基于模糊綜合評判法的黃浦江各彎道危險(xiǎn)度評估

，

(上海海事大學(xué) 航運(yùn)仿真技術(shù)教育部工程研究中心，上海 200135)

長三角(上海段)上接長江江蘇段，下連長江口，全長65 n mile，是世界著名的通航密集區(qū)之一，也是船舶進(jìn)出上海港和長江的惟一通道。長三角(上海段)航路由主航道、輔助航道、小型船舶航道等組成。主航道包括長江口深水航道、外高橋航道、寶山航道、寶山北航道和寶山南航道。主航道的邊界線由側(cè)面標(biāo)標(biāo)示，航道的中心線為通航分道分隔線。輔助航道包括南槽航道下段和南槽航道上段。小型船舶航道包括南支航道、外高橋沿岸航道、寶山支航道、寶山南航道南側(cè)航道和主航道北側(cè)航道。文中所涉及彎道水域均在“黃浦江”流域，根據(jù)2006年《上海黃浦江通航安全管理規(guī)定》(以下簡稱《規(guī)定》)，“黃浦江”水域范圍為吳淞口燈塔經(jīng)101、102燈浮至浦東界標(biāo)的連線與閔行發(fā)電廠上游邊界至渠漕港上口連線之間的水域，全長36.2 n mile[1]。

黃浦江水域易發(fā)事故的主要彎道有6個(gè)，其中董家渡彎道在整段水域的頂部，不管漲、落潮，潮流都壓向浦東碼頭，此段航道也是整個(gè)黃浦江航道最窄的地方。其中鰻鯉嘴彎道航段是董家渡以上至吳徑段中船流密度最高的航段之一,是黃浦江水域重要航段，附近航道、港航設(shè)施、碼頭等情況極其復(fù)雜。

鰻鯉咀彎道的縮頸率遠(yuǎn)大于陸家嘴彎道。正是由于縮頸率過大,該彎道流態(tài)極其混亂,過彎處凹岸形成深潭,彎道處不論漲、落流，流水都壓向凹岸的浦西碼頭，使得通航條件較差。

鰻鯉嘴彎道在黃浦上游，距離吳淞口約為21.6 n mile,吳徑水域附近的萬噸級海船進(jìn)口要先乘高潮經(jīng)過長江口北槽到達(dá)吳淞口,通常會(huì)在高潮附近,漲潮時(shí)速仍然較大,對船舶進(jìn)口不利,若延遲1～2 h等吳淞口及其它航段水流速度平緩時(shí)進(jìn)口,到達(dá)鰻鯉嘴彎道時(shí)正好是落急。由于在此彎道航段，水流在重力和慣性離心力的作用下，產(chǎn)生的單向環(huán)流使表層水流指向凹岸，掃彎而下的水流(俗稱掃彎水)對船舶操縱影響很大。再加上該處航道情況復(fù)雜，大小船舶眾多，致使實(shí)際可用航道較為狹窄，船舶在此航行往往受到各種干擾而延遲，甚至發(fā)生事故。

黃浦江水文條件對鰻鯉嘴彎道的航行影響在其它彎道也有相似之處，這些彎道呈“瓶頸口”狀，水流速度更快，最大流速可達(dá)3 kn，可以認(rèn)定為是限制黃浦江彎道通航能力的主要因素。

為此，采用模糊綜合評價(jià)方法對易發(fā)事故的6個(gè)主要彎進(jìn)行危險(xiǎn)度評估。

1 模糊綜合評價(jià)方法和步驟

1.1 模糊綜合評價(jià)方法

通過構(gòu)造等級模糊子集把反映被評事物的模糊指標(biāo)進(jìn)行量化(即確定隸屬度)，然后利用模糊變換原理對各指標(biāo)進(jìn)行綜合[2]。

1.2 評價(jià)步驟

1.2.1 確定評價(jià)對象的因素論域

p個(gè)評價(jià)指標(biāo)，u={u1,u2,…,up}。

1.2.2 確定評語等級論域

v={v1,v2,…,vp}，即等級集合。每一個(gè)等級可對應(yīng)一個(gè)模糊子集。

1.2.3 建立模糊關(guān)系矩陣R。

逐個(gè)對被評事物從每個(gè)因素ui(i=1,2,…,p)進(jìn)行量化，即確定從單因素來看被評事物對等級模糊子集的隸屬度R|ui，進(jìn)而得到模糊關(guān)系矩陣。

(1)

矩陣R中第i行第j列元素rij，表示某個(gè)被評事物從因素ui來看對vj等級模糊子集的隸屬度。一個(gè)被評事物在某個(gè)因素ui方面的表現(xiàn)，是通過模糊向量R|ui=ri1,ri2,…,rim來刻畫的，而在其它評價(jià)方法中多是由一個(gè)指標(biāo)實(shí)際值來刻畫的，因此，從這個(gè)角度講模糊綜合評價(jià)要求更多的信息[3]。

