海上航行安全綜合評(píng)估體系構(gòu)建與應(yīng)用探究

婁可雷 中遠(yuǎn)海運(yùn)散貨運(yùn)輸有限公司

海上運(yùn)輸行業(yè)作為我國(guó)重要的工業(yè)行業(yè)之一，對(duì)推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了關(guān)鍵作用。海運(yùn)行業(yè)的種類(lèi)豐富，包括海上油氣運(yùn)輸、海上冷鏈運(yùn)輸?shù)取Ｊ艿胶骄€、海上自然環(huán)境以及船舶自身性能等不確定因素的影響，海上航行運(yùn)輸存在一定的風(fēng)險(xiǎn)隱患，因此對(duì)海上航行安全進(jìn)行評(píng)估與預(yù)警至關(guān)重要?；趶V義角度分析，海上航行安全評(píng)估主要通過(guò)確定致險(xiǎn)因子的類(lèi)型，采用對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)方式，構(gòu)建安全綜合評(píng)估體系，動(dòng)態(tài)分析航行存在的風(fēng)險(xiǎn)?，F(xiàn)階段，我國(guó)在海上航行安全評(píng)估方面的研究趨近成熟，然而，由于海洋環(huán)境要素具有較強(qiáng)的多變性，傳統(tǒng)的海上航行安全評(píng)估方法仍然存在一定的不足。傳統(tǒng)評(píng)估方法的局限性較強(qiáng)，針對(duì)不同的海洋區(qū)域環(huán)境及通航環(huán)境，無(wú)法在眾多評(píng)估因子中作出準(zhǔn)確選擇，數(shù)據(jù)采集過(guò)程較復(fù)雜，且數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確率較低，其安全評(píng)估結(jié)果缺乏實(shí)時(shí)性與連續(xù)性，不能為航行決策提供精確的評(píng)估數(shù)據(jù)，對(duì)海上航行安全具有不利影響。

基于此，本文在傳統(tǒng)評(píng)估方法的基礎(chǔ)上，作出了優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出海上航行安全綜合評(píng)估體系，并進(jìn)行了具體的應(yīng)用分析，以期為我國(guó)海運(yùn)行業(yè)安全穩(wěn)定的發(fā)展提供保障。

1.設(shè)計(jì)海上航行安全綜合評(píng)估體系

1.1 選取海上航行安全綜合評(píng)估指標(biāo)

本文設(shè)計(jì)構(gòu)建的海上航行安全綜合評(píng)估體系中，評(píng)估指標(biāo)的選取對(duì)后續(xù)評(píng)估結(jié)果的精度具有較大的影響。因此，本文依據(jù)安全綜合評(píng)估指標(biāo)選取原則，選取體系構(gòu)建中的評(píng)估指標(biāo)。海上航行安全綜合評(píng)估指標(biāo)選取原則結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 海上航行安全綜合評(píng)估指標(biāo)選取原則結(jié)構(gòu)

如圖1所示，嚴(yán)格按照選取原則執(zhí)行，減少評(píng)估指標(biāo)之間的重疊，保證體系結(jié)構(gòu)層次清晰合理，提高安全評(píng)估結(jié)果的精準(zhǔn)性。在選取原則確定后，設(shè)置操控人員、海上環(huán)境條件、航行管理方法以及船舶自身因素作為評(píng)估體系中的一級(jí)評(píng)估指標(biāo)。在此基礎(chǔ)上，分別設(shè)計(jì)一級(jí)評(píng)估指標(biāo)內(nèi)蘊(yùn)含的具體指標(biāo)因素，如表1所示。

如表1所示，本文選取的安全綜合評(píng)估指標(biāo)包括4個(gè)一級(jí)評(píng)估指標(biāo)，17個(gè)二級(jí)評(píng)估指標(biāo)，將其輸入到評(píng)估體系中，為海上航行安全綜合評(píng)估提供基礎(chǔ)保障。在海上環(huán)境條件中，風(fēng)速對(duì)船舶的航行方向、航行速度、通航密度等具有較大影響。在構(gòu)建安全綜合評(píng)估體系前，應(yīng)當(dāng)計(jì)算出海上航行中受到的風(fēng)壓力，計(jì)算公式為：

表1 海上航行安全綜合評(píng)估指標(biāo)

其中，F(xiàn)表示海上航行中受到的風(fēng)壓力；q表示風(fēng)壓強(qiáng)；C表示海上航行風(fēng)壓力系數(shù)；A表示船舶航行的側(cè)投影面積；θ表示船舶航行風(fēng)舷角；A表示船舶航行的正投影面積。通過(guò)計(jì)算，獲取海上環(huán)境條件中受到的風(fēng)壓力，將其輸入到構(gòu)建的安全綜合評(píng)估體系中，為評(píng)估體系提供參數(shù)支持。

