基于三角模糊數(shù)AHP的廈門港引航風險評價

初良勇　邵登華

摘要：

為對廈門港引航風險進行更有效的識別和評價，建立廈門港引航風險評價指標體系。采用德爾菲法確定各指標相對于評價等級的隸屬度，根據(jù)三角模糊數(shù)的幾何特征計算各指標的模糊權(quán)重，建立廈門港引航風險綜合評價模型。通過實例驗證該方法的可行性和有效性，初步解決現(xiàn)有風險評價方法中存在的單值評價導致結(jié)果偏差較大的問題，為廈門港引航風險分析與評價提供一種更科學合理的方法。

關鍵詞：

引航安全;?三角模糊數(shù);?層次分析法（AHP）;?模糊綜合評價;?風險評價

中圖分類號：U675.98

文獻標志碼：A

收稿日期：?2018-11-12

修回日期：?2019-02-28

基金項目：?福建省自然科學基金（2017J01796，2017J01797）;集美大學教育教學改革項目（JY18016）;集美大學研究生教育教學改革項目（2016）

作者簡介：

初良勇（1973—），男，黑龍江訥河人，副教授，博士，研究方向為交通運輸規(guī)劃與管理、物流管理，（E-mail）davidchu@jmu.edu.cn

Pilotage?risk?evaluation?of?Xiamen?Port?based?on?triangular?fuzzy?number?AHP

CHU?Liangyong1a，1b，?SHAO?Denghua1a，2

（1.?a.?Navigation?College;?b.?Modern?Logistics?Research?Center，?Jimei?University，?Xiamen?361021，

Fujian，?China;?2.Station?of?Xiamen?Harbor?Pilotage，?Xiamen?361028，?Fujian，?China）

Abstract：

In?order?to?identify?and?evaluate?the?pilotage?risk?of?Xiamen?Port?more?effectively，?the?pilotage?risk?evaluation?index?system?of?Xiamen?Port?is?established.?Delphi?method?is?used?to?determine?the?membership?degree?of?each?index?relative?to?the?evaluation?grades.?The?fuzzy?weight?of?each?index?is?calculated?based?on?the?geometric?characteristics?of?triangular?fuzzy?numbers，?and?a?comprehensive?evaluation?model?for?Xiamen?Port?pilotage?risk?is?established.?The?feasibility?and?effectiveness?of?the?method?is?verified?by?an?example，?and?the?problem?of?large?deviation?of?results?caused?by?single?value?evaluation?in?existing?risk?evaluation?methods?is?solved，?which?provides?a?more?scientific?and?reasonable?method?for?the?analysis?and?evaluation?of?pilotage?risk?in?Xiamen?Port.

Key?words：

pilotage?safety;?triangular?fuzzy?number;?analytic?hierarchy?process?（AHP）;?fuzzy?comprehensive?evaluation;?risk?evaluation

0?引?言

隨著國家“一帶一路”倡議的不斷升級，廈門港已成為我國“海上絲綢之路”的重要樞紐港口之一。2017年，廈門港貨物吞吐量達到2.11億t，同比增長0.98%，集裝箱吞吐量達到1?038.14萬TEU，同比增長7.99%，增長率位居全國沿海干線港口之首。港口的快速發(fā)展導致廈門港引航業(yè)務增長迅速，廈門港引航站引領各類中外船舶數(shù)量從1999年的4?042艘次增加到2017年的10?697艘次。密集的海上船舶交通流給廈門港引航安全帶來了新的挑戰(zhàn)，很有必要對廈門港引航風險進行辨識和評價。

在風險評價方法方面，評價指標權(quán)重賦值準確性對評價結(jié)果影響甚大，選擇一個合適的方法確定評價指標權(quán)重顯得非常重要。當前確定權(quán)重的主要方法有層次分析法（analytic?hierarchy?process，AHP）、灰色關聯(lián)法、比較矩陣法、模糊子集法、主成分分析法和熵值法等[1]。傳統(tǒng)AHP和模糊數(shù)學在綜合風險評價中得到廣泛的應用，如范英等[2]將模糊數(shù)學與AHP相結(jié)合，綜合運用AHP和模糊綜合評價方法，建立了安全風險綜合評價模型，對特種設備進行安全評價;廖勇[3]在鐵路客運站選址方案評價中，采用三角模糊數(shù)將專家給出的定性評價結(jié)果和各指標權(quán)重值進行量化和規(guī)范化，并在評價值和權(quán)重的基礎上得到基于三角模糊數(shù)的決策矩陣和權(quán)重向量;YANG等[4]應用三角模糊數(shù)和AHP，對洪水事故進行了風險評價和事故樹分析;田林鋼等[5]、王艷輝等[6]應用三角模糊數(shù)和?AHP，分別對大壩安全和火災進行了風險評價和分析。縱觀上述文獻，雖然也對模糊數(shù)和AHP的綜合應用進行了探討，但大都未充分挖掘模糊數(shù)所包含的風險因素和專家權(quán)重信息。為此，本文在前人研究的基礎上，首先對引航風險評價指標體系進行優(yōu)化，在傳統(tǒng)二級評價指標體系的基礎上構(gòu)建了三級評價指標體系，并進一步修改傳統(tǒng)的模糊AHP，采用三角模糊數(shù)構(gòu)造判斷矩陣，結(jié)合AHP進一步確定每個相關因子的權(quán)重，采用基于三角模糊數(shù)的AHP和模糊綜合評價法對廈門港引航風險模型進行風險分析和評價。

