基于模糊綜合評(píng)價(jià)法的嘉興港船舶交通安全評(píng)價(jià)

李明娟 梅崇文

（1.上海海事大學(xué)商船學(xué)院 中國(guó) 上海 201306；2.嘉興市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 浙江 嘉興 314051）

0 引言

嘉興港（乍浦港）于1986年開(kāi)始建設(shè)，具有良好的深水岸線和建港條件。可建港岸線40公里，自西向東分為獨(dú)山、乍浦、海鹽三個(gè)港區(qū)，形成杭州灣北岸港口集群，是集港口裝卸運(yùn)輸功能、工業(yè)功能、出口加工功能、現(xiàn)代物流服務(wù)功能、海運(yùn)商務(wù)服務(wù)功能、港口信息功能于一體的中國(guó)沿海現(xiàn)代化、多功能、綜合型的港口。

2012年，嘉興港累計(jì)完成貨物吞吐量6004萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)14.2%，連續(xù)五年增幅超10%，增幅位居浙江沿海港口首位。2012年嘉興港外海累計(jì)完成貨物吞吐量4883萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)12%，連續(xù)5年保持10%以上的增幅。

歷年來(lái)，嘉興轄區(qū)水域發(fā)生的船舶交通總事故數(shù)不多，但相對(duì)于船舶交通量來(lái)說(shuō)，其事故發(fā)生概率還是不能輕視的。針對(duì)嘉興港船舶交通安全現(xiàn)狀存在的問(wèn)題，本文用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)其進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，得出嘉興水域的安全等級(jí)，給船舶操縱者提供航行參考依據(jù)[1]。

1 嘉興港及附近水域船舶交通安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

船舶交通系統(tǒng)中，人-船-環(huán)境以鏈環(huán)式組成船舶交通系統(tǒng)，三者關(guān)系可用圖1表示[2]。

圖1 操船者－船舶－航行環(huán)境系統(tǒng)構(gòu)成圖

港口水域船舶航行環(huán)境系統(tǒng)的安全分析是采取安全措施的重要依據(jù)。依據(jù)嘉興港歷年的水上交通事故，得出嘉興港及附近水域船舶航行壞境的主要潛在危險(xiǎn)為：

1）因霧、風(fēng)流、航道受限或船失控等因素產(chǎn)生的偏離航道，導(dǎo)致船舶觸礁、擱淺或與港灣設(shè)施的碰撞；

2）因交通密集、交通流特殊導(dǎo)致船舶碰撞或觸礁；

3）因流急，操縱水域受限等因素產(chǎn)生的靠離泊導(dǎo)致船舶碰撞或觸損；

4）因風(fēng)浪、急流及錨地條件影響產(chǎn)生的走錨，導(dǎo)致船舶觸礁、擱淺或碰撞。

1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定

本文用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)嘉興港及附近水域進(jìn)行船舶交通安全評(píng)價(jià)，模糊綜合評(píng)判法是利用模糊集理論進(jìn)行評(píng)價(jià)的一種方法，該方法可根據(jù)模糊評(píng)價(jià)集上的值按最大隸屬度原則去評(píng)定對(duì)象所屬的等級(jí)。

依據(jù)嘉興港的實(shí)際情況，本文選取7個(gè)因素作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，如表1所示，評(píng)價(jià)指標(biāo)值的選取借鑒于有關(guān)專家的研究成果。

表1 港口及附近水域船舶交通安全

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定

評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重要能反映客觀實(shí)際，本文通過(guò)專家調(diào)查，應(yīng)用層次分析法（AHP法）中的層次單排序方法確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。利用該方法計(jì)算已確定的7個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)針對(duì)“港口及附近水域船舶交通安全”層次的權(quán)重值。層次單排序可通過(guò)計(jì)算判斷矩陣的最大特征根λmax及它的特征向量W來(lái)得到，除最大特征根以外其余特征根的負(fù)平均值，作為衡量判斷矩陣偏離一致性的指標(biāo)CI：

