航運公司安全管理風(fēng)險評價系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)

周春輝 隋忠義 文元橋 甘浪雄 王汝巖

摘要：

為使有限的監(jiān)管資源發(fā)揮最有效的作用，海事管理機構(gòu)需要評價與量化航運公司的安全管理風(fēng)險。采用可擴展的熵權(quán)物元方法建立航運公司安全管理風(fēng)險評價模型，設(shè)計與開發(fā)航運公司安全管理風(fēng)險評價系統(tǒng)。該系統(tǒng)可與不同的指標(biāo)體系相適應(yīng)，對不同類型的航運公司進行安全管理風(fēng)險等級評價和排序。對497家航運公司進行實例分析，得到較為客觀、合理的評價結(jié)果。海事管理機構(gòu)可以利用評價結(jié)果合理調(diào)配監(jiān)管資源，提高監(jiān)管效率。

關(guān)鍵詞：

安全管理; 航運公司; 物元分析法; 風(fēng)險評價系統(tǒng)

中圖分類號： U698

文獻標(biāo)志碼： A

Design and development of safety management risk

assessment system for shipping companies

ZHOU Chunhui1a，1b， SUI Zhongyi1a， WEN Yuanqiao1a，1b， GAN Langxiong1a，1b，

WANG Ruyan2

（1. a. School of Navigation; b. Hubei Key Laboratory of Inland Shipping Technology， Wuhan University of

Technology， Wuhan 430063， China; 2. MSA， Ministry of Transport， Beijing 100736， China）

Abstract：

To make the limited regulatory resources play a full and effective role， maritime management departments need to evaluate and quantify the safety management risk of shipping companies. The extensible entropy-weight matter-element method is adopted to establish the shipping company safety management risk assessment model， and a shipping company safety management risk assessment system is designed and developed. The system adapts to different index systems and it can be used to evaluate and rank the safety management risk level for different types of shipping companies. The analysis for 497 shipping companies by the system shows that the assessment results are objective and reasonable. Maritime management departments can reasonably allocate regulatory resources according to the assessment results to improve regulation efficiency.

Key words：

safety management; shipping company; matter-element analysis method; risk assessment system

收稿日期： 2017-06-08

修回日期： 2017-12-04

基金項目：

國家自然科學(xué)基金（51679180， 51579204）

作者簡介：

周春輝（1978—），男，湖北松滋人，副教授，碩導(dǎo)，博士，研究方向為航海安全保障、海事信息系統(tǒng)，（E-mail）24003482@qq.com

0 引 言

目前，我國體系內(nèi)航運公司已經(jīng)達到1 400多家，體系內(nèi)船舶達到8 800多艘，非體系內(nèi)航運公司及船舶數(shù)量非常龐大而且多變。面對日益復(fù)雜的水上交通安全形勢，如何將有限的監(jiān)管資源投入到風(fēng)險最大的地方，是目前海事管理機構(gòu)急需解決的問題。因此，航運公司安全管理風(fēng)險評價體系的建立越來越受到重視。陳辰等[1]結(jié)合模糊綜合評價方法和數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法對航運公司的安全管理體系進行評價;陳勇等[2]結(jié)合熵權(quán)法和層次分析法對航運公司安全管理的有效性進行評價分析;胡甚平等[3]建立航運公司安全管理分級評價指標(biāo)體系，并采用云變換的數(shù)據(jù)驅(qū)動法確定權(quán)重云，對航運公司安全管理進行定量評價;吳建軍等[4]建立了一個表征航運公司安全管理能力的分級指標(biāo)體系，基于熵權(quán)和變異系數(shù)法的賦權(quán)方法，對典型公司進行分級和評分;李振福等[5]從評價指標(biāo)選取、指標(biāo)體系構(gòu)建、指標(biāo)權(quán)重分析等入手，用多級模糊綜合評價方法對某航運公司進行航運安全評價研究。

