加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)理論模型在遼寧海上交通事故分析與預(yù)測中的應(yīng)用

牛佳偉　李連博　陳昌源　林威

摘要：

為增強(qiáng)海上交通運(yùn)輸安全，運(yùn)用灰色系統(tǒng)理論中的加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)分析和預(yù)測的基本原理，改進(jìn)關(guān)聯(lián)系數(shù)的計算方法，并考慮各序列因子在不同點(diǎn)處的權(quán)重差異，對遼寧水域2007—2013年的船舶交通事故進(jìn)行分析.建立該水域船舶交通事故總數(shù)與事故類型及發(fā)生時間的關(guān)聯(lián)矩陣，根據(jù)得到的加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度尋求事故的發(fā)生規(guī)律.將傳統(tǒng)灰色關(guān)聯(lián)理論與加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)理論的關(guān)聯(lián)結(jié)果進(jìn)行對比，驗證加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)理論具有較好的精確性和層次性.建立船舶交通事故總數(shù)的預(yù)測模型，并對該水域的交通形勢進(jìn)行預(yù)測，同時將預(yù)測模型結(jié)果與實際數(shù)據(jù)相比較，得到模型預(yù)測精度，證明該模型合理、可靠，可以為海上交通事故的預(yù)防提供指導(dǎo)和借鑒.

關(guān)鍵詞：

海上交通事故； 灰色理論； 加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)理論； GM（1，1）預(yù)測模型； 遼寧水域

中圖分類號： U698.6

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：

0 引 言

作為東北亞經(jīng)濟(jì)圈的中心地帶，遼寧水域成為該地區(qū)經(jīng)濟(jì)的重要增長源.遼寧水域包括大連海區(qū)、營口海區(qū)、丹東海區(qū)、錦州海區(qū)、葫蘆島海區(qū)和莊河海區(qū)，水域?qū)拸V，港闊水深，地理條件十分優(yōu)越.然而部分水域水文條件復(fù)雜，氣象環(huán)境惡劣，航道淤淺，致使海上交通事故頻發(fā)，給當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展帶來了一定的負(fù)面影響.因此，需對該水域的海上交通事故進(jìn)行分析，找出其主要致因并進(jìn)行預(yù)測，為預(yù)防海上交通事故提供借鑒.然而，海上交通事故成因復(fù)雜，涉及因素眾多，各因素間缺乏明確的內(nèi)在聯(lián)系，為克服以上問題，用灰色系統(tǒng)理論對該區(qū)的交通事故進(jìn)行分析預(yù)測，彌補(bǔ)傳統(tǒng)分析方法的不足[1].

1 加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)和預(yù)測的基本原理

1.1 傳統(tǒng)灰色關(guān)聯(lián)理論

1.2 加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)基本原理

1.3 灰色GM（1，1）預(yù)測模型

1.4 灰色GM（1，1）預(yù)測模型的檢驗

2 遼寧水域海上交通事故致因的加權(quán)關(guān)聯(lián)分析

2.1 事故總數(shù)與事故類型的關(guān)聯(lián)分析

從得到的計算結(jié)果可以看出，遼寧水域海上交通事故類型與事故總數(shù)關(guān)聯(lián)度的密切順序為碰撞>觸碰>擱淺>其他>火災(zāi)/爆炸>自沉>操作污染>浪損>觸礁>風(fēng)災(zāi)，與直觀分析的結(jié)果相一致.碰撞仍是引起海上交通事故的主要根源；觸碰、擱淺其次；火災(zāi)/爆炸與事故總數(shù)的關(guān)聯(lián)度較弱；自沉、操作污染、浪損和觸礁等與事故總數(shù)的關(guān)聯(lián)度更小.由此可見，人為因素是引起該水域碰撞、觸碰、擱淺等海上交通事故的主要致因.

根據(jù)傳統(tǒng)的灰色關(guān)聯(lián)理論，由式（1）和（2）計算得出遼寧水域2007—2013年事故總數(shù)與碰撞、擱淺等事故類型的灰色關(guān)聯(lián)度γ′i（i=1，2，…，10）為

從上述計算結(jié)果可知，遼寧水域海上交通事故類型與事故總數(shù)關(guān)聯(lián)度的密切順序為碰撞>擱淺>觸損>自沉=其他>火災(zāi)/爆炸>操作污染>觸礁>浪損=風(fēng)災(zāi).

對比這兩種計算方法得出的結(jié)果，并結(jié)合表2的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，可以看出加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)理論得出的排序結(jié)果與事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)更加吻合，且排序?qū)哟胃忧逦?這是因為傳統(tǒng)的灰色關(guān)聯(lián)理論并沒有考慮各因子的權(quán)重差異，將各因子按照等權(quán)重處理.實際上，各序列因子在整體數(shù)據(jù)系統(tǒng)不同點(diǎn)處的權(quán)重是不同的，各點(diǎn)關(guān)聯(lián)系數(shù)相對于其平均值的波動對關(guān)聯(lián)度有一定影響.

