謝保峰　于景田　熊　峰

(1.江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院航海學(xué)院，江蘇南京　211170；2.長江引航中心張家港引航站，江蘇張家港　215633)

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關(guān)門海峽航道安全性分析

謝保峰1于景田2熊峰2

(1.江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院航海學(xué)院，江蘇南京211170；2.長江引航中心張家港引航站，江蘇張家港215633)

摘要針對關(guān)門海峽航道安全風(fēng)險的現(xiàn)狀,從系統(tǒng)工程角度,采用層次分析法的基本原理,充分考慮人、船舶、環(huán)境和管理等方面對航道安全影響，建立航道安全性評價模型,并運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)構(gòu)建了隸屬函數(shù),求得航道安全風(fēng)險的模糊評判矩陣,通過模糊評判獲得了航道安全性綜合數(shù)值,結(jié)果表明該評判方法能夠立足關(guān)門海峽航道內(nèi)船舶航行的需要，綜合關(guān)門海峽安全風(fēng)險狀況，為過往船舶安全航行提供指導(dǎo)，同時為航道安全管理部門提供決策依據(jù)。

關(guān)鍵詞關(guān)門海峽; 航道安全; 模糊評判

關(guān)門海峽(Kanmon Strait)位于日本內(nèi)海的西端，地理位置特殊，進(jìn)出海峽船舶數(shù)量大，日通航量可達(dá)1000艘之多，再加上關(guān)門海峽水域水文氣象環(huán)境多變，導(dǎo)致關(guān)門海峽成為事故多發(fā)地段，年事故率約為23次。為了減少事故多發(fā)，航道管理部門已針對航道特點做了一定的工作，但是航道系統(tǒng)安全與否所涉及的影響因素較多。目前國內(nèi)外對航道安全研究方法主要有模糊綜合評價法、貝葉斯網(wǎng)格法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。本文針對關(guān)門海峽航道特點，構(gòu)建評判指標(biāo)體系,選用模糊綜合評判法進(jìn)行評判，從而較客觀地反映航道的安全狀況,同時為過往船舶提供安全指導(dǎo)，同時為航道安全管理部門提供決策依據(jù)[1]。

1模糊綜合評價法[2]

模糊綜合評價法是一種基于模糊數(shù)學(xué)的綜合評標(biāo)方法。該綜合評價法根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論把定性評價轉(zhuǎn)化為定量評價，即用模糊數(shù)學(xué)對受到多種因素制約的事物或?qū)ο笞龀鲆粋€總體的評價。它具有結(jié)果清晰,系統(tǒng)性強(qiáng)的特點,能較好地解決模糊的、難以量化的問題,適合各種非確定性問題的解決。首先確定被評判對象的因素(指標(biāo))集U=(x1,x2,…,xn)和評價集V=(v1,v2,…,vn)。其中x1為各單項指標(biāo),v1為對xi的評價等級層次,一般可分為五個等級:V={優(yōu)、良、中等、較差、差}。再分別確定各個因素的權(quán)重及它們的隸屬度向量,獲得模糊評判矩陣。最后把模糊評判矩陣與因素的權(quán)重集進(jìn)行模糊運(yùn)算并進(jìn)行歸一化,得到模糊評價綜合結(jié)果。

2航道安全評價指標(biāo)

2.1指標(biāo)選擇

狹水道的安全影響因素眾多，研究結(jié)果隨研究者的出發(fā)點不同而不同。根據(jù)關(guān)門海峽航道的特點，從船舶安全航行角度出發(fā)，結(jié)合航海專家、船員、港口官員的意見后，確定航道安全系統(tǒng)一級指標(biāo)4個，二級指標(biāo)17個，如圖1所示。