然而，在對航運公司安全管理風(fēng)險進行等級評價或排序時，不同的航運公司之間是否有可比較性一直存在爭議，如客船公司和貨船公司的安全管理風(fēng)險無法用同一個指標(biāo)體系進行衡量，體系內(nèi)公司和非體系內(nèi)公司也無法用同一個指標(biāo)體系進行衡量。在多數(shù)情況下，利用層次分析法建立的指標(biāo)體系和權(quán)重模型是固定的，無法進行調(diào)整以適應(yīng)變化的情況[6-8]。

本文擬采用物元分析法和熵權(quán)法建立航運公司安全管理風(fēng)險的評價模型。熵權(quán)物元模型中權(quán)重的確定不依賴于專家打分，而基于統(tǒng)計分析的方法。該模型可以針對風(fēng)險評價的不同需求（如不同船舶種類、不同航線、體系內(nèi)或體系外航運公司的風(fēng)險評價等），添加或者去除某一個或某幾個評價指標(biāo)，動態(tài)地對權(quán)重進行改變，無須重新建模。在建立航運公司安全管理風(fēng)險評價模型的基礎(chǔ)上，開發(fā)航運公司安全管理風(fēng)險評價系統(tǒng)（safety management risk assessment system， SMRAS）。

1 評價指標(biāo)體系

評價指標(biāo)的選取需要遵循科學(xué)性、全面性、可操作性、可比性和相對獨立性等原則。采用熵權(quán)物元模型建立的評價指標(biāo)體系具有很好的可擴展性，便于對不同類型的航運公司建立不同的評價指標(biāo)

體系。為保證評價模型的可擴展性，指標(biāo)體系的確定分為3步：

（1）通過專家問卷調(diào)查，確定候選的指標(biāo)集;

（2）根據(jù)候選指標(biāo)，采集航運公司的相關(guān)數(shù)據(jù)，驗證數(shù)據(jù)的可用性并剔除不可用的指標(biāo);

（3）針對不同的排序目的，由領(lǐng)域?qū)＜液凸芾砣藛T從系統(tǒng)中選擇合適的評價指標(biāo)，共同確定最終的評價指標(biāo)體系。

此外，還可根據(jù)船舶管理中的實際情況，對風(fēng)險排序進行調(diào)整：

（1）根據(jù)是否存在“代管”船舶這一指標(biāo)進行調(diào)整。這是因為目前國內(nèi)船舶管理中的“代管”，是船舶所有人將船舶掛靠到其他公司進行管理，造成船舶經(jīng)營與管理脫節(jié)，廣泛存在“代而不管”“代而不讓管”“代而管不了”等問題。（2）如果航運公司有被海事管理機關(guān)重點跟蹤的船舶，則對其實行一票否決制。

2 評價模型與方法

2.1 評價方法

物元分析法是一種研究解決不相容問題的規(guī)律的方法。[9-12]這種方法計算簡便，并且明確規(guī)定了關(guān)聯(lián)度函數(shù)，能夠消除在確定關(guān)聯(lián)度函數(shù)時的主觀性，因而不會影響評價的客觀性。

假定N為給定事物的名稱， V為它關(guān)于特征C的量值，則描述事物的基本元即物元R以有序3元組（N，C，V）表示，同時把事物的N，C和V稱為物元的三要素。

2.2 確定經(jīng)典域和節(jié)域

經(jīng)典域物元表示為

R0k=（N0k，C，V0k）=N0kc1V0k1

c2V0k2

cmV0km=

N0kc1

[a0k1，b0k1]

c2[a0k2，b0k2]

cm[a0km，b0km]（1）

式中：N0k為所劃分的第k個評價等級;ci（i=1，2，…，m）為評價等級的分項指標(biāo);N0k關(guān)于ci的量值范圍區(qū)間為V0ki=[a0ki，b0ki]，即經(jīng)典域。

