王 晨，江福才，馬全黨，馬 勇，鐘慶云，孟貝貝

(1.武漢理工大學(xué) 航運(yùn)學(xué)院，武漢 430063；2.內(nèi)河航運(yùn)技術(shù)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430063)

基于熵權(quán)物元模型的航道引航環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

王 晨1,2，江福才1,2，馬全黨1,2，馬 勇1,2，鐘慶云1,2，孟貝貝1,2

(1.武漢理工大學(xué) 航運(yùn)學(xué)院，武漢 430063；2.內(nèi)河航運(yùn)技術(shù)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430063)

為客觀、定量評(píng)價(jià)不同航道引航環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)狀況，并確定其風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，以航道通航環(huán)境為評(píng)價(jià)主體，增添反映被引船舶狀況的客觀量化指標(biāo)，構(gòu)建航道引航環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并使用熵權(quán)物元模型對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)。根據(jù)待評(píng)價(jià)航道引航環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)特征和評(píng)價(jià)需求，使用Visual C++6.0開發(fā)基于熵權(quán)物元模型的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)軟件，為引航作業(yè)和海事管理提供決策支持。在實(shí)例驗(yàn)證中，選取長(zhǎng)江江蘇段某4段航道，根據(jù)航道引航環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系確定其指標(biāo)客觀量化值，通過熵權(quán)物元模型處理得到其引航環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。為對(duì)客觀量化的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，邀請(qǐng)20位引航員根據(jù)定性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)確定4段航道的指標(biāo)主觀定性分?jǐn)?shù)，通過風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)軟件對(duì)4段航道的引航環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)狀況進(jìn)行重新評(píng)價(jià)，對(duì)比分析定性與定量評(píng)價(jià)的結(jié)果，驗(yàn)證模型的可靠性和軟件的實(shí)用性。

引航環(huán)境；航道；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；熵權(quán)；物元模型

目前關(guān)于船舶引航安全的研究大多針對(duì)某個(gè)引航過程，從人、船、環(huán)境和管理等4個(gè)方面進(jìn)行考慮，采用綜合安全評(píng)價(jià)法(Formal Safety Assessment,FSA)[1-2]對(duì)引航員及船員、引航船舶類型、引航水域環(huán)境和引航站管理等方面的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行分析。在這些研究中：評(píng)價(jià)對(duì)象主體較為模糊，評(píng)價(jià)指標(biāo)多為定性描述，未嘗試用客觀量化值來表示；指標(biāo)權(quán)重采用層次分析法確定，評(píng)價(jià)結(jié)果受主觀因素的影響大；評(píng)價(jià)方法不具有普適性和可移植性，難以形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，也難以得出具有實(shí)際參考價(jià)值的結(jié)論。

近年來，在針對(duì)船舶通航環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究中，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的描述已呈現(xiàn)出由定性[3-5]向定量發(fā)展的趨勢(shì)。描述的主體思想是將船員等難以定量描述的因素從通航風(fēng)險(xiǎn)影響因素中剝離，僅分析航道通航環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)；或?qū)砷g接反映該因素風(fēng)險(xiǎn)狀況的可量化指標(biāo)進(jìn)行描述，如用船舶營(yíng)運(yùn)年份代替船舶操縱性能，用船舶違章狀況代替船員素質(zhì)等。此外，在定量評(píng)價(jià)航道通航風(fēng)險(xiǎn)的研究中，多采用物元模型。例如：張寶剛[6]和劉康[7]選用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重，針對(duì)航道通航環(huán)境建立可拓物元模型；吳定勇等[8]用熵權(quán)法代替層次分析法計(jì)算物元模型中的指標(biāo)權(quán)重，可在一定程度上消除不確定性和主觀判斷對(duì)結(jié)果的影響。

可拓物元理論及其應(yīng)用是一門集數(shù)學(xué)、思維科學(xué)和系統(tǒng)科學(xué)于一體的創(chuàng)新性交叉學(xué)科。物元模型作為對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定量評(píng)價(jià)的模型，廣泛應(yīng)用于安全[9-10]及環(huán)境[11-12]等學(xué)科中。

船舶引航安全與船舶通航環(huán)境密切相關(guān)，這里基于定量評(píng)價(jià)船舶通航環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)研究，擬以影響引航安全的可量化因素為評(píng)價(jià)指標(biāo)，以航道通航環(huán)境為主體，結(jié)合被引船舶的狀況，采用熵權(quán)物元模型對(duì)長(zhǎng)江江蘇段某4段航道的引航環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，確定其風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，并使用Visual C++6.0開發(fā)基于熵權(quán)物元模型的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)軟件，為引航作業(yè)提供借鑒。