2.2指標(biāo)值的確定

根據(jù)圖1所示的評價指標(biāo)體系，結(jié)合近期關(guān)門海峽管理部門發(fā)布的海事信息，同時對經(jīng)常航經(jīng)關(guān)門海峽的國內(nèi)航運(yùn)企業(yè)和船舶進(jìn)行實地調(diào)研，把關(guān)門海峽航道安全性評價的各指標(biāo)以問卷的形式交由各航海專家進(jìn)行打分，具體如表1所示。

圖1　航道安全風(fēng)險評價指標(biāo)體系

評價對象評價指標(biāo)值取值單位量值船舶噸位平均噸位6500噸2.8船舶船齡平均船齡17年3.9船舶結(jié)構(gòu)強(qiáng)度船舶磨損程度18%—4.1船舶設(shè)備MTBF700小時3.8應(yīng)急反應(yīng)應(yīng)急反應(yīng)的能力75%—3.0相對水深水深/最大吃水1.6—5.1相對寬度寬度與最大船長比2.5—4.4轉(zhuǎn)向角最大轉(zhuǎn)向角度60度5.3距離與最近礙航物距離80米3.2交叉角航道最大交叉角度60度3.6能見度能見度不良的天數(shù)20天/年2.0風(fēng)年均標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)的天數(shù)26天/年1.5流海峽內(nèi)最大流速8.5節(jié)5.2交通流量日均交通流量320艘/天5.0航道管理完備率92—1.2助航標(biāo)志完善率97—0.8反應(yīng)能力應(yīng)急安全程度95—1.0

3評價流程

3.1各評價指標(biāo)權(quán)重的確定

航道安全性指標(biāo)體系中，各指標(biāo)的地位和比重是不同的，應(yīng)根據(jù)航道的具體情況分別賦予權(quán)重，確定權(quán)重常見的方法有調(diào)查統(tǒng)計法、序列綜合法、復(fù)雜度分析法和層次分析法等。其中層次分析法客觀和主觀結(jié)合，更符合關(guān)門海峽實際，因此本文選用層次分析法計算權(quán)重，具體步驟如下[6]：

(1)判斷矩陣建立：根據(jù)影響航道安全的程度大小，確定各指標(biāo)對應(yīng)的權(quán)重，采用1-9標(biāo)度法進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)造出各級指標(biāo)的判斷矩陣，例如：U-Ui和U3-U3j的結(jié)果，如表2和表3。

表2　判斷矩陣

表3　判斷矩陣

(2)特征向量計算：利用計算機(jī)對各判斷矩陣的特征向量計算或人工計算的方法都是一樣的。

判斷矩陣U-Ui的特征向量為：

A=[0.2119 0.3302 0.2693 0.1886]

(1)

判斷矩陣U3-U3j的特征向量為：

A3=[0.1429 0.2143 0.2857 0.3571]

(2)

同理其他各判斷矩陣Ui-Uij(i=1, 2, 4)的特征向量如下：

A1=[0.2323 0.1845 0.1607 0.2750]

(3)

A2=[0.1877 0.2133 0.2667 0.1467 0.1856]

(4)

A4=[0.3403 0.4080 0.2517]

(5)

(3)一致性檢驗：為了判斷計算結(jié)果的合理性，并具有滿意一致性，需要對上述特征向量進(jìn)行一致性檢驗。通過檢驗的特征向量才具有滿意一致性，此時的特征向量可作為各評價指標(biāo)的權(quán)向量使用。

3.2航道安全風(fēng)險綜合評價

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

請航道安全專家對關(guān)門海峽航道安全性各一級指標(biāo)對應(yīng)的二級因素分別給出評分值，記為：

(11)

(12)

(13)

(14)

得出5個評判等級的隸屬度，其模糊關(guān)系矩陣如下：

(15)

(16)

(17)

(18)

分三步對模糊綜合評判過程進(jìn)行確定：

第一步：對單因素模糊評價，確定U1,U2,U3,U4對評判等級V的隸屬矩陣。如下：

(19)

則T=[T1T2∧T4]

(20)