節(jié)域物元表示為

Rp=（Np，C，Vp）=Npc1Vp1

c2Vp2

cmVpm=

Npc1[ap1，bp1]

c2[ap2，bp2]

cm[apm，bpm]（2）

式中：評價等級的全體為Np;Np關(guān)于ci所確定的量值范圍區(qū)間為Vpi=[api，bpi]，即節(jié)域，有V0kiVpi。

2.3 待評物元

待評物元即為待評價的對象，待評對象Nx的物元可以表示為

Rx=（Nx，C，V）（3）

2.4 確定關(guān)聯(lián)度函數(shù)和關(guān)聯(lián)度

關(guān)聯(lián)度函數(shù)用來確定各項指標(biāo)（即特征值）與各評價等級之間的關(guān)聯(lián)度。可以將待評事物各指標(biāo)關(guān)于各等級的關(guān)聯(lián)度表示為

Kk（vi）=-ρ（vi，V0ki）V0ki， vi∈V0ki

ρ（vi，V0ki）ρ（vi，Vpi）-ρ（vi，V0ki）， viV0ki （4）

其中

ρ（vi，V0ki）=vi-（a0ki+b0ki）/2-

（b0ki-a0ki）/2

（5）

ρ（vi，Vpi）=vi-（api+bpi）/2-

（bpi-api）/2

（6）

式（4）～（6）中：vi表示待評物元量值;V0ki表示經(jīng)典域物元量值范圍;Vpi表示節(jié)域物元量值范圍;ρ（vi，V0ki）表示vi與有限區(qū)間V0ki=[aoki，b0ki]的距離;ρ（vi，Vpi）表示vi與有限區(qū)間Vpi=[api，bpi]的距離。

2.5 熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重

本文采用信息熵法[13-14]確定各指標(biāo)權(quán)重。熵權(quán)確定步驟如下：

（1）若評價指標(biāo)有m個，待評價物元有n個，第j個物元在第i個指標(biāo)處的取值為xij，則判斷矩陣為

A=（xij）m×n， i=1，2，…，m; j=1，2，…，n（7）

對判斷矩陣進行歸一化處理得到矩陣B=（bij）m×n，其中

bij=xij-minj xijmaxj xij-minj xij（8）

（2）定義各評價指標(biāo)的熵為

Hi=-1ln nnj=1（fijln fij），

i=1，2，…，m; j=1，2，…，n（9）

其中

fij=（bij+10-4）nj=1（bij+10-4）（10）

（3）計算各評價指標(biāo)的熵權(quán)為

ωi=1-Him-mi=1Hi（11）

2.6 計算綜合關(guān)聯(lián)度確定評價等級

Kk（Nx）為待評價對象Nx關(guān)于等級k的綜合關(guān)聯(lián)度

Kk（Nx）=mi=1ωiKk（xi）

（12）

式中：Kk（xi）表示待評價對象Nx關(guān)于等級k的單指標(biāo)關(guān)聯(lián)度。如果K1（Nx）=max{Kk（Nx）}，那么稱Nx屬于等級1;如果K1（xi）=max{Kk（Nx）}，那么稱待評價對象的第i項指標(biāo)屬于等級1。

令

k（Nx）=Kk（Nx）-mink Kk（Nx）maxk Kk（Nx）-mink Kk（Nx）

k*=kkk（Nx）kk（Nx）

（13）

則稱k*為待評價對象的級別變量特征值。

3 SMRAS設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 SMRAS的層次結(jié)構(gòu)和功能模塊

航運公司在設(shè)計SMRAS時，將SMRAS劃分為數(shù)據(jù)層、功能層和應(yīng)用層，各層功能如下：

（1）數(shù)據(jù)層。SMRAS可直接從Excel文件和主流數(shù)據(jù)庫SQL Server，Oracle，DB2讀取待評航運公司安全管理風(fēng)險評價基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

（2）功能層。SMRAS可實現(xiàn)的功能包括：評價等級的確定、經(jīng)典域和節(jié)域的確定、待評物元的確定、關(guān)聯(lián)度函數(shù)的確定、權(quán)重的確定和評價等級的確定。

