航道浮標配布合理性定量評價的研究＊

黃忠國 柴 田 張杏谷

（大連海事局1） 大連 116001） （集美大學航海學院2） 廈門 361021）

0 引 言

航標是以促進船舶和船舶交通的安全、有效航行為目的而設計的、在船舶之外運行的一種裝置或系統.雖然導航衛星（如GPS，GLONASS）的出現，使沿海干線航行用戶對單純依靠視覺助航標志的依賴性降低，但對界定進出港航道的浮標仍然非常重視，依賴程度還在不斷加強.

浮標配布是否合理直接關系到助航效能的優劣，是助航服務水平的重要標志.浮標配布合理性是一個綜合指標，僅用航標類型及可用性的單項指標是無法評價的.目前有關浮標配布合理性評價的方法多為經驗的和定性的描述，主要是根據經驗和直觀判斷來對其配布合理性進行分析.文中根據影響航道浮標配布合理性的9類主要因素［1－2］：航標技術的先進性和技術實用性、航道同側浮標平均間距、布標方式、航道彎曲度、航道深度、航道長度、能見度、風＋浪＋流及船舶交通因素，利用模糊綜合評判方法建立航道浮標配布合理性評價的隸屬度函數，利用層次分析法中的兩兩比較法和Delphi法相結合的方法確定評價指標的權重系數，建立能反映航道浮標配布合理性特點的數學模型.并利用此模型對相關航線浮標配布的合理性進行定量評價.

1 模糊綜合評判模型的建立

航道浮標配布合理性如何，需要采取哪些措施才能完善其助航效能，這些都有賴于對航道浮標配布的合理性進行評價.在多因素對系統影響的評價中，特別是各因素對系統影響的信息不充足或不明確的情況下，采用模糊綜合評價理論進行研究是較好的方法.航道浮標配布合理性本身就是模糊概念，且影響評價對象的因素眾多，具有很強的模糊性.

綜合評判是對給定對象綜合考慮多種因素進行評價和判決的問題.模糊綜合評判涉及3個要素：因素集、評價集和單因素評判.在單因素評判的基礎上，進行多因素的模糊綜合評判［3－4］.其基本方法和步驟如下：（1）建立因素集；（2）建立判斷集（評價集）；（3）單因素模糊評判；（4）建立權重集；（5）模糊綜合評判.

1.1 因素集

設第一層次評價指標分別為U＝｛U1，U2，…，Un｝，構成第一層評價因素集，即根據影響航道浮標配布合理性的9類主要因素建立評價集.將評價指標集定義為U＝（航標條件U1，航道條件U2，自然條件U3，交通條件U4），并且有U1＝｛航標技術的先進性和實用性U1，航道同側浮標平均間距U2，布標方式u3｝；U2＝｛航道彎曲度u4，航道深度u5，航道長度u6｝；U3＝｛能見度u7，風＋浪＋流u8｝；U4＝｛船舶交通因素u9｝.本文對評價體系分層后進行多層次評價，在每一層次的評價中，該層次的各因素集合即為當前的評價集.

1.2 評價集

由評價對象可能作出的評價結果所組成的集合，可以表示為：V＝｛v1，v2，…，vn｝，式中元素vj（j＝1，2，…，m）是若干可能作出的評價結果，模糊綜合評判的目的就在于通過評價對象綜合考慮所有影響因素.

將評價集定義為V＝（v1，v2，v3，v4，v5）＝（不合理，不太合理，一般合理，比較合理，很合理）.

1.3 隸屬函數的建立

浮標配布合理性評價的關鍵在于如何衡量各因素對航道浮標配布合理性的影響，對浮標配布合理性的評價應當從各因素對其影響程度入手，即確定隸屬度.各評價指標的隸屬度是通過浮標配布合理性評價等級和隸屬函數獲得.具體方法是先做出模糊綜合評價的隸屬度函數曲線，當確知某一指標的隸屬度函數分布時，則采用確定的曲線分布，如果不知道或不確切地知道，則采用較為簡單的直線分布，本文用三角形分布、半梯形偏分布相結合的方法［5］.

1）航標條件U1的隸屬度函數 影響航標性能的因素主要有航標技術的先進性和實用性、航道同側浮標平均間距和浮標布設方式3個方面，因此選取這3個因素為評價指標，對航道浮標配布合理性進行評價.

（1）航標技術的先進性和實用性.航標所采用的技術應該是實用的和先進的，技術先進性與否通常用“世界領先（＋3）、世界先進（＋2）、國內領先（＋1）、國內先進（0）、行業先進（－1）、一般技術（－2）、落后技術（－3）”.顯然采取國際領先技術要比一般技術在航道浮標配布合理性及其助航效能上取得的預期效果和預期效益要好得多.因此航標技術的先進性和實用性是航道浮標配布合理性的隸屬度函數，見圖1.

（2）航道同側浮標平均間距U2和浮標布設方式u3.根據我國相關法規規定同側航道浮標間距不能過大或過小，間距太大將影響到航標的助航效能，間距太小又會給航海人員造成混淆.美國海岸警衛隊根據航道周圍具體情況確定航道同側浮標的平均間距為：四周環境開闊、標志間距1nmile；四周環境半開闊、間距0.75nmile；四周環境掩蔽、間距0.5nmile.可見航道同側浮標平均間距的合理設置是浮標布設合理性的關鍵.同時對于特定航道是采取門式布設浮標還是交叉布設浮標也直接影響到航標的助航效能進而影響浮標配布的合理性.因此航道同側浮標平均間距和浮標布設方式也都屬于航道浮標配布合理性的隸屬度函數.

