F-ANPamp;突變論在CNG物流運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

丁　濤，花澤春，高　雙，王　帆

（1.武漢理工大學(xué)　交通學(xué)院，湖北　武漢　430063；2.交通運(yùn)輸部長江航務(wù)管理局，湖北　武漢　430014）

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F-ANPamp;突變論在CNG物流運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

丁濤1，花澤春1，高雙1，王帆2

（1.武漢理工大學(xué)交通學(xué)院，湖北武漢430063；2.交通運(yùn)輸部長江航務(wù)管理局，湖北武漢430014）

通過建立CNG道路運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用模糊網(wǎng)絡(luò)分析法（F-ANP）構(gòu)造模糊判斷矩陣，借助MATLAB數(shù)據(jù)處理工具對(duì)其進(jìn)行運(yùn)算，得到整條路線的綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果。針對(duì)F-ANP難以明辨好壞變化的缺點(diǎn)，結(jié)合突變論進(jìn)一步對(duì)路線進(jìn)行分段橫向分析，實(shí)現(xiàn)了對(duì)CNG物流運(yùn)輸?shù)膭?dòng)態(tài)評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，兩種方法的結(jié)合能為類似物流安全評(píng)價(jià)提供更有價(jià)值的風(fēng)險(xiǎn)參考。

壓縮天然氣；物流運(yùn)輸；模糊網(wǎng)絡(luò)分析法；突變論；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

1　引言

壓縮天然氣（CNG）是一種易燃易爆氣體，大多數(shù)情況下都是通過道路方式完成物流運(yùn)輸任務(wù)，一旦發(fā)生爆炸，人員、財(cái)產(chǎn)損傷程度、環(huán)境污染代價(jià)都是難以估量的?，F(xiàn)階段城市CNG汽車保有量的增多加大了加氣需求，市場上從事CNG運(yùn)輸?shù)钠髽I(yè)也如雨后春筍。由于缺乏對(duì)CNG性質(zhì)特征以及安全運(yùn)輸?shù)纳钊胙芯?，CNG運(yùn)輸常常具有較高的風(fēng)險(xiǎn)。因此，對(duì)CNG物流運(yùn)輸進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)有利于企業(yè)及時(shí)掌握道路風(fēng)險(xiǎn)的動(dòng)態(tài)變化趨勢，合理調(diào)整運(yùn)輸路線，提前做好風(fēng)險(xiǎn)的防范和控制，提高整個(gè)社會(huì)的安全性。

近年來，許多學(xué)者針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)開展了諸多研究，危險(xiǎn)品方面研究較多。文獻(xiàn)［1-3］從運(yùn)輸模式的優(yōu)劣分析、運(yùn)輸路徑的優(yōu)化以及海上運(yùn)輸安全三個(gè)方面對(duì)危險(xiǎn)品進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，為危險(xiǎn)品的運(yùn)輸決策提供了較有價(jià)值的參考。在CNG方面，目前的研究主要集中在加氣站的選址布局研究領(lǐng)域。Amir等［4］在探討車輛進(jìn)出CNG加氣站排隊(duì)特征的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體實(shí)例，優(yōu)化了加氣站的布局方案。魏明和徐晉等［5-6］運(yùn)用不同的方法對(duì)加氣站選址布局進(jìn)行了優(yōu)化研究，對(duì)于緩解城市交通起到了積極的作用。綜上可知，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)更多的是運(yùn)用到了危險(xiǎn)品等其他方面，對(duì)于CNG風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)識(shí)還存在一定的缺口，且風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)大多是基于系統(tǒng)整體安全程度的判斷，并未深入挖掘其內(nèi)在的演變機(jī)理，缺少對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過程突變特性的研究?；诖耍瑢?duì)CNG道路運(yùn)輸進(jìn)行橫向動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析是非常有必要的。本文結(jié)合模糊網(wǎng)絡(luò)分析法和突變論，明確運(yùn)輸路線的綜合風(fēng)險(xiǎn)程度，進(jìn)一步細(xì)化了系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)分布，為CNG的物流運(yùn)輸路線選擇提供有價(jià)值的決策參考。