（3）應(yīng)用層。航運公司SMRAS可用于對航運公司進行風(fēng)險評價，也可用于海事局對航運公司進行安全評估，對不同航運公司實行差異化管理。

航運公司SMRAS層次結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 航運公司SMRAS層次結(jié)構(gòu)

3.2 SMRAS的流程

SMRAS載入數(shù)據(jù)后首先根據(jù)數(shù)據(jù)樣本是否需要進行細分來設(shè)置級別，然后進行經(jīng)典域和節(jié)域的計算。系統(tǒng)默認(rèn)所有指標(biāo)均為正指標(biāo)，如果出現(xiàn)逆指標(biāo)則需要對指標(biāo)進行選擇。SMRAS評價流程見圖2。

圖2 SMRAS評價流程

3.3 SMRAS功能

SMRAS的主要功能包括：

（1）輸入數(shù)據(jù)。可以連接多個待評航運公司數(shù)據(jù)庫或打開多個數(shù)據(jù)文件。（2）計算經(jīng)典域和節(jié)域。SMRAS默認(rèn)所有指標(biāo)均為正指標(biāo)，即指標(biāo)值越大風(fēng)險值越大。使用“設(shè)置經(jīng)典域”功能可以將指標(biāo)設(shè)置為逆指標(biāo)，即指標(biāo)值越大風(fēng)險值越小。SMRAS默認(rèn)經(jīng)典域分為3級，即把每項指標(biāo)所標(biāo)示的風(fēng)險分為低、中、高3級。如果評價樣本較多，需要細分，則可以設(shè)置風(fēng)險等級為4級或5級，設(shè)置后SMRAS會重新計算經(jīng)典域。

（3）計算熵權(quán)。各指標(biāo)熵權(quán)采用信息熵法確定。

（4）物元分析評價。計算物元分析結(jié)果，顯示航運公司的綜合評分并排序。

3.4 SMRAS實現(xiàn)方法

航運公司SMRAS采用VC++平臺進行開發(fā)，采用SQL 2008作為后臺數(shù)據(jù)庫。SMRAS的主界面見圖3。

SMRAS可以從數(shù)據(jù)庫或Excel文件讀取待評價的源數(shù)據(jù)，并采用熵權(quán)物元模型進行評價打分，在直接顯示評價結(jié)果的同時，可以給專業(yè)用戶輸出包含整個計算過程及最終結(jié)果的評價報告。

4 評價系統(tǒng)的應(yīng)用實例

將待評的489家建立了安全管理體系（safety

圖3 讀入數(shù)據(jù)后SMRAS的主界面

management system， SMS）的體系內(nèi)航運公司和8家體系外航運公司（封閉水域）分為“體系公司客船”“體系公司危險貨物運輸船（國際國內(nèi)航線）”“體系公司危險貨物運輸船（內(nèi)河航線）”“體系公司散裝貨物運輸船”“體系公司一般貨物運輸船”“非體系公司（封閉水域）”等

6個模塊;管理模式則分為代管和非代管兩種。這些航運公司沒有被重點跟蹤的船舶。

以體系內(nèi)危險貨物運輸（國際國內(nèi)航線）公司和未建立SMS的航運公司（體系外航運公司）為例，建立不同的評價指標(biāo)體系。對于建立了SMS的航運公司，采用管理硬件、審核表現(xiàn)、安全記錄等3個一級指標(biāo)，平均船齡c1，船舶數(shù)量c2，平均噸位c3，船舶管理幅度c4，公司外審不符合項數(shù)c5，審核不通過、被跟蹤、附加審核次數(shù)c6，平均單船缺陷數(shù)c7，平均單船事故率c8，平均單船違法率c9，平均單船滯留率c10等10個二級指標(biāo)。對于未建立SMS的航運公司（體系外航運公司），一級指標(biāo)只有管理硬件和安全記錄，二級指標(biāo)有平均船齡c1，船舶數(shù)量c2，船舶管理幅度c3，平均單船缺陷數(shù)c4，平均單船事故率c5，平均單船違法率c6，平均單船滯留率c7等7個指標(biāo)。航運公司SMRAS中評價指標(biāo)可擴展，評價不同類型的航運公司時可更改評價指標(biāo)體系，評價指標(biāo)權(quán)重也會隨評價指標(biāo)體系的更改進行動態(tài)調(diào)整。