1 模型建立

物元分析法的主要思想是用“事物的名稱”“特征”及“量值”等3個(gè)要素對(duì)事物進(jìn)行描述，并將其組成有序的基本單位，即物元。

設(shè)N為事物的名稱，C為特征，V為量值，則物元R可表示為

R=(N，C，V)

(1)

在運(yùn)用物元模型時(shí)，通過以下流程(見圖1)確定熵權(quán)物元模型：

1) 根據(jù)評(píng)價(jià)對(duì)象的類型和擬選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，并將其量化為經(jīng)典域和節(jié)域。

2) 選取評(píng)價(jià)對(duì)象，確定其指標(biāo)值，計(jì)算該對(duì)象與各風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的單指標(biāo)關(guān)聯(lián)度。

圖1 熵權(quán)物元模型求解流程

3) 確定各指標(biāo)權(quán)重，得到評(píng)價(jià)對(duì)象與各風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的綜合關(guān)聯(lián)度。

1.1確定評(píng)價(jià)對(duì)象類型及等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)Q為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)物元，Cj為第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，Vj=(aj,bj)為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)物元在第j個(gè)指標(biāo)的節(jié)域(節(jié)域是指某個(gè)指標(biāo)在全體評(píng)價(jià)等級(jí)下的量值范圍，即該指標(biāo)在各評(píng)價(jià)等級(jí)下經(jīng)典域的集合)。[8]

Q=(N,Cj,Vj)=(N,Cj,(aj,bj))

(2)

將評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置為q個(gè)等級(jí)，設(shè)Qp為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的p等級(jí)物元，Vjp=(ajp,bjp)(p=1,2,…,q)為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)物元的第j個(gè)指標(biāo)在p等級(jí)下的經(jīng)典域(經(jīng)典域是指評(píng)價(jià)對(duì)象某指標(biāo)在某等級(jí)下的量值范圍)。

Qp=(Np,Cjp,Vjp)=(Np,Cjp,(ajp,bjp))

(3)

因此，節(jié)域又可表示為

Vj=(aj1,bjq),p=1,2,…,q

(4)

明顯有Vjp?Vj。

1.2選取評(píng)價(jià)對(duì)象

根據(jù)評(píng)價(jià)對(duì)象的類型選取評(píng)價(jià)對(duì)象，并確定其評(píng)價(jià)指標(biāo)值。在評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一有效的前提下，熵權(quán)物元模型可對(duì)該類型的1個(gè)或多個(gè)對(duì)象進(jìn)行評(píng)價(jià)。理論上，評(píng)價(jià)對(duì)象的所有量值均會(huì)在模型的節(jié)域內(nèi)。

設(shè)有m個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象，則第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的物元可表示為

Yi=(Yi,Cij,vij)

(5)

式(5)中：Cij和vij分別為第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的第j個(gè)指標(biāo)及第j個(gè)指標(biāo)值。

1.3計(jì)算評(píng)價(jià)對(duì)象的單指標(biāo)等級(jí)關(guān)聯(lián)度

各評(píng)價(jià)對(duì)象的單指標(biāo)等級(jí)關(guān)聯(lián)度的計(jì)算式為

(6)

|Vjp|=|bjp-ajp|

(7)

(8)

(9)

式(6)～式(8)中：ρ(vij,Vjp)為點(diǎn)vij與經(jīng)典域區(qū)間Vjp=(ajp,bjp)的距離；ρ(vij,Vj)為點(diǎn)vij與節(jié)域區(qū)間Vj=(aj,bj)的距離；vij，Vjp及Vj分別為第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的第j個(gè)指標(biāo)的物元量值、經(jīng)典域和節(jié)域；Kijp(Yij)為第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的第j個(gè)指標(biāo)與不同等級(jí)p的關(guān)聯(lián)度。

1) 當(dāng)Kijp(Yij)>0時(shí)，待評(píng)價(jià)物元符合某級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求，其值越大，符合程度越高。

2) 當(dāng)-1

3) 當(dāng)Kijp(Yij)<-1時(shí)，待評(píng)價(jià)物元不符合某級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)要求，且不具備轉(zhuǎn)化為該級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的條件，其值越小，表明與某級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的差距越大。[10]