1?廈門港引航風險評價指標體系建立

為更好地對廈門港引航風險因素進行辨識，筆者收集近年來在全國發(fā)生的引航事故案例，對比廈門港發(fā)生的引航事故特征，對導致引航事故發(fā)生的各種因素進行全面分析，充分進行頭腦風暴，調(diào)查了41名廈門港一線引航員、8名廈門海事局VTS一線值班人員和6名高校專家的意見，對發(fā)生引航事故的地點、船型、人的因素、通航條件等內(nèi)容展開討論，對造成引航事故的因素進行分類整理，從人員、港口環(huán)境、設施設備、管理制度4個方面進行分析。在對所有實際發(fā)生的不同等級引航事故詳細分析的基礎上，將所有導致引航事故的因素進行分類和歸納，基本較全面地涵蓋導致引航事故的主觀因素和客觀因素，保證評價指標能夠相對客觀、合理、科學地體現(xiàn)引航風險的內(nèi)涵。

船舶大型化和航運聯(lián)盟化是近年來航運市場的主流趨勢。2017年，掛靠廈門港船長360?m以上的20萬噸級大型集裝箱船數(shù)量達1?091艘次，數(shù)量呈明顯上升態(tài)勢。截至2018年3月，航運市場已形成2M（馬士基+地中海）+現(xiàn)代商船、Ocean?Alliance、THE等多家航運聯(lián)盟。航運聯(lián)盟運營導致掛靠廈門港的航線及掛靠碼頭發(fā)生一定的變化。船舶大型化發(fā)展給廈門港引航安全提出新的挑戰(zhàn)，航運聯(lián)盟新格局導致廈門港水域海上交通流方向發(fā)生較大變化，通航環(huán)境更加復雜。為此，從廈門港引航安全角度出發(fā)，結(jié)合船舶大型化、航運聯(lián)盟化發(fā)展對廈門港引航的影響，通過對廈門港引航風險源的分析與識別，建立了如表1所示的指標體系。這個體系共含有4個一級指標，17個二級指標和39個三級指標，其中，交通流新格局（U25）涵蓋了船舶大型化（U251）、航運聯(lián)盟化（U252）發(fā)展對廈門港引航帶來的影響。

2?廈門港引航風險評價方法

2.1?確定評價指標隸屬度

確定隸屬度的方法很多，常用的方法包括德爾菲法、模糊統(tǒng)計法、二元對比排序法、概念擴充法等。德爾菲法的特點是能夠充分地讓具有權(quán)威的專家匿名自由地發(fā)表個人觀點，可以使分析人員與專家相互反饋意見。一般來說，經(jīng)過兩到三輪問卷調(diào)查，可以逐步獲得專家意見，并得出符合實際的結(jié)論。

本文采用德爾菲法，咨詢廈門港一線引航員、海事局人員、高校專家等相關人員，并發(fā)布專家調(diào)查問卷以獲取相關數(shù)據(jù)，經(jīng)過三輪問卷調(diào)查并根據(jù)反饋意見確定評價對象所涉及的因素，然后根據(jù)如下的隸屬度函數(shù)來確定隸屬度：

2.2?基于三角模糊數(shù)的AHP

基于三角模糊數(shù)的AHP是對傳統(tǒng)的AHP標度進行替換，改用三角模糊數(shù)表示，創(chuàng)建模糊判斷矩陣。該矩陣中，每個指標都有一個模糊評判區(qū)間[l，u]相對應，用來反映專家對結(jié)果判斷的自信度。u-l越大，自信度越小;u-l越小，自信度越大。

2.2.1?三角模糊數(shù)應用原理

2.2.1.1?模糊集

定義1?設置域E，E到閉區(qū)間[0，1]的任何映射為μA～：E→[0，1]，e→μA～（e）。將E的模糊集記為A～。將模糊集A～的隸屬度函數(shù)稱為μA～，μA～（e）為元素e隸屬于A～的程度，簡稱為隸屬度。

2.2.1.2?三角模糊數(shù)

