港區(qū)水域通航環(huán)境綜合評(píng)價(jià)模型研究

（武漢理工大學(xué)航運(yùn)學(xué)院 武漢 430063）

港區(qū)水域通航環(huán)境綜合評(píng)價(jià)主要涉及到評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取、權(quán)重的計(jì)算和評(píng)價(jià)方法的確定．目前，權(quán)重的計(jì)算方法主要有主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法．其中主觀賦權(quán)法單純依靠決策者的主觀判斷，帶有較大的主觀隨意性，評(píng)價(jià)結(jié)果易受決策者專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的影響；客觀賦權(quán)法運(yùn)用數(shù)學(xué)方法分析資料數(shù)據(jù)所反映的統(tǒng)計(jì)信息，往往忽略決策者對(duì)指標(biāo)重要性的主觀認(rèn)知，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)“重要指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)小，不重要指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)大”的現(xiàn)象．為了既能反映專家的意見(jiàn)，同時(shí)又充分利用樣本資料的統(tǒng)計(jì)信息，達(dá)到主、客觀的統(tǒng)一，進(jìn)而使評(píng)價(jià)結(jié)果更加準(zhǔn)確、可靠，本文提出了一種主客觀相結(jié)合的賦權(quán)方法來(lái)確定港區(qū)水域通航環(huán)境危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重．關(guān)于通航環(huán)境評(píng)價(jià)方法，目前國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)多采用模糊評(píng)價(jià)法［1－2］和灰色系統(tǒng)理論法［3－5］．這些方法均是對(duì)單個(gè)港口的通航環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)，不適合對(duì)多個(gè)港口的通航安全狀況快速地做出評(píng)價(jià)．有鑒于此，本文提出一種新的方法——距離函數(shù)建模法．

1 權(quán)重的確定及模型的構(gòu)建

1.1 主客觀組合賦權(quán)法

本文利用專家打分法來(lái)確定主觀權(quán)重．專家打分法的基本原理是各位專家根據(jù)自己的專業(yè)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和主觀認(rèn)知對(duì)各指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行打分，然后將打分結(jié)果進(jìn)行綜合來(lái)求取權(quán)重．專家打分法的基本步驟為：

則W＝（w1，w2，…，wn）就是用專家打分法所確定的各評(píng)價(jià)指標(biāo)的主觀權(quán)重．

對(duì)于客觀權(quán)重，本文采用變異系數(shù)法來(lái)加以確定．變異系數(shù)法是根據(jù)各指標(biāo)在所有被評(píng)價(jià)對(duì)象上觀測(cè)值變異程度的大小來(lái)求取指標(biāo)權(quán)重．當(dāng)指標(biāo)變異程度較大時(shí)，賦予權(quán)重的也較大；反之，賦予的權(quán)重就較小．通常評(píng)價(jià)指標(biāo)分為效益型，成本型和固定型．效益型指標(biāo)是指那些數(shù)值越大越好的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)（也稱為正向型指標(biāo)）；成本型指標(biāo)是指數(shù)值越小越好的指標(biāo)（亦稱為逆向型指標(biāo)）；固定型指標(biāo)是指數(shù)值越接近某個(gè)常數(shù)越好的指標(biāo)（又稱為適度型指標(biāo)）．如果各指標(biāo)的屬性不一致，則在進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)評(píng)估時(shí)容易出現(xiàn)偏差，因此必須確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的屬性．變異系數(shù)法確定權(quán)重的步驟如下［6－7］．

1）建立原始評(píng)價(jià)矩陣X＝（xij）m×n．式中：m為評(píng)價(jià)對(duì)象的個(gè)數(shù)；n為評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)．

2）確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的屬性，處理原始評(píng)價(jià)矩陣．

1.2 距離函數(shù)建模法

距離函數(shù)建模法的基本思想是利用向量之間的距離來(lái)衡量2個(gè)向量之間的接近程度．首先建立一個(gè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)矩陣和一個(gè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)矩陣，然后運(yùn)用數(shù)學(xué)方法計(jì)算實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)矩陣到評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)矩陣的距離，從而確定原始評(píng)價(jià)指標(biāo)的等級(jí)．為了確保結(jié)果的可靠性，分別利用歐氏距離和絕對(duì)值距離進(jìn)行建模．

設(shè)向量A＝（aij），向量B＝（bkt）．則：

dist（A，B）：計(jì)算A中的每個(gè)行向量到B 中每個(gè)列向量之間的歐氏距離．

mandist（A，B）：計(jì)算A中的每個(gè)行向量到B中每個(gè)列向量之間的絕對(duì)值距離．

2 評(píng)價(jià)指標(biāo)及其標(biāo)準(zhǔn)的確定

目前在研究航運(yùn)安全時(shí)，一般都把人－船－環(huán)境－管理作為一個(gè)大的系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)．環(huán)境作為系統(tǒng)中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，對(duì)于船舶的安全航行有著十分重要的影響．由于船舶航經(jīng)港區(qū)水域時(shí)，影響其安全航行的環(huán)境因素有很多，我們不可能把所有與之有關(guān)的環(huán)境因素都進(jìn)行評(píng)價(jià)．為了保證評(píng)價(jià)的快速性和評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性，本文通過(guò)綜合有關(guān)學(xué)者在該領(lǐng)域的研究成果和專家咨詢的方法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)，力求使所選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)能反映港區(qū)水域船舶航行的安全性［8］．綜合考慮各方面因素，本文選取以下11項(xiàng)指標(biāo)對(duì)港區(qū)水域通航環(huán)境危險(xiǎn)度進(jìn)行評(píng)價(jià)：能見(jiàn)度、風(fēng)、流、航道長(zhǎng)度、航道寬度、彎曲度、交叉狀況、礙航物、交通流量、交通管理、助航信息．