1.2 基于層次分析法計(jì)算評(píng)估指標(biāo)權(quán)重

在上述海上航行安全綜合評(píng)估指標(biāo)選取結(jié)束后，本文采用層次分析法，計(jì)算評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重，為評(píng)估海上航行安全提供數(shù)據(jù)支持。先定義評(píng)估體系的層次結(jié)構(gòu)，分析各項(xiàng)評(píng)估指標(biāo)的種類(lèi)，根據(jù)評(píng)估指標(biāo)之間的不同層次，建立風(fēng)險(xiǎn)判別矩陣，將各項(xiàng)評(píng)估指標(biāo)的影響因子輸入到矩陣中，反映影響因子的隸屬支配程度[10]。本文建立的海上航行風(fēng)險(xiǎn)判別矩陣表達(dá)式為：

其中，判別矩陣中的符號(hào)分別表示影響因子的隸屬度，對(duì)影響因子的隸屬度進(jìn)行一致性檢驗(yàn)與層次排序。設(shè)置判別矩陣中的最大特征值為λ，歸一化處理評(píng)估指標(biāo)的特征向量，根據(jù)層次結(jié)構(gòu)之間的隸屬度值進(jìn)行排序處理，消除判別矩陣中存在的不利因素影響。評(píng)估指標(biāo)權(quán)重計(jì)算公式為：

其中，w表示海上航行安全綜合評(píng)估指標(biāo)權(quán)重；P表示海上航行安全綜合評(píng)估指標(biāo)評(píng)估值。通過(guò)計(jì)算，獲取海上航行安全綜合評(píng)估指標(biāo)權(quán)重值，根據(jù)權(quán)重值結(jié)果，獲取評(píng)估指標(biāo)與安全風(fēng)險(xiǎn)程度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

1.3 評(píng)估海上航行安全風(fēng)險(xiǎn)

上述評(píng)估指標(biāo)權(quán)重計(jì)算完畢后，獲取到各項(xiàng)評(píng)估指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)之間的隸屬度，在此基礎(chǔ)上，本文對(duì)海上航行中潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了全方位的評(píng)估。本文設(shè)計(jì)的海上航行安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程，如圖2所示。

圖2 海上航行安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程

如圖2所示，本文設(shè)計(jì)的海上航行安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法中，先確定安全評(píng)估對(duì)象，根據(jù)船舶海上航行的實(shí)際情況與特征，選取匹配度較高的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方法，為了提高評(píng)估結(jié)果的精確性與可靠性，本文在傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方法的基礎(chǔ)上，引入灰度關(guān)聯(lián)度分析原理，定量分析航行中受到各項(xiàng)不確定因素影響而產(chǎn)生的安全風(fēng)險(xiǎn)，并對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行賦權(quán)處理，獲取各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)因素之間的相似性與差異程度；再針對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)的差異程度與結(jié)構(gòu)特征，識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)的種類(lèi)，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)種類(lèi)，得出對(duì)應(yīng)的評(píng)估指標(biāo)級(jí)別；深化對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)的理解，確定風(fēng)險(xiǎn)趨勢(shì)因素與來(lái)源，估計(jì)其處理策略與方法；然后在此基礎(chǔ)上，采用模糊綜合評(píng)價(jià)原理，按照安全風(fēng)險(xiǎn)的優(yōu)先級(jí)別，明確風(fēng)險(xiǎn)的嚴(yán)重程度，并進(jìn)行先后排序，排序過(guò)程中綜合考慮風(fēng)險(xiǎn)的影響度；最終，采用相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施，降低海上航行安全風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率。

在安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程中，全方位考慮安全綜合評(píng)估指標(biāo)之間的相關(guān)性，結(jié)合數(shù)學(xué)方法與隸屬度原則，確定安全綜合評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)的等級(jí)，基于多層次、多因素的評(píng)估方法，最終達(dá)成海上航行安全綜合評(píng)估的目標(biāo)。

2.應(yīng)用分析

上述為本文設(shè)計(jì)的海上航行安全綜合評(píng)估體系，為了驗(yàn)證其可行性，進(jìn)行了如下文所示的應(yīng)用探究分析。選取X船舶航行安全算例為研究目標(biāo)，分析該船舶航行安全算例的各項(xiàng)指標(biāo)，獲取船舶、航行環(huán)境與操控人員的相關(guān)信息，如表2所示。

