基于熵權(quán)模糊綜合評價的泉州灣水域船舶航行環(huán)境風險評估*

□ 汪 恒

(集美大學 航海學院，福建 廈門 361021；大連海事大學 輪機工程學院，遼寧 大連 116026)

作為21世紀海上絲綢之路的主港之一，泉州港近年來發(fā)展迅速。泉州灣是其轄內(nèi)最重要的一灣，隨著港口經(jīng)濟和規(guī)模的不斷發(fā)展，港口吞吐量和船舶交通流量日益增長，有必要對該水域的船舶航行環(huán)境進行風險評估，為船舶航行安全提供保障。

文獻[1-2]主要針對特定水域的航行相關(guān)風險進行量化研究；文獻[3-4]應(yīng)用熵權(quán)物元模型分別對船舶進出港的動態(tài)風險及航道環(huán)境風險進行評價；文獻[5]則利用模糊綜合評價模型對湄洲灣水域航行環(huán)境進行安全評價；文獻[6-9]研究熵權(quán)理論結(jié)合模糊綜合評價在風險評估中的應(yīng)用，但在船舶航行環(huán)境風險評估中，鮮有應(yīng)用基于熵權(quán)的模糊綜合評價模型。

船舶航行環(huán)境風險評價是考慮多因素進行評價的問題，且部分因素邊界模糊，難以進行精確的定量分析，適合選用模糊綜合評價方法。模糊綜合評價中的權(quán)重計算常見有層次分析法、專家調(diào)查法、主成份分析法等，而本文則選用熵權(quán)法來確定權(quán)重。

1 泉州灣水域基本情況

該水域航道主要有泉州灣深水航道、后渚通海航道和大墜航道等。泉州灣深水航道航程12.8千米，航寬250米，設(shè)計水深12.5米；后渚通海航道航程7.8千米，航寬100米，設(shè)計水深4.0米；大墜航道航程11千米，航寬100米，設(shè)計水深5.0米。

泉州灣的潮汐以正規(guī)半日潮為主，泉州灣口為逆時針回旋流，灣內(nèi)逐漸變成往復流。灣內(nèi)潮流一般是順深水水道流動，主流經(jīng)小墜島與祥芝角之間。灣口至秀涂，大潮潮流流速為1.63～2.21米/秒。

泉州灣季風特點明顯，每年5～8月多西南風，最大風力6級，9月至翌年4月盛行東北風，風力可達7級以上，最大達9級。年平均6級以上大風日數(shù)為97.5天。受熱帶風暴、強熱帶風暴和臺風影響的時期在6～10月，多集中在7～9月。

泉州灣港區(qū)內(nèi)的主要礙航物為礁石，礙航物離航道越近，航行風險越大。

2 熵權(quán)模糊綜合評價模型構(gòu)建

進行模糊綜合評價涉及三個基本要素：因素集、評價集、單因素評估。在單因素評估的基礎(chǔ)上，構(gòu)建模糊關(guān)系的隸屬度矩陣，結(jié)合評價因素的權(quán)重向量，利用模糊合成的原理，對被評估對象作出合乎情理的評價。在確定權(quán)重方面，根據(jù)信息論的基本原理，熵是系統(tǒng)無序程度的一個度量，熵權(quán)法利用各指標的變異程度，計算各指標的熵值，熵值越小，系統(tǒng)無序程度越小，評估指標在綜合評估中起到的作用越大，其權(quán)重也越大；反之，熵值越大，指標權(quán)重就越小。

建立熵權(quán)模糊綜合評價模型的步驟如下：

2.1 確定因素集

首先，根據(jù)評估對象確定相應(yīng)的評價指標體系，并由此來確定評價因素集。若評估對象有m個一級評價指標，則其因素集為：U={U1,U2,…,Um}，且Ui下還可設(shè)置二級評價指標。