下面以10家體系內(nèi)危險貨物運輸（國際國內(nèi)航線）公司為例，運用航運公司SMRAS對該模塊進行評價，評價指標(biāo)值見表1。

（1）將體系內(nèi)危險貨物運輸（國際國內(nèi)航線）公司風(fēng)險評價模塊各評價指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入SMRAS，該評價模塊就會自動計算得出各評價指標(biāo)的熵值（1～3分）和權(quán)重，見表2。

（2）將風(fēng)險熵值映射為百分制熵值，并根據(jù)前文提出的調(diào)整指標(biāo)，將有代管船舶的公司加10分，

表1 待評航運公司及其評價指標(biāo)值

表2 各評價指標(biāo)的熵值和權(quán)重

最終得到的分?jǐn)?shù)即為風(fēng)險評估值。在本次評價的樣本中，有“重點跟蹤船舶”的航運公司數(shù)量為0，故一票否決制在本次評價中沒有應(yīng)用。

不同航運公司設(shè)定的風(fēng)險等級標(biāo)準(zhǔn)是不同的。本文將體系內(nèi)危險貨物運輸（國際國內(nèi)航線）公司風(fēng)險等級設(shè)置為4級，見表3。

表3 風(fēng)險等級劃分

（3）航運公司安全管理風(fēng)險評估值及排序結(jié)果見表4。

將所有模塊的評價結(jié)果以調(diào)查問卷的方式分發(fā)給全國7個海事局的海事管理人員和10個省的船舶管理公司安全管理人員進行分析評價。結(jié)果表明，分模塊、分航線的評價模型是符合實際情況的，

表4 航運公司安全管理風(fēng)險評價及排序結(jié)果

符合度達到了92%，這說明評價模型的建立和劃分是科學(xué)、可信的。然而，由于評價指標(biāo)均為可以量化的硬指標(biāo)，沒有列入無法量化的公司管理軟指標(biāo)，評價結(jié)果出現(xiàn)了一些偏差。

5 結(jié)束語

隨著我國信息化和數(shù)字化的發(fā)展，航運公司安全管理問題已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點。由于航運公司安全管理風(fēng)險評價的對象可以是全國的航運公司，被評價對象數(shù)據(jù)眾多，所以根據(jù)被評價對象是否建立安全管理體系（SMS）、船舶種類、航線等將數(shù)據(jù)分成不同模塊單獨進行評價。

本文利用物元分析法建立評價模型并設(shè)計開發(fā)了航運公司安全管理風(fēng)險評價系統(tǒng)（SMRAS），使現(xiàn)有監(jiān)管資源得到最合理的利用，海事管理機構(gòu)的管理效率得以提高。在對不同船舶各類、不同航線、體系內(nèi)或體系外航運公司的安全管理風(fēng)險進行評價時，可以更改評價指標(biāo)，動態(tài)地對權(quán)重進行調(diào)整，無須重新建模。

航運公司SMRAS可用于海事管理機構(gòu)對航運公司的日常管理，為航運公司的安全運營提供強有力的保障。本研究主要目的是探索航運公司安全管理風(fēng)險動態(tài)排序的方法，由于受制于各航運公司上報數(shù)據(jù)的客觀性和可靠性，本文選擇了一個小的評價因素集。隨著航運（海事）大數(shù)據(jù)的發(fā)展，評價因素集必定能夠得到進一步擴充，系統(tǒng)的可靠性和可用性也必定能夠進一步提升。

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