基于云模型的集裝箱船大風(fēng)浪航行安全評價(jià)

金奎光

摘要：為較客觀地評價(jià)集裝箱船在大風(fēng)浪中航行的安全問題，需要解決安全評價(jià)過程中指標(biāo)因素的模糊性和隨機(jī)性問題。確定“人—船—環(huán)境—管理”集裝箱船大風(fēng)浪航行安全評價(jià)指標(biāo)體系，建立基于云模型的安全評價(jià)模型。對該模型進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證。結(jié)果表明，云模型能夠?qū)崿F(xiàn)定性描述與定量評價(jià)的相互轉(zhuǎn)換，有效減弱評價(jià)過程中主觀因素的過度干擾，顯著提高安全評價(jià)結(jié)果的可靠性。

關(guān)鍵詞：集裝箱船; 大風(fēng)浪; ?安全評價(jià); 云模型

中圖分類號： ?U676.1; U674.131

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： ?A

Abstract：In order to assess the safety of container ship navigating in heavy sea objectively， it is necessary to solve the fuzziness and randomness of index factors in the safety assessment process. After determining the “human-ship-environment-management” safety assessment index system of container ship navigation in heavy sea， a safety assessment model based on the cloud model is established. The model is verified by an example. The results show that the cloud model can make a conversion between qualitative description and quantitative valuation， reduce excessive interference of human factors effectively， and improve the reliability of safety evaluation results greatly.

Key words：container ship; heavy sea; safety assessment; cloud model

0 引 言

從20世紀(jì)末以來，在新的科技革命帶動(dòng)下，全球經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，集裝箱水路運(yùn)輸?shù)闹匾砸苍絹碓酵怀觯S之而來的集裝箱船的航行安全問題也越來越受到IMO（國際海事組織）、各國海事管理部門、航運(yùn)企業(yè)以及廣大船員的關(guān)注。到目前為止，國內(nèi)外的許多專家學(xué)者對該問題進(jìn)行了研究，并取得了一定的研究成果。文獻(xiàn)[1]以對集裝箱船的安全狀況的定性和定量分析為基礎(chǔ)，重點(diǎn)研究了事件鏈和風(fēng)險(xiǎn)控制的成本。文獻(xiàn)[2]針對中日航線集裝箱船建立了基于模糊數(shù)學(xué)理論的綜合評價(jià)模型，并評價(jià)了集裝箱船的航行安全，提出了應(yīng)對措施。為減小安全評價(jià)過程中主觀因素的影響，文獻(xiàn)[3]利用證據(jù)理論建立評價(jià)模型，評價(jià)了大風(fēng)浪中集裝箱船的航行安全，并進(jìn)行了實(shí)際驗(yàn)證。然而，影響大風(fēng)浪中航行的集裝箱船安全的因素較多，而且大多數(shù)因素都具有隨機(jī)性和模糊性，這使專家在評價(jià)過程中很難對其進(jìn)行精確確定，從而影響評價(jià)結(jié)果的精準(zhǔn)性。為此，本文利用云模型具有實(shí)現(xiàn)定性描述與定量評價(jià)相互轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)，對評價(jià)過程進(jìn)行處理，以提高安全評價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1 集裝箱船大風(fēng)浪航行的安全評價(jià)指標(biāo)體系

集裝箱船在大風(fēng)浪中航行可能發(fā)生的事故包括船舶沉沒、船舶碰撞、船舶擱淺、人員傷亡、集裝箱貨物破損、集裝箱貨物入海、船舶與貨物火災(zāi)等。本文主要討論船舶在大洋航行時(shí)遇大風(fēng)浪天氣可能發(fā)生的事故，因此主要涉及船舶沉沒、船體損壞、人員傷亡、集裝箱貨物破損以及集裝箱貨物入海等航行安全問題。考慮到影響因素較多且屬于不同層次，本文運(yùn)用系統(tǒng)工程理論，研究各層次之間以及各要素之間的相互關(guān)系[4]。通過文獻(xiàn)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)多數(shù)研究人員習(xí)慣上將在大風(fēng)浪中航行的船舶作為一個(gè)由人、船、環(huán)境組成的系統(tǒng)進(jìn)行研究?？紤]到管理因素對集裝箱船航行安全的重要性，引入管理因素，構(gòu)成“人—船—環(huán)境—管理”系統(tǒng)，建立如表1所示的安全評價(jià)指標(biāo)體系。