2.2 事故總數(shù)與月份的關(guān)聯(lián)分析

從上面的關(guān)聯(lián)度矩陣和圖1可以看出，5月份與事故總數(shù)的關(guān)聯(lián)度最大.3—5月份和11，12月份與事故總數(shù)的關(guān)聯(lián)度均較大.根據(jù)圖中折線可知該水域交通事故數(shù)隨時間的走勢：從1月開始事故數(shù)量開始增加，直到4，5月份達(dá)到高峰，接著開始減少，到8，9月份出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，事故多發(fā)，10月份后又出現(xiàn)一次高峰（11月份）.分析該水域的水文氣象條件可知，影響該水域的天氣系統(tǒng)主要有冷高壓或寒潮、鋒面氣旋和強(qiáng)對流天氣系統(tǒng).11，12月主要受冷高壓影響，風(fēng)力強(qiáng)勁，以偏北風(fēng)為主.3，4月是寒潮活動的高發(fā)期，此時季節(jié)交替，天氣系統(tǒng)發(fā)生轉(zhuǎn)變，風(fēng)力轉(zhuǎn)強(qiáng).3—5月為遼寧水域海霧的多發(fā)季節(jié)，多為平流霧，影響范圍大，持續(xù)時間長，能見度差[9].受以上氣象要素的影響，該時段內(nèi)船舶事故多發(fā)，這與量化的結(jié)果相一致.

3 遼寧水域海上交通事故的加權(quán)灰色預(yù)測

通事故總數(shù)走勢.從圖中可以看出遼寧水域未來兩年發(fā)生的事故總數(shù)呈上漲趨勢，但波動不大，大致維持穩(wěn)定.

4 結(jié)束語

本文運(yùn)用加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)分析原理和GM（1，1）預(yù)測模型對遼寧水域海上交通事故進(jìn)行了定量的分析.根據(jù)分析結(jié)果可知，人為因素是引起碰撞、觸碰和擱淺等事故的主要因素，且事故的發(fā)生與當(dāng)?shù)夭煌瑫r間的水文氣象要素有很大的聯(lián)系.根據(jù)建立的事故預(yù)測模型可以判斷遼寧水域未來幾年的交通事故數(shù)量大致維持穩(wěn)定，并稍有上漲的趨勢.因此，有關(guān)海事部門所面臨的交通安全形勢依然嚴(yán)峻，應(yīng)做好海損事故的預(yù)防工作[1011].

灰色系統(tǒng)理論作為一種關(guān)聯(lián)和預(yù)測分析方法，對樣本數(shù)量較少，且數(shù)據(jù)間無明顯規(guī)律的系統(tǒng)具有良好的適用效果.引入加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)理論，優(yōu)化關(guān)聯(lián)系數(shù)的計算方法，或采用殘差模型進(jìn)行修正可進(jìn)一步提高其預(yù)測精度[12-14].由本文的計算結(jié)果可以看出，加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)模型在海上交通事故關(guān)聯(lián)分析方面具有更高的準(zhǔn)確性和可靠性，分析層次更加清晰，考慮因素更加全面.在事故預(yù)測方面，模型約有5%～10%的精度誤差，實際運(yùn)用中應(yīng)在預(yù)測結(jié)果的基礎(chǔ)之上添加5%～10%的上下浮動數(shù)據(jù)，以便更好地分析和應(yīng)對海上交通事故.加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)理論在處理海上交通事故方面具有良好的適用性和可靠性，且有較高的預(yù)測精度[15]，能夠作為一種海上交通事故分析方法，為海事事故分析與預(yù)防提供一種途徑.

參考文獻(xiàn)：

[1]趙江平， 丁佳麗. 基于小波分析的灰色GM（1，1）模型道路交通事故預(yù)測[J]. 數(shù)學(xué)的實踐與認(rèn)識， 2015， 45（12）： 119124.

[2]鄧聚龍. 灰色系統(tǒng)的基本方法[M]. 武漢： 華中理工大學(xué)出版社， 1987： 4097.

[3]楊金花， 楊藝. 基于灰色模型的上海港集裝箱吞吐量預(yù)測[J]. 上海海事大學(xué)學(xué)報， 2014， 35（2）： 2832.

[4]王祺， 王志明. 馬爾可夫灰模型的海上交通事故預(yù)測[J]. 中國航海， 2013， 36（4）： 119122.

[5]郝慶龍， 戴冉， 梁凱琳， 等. 基于加權(quán)灰色系統(tǒng)的寧波海上交通事故致因和預(yù)測[J]. 大連海事大學(xué)學(xué)報， 2013， 39（4）： 3537.

[6]趙永， 李為民， 劉彬， 等. 基于改進(jìn)灰色關(guān)聯(lián)法的高超聲速目標(biāo)威脅評估模型[J]. 探測與控制學(xué)報， 2015， 36（5）： 8085.

[7]FEI Su， ZENG Chuandong， BAGEN Chaolun. An application of optimal SCGM（1，1）Markov Model for simulation and prediction on indexes of watersaving[C]//The Third International Conference on Information and Computing. Wuxi， Jiangsu： ICIC， 2010： 172176.

[8]彭波. 大連轄區(qū)海上交通事故研究[D].

大連： 大連海事大學(xué)， 2013.

[9]張永寧. 航海氣象學(xué)與海洋學(xué)[M]. 大連： 大連海事大學(xué)出版社， 2008： 59130.

[10]陳繼紅. 基于灰色關(guān)聯(lián)的船型決策經(jīng)濟(jì)論證方法與應(yīng)用[J]. 中國航海， 2012， 35（2）： 102105.