表2所示為X船舶航行安全算例各項(xiàng)指標(biāo)的具體說(shuō)明，在此基礎(chǔ)上，將上述本文設(shè)計(jì)的航行安全綜合評(píng)估體系應(yīng)用到該算例中。采用層次分析法，篩選多個(gè)層級(jí)的致險(xiǎn)因子，建立船舶航行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型，劃分模型的結(jié)構(gòu)，將第一層結(jié)構(gòu)作為輸入層，輸入致險(xiǎn)因子；將模型的第二層結(jié)構(gòu)設(shè)置為模糊層，選取模糊層中不同層級(jí)的節(jié)點(diǎn)，將輸入層中預(yù)處理后的致險(xiǎn)因子輸入到模糊層中不同的模糊空間集合，依據(jù)高斯隸屬函數(shù)原理，計(jì)算船舶海上航行過(guò)程中致險(xiǎn)因子的不良隸屬度函數(shù)，計(jì)算公式為：

表2 X船舶航行安全算例指標(biāo)說(shuō)明

其中，u表示致險(xiǎn)因子不良隸屬度函數(shù)；x表示模型的輸入向量；a表示高斯函數(shù)中心系數(shù)；φ表示高斯函數(shù)計(jì)算寬度；e表示致險(xiǎn)因子模糊集合。

通過(guò)計(jì)算，獲取船舶海上航行過(guò)程中致險(xiǎn)因子的不良隸屬度函數(shù)。在此基礎(chǔ)上，設(shè)置安全綜合評(píng)估體系中的各級(jí)指標(biāo)，分別將操控人員、環(huán)境與船舶因素標(biāo)記為A1、A2、A3，根據(jù)各層級(jí)指標(biāo)的不同，調(diào)整模型輸入層對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量。采用熵值法客觀賦權(quán)原理，設(shè)定船舶航行安全綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)分類(lèi)級(jí)別，作為評(píng)估體系的評(píng)語(yǔ)，對(duì)應(yīng)的隸屬度作為安全風(fēng)險(xiǎn)概率值，構(gòu)建安全綜合評(píng)估模糊隸屬度矩陣。

運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分的方法，設(shè)置風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分值為0.2時(shí)，表示海上航行為低危險(xiǎn)程度；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分值為0.4 時(shí)，表示海上航行為較低危險(xiǎn)程度；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分值為0.6時(shí)，表示海上航行為一般危險(xiǎn)程度；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分值為0.8時(shí)，表示海上航行為較高危險(xiǎn)程度；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分值為1.0 時(shí)，表示海上航行為極高危險(xiǎn)程度。確定矩陣中致險(xiǎn)因子的組合權(quán)重，根據(jù)組合權(quán)重結(jié)果，最終獲取海上航行安全綜合評(píng)估的實(shí)際情況。

采用對(duì)比分析的實(shí)驗(yàn)方法，將本文構(gòu)建的安全綜合評(píng)估體系與傳統(tǒng)評(píng)估體系進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)專(zhuān)家打分的方式，對(duì)X船舶航行安全算例的各項(xiàng)致險(xiǎn)因子與指標(biāo)進(jìn)行打分，將打分?jǐn)?shù)據(jù)輸入到模型中，進(jìn)行迭代網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練學(xué)習(xí)，使用MATLAB軟件平臺(tái)測(cè)定X船舶海上航行安全算例綜合評(píng)估結(jié)果，并與船舶安全算例的實(shí)際航行情況進(jìn)行比較，獲取評(píng)估結(jié)果的誤差，對(duì)比兩種評(píng)估體系各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)評(píng)估結(jié)果誤差，如表3所示。

表3 兩種評(píng)估體系風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)評(píng)估結(jié)果誤差對(duì)比

根據(jù)表3的對(duì)比結(jié)果可知，在兩種海上航行安全綜合評(píng)估體系中，本文設(shè)計(jì)的評(píng)估體系，其各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)評(píng)估結(jié)果與實(shí)際航行情況較為相符，評(píng)估結(jié)果的誤差率較低，均在1.24%以下，較傳統(tǒng)評(píng)估體系相比優(yōu)勢(shì)顯著，能夠有效地評(píng)估海上航行存在的安全風(fēng)險(xiǎn)與隱患。

3.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，為了改善傳統(tǒng)海上航行安全評(píng)估方法評(píng)估精度較低且不能為航行決策提供良好數(shù)據(jù)支持的問(wèn)題，本文在傳統(tǒng)評(píng)估方法的基礎(chǔ)上，作出了優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出海上航行安全綜合評(píng)估體系，并進(jìn)行應(yīng)用實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證其可行性以及相比傳統(tǒng)評(píng)估方法的顯著優(yōu)勢(shì)。本文所提出的體系提高了船舶運(yùn)輸安全管理的水平與運(yùn)輸效率，規(guī)避了安全風(fēng)險(xiǎn)隱患，根據(jù)海上航行的實(shí)際環(huán)境條件變化，制定了對(duì)應(yīng)的安全綜合評(píng)估方案，使評(píng)估結(jié)果具有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性與可靠性，對(duì)促進(jìn)我國(guó)海運(yùn)行業(yè)的高效發(fā)展具有重要意義。