基于模糊AHP的北極航線安全保障體系結構分析

馬曉雪, 劉 陽, 張靖雯, 喬衛亮

(大連海事大學 a. 公共管理與人文藝術學院； b. 輪機工程學院， 遼寧 大連 116026)

隨著全球氣候變暖，北極海域的冰面積不斷減小，不僅使得北極地區豐富的能源資源開發成為可能，更有望開辟出一條連通亞、歐、美三大洲和太平洋、大西洋、北冰洋的“黃金通道”。然而，北極獨特的地理位置和特殊的環境條件在賦予其得天獨厚的戰略優勢和經濟價值的同時，帶來的安全風險也不容忽視。因此，北極航線開發利用的安全保障問題一直是各方關注的焦點。BARABADI等[1]針對北極低溫環境下的結冰風險，從海上生產設施性能提升和故障修復的角度探討安全保障需求。KHAN等[2]通過預測船-冰碰撞風險概率，強調北極航線安全信息的重要作用。FU等[3]和劉同超等[4]從“人-機-環-管”等4個方面對北極航運安全風險進行評估，有針對性地提出相關安全保障建議。然而，由于風險具有隱匿性、動態性和衍生性等特征，在研究過程中很難窮盡所有的風險變量，這無疑增加了安全保障體系構建的復雜度和難度。

2018年國務院新聞辦公室發布《中國的北極政策》白皮書，表明了我國積極參與北極治理、共同應對全球性挑戰的立場和責任。在此背景下，有必要從更高的層面關注北極航線的安全保障問題。王志民等[5]和白佳玉等[6]認為北極航線安全保障需要從國家戰略的高度綜合謀劃推進，充分挖掘機遇與潛力，正確應對各種挑戰；夏立平等[7]認為還需要尋求在北極區域合作機制下的中國參與，達成北極航線開發利用的共建、共享、共贏。更高視野下對北極航線安全保障的研究雖然突破了傳統風險應對模式的限制，但由于缺乏統一的分析框架和標準的評價方法，造成實踐中難以有效把握工作重點、提升指導意義。鑒于此，本文從我國的視角出發，圍繞北極航線安全保障問題的復雜性進行系統化研究梳理，采用指標設計法和專家調查法構建北極航線安全保障體系，運用模糊層次分析法(Analytic Hierarcrty Process, AHP)科學研判體系建設中的關鍵因素，為北極航線安全保障服務的進一步深化提供參考。

1 北極航線安全保障體系構建

北極航線安全保障是一項需求多、投資大、涉及專業領域廣的復雜系統工程，在指標體系法中引入系統論的“分析-重構”原理[8]使得該復雜系統的體系構建更為清晰便捷。據此，通過對已有文獻和相關北極政策進行解讀，同時借鑒美國、俄羅斯和加拿大等具有代表性的北極沿線國家或國際組織在安全保障領域的規劃設計和實踐，初步擬定北極航線安全保障體系基本框架。為保證體系的科學性和合理性，進一步采用AHP，邀請領域內多位專家提出相關改進建議，最終形成包含2個一級指標、6個二級指標和20個三級指標的北極航線安全保障體系，見表1。

1.1 對內服務體系概述

對內服務體系包括信息資料體系、關鍵技術體系、設施裝備體系和配套支持體系等4個子系統。

1.1.1信息資料體系

信息資料體系包括航海圖書資料、實時水文氣象信息、北極航行經驗等3個構成指標。

(1) 航海圖書資料包括北極航行專用海圖、參考圖、表冊、書刊資料和指導文件等航海出版物，是專供在船人員研究海區自然情況、沿岸通航規制，熟悉海區航行、駐泊條件，制訂船舶航線計劃等使用的重要參考資料；

(2) 實時水文氣象信息包括由俄羅斯北方海航道管理局、加拿大海岸警衛隊和我國國家海洋環境預報中心等組織機構在線發布的氣溫、風、能見度、雨雪等氣象預報預警信息和冰況、潮汐、海流、海浪等水文信息；

(3) 北極航行經驗包括習慣性航線、航行方法選擇、穿越海峽的航向調整、霧航夜航特殊操作和破冰引導下的尾隨航行配合等內容，來源于實際航行經驗和北極航行模擬演練，對船員熟悉水域通航環境、掌握船舶及設備性能和提高突發事件應急處置能力等具有重要指導作用。

