.9）

根據(jù)上文介紹的多指標綜合評價模型和式（4.21）、（4.23）的結(jié)果，最終得到多指標未確知測度向量： 。

取置信度 ，即可得到上海水域溢油能力評價等級：

（1.10）

由上述結(jié)果可知，上海水域溢油應急能力屬于第Ⅴ級。

本文利用未確知數(shù)學的評價模型，結(jié)合走訪調(diào)研的具體數(shù)據(jù)，對上海水域溢油應急能力進行了綜合評價，得出了上海水域溢油應急能力為可以應對一次性溢油量為1，500t的溢油污染事故，較以往應急能力評價時得出的定性結(jié)果更進一步，評價結(jié)果也從上海海事局2013年2月宣布的“一次溢油控制清除能力基本達1，000t”的處得到佐證，兩者差距主要在于本文考慮了上海水域東海救助局、上海打撈局和社會公司等應急聯(lián)動單位的應急物資儲備。

由于調(diào)研數(shù)據(jù)的不完全和不具體，在確定測度函數(shù)分布區(qū)間時還有待提高。調(diào)研數(shù)據(jù)資料還欠完整和細致，盡管不影響本文研究結(jié)果的可信性，但還是給評價結(jié)果的詳細性和完美性帶來了一定的影響，還有待細化完善。

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Fig.1.1 Marine oil spill contingency plans best suited for dealing with spills tonnage measurement function distribution

目前，相關應用研究多利用直線型測度函數(shù)分布，但是平滑的拋物線比直線型測度函數(shù)得出的概率更貼近“真值”，因此本文采用拋物線型分布。具體測度函數(shù)如下：

（1.7）

由上式得出，當 時，得出海上溢油應急預案最適于應對溢油噸位的評價矩陣為 。

根據(jù)《上海內(nèi)河船舶污染事故專項應急預案》、《國家船舶應急設備庫設備配備管理規(guī)定》（試行）、《船舶污染海洋環(huán)境風險評價技術(shù)規(guī)范》（試行）、《沿海船舶污染事故應急能力評估指南》和《港口碼頭應急能力評估指南》以及廣東海事局下發(fā)的《廣東海事局轄區(qū)沿海船舶溢油應急隊伍溢油清除能力范例參照標準》等文件對各項指標標準的規(guī)定，并結(jié)合上海水域溢油應急能力建設實際，根據(jù)表1.2，劃分了各項指標的評價標準并用matlab軟件可以畫出各指標的測度函數(shù)曲線圖。

根據(jù)各指標測度函數(shù)分布圖，和上海水域各指標實際數(shù)據(jù) ，得到了單指標測度評價矩陣（ 為屬于各等級的測度）：

（1.8）

根據(jù)層次分析法和熵值法賦權(quán)方法以及上文提到的博弈論組合賦權(quán)，經(jīng)計算得出各指標最優(yōu)的權(quán)重向量為：

（1.9）

根據(jù)上文介紹的多指標綜合評價模型和式（4.21）、（4.23）的結(jié)果，最終得到多指標未確知測度向量： 。

取置信度 ，即可得到上海水域溢油能力評價等級：

（1.10）

由上述結(jié)果可知，上海水域溢油應急能力屬于第Ⅴ級。

本文利用未確知數(shù)學的評價模型，結(jié)合走訪調(diào)研的具體數(shù)據(jù)，對上海水域溢油應急能力進行了綜合評價，得出了上海水域溢油應急能力為可以應對一次性溢油量為1，500t的溢油污染事故，較以往應急能力評價時得出的定性結(jié)果更進一步，評價結(jié)果也從上海海事局2013年2月宣布的“一次溢油控制清除能力基本達1，000t”的處得到佐證，兩者差距主要在于本文考慮了上海水域東海救助局、上海打撈局和社會公司等應急聯(lián)動單位的應急物資儲備。

由于調(diào)研數(shù)據(jù)的不完全和不具體，在確定測度函數(shù)分布區(qū)間時還有待提高。調(diào)研數(shù)據(jù)資料還欠完整和細致，盡管不影響本文研究結(jié)果的可信性，但還是給評價結(jié)果的詳細性和完美性帶來了一定的影響，還有待細化完善。

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[14]劉開第，曹慶奎，龐彥軍.基于未確知集合的故障診斷方法.自動化學報. 2004.09.30（5）：747-756endprint