基于云模型的集裝箱船大風浪航行安全評價

金奎光

摘要：為較客觀地評價集裝箱船在大風浪中航行的安全問題，需要解決安全評價過程中指標因素的模糊性和隨機性問題。確定“人—船—環(huán)境—管理”集裝箱船大風浪航行安全評價指標體系，建立基于云模型的安全評價模型。對該模型進行實例驗證。結果表明，云模型能夠實現(xiàn)定性描述與定量評價的相互轉換，有效減弱評價過程中主觀因素的過度干擾，顯著提高安全評價結果的可靠性。

關鍵詞：集裝箱船; 大風浪; ?安全評價; 云模型

中圖分類號： ?U676.1; U674.131

文獻標志碼： ?A

Abstract：In order to assess the safety of container ship navigating in heavy sea objectively， it is necessary to solve the fuzziness and randomness of index factors in the safety assessment process. After determining the “human-ship-environment-management” safety assessment index system of container ship navigation in heavy sea， a safety assessment model based on the cloud model is established. The model is verified by an example. The results show that the cloud model can make a conversion between qualitative description and quantitative valuation， reduce excessive interference of human factors effectively， and improve the reliability of safety evaluation results greatly.

Key words：container ship; heavy sea; safety assessment; cloud model

0 引 言

從20世紀末以來，在新的科技革命帶動下，全球經濟快速發(fā)展，集裝箱水路運輸?shù)闹匾砸苍絹碓酵怀觯S之而來的集裝箱船的航行安全問題也越來越受到IMO（國際海事組織）、各國海事管理部門、航運企業(yè)以及廣大船員的關注。到目前為止，國內外的許多專家學者對該問題進行了研究，并取得了一定的研究成果。文獻[1]以對集裝箱船的安全狀況的定性和定量分析為基礎，重點研究了事件鏈和風險控制的成本。文獻[2]針對中日航線集裝箱船建立了基于模糊數(shù)學理論的綜合評價模型，并評價了集裝箱船的航行安全，提出了應對措施。為減小安全評價過程中主觀因素的影響，文獻[3]利用證據(jù)理論建立評價模型，評價了大風浪中集裝箱船的航行安全，并進行了實際驗證。然而，影響大風浪中航行的集裝箱船安全的因素較多，而且大多數(shù)因素都具有隨機性和模糊性，這使專家在評價過程中很難對其進行精確確定，從而影響評價結果的精準性。為此，本文利用云模型具有實現(xiàn)定性描述與定量評價相互轉換的特點，對評價過程進行處理，以提高安全評價結果的準確性。

1 集裝箱船大風浪航行的安全評價指標體系

集裝箱船在大風浪中航行可能發(fā)生的事故包括船舶沉沒、船舶碰撞、船舶擱淺、人員傷亡、集裝箱貨物破損、集裝箱貨物入海、船舶與貨物火災等。本文主要討論船舶在大洋航行時遇大風浪天氣可能發(fā)生的事故，因此主要涉及船舶沉沒、船體損壞、人員傷亡、集裝箱貨物破損以及集裝箱貨物入海等航行安全問題。考慮到影響因素較多且屬于不同層次，本文運用系統(tǒng)工程理論，研究各層次之間以及各要素之間的相互關系[4]。通過文獻調研，發(fā)現(xiàn)多數(shù)研究人員習慣上將在大風浪中航行的船舶作為一個由人、船、環(huán)境組成的系統(tǒng)進行研究。考慮到管理因素對集裝箱船航行安全的重要性，引入管理因素，構成“人—船—環(huán)境—管理”系統(tǒng)，建立如表1所示的安全評價指標體系。

2 基于云模型的安全評價模型

云模型是以模糊數(shù)學理論和概率論為基礎的，概念的模糊性、隨機性和關聯(lián)性主要是通過隨機給樣本點賦予確定度來刻畫的。該方法可以實現(xiàn)定性概念與定量數(shù)據(jù)的轉換，并能對評價對象的模糊性和隨機性進行有效的揭示[5]。鑒于云模型理論具有能夠有效地降低安全評價過程中專家打分的主觀性，提高評價結果的準確性的優(yōu)點，該理論被廣泛應用于數(shù)據(jù)挖掘、模擬預測、算法改進等多個領域。文獻[6]對我國進口原油海運安全的影響因素進行了系統(tǒng)的分析，建立了安全評價指標體系，最后借助云模型理論對該系統(tǒng)進行了安全評價，為建立相應的預警系統(tǒng)提供理論基礎。文獻[7]針對集裝箱船貨物運輸過程中風險評價的模糊性和隨機性問題，建立了貨物運輸?shù)娘L險評價體系，并利用云模型對貨物運輸?shù)娘L險程度進行了定量評價。為減弱港口低碳綠色發(fā)展評價過程中主觀因素的過度影響，文獻[8]在確定了各指標云權重的基礎上，利用云模型進行安全評價，其研究結果可為港口的低碳綠色發(fā)展提供相應的理論支持和實踐指導。文獻[9]采用云推理模型，利用從數(shù)據(jù)中挖掘的不確定性知識，對灌溉區(qū)中長期灌溉制度進行優(yōu)化。

（3）基于云模型的評價。

通過正向云發(fā)生器得出各底層指標的評價云模型后，利用式（5）～（7）求得人的綜合云模型為（0.541 4， 0.085 0， 0.011 7），船的綜合云模型為（0.430 8， 0.076 6， 0.007 0），環(huán)境的綜合云模型為（0.320 5， 0.074 5， 0.011 6），管理的綜合云模型為（0.327 9， 0.075 8， 0.009 8）。再次對人、船、環(huán)境、管理因素進行綜合，最終求得集裝箱船大風浪航行安全綜合評價云模型（0.437 1，0.079 1，0.010 2）。綜合評價云對應到評語區(qū)間上的位置關系見圖1。

（4）安全評價結果分析。

該集裝箱船大風浪航行的安全評價結果處于“較危險”與“一般”之間，略趨向于“一般”。由于大風浪惡劣環(huán)境的影響，該船多個集裝箱和扭鎖變形，這從側面印證了基于云模型的安全評價具有一定的可靠性。

就評價結果而言，人、船、環(huán)境、管理這4個因素的風險按從高到低的順序排序依次為環(huán)境因素U3、管理因素U4、船舶因素U2、人的因素U1，且環(huán)境因素與管理因素的評價結果相接近，說明除外在惡劣環(huán)境影響外，該船及其所屬船公司在安全管理方面有待進一步加強。

總的來說，船舶因素U2的熵En和超熵He比其他因素的低，說明這艘船的維護保養(yǎng)及設備運轉狀況較好。人的因素U1的熵En和超熵He較高，這與該船已經在大風浪中航行數(shù)日導致船員身體不適以及新船員對設備的熟悉程度一般有較大關系。

4 結束語

鑒于集裝箱船大風浪航行安全評價指標具有較強的模糊性和隨機性，且專家打分時存在較強的主觀性，利用云模型將模糊性與隨機性集成，實現(xiàn)定性評價與定量評價的相互轉換。這不僅提高了安全評價的精度，而且更符合人們的認知和思維判斷。

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（編輯 趙勉）