1.1.2關鍵技術體系

關鍵技術體系包括船舶導航定位技術、通信抗干擾技術、設備防寒防凍技術、船舶破冰技術和海上應急清污技術等5個構成指標。北極航線具有高緯、高寒、強風暴和冰區航行等特點，在航次執行過程中要面對并克服導航定位誤差、通信不穩定、船舶破冰能力不足和設備防寒防凍性能差等諸多現實障礙，需要針對關鍵技術進行科研攻關；同時，北極的生態自我修復、自我調節能力較差，水域污染擴散范圍較廣，因此還需做好有關海上污染控制的相關工作，掌握較強的海上應急清污技術。

1.1.3設施裝備體系

設施裝備體系包括冰區適航船舶與船隊、專用輔助設備和應急救助裝備等3個指標。

(1) 冰區適航船舶和船隊是航行安全保障的核心裝備之一，在實現北極專業化、項目化和常態化通航過程中，需提升船舶冰區加強等級，有針對性地豐富油船、液化天然氣(Liquefied Natural Gas, LNG)船、集裝箱船和散貨船等船型，以更好地滿足航運需求；

(2) 專用輔助設備極地科考層面，需積極研發高等級專業破冰船、極地救助船和資源勘探船等船型，跟進聲響裝置、瞭望設備和船載起重機等專用輔助設備研發，以支撐船舶航行安全、極地科考和海洋工程等應用需求；

(3) 應急救助裝備，針對北極航線突發事件的應急處理問題，在自救過程中需要救生衣、救生艇等基本裝備，遠程救助需要破冰救助船、搜救直升機等重要裝備。

1.1.4配套支持體系

配套支持體系包括組織支持、制度保障和財政支撐等3個指標。

(1) 組織支持強調涉北極事務部門職能的有效發揮、政府部門間的通力合作和與非政府組織、生產企業、科研單位等多元主體的協調配合，是相關工作統籌運轉的組織基礎；

(2) 制度保障包括安全保障戰略方針的制定，船舶、船員安全管理相關規則的制定和修訂等內容是北極航線安全保障服務有序推進的重要依據；

表1 北極航線安全保障體系

(3) 財政支撐指國家提供資金作為北極航線安全保障投入，通過增加科研資助項目和經費、拓寬投融資渠道、對相關企業實行稅收優惠等方式將財政資金用到關鍵區域，產出高質量公共產品和服務。

1.2 對外合作體系概述

對外合作體系包括與相關國家開展合作和在相關國際組織內開展合作兩個子系統。

1) 與相關國家開展合作包括信息數據交換共享、技術裝備合作交流和基礎設施共建等3個指標。我國不是北極區域內的國家，安全保障工作面臨的首要障礙就是沿線國家依靠地緣條件對北極和北極航線形成的先占優勢[26]，加上安全保障工作存在缺少信息和技術支持等，通過建立雙邊或多邊外交關系與相關國家尋求合作是必要的選擇。在參與基礎設施共建的基礎上，響應北極航線深度開發利用的現實需求與相關國家在北極航線安全保障領域內增進合作，達成數據交換、信息資源共享協議和加強技術裝備合作交流等均是未來值得期待的重點內容。

2) 在相關國際組織內開展合作包括參與相關條約與規則的制定、參與北極應急救助、參與北極資源和環境保護等3個指標。國際海事組織(International Maritime Organization, IMO)是聯合國負責海上航行安全和防止船舶海洋污染的專門機構，自1989年至今，我國已連續15次擔任IMO A類理事國，有責任和義務秉承IMO的宗旨，利用自身話語權影響北極航線安全保障議程設置和規則修訂。北極理事會是北極可持續發展和環境保護問題開展合作、協調和互動的主要政府間論壇，2013年我國獲批成為其正式觀察員，擁有在其下設工作小組內的知情權和提案權，同時可憑借資金、技術和人才優勢等更多地參與到北極污染源處理、動植物保護和緊急事故應對等工作中。此外，我國還是國際科學委員會、國際航標協會(International Association of Lighthouse Authorites, IALA)、國際航道測量組織(International Hydrographic Organization, IHO)等多個北極相關國際組織的成員國，一方面需要實施履約行動，承擔起相應的義務，另一方面需要立足于我國安全保障工作要點，最大程度地響應我國北極航線安全保障的利益需求。