1.4熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重

設(shè)有m個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象、n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，xij為第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的取值，由此建立風(fēng)險(xiǎn)判斷矩陣A為

A=(xij)m×n,i=1,2,…,m；j=1,2,…,n

(10)

由于評(píng)價(jià)指標(biāo)一般具有不同的量綱，因此需對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行無量綱化處理，計(jì)算式為

(11)

由此得到標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)險(xiǎn)判斷矩陣B為

B=(bij)m×n,i=1,2,…,m;j=1,2,…,n

(12)

1) 定義各評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵為

2) 計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵權(quán)為

(15)

由此可得權(quán)重向量為

(16)

1.5計(jì)算綜合關(guān)聯(lián)度

計(jì)算各評(píng)價(jià)對(duì)象與各風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的綜合關(guān)聯(lián)度Kip(Yi)。

(17)

2 實(shí)例應(yīng)用

2.1確定評(píng)價(jià)對(duì)象類型及等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

以長(zhǎng)江航道某引航河段的引航環(huán)境為研究對(duì)象，通過查閱文獻(xiàn)[4,6-8,13]和實(shí)地調(diào)研，并結(jié)合專家及引航員的工作經(jīng)驗(yàn)，擬將該段航道的引航環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)因素分為自然環(huán)境、航道條件、交通環(huán)境和被引船舶狀況等4個(gè)一級(jí)指標(biāo)，將評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分為低風(fēng)險(xiǎn)度R1,較低風(fēng)險(xiǎn)度R2,中等風(fēng)險(xiǎn)度R3,較高風(fēng)險(xiǎn)度R4和高風(fēng)險(xiǎn)度R5等5個(gè)等級(jí)評(píng)價(jià)對(duì)象分別為能見度C1,風(fēng)C2,最大流速C3,航道最小寬度C4,航道長(zhǎng)度C5,航道彎曲度(最大轉(zhuǎn)向角)C6,與航道中心線最近礙航物距離C7,轉(zhuǎn)向點(diǎn)個(gè)數(shù)C8,航道內(nèi)礙航物個(gè)數(shù)C9,交通流量C10,交通事故量C11,導(dǎo)助航設(shè)施完善率C12,VTS覆蓋率C13,船舶類型C14,船舶尺度C15,船齡C16,引航事故C17。評(píng)價(jià)對(duì)象指標(biāo)體系及指標(biāo)值見表1，模型評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表1 待評(píng)價(jià)對(duì)象指標(biāo)體系及指標(biāo)值

2.2計(jì)算單指標(biāo)等級(jí)關(guān)聯(lián)度

建立航道引航環(huán)境物元，根據(jù)式(10)～式(12)將物元轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)險(xiǎn)判斷矩陣，根據(jù)式(5)～式(8)得到各評(píng)價(jià)對(duì)象單指標(biāo)等級(jí)關(guān)聯(lián)度。以待評(píng)價(jià)對(duì)象L1為例，得到其單指標(biāo)等級(jí)關(guān)聯(lián)度見表3。

2.3確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

由式(9)～式(15)計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，可得：ω1=0.049 2，ω2=0.068 2，ω3=0.061 7，ω4=0.066 6，ω5=0.055 6，ω6=0.059 1，ω7=0.056 4，ω8=0.051 0，ω9=0.092 3，ω10=0.049 48，ω11=0.058 3，ω12=0.052 8，ω13=0.050 4，ω14=0.052 0，ω15=0.050 1，ω16=0.055 0，ω17=0.069 2。

2.4計(jì)算綜合等級(jí)關(guān)聯(lián)度

根據(jù)式(16)計(jì)算各評(píng)價(jià)對(duì)象綜合等級(jí)關(guān)聯(lián)度(見表4)，可看出：max[K1p(Y1)]=K12(Y1)=-0.100 28，max[K2p(Y2)]=K22(Y2)=-0.129 37，因此L1和L2的引航環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)處于R2等級(jí)，即“較低風(fēng)險(xiǎn)”；max[K3p(Y3)]=K33(Y3)=-0.135 18，max[K4p(Y4)]=K43(Y3)=-0.064 49，因此L3和L4的引航環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)處于R3等級(jí)，即“一般風(fēng)險(xiǎn)”。