2）其他指標的隸屬度函數 同理可得出航道條件指標（U2）的航道彎曲度 、航道深度 、航道長度 ，自然條件（U3）的能見度 、風＋浪＋流 ，航道船舶交通狀況（U4）的船舶交通因素 的隸屬度函數.

圖1 航標技術先進性和實用性隸屬函數分布

1.4 評價指標權重的確定

確定各評價指標的權重時，先由各個專家根據其多年工作和實踐經驗對各評價指標的重要度進行兩兩比較，然后再利用層次分析法原理進行相關計算.層次分析法（AHP）中兩兩比較的專家調查法解決問題的步驟如下［6］：建立遞階層次結構、構造判斷矩陣、計算各元素相對權重、一致性檢驗和計算組合權重.通過對影響航道浮標配布合理性的諸因素進行系統分析，經征詢專家意見后建立了主因素和子因素分明的航道浮標配布合理性評價的遞階層次結構，見表1.并依據層次分析法進行運算與檢驗，得出各評價指標的權重值.

表1 評價模式的遞階層次結構

1）主因素評價指標的權重

2）各子因素評價指標的權重

3）各因素的組合權重為

1.5 建立綜合評判模型

通過上述幾個步驟，建立了航道浮標配布合理性評價指標集U、評估指標的權重W和評估矩陣R.通過評估指標的權重W和評估矩陣R可得評價向量B，即B＝W·R.對B用公式進行反模糊化得到評判結果，再根據評價集V＝｛不合理（1），不太合理（2），一般合理（3），比較合理（4），很合理（5）｝，建立如表2所列的評判結果與合理度的對應關系.

表2 評判結果與合理度的對應關系

2 模型的應用

根據文章建立的浮標配布合理性的評價隸屬函數和各因素的權重系數，構建航道浮標配布合理性評價模型，并利用該模型對泉金航線和廈金航線浮標配布合理性進行評價.文中的數據采用了集美大學船舶助航技術研究所2009年在進行“廈金航線、泉金航線航標配布研究”課題研究時所收集的數據，見表3.

表3 航道浮標指標體系數值表

2.1 泉金航線航標配布合理性評價

1）建立因素集 泉金航線的因素集為：U1＝｛0.4，1.67，2.3｝；U2＝｛5.785，0.38，21.0｝；U3＝｛0.6，15.0｝；U4＝｛0.539｝.

2）建立隸屬度函數 根據因素集中相關評價指標的取值得出各指標屬于各評價集的隸屬度函數為

3）單因素評判 根據文中得出的相關權重系數，進行子因素的評價B＝W·R，評價結果為

4）模糊綜合評判 由主因素評價指標的權重U＝｛0.356，0.237，0.214，0.193｝，得主因素評價結果為B＝W·R＝（0.455 4 0.379 0 0.122 8 0.030 7 0.012 5），對B進行反模糊化得v＝1.766.

對照表2，因0≤v＝1.766≤2，所以泉金航線浮標配布的合理性為不合理.

2.2 廈金航線航標配布合理性評價

廈金航線浮標配布合理性的評價和泉金航線評價方法類似，評判結果見表4.根據“廈金航線、泉金航線航標配布研究”課題調研的實際情況，評價結果與3條航線浮標配布合理性的實際情況基本相符.

表4 航道浮標配布合理性評價結果表

3 結束語

航標配布是否科學合理，將直接關系到船舶航行的安全、航道建設投入的產出——社會效益的大小.通過對航標配布的科學化、合理性研究，有利于及時發現航標配布是否合理，航道存在的主要風險及改進方向和方法，使航標為海上交通安全提供可靠保障.文中建立了航道浮標配布合理性模糊綜合評判模型，并應用此模型對泉金航線和廈金航線浮標配布的合理性進行評價.模型可對航道浮標配布合理性進行定量評價，可操作性強.但由于影響浮標配布合理性的各評價指標構成復雜，指標屬性差別明顯，在指標的篩選取舍，指標的量化上缺乏統一標準.因此為更好地定量評價航道浮標配布合理性，還須作更深入的研究.

［1］國際航標協會助航指南［M］.5版.北京：人民交通出版社，2008.

［2］郭建國，王英志.港口水域航標配布的綜合評判［J］.大連海事大學學報，2000（4）：38－42.

［3］鄭中義，李紅喜.通航水域航行安全評價的研究［J］.中國航海，2008（6）：130－134.

［4］王婉秋，方守恩，孫道成.基于灰色管理度的道路交通安全管理設施多層模糊綜合評價［J］.武漢理工大學學報：交通科學與工程版，2010（4）：652－656.

［5］杜 棟，龐慶華，吳 炎.現代綜合評價方法與案例精選［M］.2版.北京：清華大學出版社，2008.

［6］WANG Zesheng，JIN Yongxing，ZHU Zhonghua.Sea－rout navigation environment risk evaluation based on uncertainty AHP［J］.Navigation of China，2007（3）：57－60.