2 北極航線安全保障體系結構分析

2.1 模糊理論下專家意見收集

收集專家意見是對定性指標進行定量研究的首要步驟。本文以調查問卷的方式邀請領域內5位專家對各層級指標的重要度進行綜合分析，采用GUPTA等[31]提出的0～1梯形模糊數標度方法(見表2)，考慮到該方法在5種標度下的劃分方式更加符合人的思維慣性和表達習慣，且具有廣泛應用于石油天然氣、航空航天和醫藥化學等領域的成功經驗，在問卷中同樣將專家意見設置為明顯不重要、不重要、介于不重要與重要之間、重要和明顯重要等5種，收集得到專家評價結果。

表2 專家模糊意見標度表

2.2 專家可信度分析

專家意見作為研究過程中的重要數據來源，其評價結果的科學性對研究結論有直接影響，在實際操作中，受個人知識背景和工作經驗等多種因素的影響，專家意見往往具有極強的主觀性和不一致性。為使分析結果更加科學、客觀，引入專家可信度(即對專家的信任程度)的概念，從職位職稱(ePP)、工作經驗(eWE)、學位(eAD)和適任能力(eCC)等4個方面，考察專家綜合可信度，通過設置評分集，按照式(1)和式(2)最終計算得到專家可信度見表3。

設E={e1,e2,…，en}為專家信度集，專家綜合信度值ek為

ek=ePPk+eWEk+eELk+eCCk，k=1,2,…,n

(1)

設有n位專家，專家可信度λe定義為

(2)

2.3 基于模糊AHP的體系結構分析

表3 專家可信度分析量表

(3)

2) 計算每位專家意見的平均一致度。設有n位專家，第u位專家意見的平均一致度為

(4)

3) 計算不同專家意見的相對一致度。設有n位專家，第u位專家意見的相對一致度為

(5)

4) 計算第u位專家意見的一致性系數。設P(Eu)比RA(Eu)重要的程度為β，根據YAZDI等[33]的研究，取β=0.5，則一致性系數為

CC(Eu)=β×P(Eu)+(1-β)×RA(Eu)

(6)

5) 計算專家模糊評價的聚類模糊數，表示為

(7)

6) 聚類模糊數的去模糊化。本文采用中心面積法[34]進行去模糊化處理，結果為

(8)

7) 計算專家評價的標準權重。設第K層有n個專家評價指標，第i個指標的標準權重為

(9)

8) 計算專家評價的集成權重。第K層第i個評價指標的集成權重為

(10)

應用MATLAB完成上述運算，得到各指標權重見表4。帕累托法則認為任何一組事物中重要的因數通常只占約20%，其余的盡管是大多數，但都是次要的。因此，只要能控制具有重要性的少數因子即能控制全局。[35]根據這一原理，將各指標集合權重轉化為累積百分比的形式，北極航線安全保障體系帕累托圖見圖1。由圖1可知：北極航線安全保障體系中前20%的關鍵因素包括C12-2、C12-1、C12-3。

表4 評價指標權重值

圖1 北極航線安全保障體系帕累托圖

3 結束語

1) 圍繞安全保障的復雜系統特性，應用“分析-重構”原理構建北極航線安全保障體系，包括2個一級指標、6個二級指標和20個三級指標。建立模糊AHP模型，引入梯形模糊數和專家可信度改進傳統層次分析法，該模型具有去模糊化和多層次加權分析的特點，可較為科學、客觀地反映指標的重要度。

2) 根據帕累托法則對體系結構進行分析，結果表明:通信抗干擾技術、船舶導航定位技術和設備防寒防凍技術是北極航線安全保障體系中的關鍵因素。

3) 為更好地開展北極航線安全保障工作，有效提升安全保障服務成效，可有針對性地采取以下措施，如：跟蹤北斗衛星導航系統的技術發展，并嘗試將北斗系統及其終端產業豐富發展至北極水域；發起北極航線安全保障技術研發的國家重點專項，有效推進技術裝備的設計研發；在IMO、IHO和IALA等國際組織制定的標準和規范的指導下，結合E-Navigation示范工程領域的建設經驗，探索并嘗試開展北極航線E-Navigation示范工程建設的預研工作等。