即為U1,U2,L,U5對評判等級V的隸屬矩陣。

由式(19)得出U1,U2,L,U5對評判等級V的隸屬矩陣，計算可得：

(21)

第二步：合成模糊矩陣，確定U對評價集合V的隸屬向量。

令B=A·TT

(22)

得出：B=[0.0554 0.1827 0.2370 0.3834 0.4047]，對B進(jìn)行歸一化處理，得到B′=[0.04390.14460.18760.30350.3204]。得出航道安全風(fēng)險分值：

G=B′·VT

G的值越小，表明風(fēng)險等級越低。

計算求得：G=3.7119。

從評價結(jié)果可知，關(guān)門海峽航道安全性處于較高危險等級。應(yīng)加強(qiáng)防范，特別是二級指標(biāo)中的航道彎曲度，流的影響和船舶交通流量的安全風(fēng)險普遍偏高，上述三個指標(biāo)屬于航道自然條件和通航環(huán)境方面的原因。為了增進(jìn)關(guān)門海峽航道安全性，應(yīng)加強(qiáng)對航道環(huán)境保護(hù)和人員素質(zhì)培訓(xùn)，另外，二級指標(biāo)的低風(fēng)險等級值均為0，航道有關(guān)部門應(yīng)采取綜合措施來降低安全風(fēng)險。

4結(jié)語

通過上述評價得知，關(guān)門海峽航道安全性處于較高危險等級。從關(guān)門海峽評價指標(biāo)的量化值可以看出，航道安全管理各影響因素的危險性較小，而相對水深、航道彎曲度、流和交通流量等影響因素的危險性較大。為了提高關(guān)門海峽航道安全性，從航行航法和航道管理角度出發(fā)，對關(guān)門海峽航道進(jìn)行研究從而提出建設(shè)性意見。

參考文獻(xiàn)

1謝保峰.關(guān)門海峽航道安全性分析和研究[D].大連海事大學(xué)，2011

2趙默洋.基于AHP的船舶安全風(fēng)險模糊評判方法研究[J].交通與運(yùn)輸(學(xué)術(shù)版)，2010(12)

3楊瑞良.基于模糊綜合理論的遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)評價方法[C].Proceedings of International Conference on Engineering and Business Management(EBM2011)，2011

4王鵬.基于模糊理論的CDMA語音質(zhì)量評價方法的研究及應(yīng)用[D].東北大學(xué)，2010

5于蘭.B2C移動商務(wù)中消費者信任影響因素及其測度的研究[D].北京郵電大學(xué)，2009

6雷金紅.模糊控制理論在專家系統(tǒng)中的應(yīng)用[C].第三十一屆中國控制會議論文集B卷，2012

(責(zé)任編輯：譚銀元)

Study on Navigation Safety Assessment of the Kanmon Strait

XIE Bao-feng1，YU Jing-tian2，XIONG Feng2

(1. Jiangsu Maritime Institute, Nanjing 211170，China;2. Changjiang Pilot Centre, zhangjiagang 215633, China)

Abstract:Based on the current situation of Kanmon strait security and safety, this essay establishes the channel safety judgment model, using AHP (analytic hierarchy process), taking the impact of people, ship, environment and management on channel safety into full consideration. In addition, subjection function of factors sets was determined based on fuzzy mathematics, and then judging matrix was also gained. Through fuzzy judgment, complex judgment point was obtained respectively for the security and safety of channel. The result shows that this method is scientific and rational for channel safety judgment and security &risk comprehension in Kanmon Strait, which is of help in guiding the ship and offering decision standard for the channel enterprise.

Key words:Kanmon Strait; Channel Safety；Fuzzy judgment

中圖分類號U697

文獻(xiàn)標(biāo)志碼A

文章編號1671-8100(2016)01-0020-04

作者簡介：謝保峰,主要從事船舶與海洋工程方面的教學(xué)和科研工作。

收稿日期：2015-09-18