2　CNG物流運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

2.1CNG道路運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

由于CNG物流運(yùn)輸主要是道路運(yùn)輸，因此本文主要針對(duì)道路運(yùn)輸方式展開分析?；贔-ANP的基本原理，根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇的全面性、代表性和科學(xué)性原則，參考了其他危險(xiǎn)品風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的特點(diǎn)，建立了CNG道路運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，將該指標(biāo)體系分為4個(gè)一級(jí)指標(biāo)和15個(gè)二級(jí)指標(biāo)，見表1。

表1　CNG道路運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.2F-ANP模型建立

2.2.1建立風(fēng)險(xiǎn)因素集和評(píng)語集。根據(jù)CNG道路運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立因素集，即一級(jí)指標(biāo)因素集：二級(jí)指標(biāo)因素集考慮天然氣道路運(yùn)輸特點(diǎn)，將評(píng)語分成5個(gè)等級(jí)：V=｛高風(fēng)險(xiǎn)，較高風(fēng)險(xiǎn)，中等風(fēng)險(xiǎn)，較低風(fēng)險(xiǎn)，低風(fēng)險(xiǎn)｝。

2.2.2F-ANP權(quán)重的確定。進(jìn)行單因素評(píng)價(jià)，建立模糊關(guān)系矩陣，即從U到V的模糊關(guān)系。rij指的是所對(duì)應(yīng)的二級(jí)指標(biāo)uij在某一風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)中的權(quán)重，m是指標(biāo)的個(gè)數(shù)，n是指標(biāo)集的個(gè)數(shù)，模糊關(guān)系矩陣R為：

以指標(biāo)集Ui為例，以指標(biāo)集Ui中某個(gè)元素uil（二級(jí)指標(biāo)）為準(zhǔn)則，對(duì)Ui中兩兩元素按照其對(duì)uil的影響大小進(jìn)行間接優(yōu)勢度的比較，以三角模糊數(shù)的形式構(gòu)造判斷矩陣，并通過一致性檢驗(yàn)。

由于超矩陣W不是列歸一化的，因此需要對(duì)超矩陣W的每一列塊加權(quán)。在得到超矩陣元素的相對(duì)權(quán)重A后，將W與 A相乘可得出模糊加權(quán)超矩陣加權(quán)超矩陣列和為1。

2.2.3綜合評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果的運(yùn)算是基于模糊數(shù)的計(jì)算原理，這里采用乘與有界算子因?yàn)樗紤]了所有因素的影響，在綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面更具有合理性。將評(píng)價(jià)結(jié)果B進(jìn)行歸一化處理，再按照隸屬度最大原則給出最后的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，評(píng)價(jià)結(jié)果B計(jì)算公式為：

2.3突變理論的基本原理

突變數(shù)學(xué)是近30多年來法國數(shù)學(xué)家雷內(nèi)·托姆創(chuàng)立的一門研究災(zāi)變現(xiàn)象的新興數(shù)學(xué)，它建立于拓?fù)鋭?dòng)力學(xué)、奇點(diǎn)理論及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等數(shù)學(xué)理論之上，專門研究不連續(xù)變化、災(zāi)變現(xiàn)象。突變理論的研究對(duì)象是勢函數(shù) f（x），突變理論把狀態(tài)曲面的奇點(diǎn)集映射到控制空間，得到狀態(tài)變量在控制空間的軌跡-分叉集，處于分叉集的控制變量會(huì)使勢函數(shù)發(fā)生突變，即從一種質(zhì)態(tài)跳躍到另一種質(zhì)態(tài)［8］。雷內(nèi)·托姆歸納出了7個(gè)初等突變模型，常用的有尖點(diǎn)突變模型、燕尾突變模型、蝴蝶突變模型，常用突變模型歸一公式見表2。

表2　常用突變模型歸一公式

對(duì)一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析時(shí)，首先應(yīng)判斷其是否會(huì)產(chǎn)生突變，進(jìn)而根據(jù)控制變量的個(gè)數(shù)選擇合適的突變模型。由于評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的指標(biāo)性質(zhì)各不相同，在進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)前，需要對(duì)指標(biāo)進(jìn)行無量綱化，得到初始的模糊隸屬函數(shù)值。利用突變模型進(jìn)行決策時(shí)，要遵循以下原則：如果某子系統(tǒng)內(nèi)各控制變量間為互補(bǔ)型，即可相互代替，則子系統(tǒng)的狀態(tài)變量x取諸控制變量的平均值；反則取最小值。突變理論用于系統(tǒng)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)時(shí)的主要步驟參考文獻(xiàn)［9］。