2.5計(jì)算綜合等級(jí)關(guān)聯(lián)度

為對(duì)同一等級(jí)內(nèi)的評(píng)價(jià)對(duì)象的風(fēng)險(xiǎn)大小進(jìn)行判斷，引入級(jí)別變量特征值p*[8,14]。級(jí)別變量特征值表示失效程度，即偏離所在等級(jí)的程度。因此，相同等級(jí)內(nèi)的評(píng)價(jià)對(duì)象的級(jí)別變量特征值越小，與其對(duì)應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的吻合度越高。

(18)

(19)

經(jīng)計(jì)算可知:評(píng)價(jià)對(duì)象L1和L2的級(jí)別變量特征值分別為2.187 41及2.089 12，L2與R2等級(jí)的吻合度更高,而由L1的綜合等級(jí)關(guān)聯(lián)度可知,其較易轉(zhuǎn)化為R1等級(jí),因此風(fēng)險(xiǎn)L2>L1；評(píng)價(jià)對(duì)象L3和L4的級(jí)別變量特征值為3.301 46及2.611 54，L4與L3等級(jí)的吻合度更高,而由L3的綜合等級(jí)關(guān)聯(lián)度可知,其較易轉(zhuǎn)化為R4等級(jí),因此風(fēng)險(xiǎn)L3>L4。綜上可知，航道引航風(fēng)險(xiǎn)從大到小的排序?yàn)長(zhǎng)3>L4>L2>L1。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1軟件需求分析

隨著南京以下12.5 m航道整治工程實(shí)施，長(zhǎng)江江蘇段的通航和引航條件得到較大改善，但由于該航段自然環(huán)境復(fù)雜，交叉航段和彎曲航道眾多，引航環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)依然較高。為對(duì)長(zhǎng)江江蘇段引航環(huán)境進(jìn)行由大到小的分航段評(píng)價(jià)，使用Visual C++6.0設(shè)計(jì)基于熵權(quán)物元模型的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)軟件。

圖2為評(píng)價(jià)對(duì)象劃分方法，軟件設(shè)計(jì)需滿足上述評(píng)價(jià)需求，即模型的適應(yīng)性和可移植性較好，從而對(duì)各航段引航環(huán)境進(jìn)行整體到局部的評(píng)價(jià)，進(jìn)而得到長(zhǎng)江江蘇段從局部到整體的航道引航環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)狀況。

表2 模型評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)表

表3 L1的單指標(biāo)等級(jí)關(guān)聯(lián)度K1jp(Y1j)

表4 各評(píng)價(jià)對(duì)象綜合等級(jí)關(guān)聯(lián)度

圖2 評(píng)價(jià)對(duì)象劃分方法

在該評(píng)價(jià)軟件的設(shè)計(jì)中，考慮到不同尺度下各航段引航環(huán)境條件相差較大，可能需建立不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，以對(duì)其風(fēng)險(xiǎn)狀況進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。因此，該軟件不對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行前期設(shè)置，由使用者在對(duì)某類對(duì)象進(jìn)行某次評(píng)價(jià)時(shí)確定，并將其輸入到軟件左側(cè)指標(biāo)區(qū)面板即可。

在軟件右側(cè)參數(shù)區(qū)輸入各評(píng)價(jià)對(duì)象指標(biāo)值，綜合考量長(zhǎng)江江蘇段引航環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)影響因素和航段劃分情況。軟件設(shè)置有至多20個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)和至多6個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的容量。

3.2軟件功能設(shè)計(jì)

軟件主要包括數(shù)據(jù)輸入、檢測(cè)計(jì)算和結(jié)果輸出等3個(gè)模塊，其中數(shù)據(jù)輸入和檢測(cè)計(jì)算主要通過軟件輸入面板(見圖3)實(shí)現(xiàn)。

圖3 軟件輸入面板

軟件輸入面板包括指標(biāo)區(qū)、參數(shù)區(qū)和功能區(qū)，其中,指標(biāo)區(qū)和參數(shù)區(qū)主要用于數(shù)據(jù)輸入，功能區(qū)主要用于數(shù)據(jù)檢測(cè)及計(jì)算。

1) 在指標(biāo)區(qū)內(nèi)，對(duì)于某評(píng)價(jià)指標(biāo)來說，每個(gè)等級(jí)對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)值區(qū)間，即熵權(quán)物元模型中的經(jīng)典域，其中最小風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的經(jīng)典域下限值和最大風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的經(jīng)典域上限值組成節(jié)域。當(dāng)評(píng)價(jià)指標(biāo)為反向風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)(即數(shù)值越小風(fēng)險(xiǎn)越大的指標(biāo))時(shí)，為使其適應(yīng)本軟件算法，需將其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo)值轉(zhuǎn)變?yōu)橄喾磾?shù)輸入。