2.2 構(gòu)建評價集

將評估對象的可能結(jié)果劃分成n個等級，則各種評估結(jié)果構(gòu)成評價集為：V={V1,V2,…,Vn}。

2.3 進行單因素評估

(1)

2.4 確定評估指標的權(quán)重向量

根據(jù)熵權(quán)法的基本原理，結(jié)合式(1)模糊關(guān)系矩陣R，分別計算各指標Ui的信息熵值ei：

(2)

再根據(jù)各指標的信息熵值計算其權(quán)重wi：

(3)

2.5 進行模糊綜合評價

利用指標的權(quán)重向量W=(w1,w2,…,wm)和隸屬度模糊關(guān)系矩陣R進行模糊綜合計算，得出目標水域船舶航行環(huán)境風險評價向量B：

B=WoR=(b1,b2,…,bn)

(4)

3 泉州灣水域船舶航行環(huán)境風險評估指標體系確立

影響船舶在港口水域航行安全的主要因素有人、船舶、環(huán)境及管理等幾大方面，本文主要針對泉州灣水域通航環(huán)境進行研究，根據(jù)該水域?qū)嶋H情況，分析其船舶歷史事故和險情發(fā)生原因，選取風、浪、流、能見度、航道長度、航道寬度、航道彎曲度、交通特殊點、礙航物、交通流、導助航條件、監(jiān)管及救援等12個因素作為備選指標，結(jié)合指標的風險評價，設(shè)計成調(diào)查問卷，依托相關(guān)課題研究，發(fā)放給海事部門、航運企業(yè)等相關(guān)單位共23位專家，共計收回21份有效調(diào)查問卷，根據(jù)調(diào)查結(jié)果，最后確定8個因素作為最終評價指標。如表1所示[10]。

表1 泉州灣水域船舶航行環(huán)境風險評價指標體系

注：年均標準大風的天數(shù)=年均6-7級風的天數(shù)+1.5×年均8級及以上風的天數(shù)

4 泉州灣水域船舶航行環(huán)境風險評價

根據(jù)上述評價指標體系，確定評價因素集由8個風險因素構(gòu)成，即：U={U1,U2,…,U8}={能見度，大風，流速，航道寬度，交通流，礙航物狀況，交通特殊點，導助航條件}。再將每一個評價指標的結(jié)果劃分為5個等級，則可構(gòu)建風險評價集為：V={V1,V2,…,Vn}={低，較低，中等，較高，高}。

統(tǒng)計上述21份有效問卷，經(jīng)過歸一化處理得出各指標風險等級的隸屬度值。如“能見度”指標的問卷結(jié)果顯示：“低”風險有4份，“較低”風險有8份，“中等”風險有7份，“較高”風險有2份，則能見度指標的風險評價向量為(0.191，0.381，0.333，0.095，0)。整理各指標風險評價向量可得模糊關(guān)系矩陣為：

利用公式(2)、(3)計算各指標的熵值ei和權(quán)重wi分別如表2所示。

表2 各指標的熵值及權(quán)重

再由公式(4)進行模糊綜合評價得：

B=(0.104，0.252，0.344，0.241，0.059)

按照最大隸屬度原則，該水域船舶航行環(huán)境風險評估結(jié)果為“一般”風險，參照末端指標評價值，可知主要風險因素來自“大風”、“交通流”既“礙航物”。

5 結(jié)論

結(jié)合對泉州海事局近幾年船舶交通事故險情資料分析可知，該水域船舶事故的主要類型為碰撞和擱淺，事故原因主要包括操作不當、小型船舶的搶道和穿越、1月和7月的風災等。本文評價結(jié)果和上述實際情況基本相符合，說明基于熵權(quán)的模糊綜合評價模型在船舶航行環(huán)境風險評價方面具有較好的適用性。因此，航行于該水域的船舶應(yīng)避免偏離航道，加強值班與瞭望，注意船舶會遇和避碰，充分估計惡劣天氣和復雜海況的影響，決不能麻痹大意。