3　算例分析

甲公司在當(dāng)?shù)卦O(shè)有加氣站母站和子站數(shù)個(gè)，現(xiàn)對(duì)其中的一個(gè)母站與子站之間常使用的某條線路H進(jìn)行CNG運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，對(duì)路線風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定量評(píng)估和動(dòng)態(tài)趨勢分析，該研究可為公司運(yùn)輸方案的調(diào)整提供風(fēng)險(xiǎn)的參考。根據(jù)表1建立的指標(biāo)體系，通過德爾菲法對(duì)影響指標(biāo)進(jìn)行打分，利用F-ANP模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，確定運(yùn)輸路線的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。最后結(jié)合突變論對(duì)不同路段進(jìn)行橫向分析，較為客觀地展示了路線的風(fēng)險(xiǎn)演變過程。

3.1F-ANP確定權(quán)重

本文采用德爾菲法對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素的評(píng)分表進(jìn)行打分，得出各因素的風(fēng)險(xiǎn)程度后，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，建立模糊關(guān)系R（）

U→V，得出模糊關(guān)系矩陣如下：

在質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)U1中，依次以u(píng)11,u12,u13為準(zhǔn)則，作間接優(yōu)勢度的比較，得到模糊判斷矩陣，進(jìn)而計(jì)算出權(quán)重向量，則：

分別以質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)U1、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)U2、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)U3、主體風(fēng)險(xiǎn)U4為準(zhǔn)則，作內(nèi)部間接優(yōu)勢度的比較，建立判斷矩陣，求出各自權(quán)重向量，組成相對(duì)權(quán)重矩陣A：

根據(jù)最大隸屬性原則，由評(píng)判集B的歸一化處理結(jié)果可知，最大值是0.365，其對(duì)應(yīng)的評(píng)語是中等風(fēng)險(xiǎn)，說明CNG選擇該路線H運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)一般。但是其中較高風(fēng)險(xiǎn)的比例也不容小覷，且路線中各不同路段的風(fēng)險(xiǎn)情況也無從得知。因此，應(yīng)該對(duì)CNG道路運(yùn)輸做更詳細(xì)的風(fēng)險(xiǎn)分析，以便對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)影響因素、高風(fēng)險(xiǎn)路段做好提前的預(yù)防和規(guī)避。

3.2突變論對(duì)路線的進(jìn)一步風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

F-ANP充分考慮了系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及指標(biāo)認(rèn)識(shí)的模糊性，為路線的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供了較明確的結(jié)果分析。CNG的危險(xiǎn)特性導(dǎo)致微小因子的變化極易引發(fā)嚴(yán)重的后果，且CNG物流運(yùn)輸一般都是中長途運(yùn)輸，影響因素也復(fù)雜多變，因此，僅有一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)整體評(píng)價(jià)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，動(dòng)態(tài)分析更有利于我們做出風(fēng)險(xiǎn)決策。模糊法難以明辨好壞的變化，無法對(duì)事情的波動(dòng)趨勢做出預(yù)測，為了使得CNG道路運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)更具有價(jià)值性，引進(jìn)了突變論對(duì)風(fēng)險(xiǎn)作進(jìn)一步的分析。分路段的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)有利于找出突變界點(diǎn)，便于有關(guān)部門更有針對(duì)性地對(duì)風(fēng)險(xiǎn)實(shí)施控制和防范。

突變論在大多數(shù)領(lǐng)域中都是做時(shí)間序列的縱向比較以及趨勢分析，為了深入了解運(yùn)輸路線的風(fēng)險(xiǎn)分布情況，在此則需對(duì)路線不同區(qū)段做同一時(shí)間段的橫向分析。本文考慮了路線H的路程長度以及影響因素變化程度，將路線分成了5個(gè)路段，分別是路段A、路段B、路段C、路段D、路段E。由于指標(biāo)體系中既有定量指標(biāo)也有定性指標(biāo)，需按照不同方法進(jìn)行數(shù)據(jù)規(guī)格化。定量指標(biāo)中的效益型指標(biāo)可參照公式（9），成本型指標(biāo)可參照公式（10），定性指標(biāo)主要采用德爾菲法，最終確定各路段的突變值。路段A質(zhì)量指標(biāo)突變情況見表3。