2) 在參數(shù)區(qū)內(nèi)，輸入值為評(píng)價(jià)對(duì)象的指標(biāo)值，可同時(shí)對(duì)A,B,C,D,E,F等至多6個(gè)對(duì)象進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3) 功能區(qū)包括“初始化”“添加指標(biāo)”和“計(jì)算”等3個(gè)按鈕。點(diǎn)擊“初始化”，面板所有輸入的數(shù)據(jù)清零，可進(jìn)行下一次計(jì)算；當(dāng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不變，需修改評(píng)價(jià)對(duì)象指標(biāo)值輸入時(shí)，可點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)對(duì)象按鈕，清除對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)對(duì)象指標(biāo)值。點(diǎn)擊“添加指標(biāo)”，可彈出指標(biāo)擴(kuò)展面板，該軟件至多可設(shè)20個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。點(diǎn)擊“計(jì)算”，首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，若數(shù)據(jù)有誤，則彈出錯(cuò)誤提示框；若數(shù)據(jù)無誤，則依據(jù)指標(biāo)數(shù)據(jù)對(duì)各對(duì)象進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，彈出軟件輸出面板，顯示計(jì)算結(jié)果。圖4為軟件輸入面板(擴(kuò)展)。

圖4 軟件輸入面板(擴(kuò)展)

軟件輸出面板(見圖5)主要用于結(jié)果輸出，包括評(píng)價(jià)對(duì)象對(duì)R1～R5等5個(gè)等級(jí)的綜合關(guān)聯(lián)度和各對(duì)象的級(jí)別變量特征值。對(duì)于某個(gè)對(duì)象，關(guān)聯(lián)度最高的等級(jí)即為其所屬等級(jí)；而若有多個(gè)對(duì)象屬于同一等級(jí)，可通過級(jí)別變量特征值來區(qū)分同等級(jí)下不同對(duì)象的隸屬度。

圖5 軟件輸出面板

4 結(jié)果驗(yàn)證

在實(shí)例應(yīng)用中，對(duì)4段航道引航風(fēng)險(xiǎn)狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)的依據(jù)是客觀量化指標(biāo)值和相應(yīng)的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。為對(duì)熵權(quán)物元模型的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行主觀性驗(yàn)證，建立各評(píng)價(jià)指標(biāo)的主觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并邀請(qǐng)20位引航員根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)確定各評(píng)價(jià)對(duì)象的各項(xiàng)指標(biāo)值，使用評(píng)價(jià)軟件對(duì)4段待評(píng)價(jià)航道的引航環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。主觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表5，20位引航員的主觀評(píng)價(jià)結(jié)果統(tǒng)計(jì)見表6。

表5 主觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

表6 20位引航員的主觀評(píng)價(jià)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

5 結(jié)束語

1) 根據(jù)長(zhǎng)江江蘇段引航環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)特征，選取熵權(quán)物元模型進(jìn)行評(píng)價(jià)。熵權(quán)物元模型是一種基于數(shù)學(xué)模型的評(píng)價(jià)方法，相比綜合評(píng)價(jià)方法，原理簡(jiǎn)單、計(jì)算簡(jiǎn)便，可靠性、適應(yīng)性和移植性較強(qiáng)。

2) 根據(jù)長(zhǎng)江江蘇段引航環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)特征和評(píng)價(jià)需求，使用Visual C++6.0設(shè)計(jì)基于熵權(quán)物元模型的航道引航環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)軟件，針對(duì)長(zhǎng)江江蘇段引航環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)狀況進(jìn)行從整體到局部的評(píng)價(jià)，為引航部門作業(yè)及海事部門監(jiān)管提供理論依據(jù)和決策支持。

3) 以航道為評(píng)價(jià)載體，以航道通航環(huán)境為評(píng)價(jià)主體，增添能反映航道引航船舶狀況的客觀量化指標(biāo)，對(duì)航道引航環(huán)境進(jìn)行客觀、獨(dú)立的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；同時(shí)，采用熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重，以摒棄主觀意識(shí)影響。

4) 在后續(xù)研究中，擬以航道引航環(huán)境為評(píng)價(jià)主體，增添環(huán)境實(shí)時(shí)狀態(tài)、被引船舶實(shí)時(shí)狀態(tài)、引航員及船員實(shí)時(shí)狀態(tài)等指標(biāo)，對(duì)單艘船舶引航風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)。此外，如何通過客觀量化指標(biāo)對(duì)上述狀態(tài)的風(fēng)險(xiǎn)情況進(jìn)行描述仍需進(jìn)一步研究。

[1] 方泉根,胡甚平.FSA在船舶引航風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的應(yīng)用[J].哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào),2006,27(3):329-334.