為了度量不同階判斷矩陣是否具有滿意的一致性，再引入判斷矩陣的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI值。RI值是用隨機(jī)的方法分別對(duì)n=1-9階各構(gòu)造500個(gè)樣本矩陣，計(jì)算其一致性指標(biāo)CI值，然后平均即得RI，如表 2所示。

表2 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI值

由于1，2階判斷矩陣總具有完全一致性，所以RI=0。當(dāng)階數(shù)大于2時(shí)，判斷矩陣的一致性指標(biāo)Cl與同階平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI之比稱為隨機(jī)一致性比率，記為CR。當(dāng)時(shí)，認(rèn)為判斷矩陣具有滿意的一致性，否則就需要調(diào)整判斷矩陣，并使之具有滿意的一致性。

通過(guò)專家調(diào)查對(duì)7個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)逐個(gè)進(jìn)行兩兩比較其重要程度，得到每對(duì)因素相對(duì)“港口及附近水域船舶交通安全”評(píng)判對(duì)象的重要程度。發(fā)放專家調(diào)查表32份，收回專家調(diào)查表30份。經(jīng)統(tǒng)計(jì)整理，得判斷矩陣A為

通過(guò)計(jì)算得到最大特征根：

其中

1.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)危險(xiǎn)等級(jí)的劃分

評(píng)價(jià)指標(biāo)危險(xiǎn)等級(jí)的劃分有基于操船模擬結(jié)果的等級(jí)劃分[3]和基于統(tǒng)計(jì)結(jié)果的相對(duì)比較方法的等級(jí)劃分[4]兩種方法，本文在綜合應(yīng)用國(guó)內(nèi)外有關(guān)學(xué)者的研究成果的基礎(chǔ)上，通過(guò)相關(guān)資料的收集和征詢專家意見(jiàn)，將各評(píng)價(jià)指標(biāo)的危險(xiǎn)等級(jí)分為5級(jí)，并確定各等級(jí)的定值，從而獲得7個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)危險(xiǎn)等級(jí)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，如表3所示。

表3 評(píng)價(jià)指標(biāo)危險(xiǎn)度等級(jí)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2 交通安全評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

本文基本思想是：將影響港口及附近水域船舶交通安全的各個(gè)因素，按其程度分為低危險(xiǎn)度、中低危險(xiǎn)，中等危險(xiǎn)，中高危險(xiǎn)，高危險(xiǎn)度五個(gè)等級(jí)；再按各個(gè)等級(jí)進(jìn)行一級(jí)模糊綜合評(píng)判，處理因素及其等級(jí)劃分的模糊性；最后按所有因素進(jìn)行二級(jí)模糊綜合評(píng)判得出評(píng)判結(jié)果。該方法能充分考慮專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)定量的分析和計(jì)算[5]。

2.1 二級(jí)模糊綜合評(píng)判模型

影響上海港及附近水域船舶交通安全的9個(gè)因素組成的因素集為

U={ul，u2，u3，u4，u5，u6，u7}

每一因素按其危險(xiǎn)程度分為5個(gè)等級(jí)，并用集合

ui={uil，ui2，ui3，ui4，ui5}

={低危險(xiǎn)，中低危險(xiǎn)，中等危險(xiǎn)，中高危險(xiǎn)，高危險(xiǎn)}

表示。此集合稱為因素等級(jí)集，其中uij為第i個(gè)因素的第j個(gè)等級(jí)。

由于因素及其等級(jí)的模糊性，很難把某一因素具體地規(guī)定為它的某一等級(jí)，各等級(jí)之間很難有一個(gè)明確的界限。因此，根據(jù)每個(gè)等級(jí)uij，對(duì)因素uj的隸屬程度來(lái)確定每個(gè)等級(jí)的權(quán)重aij，于是

Ai=ail，ai2，ai3，ai4，ai5

稱為第i個(gè)因素的等級(jí)權(quán)重集，其中aij為第i個(gè)因素的第j個(gè)等級(jí)對(duì)該因素的隸屬度。通過(guò)賦予某一因素各等級(jí)的權(quán)重，使反映該因素對(duì)評(píng)判對(duì)象取值的影響成為可能通過(guò)計(jì)算得到因素權(quán)重集為