定義2?如果M～=（l，m，u）為三角模糊數(shù)，則定義其隸屬度為

2.2.1.3?三角模糊數(shù)的基本運算

定義3?假定三角模糊數(shù)M～1=（l1，m1，u1）與M～2=（l2，m2，u2），則三角模糊數(shù)的基本運算如下：

上述運算將在后文因素綜合判斷和單層次權(quán)重排序中予以運用。

2.2.2?基于三角模糊數(shù)AHP的評價指標權(quán)重計算

根據(jù)隋明剛等[7]提出的改進方法，基于三角模糊數(shù)AHP的評價指標權(quán)重計算步驟如下：

（1）使用德爾菲法，請專家比較相同級別指標的重要性，并使用三角模糊數(shù)構(gòu)建模糊判斷矩陣A=（aij）n×n，其中三角模糊數(shù)aij=（lij，mij，uij）以mij作為中間值。三角模糊數(shù)的下界l和上界u可根據(jù)模糊程度加以確定：u-l越大，表示判斷越模糊;u-l越小，表示判斷越清楚。

（2）對中值矩陣進行一次性檢驗。計算中值矩陣M，再計算其最大特征值λmax，依照傳統(tǒng)AHP，進行一次性檢驗。

（3）建立模糊因子評價矩陣E：

式中：M為所有三角模糊數(shù)的中值矩陣。

（5）將矩陣Q轉(zhuǎn)換為對角線為l的判斷矩陣P，P=（pij）n×n且滿足pij=1/pji。

（6）用相容矩陣分析法對矩陣P進行變換，得到相容矩陣R=（rij）n×n，R滿足一次性條件rij=rikrkj（k=1，2，…，n），且rii=1，rij=1/rji。

3?廈門港引航風險評價實證分析

3.1?計算指標體系不同層次指標的權(quán)重

以U1為例，引航員、被引船船員、引航調(diào)度員、拖船駕駛員的權(quán)重向量W1的計算過程如下：

依據(jù)所收回的調(diào)查問卷建立三角模糊判斷矩陣A;根據(jù)式（7）計算模糊因子評價矩陣E;根據(jù)式（8）計算調(diào)整矩陣Q;把Q按列轉(zhuǎn)換為對角線為1的判斷矩陣P;采用相容矩陣分析法對矩陣P進行變換，按照式（9）得到相容矩陣R;根據(jù)式（10）和（11）求得指標權(quán)重向量W1。

按照上面的方法，通過逐層計算獲得各基本因素對總目標影響程度的權(quán)重向量為

3.2?廈門港引航風險評價

通過德爾菲法，獲取專家對各項指標的評分，可建立各指標隸屬度矩陣R′。

計算結(jié)果向量B=W×R′=（0.001?0，0.006?9，0.256?1，0.589?8，0.165?9）。將評判集V={很好，較好，一般，較差，很差}數(shù)量化表示為V={90，80，70，60，30}。將評價結(jié)果加權(quán)平均可得綜合評判結(jié)果：

P′=B×（30?60?70?80?90）T=80.49

分析可知，廈門港引航安全等級處于較好狀態(tài)，但是該值接近較好的“下限”，因此廈門港船舶引航安全等級還需要進一步提高。從各項指標看，人員因素中的引航員因素影響較大，特別是技術(shù)水平和心理素質(zhì)的影響程度較大，需要有針對性地分析以提高整個港口的引航安全水平。

4?結(jié)束語

由于用傳統(tǒng)的層次分析法（AHP）確定權(quán)重存在一定的主觀隨意性，本文針對引航風險自身的特性，使用基于三角模糊數(shù)的AHP確定權(quán)重，使分析結(jié)果在一定程度上削弱專家個人偏好所帶來的不確定性，提高評價結(jié)果的合理性和可信度，使評價結(jié)果更加客觀、準確。

在國際上，海難事故的發(fā)生大都與人的因素有一定的關聯(lián)，人的因素是造成海難事故和引發(fā)風險的重要因素之一[8-9]。由各因素權(quán)重計算結(jié)果得知，人員因素是影響廈門港引航安全最大的因素，其中，引航員因素尤為突出。為此，在今后工作過程中應當樹立“以人為本”的管理思想，重點加強人才特別是引航員人才的培養(yǎng)，完善引航員培訓機制，提升其技術(shù)水平和心理素質(zhì)，以適應船舶大型化發(fā)展需要，并探索為小型船舶建立專用航路，以避免小船交通流對主航道上航行的大船的干擾，以確保廈門港引航安全。

本文通過基于三角模糊數(shù)的層次分析法對廈門港引航風險進行研究，可使與引航相關因素對引航安全的權(quán)重計算方法更具對比性和科學性，為提高廈門港引航安全提供一定的參考。

參考文獻：

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（編輯?趙勉）