2 基于云模型的安全評價(jià)模型

云模型是以模糊數(shù)學(xué)理論和概率論為基礎(chǔ)的，概念的模糊性、隨機(jī)性和關(guān)聯(lián)性主要是通過隨機(jī)給樣本點(diǎn)賦予確定度來刻畫的。該方法可以實(shí)現(xiàn)定性概念與定量數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，并能對評價(jià)對象的模糊性和隨機(jī)性進(jìn)行有效的揭示[5]。鑒于云模型理論具有能夠有效地降低安全評價(jià)過程中專家打分的主觀性，提高評價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性的優(yōu)點(diǎn)，該理論被廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)挖掘、模擬預(yù)測、算法改進(jìn)等多個(gè)領(lǐng)域。文獻(xiàn)[6]對我國進(jìn)口原油海運(yùn)安全的影響因素進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，建立了安全評價(jià)指標(biāo)體系，最后借助云模型理論對該系統(tǒng)進(jìn)行了安全評價(jià)，為建立相應(yīng)的預(yù)警系統(tǒng)提供理論基礎(chǔ)。文獻(xiàn)[7]針對集裝箱船貨物運(yùn)輸過程中風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的模糊性和隨機(jī)性問題，建立了貨物運(yùn)輸?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)評價(jià)體系，并利用云模型對貨物運(yùn)輸?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)程度進(jìn)行了定量評價(jià)。為減弱港口低碳綠色發(fā)展評價(jià)過程中主觀因素的過度影響，文獻(xiàn)[8]在確定了各指標(biāo)云權(quán)重的基礎(chǔ)上，利用云模型進(jìn)行安全評價(jià)，其研究結(jié)果可為港口的低碳綠色發(fā)展提供相應(yīng)的理論支持和實(shí)踐指導(dǎo)。文獻(xiàn)[9]采用云推理模型，利用從數(shù)據(jù)中挖掘的不確定性知識，對灌溉區(qū)中長期灌溉制度進(jìn)行優(yōu)化。

（3）基于云模型的評價(jià)。

通過正向云發(fā)生器得出各底層指標(biāo)的評價(jià)云模型后，利用式（5）～（7）求得人的綜合云模型為（0.541 4， 0.085 0， 0.011 7），船的綜合云模型為（0.430 8， 0.076 6， 0.007 0），環(huán)境的綜合云模型為（0.320 5， 0.074 5， 0.011 6），管理的綜合云模型為（0.327 9， 0.075 8， 0.009 8）。再次對人、船、環(huán)境、管理因素進(jìn)行綜合，最終求得集裝箱船大風(fēng)浪航行安全綜合評價(jià)云模型（0.437 1，0.079 1，0.010 2）。綜合評價(jià)云對應(yīng)到評語區(qū)間上的位置關(guān)系見圖1。

（4）安全評價(jià)結(jié)果分析。

該集裝箱船大風(fēng)浪航行的安全評價(jià)結(jié)果處于“較危險(xiǎn)”與“一般”之間，略趨向于“一般”。由于大風(fēng)浪惡劣環(huán)境的影響，該船多個(gè)集裝箱和扭鎖變形，這從側(cè)面印證了基于云模型的安全評價(jià)具有一定的可靠性。

就評價(jià)結(jié)果而言，人、船、環(huán)境、管理這4個(gè)因素的風(fēng)險(xiǎn)按從高到低的順序排序依次為環(huán)境因素U3、管理因素U4、船舶因素U2、人的因素U1，且環(huán)境因素與管理因素的評價(jià)結(jié)果相接近，說明除外在惡劣環(huán)境影響外，該船及其所屬船公司在安全管理方面有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

總的來說，船舶因素U2的熵En和超熵He比其他因素的低，說明這艘船的維護(hù)保養(yǎng)及設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀況較好。人的因素U1的熵En和超熵He較高，這與該船已經(jīng)在大風(fēng)浪中航行數(shù)日導(dǎo)致船員身體不適以及新船員對設(shè)備的熟悉程度一般有較大關(guān)系。

4 結(jié)束語

鑒于集裝箱船大風(fēng)浪航行安全評價(jià)指標(biāo)具有較強(qiáng)的模糊性和隨機(jī)性，且專家打分時(shí)存在較強(qiáng)的主觀性，利用云模型將模糊性與隨機(jī)性集成，實(shí)現(xiàn)定性評價(jià)與定量評價(jià)的相互轉(zhuǎn)換。這不僅提高了安全評價(jià)的精度，而且更符合人們的認(rèn)知和思維判斷。

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（編輯 趙勉）