A=（0.436 0.031 0.032 0.096 0.116 0.153 0.136）

本文將總評(píng)判的可能結(jié)果定為7種，則評(píng)價(jià)集為

V={很安全，安全，較安全，臨界，較危險(xiǎn)，危險(xiǎn)，很危險(xiǎn)}={-3，-2，-1，0，+l，+2，+3}

（1）一級(jí)模糊綜合評(píng)判

模糊綜合評(píng)判，實(shí)際上是為了處理因素的模糊性。通過(guò)綜合一個(gè)因素的各個(gè)等級(jí)對(duì)評(píng)判對(duì)象取值的貢獻(xiàn)而做出的一種單因素評(píng)判。設(shè)評(píng)判對(duì)象按第i個(gè)因素的第j個(gè)等級(jí)uij評(píng)判，對(duì)評(píng)價(jià)集中第k個(gè)元素的隸屬度為rjik，則第i個(gè)因素的各個(gè)等級(jí)評(píng)判集可表為

Rij=（rij1rij2… rij1）

其中 i=1，2， …，7；j=1，2， …，5；k=1，2， … ，7。

表4 各因素隸屬度模糊子集表

若第i個(gè)因素的等級(jí)權(quán)重集為Ai，則按第j個(gè)因素的各個(gè)等級(jí)模糊子集進(jìn)行綜合評(píng)判便得一級(jí)模糊綜合評(píng)判集如下

Bi＝Ai×Ri

其中

bik即為綜合考慮第i個(gè)因素的各個(gè)等級(jí)的貢獻(xiàn)時(shí)，評(píng)判對(duì)象對(duì)評(píng)價(jià)集中第k個(gè)元素的隸屬度。

（2）二級(jí)模糊綜合評(píng)判

以bik為元素組成的矩陣稱為一級(jí)模糊綜合評(píng)判矩陣，反映了一個(gè)因素對(duì)交通安全評(píng)價(jià)取值的影響。矩陣R為二級(jí)模糊綜合評(píng)判的單因素評(píng)判矩陣。由于各因素影響對(duì)評(píng)判對(duì)象取值的重要程度不同，若反映各因素重要程度的因素權(quán)重集為A，則按所有影響因素進(jìn)行綜合評(píng)判，便得二級(jí)模糊綜合評(píng)判集如下：

B=A×R

bk是綜合考慮所有因素時(shí)評(píng)判對(duì)象對(duì)評(píng)價(jià)集中第k個(gè)因素的隸屬度。

2.2 等級(jí)權(quán)重集合等級(jí)評(píng)判矩陣的確定

對(duì)每一評(píng)判對(duì)象來(lái)說(shuō)，其不同的因素指標(biāo)具備各自不同的優(yōu)劣水平，不同的優(yōu)劣水平隸屬于五個(gè)危險(xiǎn)程度等級(jí)也不同。因此，依據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)和概率分布的規(guī)律，可構(gòu)造出隸屬度模糊子集表表示各因素的等級(jí)權(quán)重集，如表4所示，表內(nèi)的1，2，3，4，5分別表示因素的等級(jí)為低危險(xiǎn)，中低危險(xiǎn)，中等危險(xiǎn)，中高危險(xiǎn)，高危險(xiǎn)。

設(shè)評(píng)判對(duì)象按第i個(gè)因素的第j個(gè)等級(jí)uij屬度為rijk，（i=1，2，…，m；j=1，2，…，n；k=1，2，… ，p）則第 i個(gè)因素的等級(jí)評(píng)判矩陣為 Ri，本文的7個(gè)因素均分為五個(gè)等級(jí)，危險(xiǎn)度從1至5增高，評(píng)判對(duì)象的取值從-3至+3增大（即評(píng)價(jià)結(jié)果從很安全到很危險(xiǎn)）。得到各因素通用的等級(jí)評(píng)判矩陣為

3 嘉興港及附近水域船舶交通安全評(píng)價(jià)

表5 嘉興港及附近水域船舶交通安全評(píng)價(jià)指標(biāo)值[6]