1.2.4 確定評價(jià)因素的權(quán)向量A

A=(a1,a2,…,ap)

(2)

權(quán)向量A中的元素ai本質(zhì)上是因素ui對模糊子{對被評事物重要的因素}的隸屬度。使用層次分析法來確定評價(jià)指標(biāo)間的相對重要性次序。從而確定權(quán)系數(shù)，并且在合成之前歸一化。即

，ai≥0，i=1,2,…,n

(3)

1.2.5 合成綜合評價(jià)結(jié)果向量

利用合適的算子將A與各被評事物的R進(jìn)行合成，得到各被評事物的綜合評價(jià)結(jié)果向量B。即

b1,b2,…,bm=B

(4)

式中：b1是由A與R的第j列運(yùn)算得到的，它表示被評事物從整體上看對vj等級模糊子集的隸屬程度。

1.2.6 對綜合評價(jià)結(jié)果向量進(jìn)行分析

實(shí)際中最常用的方法是最大隸屬度原則，但在某些情況下使用會(huì)有些很勉強(qiáng)，損失信息很多，甚至得出不合理的評價(jià)結(jié)果。提出使用加權(quán)平均求隸屬等級的方法，對于多個(gè)被評事物并可以依據(jù)其等級位置進(jìn)行排序[4]。

2 長江各個(gè)彎道危險(xiǎn)度評估

對專家進(jìn)行問卷調(diào)查，指標(biāo)分為3個(gè)等級：好、一般和不好。問卷共有10張，其中某一原始問卷見表1，總體結(jié)果見表2。

表1 黃浦江水域情況調(diào)查

表2 黃浦江水域情況調(diào)查統(tǒng)計(jì)表

2.1 整體模糊綜合評價(jià)

R1=(0.25,0.20,0.15,0.10)°

(0.45，0.35，0.17,0.06，0.06,0)

R2=(0.5,0.4,1.0,0.0,0.0,0.0)

R3=(0.8,0.8,0.5,0.8,0.8,0.7)

歸一化處理后

R=

評價(jià)結(jié)果為

B=W°R=(0.70,0.20,0.10)°

(0.356，0.243，0.225，0.057，0.057,0.016)

從以上結(jié)果可以得出黃浦江水域各彎道危險(xiǎn)度從小到大排序?yàn)椋簭埲A濱彎道，高橋彎道，陸家嘴彎道，閘港彎道，董家渡彎道，鰻鯉嘴彎道。

為了分別評價(jià)各個(gè)彎道的危險(xiǎn)度以及使得危險(xiǎn)度排序更加準(zhǔn)確，采取單因子模糊綜合評價(jià)法對各個(gè)彎道分別做模糊綜合評價(jià)。

2.2 各個(gè)彎道的模糊綜合評價(jià)

1)A1的糊綜合評價(jià)。單因素評判模糊子集分別為R1、R2、R3。

R1=(0.25,0.20,0.15,0.10)°

R2=(0.5,0.5，0.0)

R3=(0.8，0.2，0.0)

歸一化得

綜合評價(jià)結(jié)果為

B=W°R=(0.70,0.20,0.10)°

(0.630,0.325,0.045)

各評語的權(quán)重為0.70，0.20，0.10。

則張華濱彎道的最后得分：0.63×0.70+0.325×0.20+0.045×0.10=0.510 5

軟件計(jì)算結(jié)果見圖1。

圖1 模糊綜合評價(jià)軟件實(shí)現(xiàn)結(jié)果

同理可以計(jì)算得到A2～A6的綜合評價(jià)結(jié)果，各評語權(quán)重分別為0.70、0.20、0.10，見表3。

表3 A2～A6的模糊綜合評價(jià)結(jié)果

3 結(jié)論

根據(jù)最大隸屬度原則，黃浦江各彎道危險(xiǎn)度都屬于很好，也就是說黃浦江水域普遍適于通行。該水域危險(xiǎn)程度從小到大排序?yàn)椋簭埲A濱彎道，高橋彎道，陸家嘴彎道，閘港彎道，董家渡彎道，鰻鯉嘴彎道。

[1] 陳愛平,智廣中，孔凡邨,等.長三角(上海段)航區(qū)通航管理成套技術(shù)研究[R].上海：上海海事局，2010.

[2] 杜 棟,龐慶華,吳 彥.現(xiàn)代綜合評價(jià)方法與案例精選[M].北京:清華大學(xué)出版社,2011.

[3] 胡耀光，范玉順.基于模糊層次分析法的企業(yè)核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)選擇決策模型[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2006(2)：215-219.

[4] 劉 勇，徐言民.船舶配積載模糊優(yōu)化專家系統(tǒng).船海工程，2002(6):33-35.