關(guān)于港區(qū)水域通航環(huán)境危險(xiǎn)度目前還沒(méi)有統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外有關(guān)的研究結(jié)論，將港區(qū)水域通航環(huán)境的危險(xiǎn)程度從低到高分為5個(gè)危險(xiǎn)等級(jí)（1，2，3，4，5），并對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的危險(xiǎn)度的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了確定，見(jiàn)表1．

3 港區(qū)水域通航環(huán)境綜合評(píng)價(jià)模型的實(shí)際應(yīng)用

已知我國(guó)部分港口的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（見(jiàn)表2）和專家打分法得到的權(quán)重結(jié)果（0．165，0．01，0．04，0．08，0．12，0．086，0．1，0．08，0．17，0．08，0．069），下面運(yùn)用變異系數(shù)法對(duì)這些港口通航環(huán)境危險(xiǎn)度的權(quán)重進(jìn)行分析，然后運(yùn)用距離函數(shù)建模法對(duì)這些港口的通航環(huán)境進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)．

表1 通航環(huán)境危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)指標(biāo)及等級(jí)劃分

表2 我國(guó)部分港口的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

3.1 確定權(quán)重

根據(jù)表1和表2，得到實(shí)際數(shù)據(jù)矩陣X＝（xij）10×11和等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)矩陣Y＝（yij）11×5．其中

處理原始評(píng)價(jià)矩陣得到新矩陣U＝（uij）10×11和V＝（vij）11×5．在此基礎(chǔ)上根據(jù)變異系數(shù)法確定權(quán)重的步驟，得到客觀權(quán)重結(jié)果W′＝（0．022 4，0．094 3，0．077 1，0．105 6，0．079 8，0．084 0，0．085 7，0．182 8，0．123 1，0．072 6，0．072 6）．因此主客觀組合賦權(quán)法確定的最終結(jié)果γ＝（0．093 7，0．052 2，0．058 6，0．092 8，0．099 9，0．085，0．092 9，0．131 4，0．146 6，0．076 3，0．070 6）．

權(quán)重的大小說(shuō)明能見(jiàn)度、風(fēng)、流、航道長(zhǎng)度、航道寬度、彎曲度、交叉狀況、礙航物、交通流量、交通管理、助航信息這11種指標(biāo)對(duì)上述港口通航環(huán)境所起的作用．由γ可知，各指標(biāo)的作用不盡相同，相對(duì)而言，交通流所起作用最大，礙航物狀況次之，風(fēng)所起的作用最小．

3.2 綜合評(píng)價(jià)

運(yùn)用距離函數(shù)建模法計(jì)算向量U＝（uij）10×11到向量V＝（vij）11×5的歐氏距離和絕對(duì)值距離，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3和表4．

表3 歐氏距離判別表

835 2 2港口2 1．334 1 1．215 1 1．406 4 1．872 2 2．072 8 2港口3 1．572 0 1．393 4 1．470 9 1．800 0 1．884 7 2港口4 1．427 8 1．296 1 1．454 7 1．911 6 2．075 8 2港口5 1．500 9 1．177 2 1．152 6 1．482 6 1．794 8 3港口6 1．452 8 1．220 7 1．298 9 1．744 6 2．158 4 2港口7 2．362 2 1．938 7 1．570 9 1．313 9 1．091 8 5港口8 1．263 5 1．007 7 1．127 2 1．641 3 2．007 7 2港口9 1．461 8 1．194 2 1．189 6 1．507 5 1．765 0 3港口10 1．284 1 1．076 0 1．176 8 1．623 6 1．級(jí)別港口1 1．484 9 1．285 3 1．372 4 1．704 0 1．港口 歐氏距離di1 di2 di3 di4 di5 898 7 2

表4 絕對(duì)值距離判別表

由上面的計(jì)算結(jié)果可知，盡管歐式距離和絕對(duì)值距離意義不同，但是對(duì)于港區(qū)水域通航環(huán)境的評(píng)價(jià)等級(jí)結(jié)果基本相同．港口7通航環(huán)境危險(xiǎn)度等級(jí)為“高度危險(xiǎn)”，船舶在此水域航行時(shí)需要謹(jǐn)慎；港口9通航環(huán)境危險(xiǎn)度等級(jí)為“一般”，港口5通航環(huán)境危險(xiǎn)度等級(jí)介于“一般”和“較低”之間，其余港口通航環(huán)境危險(xiǎn)度等級(jí)為“低”，船舶航行時(shí)較為安全．

4 結(jié)束語(yǔ)

運(yùn)用主客觀組合賦權(quán)法和距離函數(shù)建模法建立的港區(qū)水域通航環(huán)境綜合評(píng)價(jià)模型，能夠快速地對(duì)港區(qū)水域通航環(huán)境做出綜合評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果具有穩(wěn)定性和可靠性，且借助于MATLAB工具，評(píng)價(jià)的計(jì)算量也較少．如果港區(qū)水域通航環(huán)境危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)能夠進(jìn)一步完善，模型評(píng)價(jià)的精度將更高．

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