本章在對(duì)嘉興港及附近水域的自然條件、航道條件和交通條件的現(xiàn)狀以及海上交通事故等資料的調(diào)查和收集的基礎(chǔ)上，應(yīng)用本文所闡述的評(píng)判模型和方法對(duì)嘉興港及附近水域船舶交通安全的狀況進(jìn)行了具體的分析和評(píng)價(jià)。

由表5可得，7個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)成的因素集為

U=（強(qiáng)，40.6，251，1.5，0.8，24.3，較好）

因素權(quán)重集為

A=（0.436，0.031，0.032，0.096，0.116，0.153，0.136）

評(píng)價(jià)集為

V={-3，-3，-1，0，1，2，3}

可得各因素的等級(jí)權(quán)重集為

A1=（0， 0， 0.2， 0.6， 0.2）

A2=（0， 0， 0.1， 0.6， 0.3）

A3=（0，0，0，0.2，0.8 ）

A4=（0， 0， 0， 0.2， 0.8）

A5=（0， 0， 0.2， 0.6， 0.2）

A6=（0.3， 0.6， 0.1， 0， 0）

A7=（0.2， 0.6， 0.2， 0， 0）

各因素通用的等級(jí)評(píng)判矩陣參見(jiàn)式（3-3），根據(jù)式（3-1），計(jì)算得出各因素一級(jí)模糊綜合評(píng)判矩陣如下所示：

由式（3-2），按所有影響因素進(jìn)行綜合評(píng)判，得

B=A*R=（0.436 0.031 0.032 0.096 0.116

0.153 0.136）*R=（0.0932 0.1426 0.4006 0.4178 0.6814 0.4785 0.2528）

最后結(jié)合評(píng)價(jià)集，按加權(quán)平均法，得到二級(jí)模糊綜合評(píng)判結(jié)果為

可得，評(píng)價(jià)等級(jí)介于“臨界”與“較危險(xiǎn)”狀態(tài)之間，偏“較危險(xiǎn)”。

4 結(jié)論

通過(guò)二級(jí)模糊綜合評(píng)判結(jié)果，得出7個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)中，夜間背景光、能見(jiàn)度居于以“較危險(xiǎn)”為中心的分布，風(fēng)、流、航道寬度處于“較危險(xiǎn)”與“危險(xiǎn)”之間，交通密度、助航條件居于“較安全”為中心的分布。通過(guò)對(duì)嘉興港及附近水域的船舶交通安全評(píng)價(jià)，得出該水域介于“臨界狀態(tài)與較危險(xiǎn)狀態(tài)”之中，這一結(jié)論與實(shí)際情況相符，基本正確。

因此，為了加強(qiáng)嘉興港船舶交通安全，有以下三點(diǎn)建議供參考。首先，加快嘉興水上運(yùn)輸安全立法步伐，建立和完善水上運(yùn)輸安全管理法律法規(guī)制度；同時(shí)，加快航道建設(shè)工程進(jìn)度，完善進(jìn)出港的航行條件，改善航行環(huán)境；最后，加強(qiáng)應(yīng)急聯(lián)動(dòng)機(jī)制的建設(shè)，使安全管理反應(yīng)更快速。

［1］上海海事大學(xué).A305嘉興港獨(dú)山港區(qū)A區(qū)2_泊位配套千噸級(jí)碼頭工程通航安全評(píng)估報(bào)告[Z].上海：上海海事大學(xué)碩士學(xué)位論文，2011，10.

［2］雷漢洲.上海港及附近水域船舶交通安全[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2006.

［3］井上欣三，等.基于操船者危險(xiǎn)感的操船環(huán)境評(píng)價(jià)[C].日本航海學(xué)會(huì)論文集，1996（95）：147－152.

［4］馬會(huì).港口水域操船環(huán)境危險(xiǎn)度的灰色分析[D].大連：大連海事，1998.

［5］T.Goldwell.Marine Traffic Behaviour in Restricted Waters[J].Journal of Navigation，Vol.36，1983.

［6］徐忠漢，肖英杰.嘉興海事管轄水域發(fā)展規(guī)劃安全保障和對(duì)策[Z].浙江嘉興：嘉興海事局，2005，08.