[2] 臧繼明.FSA應(yīng)用于寧波港引航環(huán)境安全評(píng)價(jià)的研究[D].大連:大連海事大學(xué),2014.

[3] 張笛.天津港水域通航環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)研究[D].武漢:武漢理工大學(xué),2008.

[4] 王方金.航道通航風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型的研究[D].大連:大連海事大學(xué),2012.

[5] 張笛.枯水期長(zhǎng)江通航風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)方法研究[D].武漢:武漢理工大學(xué),2011.

[6] 張寶剛.基于物元分析法的連云港進(jìn)港航道通航環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究[D].武漢:武漢理工大學(xué),2010.

[7] 劉康.基于可拓物元理論的福姜沙水道通航環(huán)境安全度評(píng)價(jià)[D].武漢：武漢理工大學(xué),2013.

[8] 吳定勇,文元橋.航道通航風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的熵權(quán)物元模型[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(交通科學(xué)與工程版),2014(5):1158-1162.

[9] 黃仁東,張小軍.基于熵權(quán)物元可拓模型的隧道瓦斯等級(jí)評(píng)價(jià)[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào),2012,22(4):77-82.

[10] WANG Chunlai,WU Aixiang,LU Hui,et al.Predicting Rockburst Tendency Based on Fuzzy Matter-Element Model[J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences,2015,75:224-232.

[11] PAN Guangbo,XU Youpeng,YU Zhihui,et al.Analysis of River Health Variation Under the Background of Urbanization Based on Entropy Weight and Matter-Element Model:A Case Study in Huzhou City in the Yangtze River Delta[J].Environmental Research,2015,139:31-35.

[12] 張晶堯,徐明德,張君杰,等.熵權(quán)物元可拓模型在河流黑臭評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].人民黃河,2015,37(2):85-88.

[13] 王晨,江福才,馬全黨.基于熵權(quán)TOPSIS模型的航道引航環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào),2016,16(3):33-37.

[14] 劉振東,劉敬賢,晏林.基于模糊層次分析法的天津港復(fù)式航道通航安全綜合評(píng)價(jià)[J].船海工程,2012,41(2):126-129.

EnvironmentRiskEvaluationforChannelPilotingBasedonEntropyWeightandMatter-ElementModel

WANGChen1,2,JIANGFucai1,2,MAQuandang1,2,MAYong1,2,ZHONGQingyun1,2,MENGBeibei1,2

(1.School of Navigation,Wuhan University of Technology,Wuhan 430036,China;2.Hubei Key Laboratory of Inland Shipping Technology,Wuhan 430036,China)

An index system reflecting the channel piloting risks associated with the channel conditions is established.The system involves both navigational environment of channels and the conditions of piloted ships,emphasizing the former.The entropy weight and matter-element model is used for evaluating the environmental risks to channel piloting.A risk evaluation software for supporting decision making in pilotage operations and maritime services is developed with Visual C++6.0 according to the risk characters and evaluation requirements.Four channels of Yangtze River are evaluated for illustration.The objective quantitative values of indexes for each channel are obtained by the proposed evaluation system.Meantime,20 experienced pilots are invited to give their subjective estimates of the channel condition indexes.The two sets of indexes are used for risk estimation respectively and the results are compared for verification.

piloting environment; channel; risk evaluation; entropy weight; matter-element model

U698;U675.98

A

2017-01-23

國(guó)家自然科學(xué)基金(51579202)；國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金(51309186)

王 晨(1992—)，男，河北定州人,碩士生，從事水上交通安全與環(huán)境保障研究。E-mail:wangchenwut@foxmail.com

馬全黨(1984—)，男，河南周口人,實(shí)驗(yàn)師，碩士，從事水上交通安全與環(huán)境保障研究。E-mail:qdmawhutedu@qq.com

1000-4653(2017)02-0044-06