表3　路段A質(zhì)量指標(biāo)的突變情況表

同理可得出路段A中技術(shù)指標(biāo)、環(huán)境指標(biāo)、主體指標(biāo)的突變值分別為0.959、0.949、0.956，其他路段的評(píng)價(jià)指標(biāo)中間指標(biāo)值見表4。

表4　評(píng)價(jià)指標(biāo)中間指標(biāo)值

對(duì)中間指標(biāo)再利用歸一化公式進(jìn)行量化計(jì)算，根據(jù)突變理論中的“互補(bǔ)”原則，得到各路段總突變值為（0.981，0.976，0.979，0.075，0.973），遵循“越大越好”原則的模型體系可知，突變值越大，代表風(fēng)險(xiǎn)越小。從風(fēng)險(xiǎn)波動(dòng)來看，從路段A（起點(diǎn)）到路段E（終點(diǎn)）的整條路線中出現(xiàn)了多個(gè)拐點(diǎn)，說明路線風(fēng)險(xiǎn)并不是像模糊法所評(píng)價(jià)的處于一個(gè)穩(wěn)定的中等風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。從趨勢來看，風(fēng)險(xiǎn)最終是不斷降低的，從起點(diǎn)到終點(diǎn)突變值變化較大，意味著隨著指標(biāo)因素的影響，系統(tǒng)很有可能發(fā)生突變，應(yīng)慎重考慮路線的安排。

結(jié)合兩種模型方法，不僅可以明確運(yùn)輸路線的整體風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，而且還掌握了物流運(yùn)輸路線的風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)變化趨勢，使得評(píng)價(jià)結(jié)果更具有實(shí)用價(jià)值。

4　結(jié)束語

模糊網(wǎng)絡(luò)分析法在處理因素內(nèi)部之間具有關(guān)聯(lián)性和反饋性的復(fù)雜問題上具有很大的優(yōu)越性，但只是基于路線整體風(fēng)險(xiǎn)的判斷，未能深入挖掘其內(nèi)在的演變過程，容易掩蓋高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)段，影響人員安全意識(shí)。突變理論很大程度地減少了人為賦權(quán)的主觀性，更為準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)了CNG道路運(yùn)輸過程中風(fēng)險(xiǎn)的波動(dòng)情況。應(yīng)用模糊網(wǎng)絡(luò)分析法對(duì)CNG物流運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)為我們提供了較為明確和有效的風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果參考；突變論實(shí)現(xiàn)了對(duì)物流運(yùn)輸路線風(fēng)險(xiǎn)高低變化趨勢的評(píng)估，反映了系統(tǒng)運(yùn)行過程中的突變特性，使得評(píng)價(jià)結(jié)果更具有客觀性和合理性。部門管理者可以根據(jù)上述的模型，結(jié)合對(duì)天然氣運(yùn)輸線路進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)的比較，從而指導(dǎo)部門策劃人員制定最終的運(yùn)輸線路方案，同時(shí)也可以采取適當(dāng)?shù)拇胧?duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行提前預(yù)防。

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Application of F-ANP and Catastrophe Theory in Risk Evaluation of CNG Transportation Process

Ding Tao1，Hua Zechun1，Gao Shuang1，Wang Fan2
（1. School of Communication， Wuhan University of Technology， Wuhan 430063；2.Changjiang River Administration of Navigational Affairs， MOT， Wuhan 430014， China）

In this paper， through building the risk evaluation index system for the CNG roadway transportation process， we used the fuzzy ANP （F- ANP） to build a fuzzy judgment matrix， solved it using the MATLAB program to obtain the comprehensive risk evaluation outcome of the whole logistics route， and at the end， considering the shortcomings of the F-ANP method， adopted the catastrophe theory to have a further horizontal analysis of the route by section to realize the dynamic evaluation of the CNG logistics process.

CNG； logistics transportation； F-ANP； catastrophe theory； risk evaluation

X951；F252；F224

A

1005-152X（2016）01-0030-04

10.3969/j.issn.1005-152X.2016.01.009

2015-11-17

丁濤（1964-），男，湖北武漢人，碩士，副教授，主要研究方向：港航與綜合物流。